Odhalení toxického spolujezdce

Legenda praví, že královna ze Sáby, jejíž říše se rozkládala od dnešního Jemenu až po Etiopii, milovala pistácie. Tak hluboce, že zakázala běžným občanům jejich pěstování a vyhradila je výhradně pro královský dvůr. Starověké civilizace, od Peršanů po Řeky a Římany, používaly tyto ořechy nejen k vaření, ale také k léčení různých nemocí, například zánětů. Dnes jsou pistácie populárnější než kdy dříve. Jen v roce 2022 se celosvětově vyprodukovalo přes milion tun pistácií. Mezi přední producenty patří Írán, Spojené státy a Turecko.

S rostoucí poptávkou však rostou i obavy z toxického „spolujezdce“, kterého by pistácie mohly nést: aflatoxinu. Jak si tedy můžeme i nadále užívat pistácie, aniž bychom se museli obávat nežádoucích zdravotních problémů? Přichází na pomoc technologie Mezinárodní agentury pro atomovou energii. MAAE a její partneři objevili inovativní jadernou techniku, která umožňuje detekovat tyto toxiny rychleji, levněji a efektivněji než kdykoli předtím, čímž se konzumace pistácií stává bezpečnější. Technika se používá od roku 2023 a uplatňuje se ve stále více zemích po celém světě.

Co jsou aflatoxiny?

Aflatoxiny jsou chemické sloučeniny produkované plísněmi nebo houbami, které mohou infikovat plodiny a potraviny, jako je kukuřice, ořechy, koření a další. Právě pistácie jsou jednou z komodit nejvíce postižených aflatoxiny. Aflatoxiny byly objeveny v roce 1960 poté, co ve Spojeném království uhynuly tisíce krůt v důsledku konzumace kontaminovaného krmiva. Tyto toxiny jsou klasifikovány jako karcinogeny a dlouhodobá expozice jimi se spojuje se selháním jater a s nádory. V případě vysoce kontaminovaných potravin může být otrava aflatoxiny smrtelná ihned nebo krátce po konzumaci.

Plísně na pistáciích

Skořápka pistácie před vnější kontaminací chrání. Během zrání se však tato skořápka roztrhne a vystaví jádro sporám plísní a také hmyzu, což riziko kontaminace aflatoxiny zvyšuje. Aflatoxiny jsou obecně neviditelné pouhým okem, ale viditelné známky plísní na pistáciích se mohou projevit jako černé nebo šedé skvrny na slupkách nebo jádrech. Kontaminace se může po sklizni zhoršit v důsledku nevhodných skladovacích podmínek. Hladiny aflatoxinů v potravinách jsou přísně sledované a regulované, přičemž v pistáciích je povoleno maximálně 10 mikrogramů na kg. (Proporcionálně to odpovídá asi jednomu zrnku cukru ve 100kg pytli.)

Konvenční testovací techniky pro aflatoxiny jsou drahé, vyžadují nákladné vybavení, velké množství času a vysoce kvalifikované techniky. Díky tomu jsou méně použitelné v terénu a méně dostupné pro chudší země s omezenými zdroji, což je kritická mezera v oblasti bezpečnosti potravin. Rychlý screening přitom může i zachránit životy.

Laboratoř v krabici

V rakouském Seibersdorfu, kde sídlí Laboratoř pro bezpečnost a kontrolu potravin (FSCL) FAO/MAAE, úspěšně sestavili odborníci sadu nástrojů pro detekci aflatoxinů tak, aby ji bylo možné provést i v „polních podmínkách“, tj. i v prostředí s omezenými zdroji a možnostmi. Tato technika využívá elektrické vodiče vyrobené z keramiky potištěné inkoustem na bázi uhlíku a obsahující senzor pro detekci čtyř různých typů aflatoxinů v pistáciích. Po vložení do zařízení zvaného Potenciostat může senzor, pokud zjistí přítomnost aflatoxinů, vyslat elektrický signál, který lze poté zaznamenat pomocí obyčejného mobilního telefonu. Tato technika dokáže detekovat aflatoxiny v koncentracích, které jsou 150× nižší než povolený limit, což z ní činí slibný nástroj pro screening v terénu. Posouzení rizika je rychlé. Metoda byla křížově ověřována s klasickými metodami – kapalinovou chromatografií a tandemovou hmotnostní spektrometrií. „Je rychlejší, levnější a nevyžaduje celou laboratoř,“ uvedla Christina Vlachou, vedoucí FSCL. „To znamená, že ji lze použít v terénu, a to i v nouzových situacích a v zemích, které ji nejvíce potřebují.“

Princip elektrochemické detekce aflatoxinů

Ke kontrole (detekci) aflatoxinů se v současnosti využívají různé elektrochemické senzory, které umožňují citlivou a rychlou identifikaci těchto toxických látek v potravinách (například v obilovinách, ořechách nebo mléce). Potenciostat slouží jako klíčové měřicí zařízení pro sledování změn elektrického proudu či potenciálu v závislosti na přítomnosti aflatoxinů.

Elektrochemické biosenzory: Na pracovní elektrodě jsou navázány biologicky specifické prvky – např. protilátky, které selektivně navazují aflatoxin (nejčastěji aflatoxin B1 nebo M1). Po navázání aflatoxinu se signál při specifické elektrochemické metodě změní (zpravidla poklesne nebo vzroste proud). Výsledný signál je úměrný koncentraci aflatoxinu v analyzovaném vzorku.

Typický postup zahrnuje nanesení vzorku (extrakt z potraviny) na modifikovanou elektrodu, inkubaci po určitou dobu, promytí a měření elektrochemické odezvy. Specifická rozpoznávací vrstva může být tvořena například: protilátkami (imunosenzory), aptamery (oligonukleotidy), molekulárně imprintovanými polymery (MIP). Princip měření spočívá v převodu biologické interakce mezi senzorem a aflatoxinem na měřitelný elektrický signál, který potenciostat zaznamenává a vyhodnocuje.

Jak funguje potenciostat

Potenciostat řídí napětí mezi pracovní, referenční a pomocnou elektrodou a měří proud, který je vyvolán chemickou reakcí spojenou s navázáním aflatoxinu na povrch elektrody. V typické aplikaci je potenciostat zapojen s pracovní elektrodou (kde probíhá elektrochemická reakce, která nás zajímá), referenční elektrodou (která poskytuje stabilní referenční potenciál) a protielektrodou (auxiliary nebo counter), která uzavírá elektrický obvod. Potenciostat udržuje napětí mezi pracovní a referenční elektrodou na nastavené hodnotě – tzv. potenciostatický režim. Toho dosahuje tak, že podle potřeby upravuje proud, který teče mezi pracovní elektrodou a protielektrodou. Reálné změny na pracovní elektrodě (například redukce nebo oxidace látek) vedou ke změně průtoku proudu, který potenciostat zaznamenává a zpracovává. Umožňuje přesně měřit i velmi malé proudy. Je schopen zaznamenat změny proudu při aplikovaném konstantním nebo měněném napětí, což je podkladem téměř všech elektroanalytických metod.

Bezpečnost potravin tváří v tvář změně klimatu

Očekává se, že změna klimatu urychlí šíření mykotoxinů, jako jsou aflatoxiny, v potravinách, což by mohlo mít zničující důsledky pro bezpečnost potravin a veřejné zdraví v zemích, které se již potýkají s potravinovou nejistotou.

S rostoucí složitostí globálních potravinových systémů a zintenzivněním klimatických rizik budou země potřebovat přenosnější, cenově dostupnější a škálovatelnější nástroje, zejména v regionech, kde je konvenční laboratorní testování nedostupné.

MAAE prostřednictvím svého Společného centra FAO/MAAE pro jaderné techniky v potravinářství a zemědělství provádí výzkum a vývoj s cílem vyvinout jaderné a doplňkové nástroje pro detekci potravinových rizik, která ohrožují potravinovou bezpečnost, obchod a veřejné zdraví. V rámci iniciativy Atoms4Food a ve spolupráci s FAO vyvinula MAAE nákladově efektivní a přenosné techniky, které umožňují rychlé testování velkého počtu vzorků, včetně nástrojů nasazených přímo v terénu. Reagovat je tak možné i na mimořádné události v oblasti bezpečnosti potravin.

Odborníci na bezpečnost potravin v Seibersdorfu pracují na základě potřeb členských států na rozšíření tohoto typu aplikace tak, aby zahrnovala více kategorií kontaminantů i v dalších potravinářských výrobcích. FSCL také upravila stejnou senzorovou platformu k detekci fumonisinů (škodlivých mykotoxinů spojených s rakovinou a vrozenými vadami) v kukuřici a kukuřičných výrobcích a toxických kovů, jako je olovo, v ovocných šťávách.

Zdroj: How Nuclear Technology is Testing Pistachios for Toxins | IAEA