การกำจัด Mycotoxin ด้วยจุลินทรีย์

การกำจัด Mycotoxin ด้วยจุลินทรีย์


โดย … ดร.เยาวพา สุวัตถิ กลุ่มวิจัยอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพ สถาบันวิจัยและพัฒนา

Mycotoxin

Mycotoxin เป็นสารพิษที่ผลิตโดยเชื้อรา พบว่ามักจะปนเปื้อนอยู่ในอาหารและอาหารสัตว์ เช่น ธัญพืช ผลไม้ เครื่องเทศ นม และเนื้อสัตว์ Mycotoxin เป็นสารพิษที่ก่อให้เกิดโรคทั้งในมนุษย์และสัตว์ทั้งชนิดเฉียบพลันและเรื้อรัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งประเทศ แถบเมืองร้อน จากการสุ่มตัวอย่างประชากรในประเทศแถบแอฟริกาตะวันตก พบว่ามากกว่า 98% ของประชากรจะตรวจพบ aflatoxin ในร่างกาย ซึ่งมีผลต่อสุขภาพของประชากรโดยรวมและส่งผลกระทบต่อเศรษฐกิจของประเทศด้วย ในประเทศที่พัฒนา แล้วจะมีข้อกำหนดเกี่ยวกับการปนเปื้อนของ mycotoxin ในอาหารที่เข้มงวดมาก แต่สำหรับประเทศที่กำลังพัฒนา การปนเปื้อน ของ mycotoxin ยังเป็นปัญหาที่สำคัญ และยังแก้ไขไม่ได้เนื่องจากความไม่เข้มงวดในการตรวจสอบ ปัญหาความยากจน และปัญหา การขาดแคลนอาหาร

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาได้มีการศึกษาวิจัยเพื่อหาวิธีที่จะกำจัด mycotoxin ออกจากอาหารคนและอาหารสัตว์ ทั้งโดยวิธีทาง กายภาพและวิธีทางเคมี ถึงแม้ว่าจะมีหลายวิธีที่สามารถลดการปนเปื้อนของ mycotoxin ได้ แต่เมื่อคำนึงถึงค่าใช้จ่ายและวิธีปฏิบัติ ที่ยุ่งยาก ก็ไม่คุ้มกับการนำมาใช้ เช่น การเติมสารเคมีลงในอาหารสัตว์เพื่อที่จะดูดซับ mycotoxin แต่สารดูดซับเหล่านั้นจับกับ toxin ได้เพียงบางกลุ่มหรือจับได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น

มีจุลินทรีย์หลายชนิดทั้งแบคทีเรียและเชื้อรา เช่น Flavobacterium aurantiacumCorynebacterium rubrumCandida lipoliticaTrichoderma viride และ Mucor spp.พบว่าสามารถผลิต enzyme ที่สามารถทำลาย mycotoxin ได้ แต่ก็ยังมีปัญหาเกี่ยวกับความ เป็นพิษและผลข้างเคียงที่อาจมีต่อคุณภาพและรสชาติของอาหาร ต่อมาจึงมีการทดลองนำยีสต์ Saccharomyces cerevisiae และ Lactic acid bacteria (LAB) มาใช้ในการลดการปนเปื้อนของ mycotoxin ซึ่งก็พบว่าสามารถลดปริมาณของ mycotoxin ที่ปน เปื้อนในอาหารได้ดีและมีความปลอดภัยด้วย เพราะโดยปกติยีสต์และ LAB ก็ถูกใช้เป็น starter culture ของกระบวนการหมักใน อุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่มอยู่แล้ว ดังนั้นยีสต์และ LAB จึงเป็นจุลินทรีย์ที่มีศักยภาพที่จะนำมาใช้ในการแก้ปัญหาการ ปนเปื้อนของ mycotoxin ในอาหารได้

การกำจัด Mycotoxin ด้วยจุลินทรีย์

โครงสร้างของผนังเซลล์ แล binding mechanism

S. cerevisiae และ LAB มีโครงสร้างของผนังเซลล์ที่แตกต่างกันจึงทำให้การจับกับ toxin นั้นแตกต่างกันด้วย ผนังเซลล์ของ S. cerevisiae มีโครงสร้างทางเคมีเป็นลักษณะ bi-layered องค์ประกอบหลักของผนังเซลล์ประมาณ 85-90 % ประกอบด้วย mannoprotein และ-D glucan ซึ่งเป็นสารประกอบ polysaccharide ที่มีน้ำตาลกลูโคสเชื่อมต่อกันด้วยพันธะ 1, 3-linkage และ 1,6-linkage การกำจัด mycotoxin ของยีสต์นั้น ตัว toxin จะถูกจับที่ผนังเซลล์ ไม่ได้เกิดจากกระบวนการ metabolism ภายในเซลล์ ดังนั้นเซลล์ยีสต์ที่ตายแล้วก็สามารถใช้ในการกำจัด toxin ได้ด้วย โดยพบว่า mannan ที่ผนังเซลล์จะเป็นตัวที่จับ aflatoxin และ ochratoxin A และ -D-glucan จะเป็นตัวจับกับ zearalenone และ T-2 toxin

สำหรับ LAB ซึ่งเป็น gram-positive bacteria โครงสร้างของผนังเซลล์จะแตกต่างจากยีสต์โดยผนังเซลล์ส่วนใหญ่จะประกอบด้วย peptidoglycan หลายชั้น โดยมีสารอื่นปะปนอยู่ด้วย เช่น teichoic acid, lipoteichoic acid และ neutral polysaccharide โดย teichoic arid และ polysaccharide จะจับกับ toxin ได้ดีกว่า peptidoglycan จากการศึกษาเพื่อหาสภาวะที่เหมาะสมในการจับกับ toxin ของ LAB โดยการ treat เซลล์ของ LAB ด้วย urea, NaCl และ CaCl2 พบว่าการ binding กับ toxin จะลดลง เนื่องจาก urea จะไปมีผลทำให้ hydrophobic interaction ลดลง ขณะที่ NaCl และ CaCl2 มีผลทำให้ electrostatic interaction ลดลง สำหรับสภาวะความเป็นกรด-ด่าง นั้น พบว่า pH ไม่มีผลต่อการจับกับ aflatoxin B1 แต่จะมีผลต่อ aflatoxin B2 ซึ่ง แสดงให้เห็นว่า mycotoxin แต่ละชนิดมี binding mechanism ที่แตกต่างกัน

Mycotoxin adsorption โดยยีสต์และ LAB มีการศึกษาถึงการกำจัด mycotoxin ในอาหารโดยยีสต์ เช่น การนำเมล็ดข้าวโพดที่ปนเปื้อนด้วย zearalenone มาผลิต ethanol พบว่าเมื่อผ่านกระบวนการหมักด้วย S. cerevisiae ปริมาณของ toxin จะลดลง และจากการทดลองนำยีสต์จำนวน 12 สายพันธ์ุมาผสมกับเมล็ดข้าวโพดที่ปนเปื้อนด้วย aflatoxin ก็พบว่า S. cerevisiae และ C. krusei สามารถจับกับ aflatoxin ได้มากกว่า 60 %w/w โดยยีสต์ส่วนใหญ่จะจับกับ aflatoxin B1 นอกจากนี้ก็ยังมีการทดลองใช้เซลล์ยีสต์และผนังเซลล์ของยีสต์เติมลงในอาหารสัตว์ ก็พบว่าสามารถลดความเป็นพิษของ mycotoxin ได้ด้วย

ในอุตสาหกรรมการเลี้ยงไก่ โดยปกติจะมีการเติมเซลล์ของ S. cerevisiae ในอาหารไก่ เพื่อใช้เป็น probiotic และยังพบว่า S. cerevisiae สามารถลดการปนเปื้อนของ aflatoxin B1 ได้อีกด้วย โดยยีสต์ที่เติมในอาหารไก่นั้น จะเป็นส่วนผนังเซลล์ซึ่งเป็น By-product จากกระบวนการผลิตเบียร์ได้มีการทดลอง โดยให้หนูที่ได้รับ aflatoxin B1 กินอาหารที่ผสมด้วยยีสต์

S. cerevisiae พบว่าา toxicity ที่เกิดจาก aflatoxin B1 จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และจากการศึกษา in vitro โดยใช้mannan- oligosaccharide ซึ่งเป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์ของ S. cerevisiae ผสมกับ aflatoxin B1 พบว่า mannan-oligosaccharide สามารถจับกับ aflatoxin B1 ได้ถึง 95 %w/w นอกจาก S. cerevisiae จะลดการปนเปื้อนของ toxin ในอาหารได้แล้วยังสามารถลดการปนเปื้อนของ toxin ในน้ำผลไม้ได้ด้วย โดย S. cerevisiae จะจับกับ ochratoxin A ในน้ำองุ่น ได้ดีที่ pH 3.0 และยังพบว่า heat- treated cell สามารถจับกับ toxin ได้ถึง 90 %w/w ขณะที่ viable cell จะจับกับ toxin ได้เพียง 35 %w/w เท่านั้น ซึ่งก็เป็นผลดี เพราะการนำเซลล์ยีสต์ที่ตายแล้วมาใช้กำจัด mycotoxin จะไม่ก่อให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับคุณภาพและความปลอดภัยของอาหาร

สำหรับการใช้ LAB เพื่อกำจัด mycotoxin นั้นได้มีการทดลองโดยใช้ LAB 5 สายพันธ์ุ คือ Lactobacillus rhamnosus strain GG และ LC705, L. acidophilusL. gasseri และ L. casei จับ aflatoxin B1 , B2 , G1 และ G2 ซึ่งจากผลการทดลองพบว่า L. rhamnosus ทั้ง 2 สายพันธ์ุจะจับกับ afltoxin B1 ได้ดีที่สุด คือ 80 %w/w และจากการเปรียบเทียบการจับของ toxin ระหว่าง non–viable cell (heat and acid treated) และ viable cell ของ L. rhamnosus พบว่า non–viable cell จะจับกับ toxin ได้ถึง 90 %w/w ขณะที่ viable cell จะจับกับ toxin ได้เพียง 50 %w/w ซึ่งก็ให้ผลเช่นเดียวกับ S. cerevisiae จะเห็นได้ว่าทั้ง S. cerevisiae และ LAB สามารถจับกับ toxin ได้หลายชนิด ทั้งนี้ก็ขึ้นอยู่กับสายพันธ์ุ S. cerevisiae และ LAB สภาวะแวดล้อม และกลไกในการจับด้วย

การปนเปื้อนของ mycotoxin ในวัตถุดิบและอาหารเป็นปัญหาที่สำคัญต่อผู้บริโภค เพราะการนำวัตถุดิบที่ปนเปื้อนมาปรุงเป็นอาหาร mycotoxin เหล่านั้นยังคงตกค้างอยู่ในอาหาร ดังเห็นได้จากการตรวจพบ aflatoxin ในผลิตภัณฑ์จากนม และธัญพืช โดยจะเห็นได้ว่า S. cerevisiae และ LAB มีศักยภาพที่จะนำมาใช้เป็น mycotoxin binder ได้อย่างดี เพราะสามารถจับกับ toxin ได้หลายชนิด และมีความปลอดภัยต่อผู้บริโภคหรือแม้แต่การใช้ส่วนของผนังเซลล์ของทั้ง S. cerevisiae และ LAB เป็น mycotoxin binder เองก็สามารถใช้ได้โดยไม่มีผลกระทบต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ จึงควรมีการศึกษาเพิ่มเติมในเรื่องของความคงตัวและสภาวะที่เหมาะสม ที่จะทำให้ยีสต์และ LAB มีประสิทธิภาพเมื่ออยู่ในระบบทางเดินอาหาร รวมถึงการพัฒนาให้อยู่ในรูปแบบที่สะดวกและปลอดภัยต่อการใช้งาน ซึ่งก็จะเป็น ประโยชน์อย่างมากกับประเทศที่กำลังพัฒนาที่ประสบกับปัญหาการปนเปื้อนของ mycotoxin ในอาหาร

เอกสารอ้างอิง

1. Bata A. and Lasztity R. Detoxification of Mycotoxin Contaminated Food and Feed by Microorganisms. Trends in Food Science and Technology. 1999; 10: 223-228.

2. Shetty P.H. and Jespersen L. Saccharomyces cerevisiae and Lactic Acid Bacteia as Potential Mycotoxin Decontaminating Agents. Trends in Food Science and Technology. 2006; 17(2): 48-55.

หมายเหตุ บทความนี้ตีพิมพ์ลงใน Postharvest Newsletter ปีที่ 9 ฉบับที่ 1 มกราคม – มีนาคม 2553 ซึ่งสามารถ