Fungal populations and metabolism of fusarium mycotoxins in cereals: from occurrence to analysis by hyphenated analytical techniques

Il successo nella produzione di cereali, per quanto riguarda la contaminazione fungina durante la fase pre-raccolta, è fortemente correlato alla valutazione del controllo qualità. Lo scopo di questa ricerca è stato quello di studiare come lo zearalenone (ZEN), un metabolita secondario prodotto da diverse specie di Fusarium, sia metabolizzato e modificato nei cereali, come ad esempio il grano e l’orzo. Inoltre, abbiamo sviluppato e ottimizzato metodi analitici per l’identificazione di composti organici volatili (VOC) prodotti dall’interazione tra due specie fungine tossigene selezionate (F. graminearum e F. culmorum) e piante di frumento. L’identificazione di biomarcatori di infezione precoce, all’interno di questi VOC, può contribuire a prevenire/ridurre le contaminazioni all’interno della catena alimentare. Per quanto riguarda la micotossina ZEN, sono stati eseguiti esperimenti “Time Course”. Il grano e l’orzo sono stati trattati con ZEN. I campioni sono stati raccolti in tempi differenti e analizzati con un sistema UHPLC accoppiato ad uno spettrometro di massa QTOF. Il metodo LC-MS è stato ottimizzato per consentire un’analisi veloce, ma comunque in grado di separare i metaboliti target. Per quanto riguarda i composti volatili, le piante di frumento sono state inoculate utilizzando sospensioni di spore dei due funghi selezionati. Le analisi sono state effettuate in differenti fasi fenologiche di crescita. I VOC sono stati campionati direttamente nello spazio di testa di foglie e spighe, mediante microestrazione in fase solida, e analizzati mediante strumentazione GC-MS. Quantità assolute di ZEN e dei suoi metaboliti possono essere riportati rispetto al tempo di raccolta dopo il trattamento. Sulla base del recupero percentuale rispetto al punto zero, si è visto che la maggioranza dello ZEN non è stata metabolizzata dalle piante. I principali prodotti di metabolizzazione sono stati i glucosidi. Invece i dati ottenuti dalle analisi dei VOC sono stati elaborati utilizzando approcci statistici, come la PCA (analisi dei componenti principali), che sottolineano differenze molto importanti tra i campioni. In particolare la maggior parte dei VOC sono stati rilevati durante la maturazione lattea. Tra le sostanze identificate, alcoli alifatici, aldeidi e chetoni sono stati i più abbondanti. Questi composti hanno differenti vie di biosintesi. Per quanto riguarda gli esperimenti “Time Course”, è possibile concludere che la maggior parte dello ZEN rimane non metabolizzata, però abbiamo osservato alcuni glucosidi, in particolare nell’orzo, il quale si è dimostrato più attivo nella produzione di glucosidi rispetto al grano. L’approccio sviluppato nello studio dei volatili ha fornito risultati promettenti nel prevedere il potenziale della formazione della tossina, individuando la presenza di entrambe le specie di Fusarium nelle fasi iniziali della crescita fungina nelle cultivar di frumento.