Investigación sobre el destino de Alternaria y micotoxinas de Alternaria en la industria de la manzana

Pavicich, María Agustina

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	Investigación sobre el destino de Alternaria y micotoxinas de Alternaria en la industria de la manzana
Título alternativo:	Investigation on the fate of Alternaria & Alternaria mycotoxins in the apple industry
Autor:	Pavicich, María Agustina
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Filiación:	Ghent University. Faculty of Pharmaceutical Sciences
Publicación en la Web:	2022-07-05
Fecha de defensa:	2021-12-21
Fecha en portada:	2021
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Orgánica
Director:	Patriarca, Andrea Rosana
Director Asistente:	De Saeger, Sarah
Consejero:	Fernández Pinto, Virginia Elena
Jurado:	Herrera, María Lidia; Crabbé, Aurélie; Signorini Porchiett, Marcelo Lisandro
Idioma:	Inglés
Palabras clave:	MANZANA; ALTERNARIA; MICOTOXINAS; SEGURIDAD ALIMENTARIA; RIESGO SANITARIOAPPLE; ALTERNARIA; MYCOTOXINS; FOOD SAFETY; HEALTH RISK
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7042_Pavicich
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7042_Pavicich.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7042_Pavicich
Ubicación:	Dep.QUI 007042
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Pavicich, María Agustina. (2021). Investigación sobre el destino de Alternaria y micotoxinas de Alternaria en la industria de la manzana. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7042_Pavicich

Resumen:

La manzana es la tercera fruta de mayor consumo a nivel mundial y uno de los cultivos más importantes en Argentina siendo susceptible a sufrir infecciones fúngicas tanto en el campo como en la etapa postcosecha, causando grandes pérdidas económicas. Dichas infecciones pueden producirse en el exterior o en el interior de la fruta. Algunos de los hongos más frecuentemente hallados como agentes infecciosos pertenecen a géneros toxicogénicos, implicando un riesgo para la salud, especialmente cuando la fruta es destinada a la industria. Sin embargo, actualmente la única micotoxina legislada a nivel mundial en productos de manzana es patulina. En el presente trabajo de Tesis Doctoral se identificaron los principales géneros fúngicos causantes de enfermedades en manzanas cultivadas en el Alto Valle de Río Negro, Argentina, tanto en el campo como en la etapa postcosecha con destino a comercio en fresco e industrialización, respectivamente. Se analizaron un total de 140 manzanas destinadas a consumo en fresco, de las cuales el 86 % resultaron contaminadas en el exterior y el 34 % en el interior causando corazón mohoso (CM). Del total de 100 manzanas destinadas a industrialización, el 48 % presentaron contaminación externa y el 51 % en el centro de la fruta. Se logró identificar a Alternaria, género productor de micotoxinas, como el principal responsable de CM y el segundo género causante de lesiones externas en manzanas destinadas a consumo en fresco (21 %) e industrialización (46 %). Se demostró además que la incidencia de CM aumentó durante el almacenamiento. Dado que esta enfermedad es difícilmente detectada en fruta destinada a la industrialización, este resultado implica el posible procesamiento de fruta contaminada con el consecuente riesgo de la acumulación de micotoxinas de Alternaria en productos a base de manzana. Se identificaron un total de 120 aislamientos de este género según claves taxonómicas, resultando A. tenuissima el grupo-especie predominante (84 %), seguido por A. alternata (3 %), A. arborescens (1 %) y A. gaisen (1 %) y 11 % de los aislamientos presentaron características intermedias y se clasificaron como Alternaria sp. Estos grupos-especies pertenecen a la Sección Alternaria que comprende especies productoras de micotoxinas. Además, un total de 78 aislamientos se caracterizaron según sus perfiles de producción de metabolitos secundarios in vitro, determinado por cromatografía de ultra alta performance acoplada a detección UV y espectrometría de masa de alta resolución (HRMS/MS). Se lograron identificar 27 metabolitos secundarios y se observó una mayor capacidad metabólica de las cepas obtenidas de CM, implicando un mayor riesgo para los productos procesados. Posteriormente se evaluó el potencial toxicogénico in vivo, simulando condiciones de comercialización (T=25 °C) y almacenamiento (T=4 °C), incubándose 3 cepas previamente aisladas de manzana en el exterior y en el interior de frutos libres de contaminación. A 25 oC se encontró una mayor acumulación de micotoxinas, sin embargo, el almacenamiento en frío durante períodos prolongados no evitó la producción de toxinas de Alternaria en manzanas, siendo ácido tenuazónico (TeA) la micotoxina producida en mayores concentraciones en todas las condiciones. Las seis principales micotoxinas producidas por Alternaria, a saber alternariol (AOH), alternariol monometil éter (AME), altenueno (ALT), tentoxina (TEN), TeA, altertoxina-I (ATX-I), y cuatro formas modificadas de estas, alternariol-3-glucósido (AOH-3-G), alternariol-3-sulfato (AOH-3-S), alternariol monometil éter-3-glucósido (AME-3-G), y alternariol monometil éter-3-sulfato (AME-3-S), se cuantificaron en seis lotes de manzanas destinados a industrialización por cromatografía de ultra alta performance acoplada a espectrometría de masa y se monitoreó su concentración a lo largo del proceso productivo de jugo concentrado. Se encontró que las manzanas de variedad Granny Smith son menos susceptibles a la contaminación con estas micotoxinas que las de Red Delicious y que la clarificación es una etapa clave en la reducción de la concentración de las toxinas en el producto final. A su vez, se detectaron por primera vez en Argentina micotoxinas de Alternaria y sus formas modificadas en productos comerciales a base de manzana. Se determinó la presencia de AOH, AME, ALT, TEN, TeA, ATX-I, AOH-3-G, AOH-3-S, AME-3-G, y AME- 3-S en jugos de manzana clarificados y sin clarificar, mermeladas y papillas infantiles a base de manzana del mercado local. En los jugos clarificados se encontraron niveles detectables de AME, TEN, TeA, AME-3-S y AOH-3-G, mientras que en los sin clarificar se encontraron las mismas micotoxinas más AOH y en concentraciones mayores. En mermeladas se hallaron AME, TEN, TeA y AOH-3G, y en papillas infantiles AOH, AME, TEN y TeA. Con los resultados de incidencia natural de AOH, AME y TeA y datos de consumo provistos por el Ministerio de Salud, se realizaron análisis de exposición y caracterización del riesgo para los niños de entre 6 meses y 5 años de edad de la Argentina por el consumo de jugos de manzana clarificados y sin clarificar y papillas infantiles a base de manzana. Se encontró que el mayor riesgo de exposición afecta a los niños de entre 6 y 23 meses de edad y está asociado al consumo de papillas infantiles. Los metabolitos que representaron mayor riesgo fueron los pertenecientes al grupo de los alternarioles, con capacidad mutagénica y genotóxica. Estos resultados indican la necesidad de mejores estrategias de control de la contaminación de manzanas destinadas a la industria con cepas toxicogénicas de Alternaria y la necesidad de establecer legislación para estas micotoxinas. Por último, se establecieron las bases para un modelo basado en un análisis no dirigido por HRMS para la detección de lotes de manzana contaminados con micotoxinas de Alternaria como estrategia de control, lográndose diferenciar manzanas no contaminadas de contaminadas tanto en el exterior como en el interior de la fruta almacenadas a dos temperaturas diferentes.

Abstract:

Apple is the third most consumed fruit worldwide and one of the most important crops in Argentina, being susceptible to fungal infection both in the field and in the postharvest stage, that causes great economic losses. These infections can occur on the outside or the inside of the fruit. Some of the most frequently found fungal infectants belong to toxigenic genera, what poses a health risk for consumers, especially when the fruit is destined for industrial food processing. However, the only mycotoxin currently legislated worldwide in apple by-products is patulin. In the framework of this PhD thesis, the main fungal genera causing diseases in apples grown in the Alto Valle of Río Negro province in Argentina, both in the field and in the postharvest stage destined for fresh consumption and industrial food processing respectively, were identified. A total of 140 apples destined for fresh consumption were analysed, of which 86 % were infected on the outside and 34 % on the inside, causing mouldy core (MC). Of the total of 100 apples destined for industrial food processing, 48 % presented external infection and 51 % were infected in the centre of the fruit. Alternaria, a mycotoxin-producing genus, was identified as the main responsible for MC and the second genus causing external lesions in apples destined for fresh consumption (21 %) and industrial food processing (46 %). It was further shown that the incidence of MC increased during storage. Since this disease is hardly detected in fruit destined for industrial food processing, this result implies the possible processing of infected fruit with the consequent risk of the accumulation of Alternaria mycotoxins in apple by-products. A total of 120 isolates of this genus were identified according to taxonomic keys, with A. tenuissima being the predominant species-group (84 %), followed by A. alternata (3%), A. arborescens (1%) and A. gaisen (1%) and 11% of the isolates presented intermediate characteristics and were classified as Alternaria sp. These species-groups belong to Alternaria section Alternaria that includes mycotoxin producing species. In addition, a total of 78 isolates were characterized according to their in vitro secondary metabolite production profiles, determined by ultra-high performance chromatography coupled with UV detection and high-resolution mass spectrometry (HRMS/MS). A total of 27 secondary metabolites produced by this genus were identified and a greater metabolic capacity of the strains obtained from MC was observed, implying a greater risk for the apple by-products. Subsequently, the toxigenic potential in vivo was evaluated, simulating retail (T=25 °C) and storage (T=4 °C) conditions, incubating 3 Alternaria strains previously isolated from apples on the outside and inside of fruits free of fungal infection. The tested isolates were able to produce mycotoxins under retail and long-term cold storage conditions in the interior and the exterior of the fruit. The risk of mycotoxin accumulation was higher at 25 oC, but the long-term cold storage usually performed by processing industries did not prevent the accumulation of secondary Alternaria toxic metabolites in apples, with tenuazonic acid (TeA) being the mycotoxin produced in higher concentrations in all conditions. The six main mycotoxins produced by Alternaria, namely alternariol (AOH), alternariol monomethyl ether (AME), altenuene (ALT), tentoxin (TEN), TeA, altertoxin-I (ATX-I), and four modified forms of these, alternariol-3-glucoside (AOH-3-G), alternariol-3-sulphate (AOH-3-S), alternariol monomethyl ether-3-glucoside (AME-3-G), and alternariol monomethyl ether-3-sulphate (AME-3-S), were quantified in six batches of apples destined for industrial food processing by ultra-high performance chromatography coupled to mass spectrometry and their concentration was monitored throughout the production process of apple concentrate. Granny Smith apples were found to be less susceptible to contamination with these mycotoxins than Red Delicious apples and the clarification step was proven as a key step in reducing the concentration of mycotoxins in the final product. As well, Alternaria mycotoxins and their modified forms were detected for the first time in commercial apple by-products in Argentina. The presence and levels of AOH, AME, ALT, TEN, TeA, ATX-I, AOH-3-G, AOH-3-S, AME-3-G, and AME-3-S were determined in clarified and cloudy apple juices, marmalades, and apple-based infant food from the Argentinean local market. In the clarified juices, detectable levels of AME, TEN, TeA, AME-3-S and AOH-3-G were found, while in the cloudy apple juices the same mycotoxins plus AOH were found and in higher concentrations. AME, TEN, TeA and AOH-3G were found in marmalades, and AOH, AME, TEN and TeA were detected in apple infant food. With the results of the natural occurrence of AOH, AME and TeA and consumption data provided by the Ministry of Health of Argentina, exposure assessment and risk characterization were carried out for children between 6 month and 5 year old in Argentina from the consumption of clarified and cloudy apple juices and apple-based infant food. The highest risk of exposure affected children between 6 and 23 month old from the consumption of apple infant food. The mycotoxins that represented the highest risk were the alternariols, with mutagenic and genotoxic capacity. These results indicate the need for better control strategies for the contamination of apples destined for industrial food processing with toxigenic strains of Alternaria and the need to establish legislation for these mycotoxins in Argentina. Finally, the bases for a HRMS model were proposed for the detection of contaminated apple batches to prevent their processing and consequent mycotoxin accumulation in apple by-products as a control strategy. The model was able to differentiate non-contaminated apples from contaminated ones, both on the outside and inside of the fruit at two different temperatures.

Citación:

---------- APA ----------

Pavicich, María Agustina. (2021). Investigación sobre el destino de Alternaria y micotoxinas de Alternaria en la industria de la manzana. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7042_Pavicich

---------- CHICAGO ----------

Pavicich, María Agustina. "Investigación sobre el destino de Alternaria y micotoxinas de Alternaria en la industria de la manzana". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2021.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7042_Pavicich

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