Aflatoxinas, tricotecenos de tipo A y hongos productores en maíz y avena. Nuevos antifúngicos y su impacto en salud

Filamentous fungi are widely distributed in nature and there are species that cause infections in humans, animals or plants, or produce mycotoxins, which can be the origin of acute or chronic intoxications. Toxigenic fungi belong mainly to the genera Aspergillus, Fusarium and Penicillium. Climate change facilitates the adaptation of toxigenic species to new conditions of hydrothermal stress, which affects their geographical distribution in staple crops such as cereals. This facilitates the dominance of better adapted species, which results in the emergence of certain mycotoxins in cereals such as aflatoxins (AF) or trichothecenes, such as T-2 and HT-2 toxins (T-2 and HT-2). This poses new challenges in food safety. The Thesis deals with the study of the main species of the genera Aspergillus and Fusarium able to produce AF and T-2/HT-2, respectively, in maize and oats marketed in Spain, the determination/evaluation of mycotoxins in the samples, the influence of environmental conditions on fungal growth and production of these mycotoxins and the design/testing of strategies based on conventional and natural antifungals, bioactive packaging and silver nanoparticles (AgNPs) for the prevention/control of fungal growth and mycotoxin biosynthesis. Ninety-eight maize and 100 oat samples collected in Spain in 2015-2019 were analyzed. Identification of AF and T-2/HT-2 producing fungi was performed by conventional and molecular methods, having designed a new voltammetric method of identification with good results. The identification/quantification of mycotoxins has been carried out by HPLC-FLD/DAD or UPLC-MS/MS. Conventional and natural antifungal formulations, such as essential oils (EO) or their active components (cinnamaldehyde, carvacrol, citral or linalool) have been tested. Bioactive films with ethylene-vinyl alcohol copolymers supplemented with EOs or their active components have been used to control fungal growth and mycotoxin production. AgNPs, characterized by ICP-MS and transmission electron microscopy, have been used to test their effectiveness against fungal growth and mycotoxin production. The effective doses of the antifungals for 50%, 90% and 100% growth reduction have been determined and their efficacy in total reduction/inhibition of mycotoxin production has been studied. Fungi of the genus Aspergillus, especially Aspergillus flavus, were predominantly isolated on maize while on oats the main T-2/HT-2 producing species was Fusarium sporotrichioides. In the antifungal trials, fungal growth and mycotoxin production depended on factors such as fungal species, temperature, aw/relative humidity, type and dose of antifungal agent and their interactions. Low-dose antifungal treatments occasionally induced an increase in the production of some mycotoxins. This is the first study on the incidence of AF and T-2/HT-2 in Spanish maize and oats. Rapid fungal identification methods and rapid, reproducible and sensitive mycotoxin analytical methods are proposed. Innovative strategies based on the use of EOs, bioactive films and AgNPs are designed, tested and proposed to prevent/control fungi able to produce AF or T-2/HT-2 and these mycotoxins in food.

Los hongos filamentosos están ampliamente distribuidos en la naturaleza y existen especies causantes de infecciones en el hombre, animales o plantas, o productores de micotoxinas que pueden ocasionar intoxicaciones agudas o crónicas. Los hongos toxigénicos pertenecen principalmente a los géneros Aspergillus, Fusarium y Penicillium. El cambio climático facilita la adaptación de especies toxigénicas a nuevas condiciones de estrés térmico/hídrico, lo cual afecta a su distribución geográfica en cultivos básicos, como los cereales. Ello facilita la dominancia de las especies mejor adaptadas, lo que se traduce en la emergencia de ciertas micotoxinas en los cereales como las aflatoxinas (AF) o tricotecenos, como las toxinas T-2 y HT-2 (T-2 y HT-2). Ello plantea nuevos retos en seguridad alimentaria. La Tesis aborda el estudio de las principales especies de los géneros Aspergillus y Fusarium productoras de AF y T-2/HT-2, respectivamente, en maíz y avena comercializados en España, la determinación/evaluación de las micotoxinas en las muestras, la influencia de las condiciones ambientales sobre el crecimiento fúngico y la producción de estas micotoxinas y el diseño/ensayo de estrategias basadas en antifúngicos convencionales y naturales, envases bioactivos y nanopartículas de plata (AgNPs) para la prevención/control del crecimiento fúngico y la biosíntesis de micotoxinas. Se han analizado 98 muestras de maíz y 100 de avena recogidas en España en 2015-2019. Se efectuó la identificación de los hongos productores de AF y T-2/HT-2 por métodos convencionales y moleculares, habiéndose diseñado un nuevo método voltamperométrico de identificación con buenos resultados. La identificación/cuantificación de micotoxinas se ha realizado mediante HPLC-FLD/DAD o UPLC-MS/MS. Se han ensayado formulaciones de antifúngicos convencionales y naturales, como aceites esenciales (AE) o sus componentes activos (cinamaldehído, carvacrol, citral o linalol). Se han utilizado films bioactivos con copolímeros de etileno-alcohol vinílico suplementados con AE o sus componentes activos para controlar el crecimiento fúngico y la producción de micotoxinas. Se han empleado AgNPs, caracterizadas mediante ICP-MS y microscopía electrónica de transmisión, para ensayar su efectividad frente al crecimiento fúngico y la producción de micotoxinas. Se han determinado las dosis efectivas de los antifúngicos para la reducción del crecimiento en un 50%, 90% y 100% y se ha estudiado su efectividad en la reducción/inhibición total de la producción de micotoxinas. Los hongos del género Aspergillus, especialmente Aspergillus flavus, se aislaron predominantemente en maíz mientras que en avena la principal especie productora de T-2/HT-2 fue Fusarium sporotrichioides. En los ensayos con antifúngicos el crecimiento fúngico y la producción de micotoxinas dependió de factores como especie fúngica, temperatura, aw/humedad relativa, tipo y dosis de agente antifúngico y de sus interacciones. Tratamientos con antifúngicos a dosis bajas, ocasionalmente inducen un incremento de la producción de algunas micotoxinas. Este es el primer estudio sobre la incidencia de AF y T-2/HT-2 en maíz y avena española. Se proponen métodos rápidos de identificación fúngica y métodos analíticos de micotoxinas rápidos, reproducibles y sensibles. Se diseñan, ensayan y proponen estrategias innovadoras basadas en el uso de AE, films bioactivos y AgNPs para prevenir/controlar hongos productores de AF o T-2/HT-2 y de estas micotoxinas en alimentos.