Patuline in appelproducten, een zure appel voor voedselveiligheid

In het geval van appelproducten gaat het voornamelijk om het mycotoxine patuline. Om de consument te beschermen, is er voor de aanwezigheid van patuline in appelproducten een wetgeving op Europees niveau. Maar wat is patuline nu eigenlijk? Waar komt het vandaan? Hoe wordt de aanwezigheid van deze component chemisch bepaald? Welke maatregelen kunnen helpen om patuline in appelproducten te vermijden (zowel vóór, tijdens als na de oogst)? Naast enkele algemene aspecten wordt hieronder toegelicht welk onderzoek er op ILVO reeds werd uitgevoerd of lopende is omtrent patuline in appelproducten.

PATULINE – Chemische component, wetgeving & detectiemethode

Een mycotoxine, zoals bijvoorbeeld patuline, kan omschreven worden als een natuurlijke component die als secundaire metaboliet geproduceerd wordt door schimmels en een (acuut of chronisch) toxisch effect heeft op mens en/of dier. Patuline is een vrij kleine molecule (moleculair gewicht = 154,12 Da), met structuurformule C7H6O4 (zie figuur 1), die goed oplosbaar is in water. Deze component is stabiel in zure omstandigheden (pH 3,3-6,3). Bovendien is patuline vrij stabiel bij hoge temperaturen in het pH-bereik van 3,5 tot 5,5. Daartegenover is patuline onstabiel onder alkalische omstandigheden.

Patuline is een vrij kleine molecule (moleculair gewicht = 154,12 Da), met structuurformule C7H6O4 (zie figuur 1), die goed oplosbaar is in water. Deze component is stabiel in zure omstandigheden (pH 3,3-6,3). Bovendien is patuline vrij stabiel bij hoge temperaturen in het pH-bereik van 3,5 tot 5,5. Daartegenover is patuline onstabiel onder alkalische omstandigheden.

Patuline werd gerapporteerd als zijnde acuut toxisch, genotoxisch, cytotoxisch, teratogeen en immunosuppresief. Op basis van deze toxicologische kenmerken heeft het JECFA (Joint Food and Agriculture Organization/World Health Organization Expert Committee on Food Additives) voor patuline een maximum toegelaten dagelijkse inname (TDI) vastgelegd van 0,4 µg/kg lichaamsgewicht per dag. Op basis daarvan werden wereldwijd grenswaarden vastgelegd voor patuline in appelproducten. Volgens de huidige Europese wetgeving (Verordering (EG) Nr. 1881/2006 van de commissie) gelden grenswaarden voor patuline van: 50 µg/kg in vruchtensappen, vruchtennectar, gedistilleerde dranken, cider en andere gegiste dranken op basis van appelen of die appelsap bevatten, 25 µg/kg in vaste appelproducten waaronder appelcompote en appelmoes, en 10 µg/kg in babyvoeding en appelproducten bestemd voor zuigelingen en peuters. Om na te gaan of dergelijke voedingsproducten voldoen aan deze normen, is er nood aan een methode om patuline te detecteren en te kwantificeren. Om patuline te kunnen opsporen in dergelijke levensmiddelen wordt de component meestal uit de voedingsmatrix geëxtraheerd a.d.h.v. een organisch solvent (bijvoorbeeld ethylacetaat). Vloeistofchromatografie gekoppeld aan Ultra Violet (UV) detectie of massa spectrometrie (MS) is de standaardmethode voor detectie en bepaling van de gehaltes.

PATULINE – Producerende schimmels & appelproducten

Patuline wordt geproduceerd door 16 verschillende schimmelsoorten van het genus Penicillium, 3 schimmelsoorten behorende tot het genus Aspergillus en door de schimmelsoorten Byssochlamys nivea en Paecilomyces saturates.

Hoewel meerdere schimmelsoorten patuline kunnen produceren, is Penicillium expansum de hoofdoorzaak van bruinrot, een ernstige naoogstziekte bij appels. P. expansum is op het eerste zicht een vrij onschuldige schimmel die algemeen voorkomt in de lucht. De schimmel (en zijn voortplantingsstructuren, sporen genaamd) zijn echter ook wijdverspreid in de omgeving van boomgaarden. De sporen kunnen terechtkomen op het oppervlak van appels, en via wondjes of het steeltje de appel binnendringen en tot ontwikkeling komen. Na de oogst worden appels getransporteerd naar gekoelde bewaarruimtes met een verlaagd zuurstofgehalte (gecontroleerde atmosfeer), waardoor ze het hele jaar door beschikbaar zijn voor de markt. P. expansum is echter een schimmel die bij lage temperaturen kan uitgroeien en patuline produceren. Wanneer de appels verder verwerkt worden tot bijvoorbeeld appelsap of appelmoes, sijpelt patuline mee verder de keten in.

Naast P. expansum is Byssochlamys nivea eveneens een schimmel die patuline kan produceren. Deze schimmel kan dikwandige sporen produceren die bestand zijn of zelfs getriggerd worden door hoge temperaturen zoals bijvoorbeeld tijdens de pasteurisatie van vruchtendranken. Concreet betekent dit dat er naast de voor- en naoogstperiode ook aandacht dient besteed te worden aan de mogelijke uitgroei ervan in verwerkte gepasteuriseerde producten.

PATULINE – Voorkomen in voedingsproducten bij monitoring

Een studie bij de bevolking van de Europese Unie toonde aan dat appelsap en appelnectar de voornaamste bronnen van patuline-inname zijn (SCOOP, 2002). In tabel 1 wordt een overzicht gegeven van de aanwezigheid van patuline aangetroffen in appelsap (data 1978-2015). Het portaal van het Rapid Alert System for Food and Feed (RASFF, Food and Feed Safety Alerts) meldde in juli 2015 nog een overschrijding van de grenswaarden voor patuline (147 µg/kg) in appelsap afkomstig van België.

Hoewel appels en hun verwerkte producten (tabel 2) het grootste risico vormen voor patulinecontaminatie, werd patuline doorheen de tijd ook in een variëteit aan andere verse en verwerkte voedingsproducten teruggevonden (tabel 3).

Tabel 2.

Op ILVO werd in het kader van een FOD-project (2011-2015) onderzoek uitgevoerd naar de effecten van temperatuur en atmosfeer (lange termijnbewaring) op de vorming van patuline door verschillende stammen van de schimmelsoort P. expansum. Bij lange termijnbewaring worden de appels immers gedurende ≥3 maanden bewaard in de koeling (0,5-3 °C) onder “gecontroleerde atmosferische omstandigheden”, d.w.z. bij een verlaagd zuurstofgehalte (1-3% O2), ook ULO-bewaring genoemd. In een eerstvolgende stap (o.a. transport) worden de appels gedurende ±1-6 dagen nog steeds bewaard onder koeling maar onder gewone atmosferische condities (lucht, 20% O2). In een laatste fase, wanneer de appels bij de appelsapproducent aankomen, worden ze nog maximaal 24 uur bewaard bij kamertemperatuur. Tijdens het FOD-project werden van appels afkomstig van verschillende Belgische boomgaarden en industrieën in eerste instantie schimmels geïsoleerd en geïdentificeerd. Op basis van moleculaire identificatietechnieken bleek dat P. expansum en P. solitum veel voorkomende Penicillium schimmelsoorten zijn op Belgische appels. Chemische analyses toonden aan dat er heel wat variatie is op vlak van patuline productie voor verschillende schimmelstammen binnen de soort P. expansum. Op basis van deze diversiteit werden een aantal stammen geselecteerd voor een in vitro onderzoek rond de patuline productie onder representatieve (praktijk) omstandigheden van lange termijnbewaring van appels. Er bleek een zeer hoge variabiliteit in patuline productie tussen de verschillende stammen. Er werden echter geen significante verschillen waargenomen tussen de verschillende stappen van lange termijnbewaring.

Daarnaast werd gekeken onder welke omstandigheden en in welke mate het idh (isoepoxydon dehydrogenase) gen, een belangrijk gen betrokken in de vorming van patuline, al dan niet tot expressie komt. Om dit te kunnen meten, werd een specifieke moleculaire test (reverse transcription-quantitative PCR) ontwikkeld. Daarmee werd vastgesteld dat er bij koeling (4 °C) onder gecontroleerde atmosfeer een zeer lage idh genexpressie en sterk verminderde patuline productie is. Dit suggereert dat een combinatie van 2 stressfactoren (lage temperatuur en verlaagd zuurstofgehalte) aanleiding geeft tot een sterk verminderde patulinevorming.

PATULINE – Invloed van verwerking op de aanwezigheid van patuline

Alvorens appels te verwerken tot allerhande appelproducten, is het belangrijk om de initiële besmettingsgraad zo laag mogelijk te houden. Dit kan door het uitsorteren van beschadigde of rotte appels, alsook door het wassen van de appels. Echter, inwendig rot (bijvoorbeeld in het klokhuis van de appel) is moeilijk op te merken en houdt bijgevolg nog steeds een gevaar in voor patuline contaminatie van de eindproducten. Het klaren en filtreren van fruitsappen zijn courant toegepaste technieken die kunnen bijdragen tot een wijziging van de patuline contaminatiegraad van deze producten. De overzichtsartikels van Sant’Ana et al. (2008) en Ioi et al. (2017) geven een overzicht van de (vaak wisselende) invloed die verschillende processen kunnen hebben op de reductie van patuline.

Hittebehandeling zoals pasteurisatie wordt in de verwerkende industrie vaak toegepast ter verlenging van de houdbaarheid van voedingsproducten. Echter, wegens het hittestabiel karakter van patuline is een vermindering van de hoeveelheid patuline door dergelijke behandelingen eerder gering alsook zeer wisselend volgens verschillende studies. Andere factoren zoals de aanwezigheid van bepaalde voedingscomponenten in de matrix, de zuurtegraad van de producten, de initiële patuline contaminatiegraad alsook de duur en temperatuur van de behandeling spelen hierbij uiteraard een rol.

Naast de mogelijkheid om traditionele verwerkingsmethoden toe te passen kan ook gekeken worden naar andere patulinereducerende technieken zoals fysische (bijvoorbeeld High Pressure Processing (HPP)), chemische (bijvoorbeeld toevoeging van ascorbinezuur), of biologische (bijvoorbeeld invloed van de aanwezigheid van melkzuurbacteriën) behandelingen. Op ILVO loopt een onderzoeksproject in samenwerking met een Franse onderzoeksinstelling waarbij algemeen nagegaan wordt wat de invloed is van externe factoren op de groei van de schimmel Penicillium expansum en de productie van patuline enerzijds en op de stabiliteit van patuline tijdens verwerking en bewaring van appelproducten anderzijds. De bekomen resultaten zullen vertaald worden naar praktijkadviezen voor de sector.

Besluit

Patuline is het belangrijkste mycotoxine voor de appelindustrie. Hoewel er verschillende mogelijkheden beschreven zijn om de problematiek van P. expansum en de resulterende patuline productie te voorkomen of te reduceren, zijn de bekomen resultaten soms tegenstijdig en is er niet zomaar één allesomvattende oplossing. Integratie van zowel vooroogst-, oogst- als naoogstmaatregelen kunnen helpen bij het voorkomen van patuline of het reduceren van de patuline contaminatiegraad van de eindproducten teneinde de voedselveiligheid te kunnen garanderen. Echter, meer kennis omtrent optimale condities is vereist en verder onderzoek is nodig. Bij dit alles dient men in het achterhoofd te houden dat naast het streven naar voedselveiligheid ook aandacht wordt besteed aan voedselkwaliteit. Zo dient bij proces-/productoptimalisatie ter voorkoming/reducering van patuline in het eindproduct, ook rekening gehouden te worden met de impact van procestechnieken op bijvoorbeeld het behoud van gezondheidsbevorderende componenten in de eindproducten. Algemeen dient dus telkens de technologische haalbaarheid, economische haalbaarheid alsook de garantie van voedselkwaliteit en voedselveiligheid geëvalueerd te worden, en dit alles binnen een wettelijk kader. 

Referenties

• De Clercq N. (2016) Identification and characterisation of spoilage moulds in chocolate confectionery and patulin-producing moulds in apples.
• Ioi J.D., Zhou T., Tsao R., Marcone M.F. (2017) Mitigation of patulin in fresh and processed foods and beverages. Toxins, 9, 157, doi:10.3390/toxins9050157.
• Sant’Ana A.S., Rosenthal A., Massaguer P.R. (2008) The fate of patulin in apple juice processing: a review. Food Research International, 41, 441-453.
• SCOOP (2002) Assessment of dietary intake of patulin by the population of EU Member States.
• Verordening (EG) Nr. 1881/2006 van de commissie van 19 december 2006 tot vaststelling van de maximumgehalten aan bepaalde verontreinigingen in levensmiddelen.

Contact

Nikki.declercq@ilvo.vlaanderen.be

Instituut voor Landbouw-, Visserij-, en Voedingsonderzoek (ILVO), Technologie en Voeding (T&V)

www.ilvo.vlaanderen.be - www.foodpilot.be