The Fusarium Mycotoxins in Finnish Cereal Grains : How to Control and Manage the Risk
Hietaniemi, Veli (2016-12-02)
The Fusarium Mycotoxins in Finnish Cereal Grains : How to Control and Manage the Risk
(02.12.2016)
Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-6666-0
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-6666-0
Kuvaus
Siirretty Doriasta
Tiivistelmä
The central goal of grain cultivation is the production of high-quality food or feed-related raw materials for the processing industry. Management of Fusarium mycotoxins in Finnish cereal grains have a direct impact on human and animal health, and the confidence in a safe and healthy domestic cereals and cereal products.
Fusarium fungi and head blight have always emerged in Finland after rainy and poor summer weather conditions. During the 1960s and 1970s the spectrum of Fusarium species and the ability of the fungi to produce mycotoxins in domestic grain were subject to extensive investigation. The summer of 1987 was again very rainy and cold, and there was abundant and even visible occurrence of Fusarium head blight in grains. A decade passed, and another very rainy and cold summer was encountered in 1998. The last straw of the risk of mycotoxins in magnitude was the summers 2012 and 2013. Even up to a quarter and a fifth of domestic oats in grain trading, respectively, were not accepted for food use because of DON concentrations exceeded the EU limit.
The aims of the present study were to produce updated information of Fusarium species, and to define the changes in Fusarium mycotoxins in Finnish cereal grains in the years 1987-2014. Another important aims were to determine the basis of the toxin contents and agronomic factors behind the studied samples how to control and manage the Fusarium mycotoxin risk, and to predict by modeling the magnitude of the mycotoxin risk.
According to the results, the most common Fusarium species in Finnish cereal grains were F. avenaceum, F. culmorum, F. graminearum, F. poae, F. sporotrichioides and F. langsethiae. When compared to previous studies from the 1970s and 1980s to the present day in Finland, a clear conclusion was drawn that during these years F. graminearum, F. sporotrichioides and F. langsethiae have come strongly into the picture. The number of exceptionally high DON concentrations and also the contents and positive findings of T-2 and HT-2 toxins have increased in Finland.
The following important control and management factors were emphasized: pay attention to the quality of seed and seed dressing; rotation - repeated cultivation of cereals is not recommended; careful timing of harvest and harvest drying - moisture content < 14 %; introduction of rapid test methods and sorting technology at farm level, and last but not least, minimize the risks of toxins by cultivation. Industrial sorting and dehulling reduced the DON, T-2+HT-2 and 3-AcDON levels in oat samples by 75–91%, 87 %, and 67–91%, respectively.
In the near future, increased collaboration among farmers, researchers, the grain processing industry and consumers is needed. Especially, there is a significant need to increase the competitiveness and cost-effectiveness of grain farming in the specialization of national and international markets, and make producers committed to the production of quality grains, novel utilization of by-products and recycling of nutrients. Among the cereals investigated, oats is the most susceptible to Fusarium infestation and the production of Fusarium mycotoxins in Finland. The market is eagerly looking for new high-yielding varieties capable of preventing Fusarium infestation and having low levels of mycotoxins. Viljan alkutuotannon tärkein tavoite on korkealaatuisen raaka-aineen tuottaminen elintarvike- ja rehuteollisuuden, kotieläintuotannon sekä muiden loppukäyttäjien tarpeisiin. Viljojen hometoksiinien hallinnalla varmistetaan kuluttajien ja eläinten hyvinvointi sekä luottamus turvalliseen ja terveelliseen kotimaiseen viljaan ja viljatuotteisiin.
Fusarium -sienet ja punahomeet ovat Suomessa nousseet esiin aina sateisten ja kosteiden sääolosuhteiden jälkeen. 1960- ja 1970 -luvuilla havaittiin, että punahomeet heikentävät jyvien kehitystä, alentavat itävyyttä, aiheuttavat tyvitauteja ja tähkäfusarioosia. Vuosi 1987 oli hyvin sateinen ja kylmä kesä ja punahometta esiintyi viljoissa runsaasti. Kului vuosikymmen, ja koettiin jälleen erittäin sateinen ja kylmä kesä vuonna 1998. Sateinen kesä 2012 oli myös hyvin poikkeuksellinen. Toksiinitasot kohosivat ja kaurasadosta neljännes ei viljan vastaanotossa täyttänyt elintarvikeviljalle säädettyjä suurimpia sallittuja DON-pitoisuuksia. Vuosi 2013 oli lähes yhtä huono hometoksiinien osalta; viidennes kauraeristä ei täyttänyt DONin osalta elintarvikeviljalle säädettyjä enimmäispitoisuuksia. Tämä nosti riskin hallinnan työkalut erityiseen tarkkailuun.
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa ajantasainen tieto suomalaisen viljan Fusarium - sienten lajikirjosta, sekä selvittää viljojen hometoksiinien pitoisuuksien muutokset aikavälillä 1987– 2014. Lisäksi erityisenä tavoitteena oli tutkia miten hometoksiinien muodostumista viljoissa voidaan estää ja hallita eri viljelyteknisillä toimenpiteillä ja mallintamalla.
Yleisimmät Fusarium -sienet suomalaisessa viljassa olivat F. avenaceum, F. culmorum, F. graminearum, F. poae, F. sporotrichioides ja F. langsethiae. Kun verrataan näitä tuloksia Fusarium -lajikirjoon 1970-luvulla ja 1980-luvulla, niin selkeästi F. graminearum, F. sporotrichioides ja F. langsethiae ovat nousseet vahvoiksi Fusarium -toksiinien tuottajiksi 2000 -luvulla. Nämä muutokset näkyvät myös korkeiden DON -toksinipitoisuuksien määrän - ja T-2+HT-2 toksiinien pitoisuustasojen kasvussa sekä positiivisten löydösten lisääntymisessä.
Tärkeimmät riskinhallinnan työkalut ovat siemenen kunnostus ja peittaus, viljelykierto, puintiajankohdan valinta, ja puidun sadon nopea ja huolellinen kuivatus alle 14 %:iin; pikamittausten ja lajittelun käyttöönotto tilatasolla sekä panostaminen elinvoimaisen ja satoisan kasvuston aikaansaamiseksi. Lajittelulla ja kuorinnalla kauranäytteiden DON-, T-2+HT-2- ja 3- AcDON-pitoisuudet alenivat 75–91 %, 87 % ja 67–91 % vastaavassa järjestyksessä.
Merkittävä tarve on lisätä viljan viljelijöiden kilpailukykyä ja kustannustehokkuutta erikoistuvilla kansallisilla ja kansainvälisillä markkinoilla sekä sitouttaa viljelijät laatuviljan tuotantoon, sivuvirtojen uuteen hyödyntämiseen ja ravinteiden kierrätykseen. Kaikista tutkituista viljanäytteistä kaura oli herkin Fusarium -sienten tartunnalle ja Fusarium -toksiinien muodostumiselle. Tulevaisuuden viljamarkkinat odottavat herkeämättä uusia satoisia Fusarium - kestäviä lajikkeita.
Fusarium fungi and head blight have always emerged in Finland after rainy and poor summer weather conditions. During the 1960s and 1970s the spectrum of Fusarium species and the ability of the fungi to produce mycotoxins in domestic grain were subject to extensive investigation. The summer of 1987 was again very rainy and cold, and there was abundant and even visible occurrence of Fusarium head blight in grains. A decade passed, and another very rainy and cold summer was encountered in 1998. The last straw of the risk of mycotoxins in magnitude was the summers 2012 and 2013. Even up to a quarter and a fifth of domestic oats in grain trading, respectively, were not accepted for food use because of DON concentrations exceeded the EU limit.
The aims of the present study were to produce updated information of Fusarium species, and to define the changes in Fusarium mycotoxins in Finnish cereal grains in the years 1987-2014. Another important aims were to determine the basis of the toxin contents and agronomic factors behind the studied samples how to control and manage the Fusarium mycotoxin risk, and to predict by modeling the magnitude of the mycotoxin risk.
According to the results, the most common Fusarium species in Finnish cereal grains were F. avenaceum, F. culmorum, F. graminearum, F. poae, F. sporotrichioides and F. langsethiae. When compared to previous studies from the 1970s and 1980s to the present day in Finland, a clear conclusion was drawn that during these years F. graminearum, F. sporotrichioides and F. langsethiae have come strongly into the picture. The number of exceptionally high DON concentrations and also the contents and positive findings of T-2 and HT-2 toxins have increased in Finland.
The following important control and management factors were emphasized: pay attention to the quality of seed and seed dressing; rotation - repeated cultivation of cereals is not recommended; careful timing of harvest and harvest drying - moisture content < 14 %; introduction of rapid test methods and sorting technology at farm level, and last but not least, minimize the risks of toxins by cultivation. Industrial sorting and dehulling reduced the DON, T-2+HT-2 and 3-AcDON levels in oat samples by 75–91%, 87 %, and 67–91%, respectively.
In the near future, increased collaboration among farmers, researchers, the grain processing industry and consumers is needed. Especially, there is a significant need to increase the competitiveness and cost-effectiveness of grain farming in the specialization of national and international markets, and make producers committed to the production of quality grains, novel utilization of by-products and recycling of nutrients. Among the cereals investigated, oats is the most susceptible to Fusarium infestation and the production of Fusarium mycotoxins in Finland. The market is eagerly looking for new high-yielding varieties capable of preventing Fusarium infestation and having low levels of mycotoxins.
Fusarium -sienet ja punahomeet ovat Suomessa nousseet esiin aina sateisten ja kosteiden sääolosuhteiden jälkeen. 1960- ja 1970 -luvuilla havaittiin, että punahomeet heikentävät jyvien kehitystä, alentavat itävyyttä, aiheuttavat tyvitauteja ja tähkäfusarioosia. Vuosi 1987 oli hyvin sateinen ja kylmä kesä ja punahometta esiintyi viljoissa runsaasti. Kului vuosikymmen, ja koettiin jälleen erittäin sateinen ja kylmä kesä vuonna 1998. Sateinen kesä 2012 oli myös hyvin poikkeuksellinen. Toksiinitasot kohosivat ja kaurasadosta neljännes ei viljan vastaanotossa täyttänyt elintarvikeviljalle säädettyjä suurimpia sallittuja DON-pitoisuuksia. Vuosi 2013 oli lähes yhtä huono hometoksiinien osalta; viidennes kauraeristä ei täyttänyt DONin osalta elintarvikeviljalle säädettyjä enimmäispitoisuuksia. Tämä nosti riskin hallinnan työkalut erityiseen tarkkailuun.
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa ajantasainen tieto suomalaisen viljan Fusarium - sienten lajikirjosta, sekä selvittää viljojen hometoksiinien pitoisuuksien muutokset aikavälillä 1987– 2014. Lisäksi erityisenä tavoitteena oli tutkia miten hometoksiinien muodostumista viljoissa voidaan estää ja hallita eri viljelyteknisillä toimenpiteillä ja mallintamalla.
Yleisimmät Fusarium -sienet suomalaisessa viljassa olivat F. avenaceum, F. culmorum, F. graminearum, F. poae, F. sporotrichioides ja F. langsethiae. Kun verrataan näitä tuloksia Fusarium -lajikirjoon 1970-luvulla ja 1980-luvulla, niin selkeästi F. graminearum, F. sporotrichioides ja F. langsethiae ovat nousseet vahvoiksi Fusarium -toksiinien tuottajiksi 2000 -luvulla. Nämä muutokset näkyvät myös korkeiden DON -toksinipitoisuuksien määrän - ja T-2+HT-2 toksiinien pitoisuustasojen kasvussa sekä positiivisten löydösten lisääntymisessä.
Tärkeimmät riskinhallinnan työkalut ovat siemenen kunnostus ja peittaus, viljelykierto, puintiajankohdan valinta, ja puidun sadon nopea ja huolellinen kuivatus alle 14 %:iin; pikamittausten ja lajittelun käyttöönotto tilatasolla sekä panostaminen elinvoimaisen ja satoisan kasvuston aikaansaamiseksi. Lajittelulla ja kuorinnalla kauranäytteiden DON-, T-2+HT-2- ja 3- AcDON-pitoisuudet alenivat 75–91 %, 87 % ja 67–91 % vastaavassa järjestyksessä.
Merkittävä tarve on lisätä viljan viljelijöiden kilpailukykyä ja kustannustehokkuutta erikoistuvilla kansallisilla ja kansainvälisillä markkinoilla sekä sitouttaa viljelijät laatuviljan tuotantoon, sivuvirtojen uuteen hyödyntämiseen ja ravinteiden kierrätykseen. Kaikista tutkituista viljanäytteistä kaura oli herkin Fusarium -sienten tartunnalle ja Fusarium -toksiinien muodostumiselle. Tulevaisuuden viljamarkkinat odottavat herkeämättä uusia satoisia Fusarium - kestäviä lajikkeita.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2801]