Главная / Обложка / LumoVision: Орудие борьбы с проблемой афлатоксина

LumoVision: Орудие борьбы с проблемой афлатоксина

«Сегодня достижения в области науки и цифровых технологий позволяют получать более точные решения, которых раньше невозможно было получить. Продукт швейцарской технологической фирмы Bühler – LumoVision, представляет собой систему оптической сортировки кукурузы, управляемой на основе фактических данных, которая способствует значительному улучшению текущей практики очистки, а также имеет потенциал для внесения существенного вклада в решение проблемы афлатоксина. LumoVision – это усовершенствованная система, которая позволяет проводить точную обработку, что снижает риск инфицирования афлатоксином при одновременном снижении пищевых отходов и бизнес-рисков».

Кукуруза, самая урожайная злаковая культура в мире и основной продукт в рационе трети населения мира, восприимчива к природному яду – афлатоксин. Было установлено, что длительное воздействие афлатоксина вызывает онкологические заболевания и способствует замедлению роста у детей. Согласно оценкам, он во всем мире несет ответственность за более чем 155,000 случаев рака печени в год. В мировом масштабе, 160 миллионов детей страдают от задержки в росте. Афлатоксин признан Продовольственной и сельскохозяйственной организацией, Всемирной организацией здравоохранения и другими государственными органами здравоохранения в качестве главной проблемы в вопросе пищевой безопасности и защищенности.

Порождаемый грибковыми порами плесени, афлатоксин бесцветный и не имеет запаха, что затрудняет его обнаружение. Всего лишь 2 сильно зараженных зерна из 10,000 могут превратить всю партию в опасную. Идентификация и устранение зараженных афлатоксином зерен является серьезной проблемой. Используемые способы очистки являются неточными, а это означает, что много тонн хорошего зерна выбрасывается вместе с зараженным зерном, в то время как некоторые зараженные зерна все еще могут проскользнуть.

Сегодня достижения в области науки и цифровых технологий делают возможным получение более точных решений, что ранее было невыполнимым. LumoVision, разработан швейцарской технологической фирмой Bühler, представляет собой систему оптической сортировки кукурузы, управляемой на основе фактических данных, которая способствует значительному улучшению текущей практики очистки, а также имеет потенциал для внесения существенного вклада в решение проблемы афлатоксина.

Основная угроза продовольственной безопасности
Афлатоксин относится к группе природных ядов, известных как микотоксины. Все микотоксины несут угрозу для человеческого здоровья, но афлатоксин представляет наибольший риск. Пять типов афлатоксина связаны с кукурузой: B1, B2, G1, G2 и M1. Среди них наиболее токсичным считается B1. Афлатоксин производится штаммами грибов: Aspergillus flavus и Aspergillus parasiticus. Aspergillus лучше всего прорастает в жарких и влажных условиях или в местах хранения зерна с высокой влажностью. Растения, которые переживали воздействие таких экстремальных погодных условий, как засуха или были подвержены нашествию насекомых, являются более чувствительными к заражению грибковыми инфекциями. Афлатоксин был также найден и в других зерновых культурах, но кукуруза – основной продукт питания для миллионов жителей Субсахарной Африки, Юго-Восточной Азии и Латинской Америки, которые являются наиболее уязвимыми перед загрязнением.

В 2015 году Всемирная организация здравоохранения подтвердила, что афлатоксин является наиболее опасным химическим веществом, которое угрожает пищевой безопасности. В соответствии с докладом Международного агентства по изучению рака, 0,5 млрд. людей в развивающихся странах подвержены риску хронического воздействия афлатоксинов на протяжении всей жизни. В этом же докладе была установлена связь между отравлением афлатоксинами и замедлением роста среди детей. В странах проживания, где доверяют диетам, основанным на употреблении кукурузы, дети регулярно подвергаются воздействиям яда через пищу, которую они употребляют сами, или, как младенцы, получают через материнское молоко. Афлатоксин M1 – менее токсичная форма афлатоксина B1, которая может передаваться людям через молоко крупного рогатого скота, которого кормили зараженной кукурузой. Кроме того, данный афлотоксин был обнаружен в печени и яйцах куриц, которые питались зараженными зернами.

Действующее регулирование и управление
В большинстве стран действует законодательство, устанавливающее максимально допустимое количество микотоксинов, а именно содержание афлатоксинов в продуктах питания. В Европейском Союзе они варьируются от 2 частей на миллиард в продуктах питания для взрослых и 0.1 частей на миллиард в детском питании на основе злаковых, в Кении это до 10 частей на миллиард. Предельная граница Афлатоксина M1 в молоке находится в диапазоне от 0.05 частей на миллиард в Европе и 0.5 частей на миллиард в США. Афлатоксин является единственным микотоксином, для которого установлены также допустимые пределы содержания в корме для животных. В ЕС этот предел варьируется от 5 до 20 частей на миллиард. В других регионах допустимые значения в корме находятся в пределах от 20 частей на миллиард для молочного скота, до 300 частей на миллиард для крупного рогатого скота.

Однако соблюдений этих норма – весьма сложная проблема. Афлатоксин не разрушается во время готовки или при другой термической обработке. Поскольку искоренить токсин невозможно на каком-то одном этапе, необходимо решать эту проблему на протяжении всей производственно-сбытовой цепочки. Надлежащие методы ведения сельского хозяйства, такие как тщательный отбор семян, севооборот и правильное применение фунгицидов могут помочь, также как и сушка, и подходящее хранение в силосах, которые хорошо вентилируются и поддерживают необходимый уровень влажности.

На мельнице комбинация механического разделения и оптической сортировки используется для устранения зерна, показывающего признаки грибковой инфекции. Расколотые зерна просеиваются, зараженная пыль убирается, а более светлые и ссохшиеся зерна сортируются. Затем применяется оптический сортировщик для устранения обесцвеченных и сухих зерен.

Собственные тематические исследования фирмы Bühler показали, что каждый из этих методов способствует общему сокращению загрязнения микотоксинами. Однако эти процессы не уничтожают афлатоксин в полной мере. Некоторые зерна не показывают каких-либо внешних признаков инфекции, и некоторые индикаторы могут быть вызваны другими грибами, которые не являются причиной возникновения токсинов. Без наличия последовательной видимой разницы между зараженными и нормальными зернами, единственным способом стать абсолютно уверенным является отправление образца в лабораторию для проведения анализа. Этот процесс отнимает много времени, а также затрудняется тем, что афлатоксин появляется неравномерно в разных очагах. Образцы зерен, взятые из разных загруженных частей грузовика, будут показывать крайне противоречивые значения. В результате, даже после проведения лабораторной экспертизы есть большая вероятность того, что зараженные зерна не будут обнаружены.

В некоторых регионах мира высокий уровень заражения остается незамеченным. Исследования, проведенные Международным исследовательским институтом по продовольственной политике, финансируемые фондом Билла и Мелинды Гейтс, показали, что заражение кукурузы афлатоксином в Кении в 2010 году вызвало серьезную тревогу – 30-40% кукурузы, собранной фермерами, имели уровень выше, чем 10 частей на миллиард. Подобным образом проведенное тестирование 600 образцов кукурузы, взятых с основных розничных рынков Руанды, показали значения в диапазоне 8-25 частей на миллиард. В Индии было выявлено, что средняя концентрация Афлатоксина B1 в корме крупного рогатого скота составляет 32 части на миллиард. Как следствие, в 38% образцов пакетированного молока популярных брендов на индийском рынке было обнаружено превышение максимально допустимой границы.

Афлатоксин, наряду с постоянной угрозой для здоровья, представляет собой серьезный бизнес-риск для фермеров, трейдеров и производителей продуктов питания, поскольку современные технологии позволяют сократить уровень токсинов на 60-90% при общем снижении урожайности, которое составляет 5-25%. Более того, риск растет, поскольку климатические изменения приводят к повышению температуры в большом числе регионов. Уже были зарегистрированы случаи в Сербии, Италии, Испании и Венгрии.

LumoVision: Инновационное решение
Фирма Bühler работает над поиском решений по сокращению афлатоксина с времен, когда он был впервые обнаружен в 1960-х годах. Текущее решение опирается на выводы, впервые сделанные в 1970-х годах о том, что яркая зелено-желтая флуоресценция напрямую связана с заражением кукурузы афлатоксинами. С тех пор Продовольственная и сельскохозяйственная организация начала рекомендовать флуоресценцию в качестве предполагаемого теста на наличие афлатоксина в кукурузе. Однако только с помощью использования нынешних технологий и инноваций стало возможным разработать систему и применить данный тест на промышленных скоростях обработки.

Во время вспышки заражения афлатоксином в Италии в 2013 году некоторые клиенты фирмы Bühler начали использовать флуоресценцию в качестве теста на наличие заражения. Чистые зерна флуоресцировали синим цветом под влиянием ультрафиолета, в то время как зерна, которые после проведения экспертизы были определены, как зараженные афлатоксином, флуоресцировали зеленым цветом. Причиной флуоресценции является вещество, называемое койевой кислотой, которая вырабатывается грибами Aspergillus, одновременно производящими афлатоксин.

Благодаря этому показателю заражения, инженеры Bühler смогли разработать сортировочную машину, которая может обнаружить и корректно идентифицировать на промышленных скоростях точную разницу в цвете между зараженными и здоровыми зернами. Используя высокочувствительные камеры и мощную светодиодную ультрафиолетовую систему, стало возможным ориентироваться на специфический зеленый цвет, который связан с наличием афлатоксина.

В 2017 году новая система освещения и видеонаблюдения была включена в модифицированный сортировщик, и установлена для проведения тестирования на промышленной фабрике по обработке кукурузы. После корректировок новая система достигла возможности стабильного сокращения уровня заражения афлатоксином в среднем на 85-90% с потерей объема урожая менее чем 5%.

Кроме того, Microsoft разрабатывает облачный цифровой сервис, который будет применяться для прогнозирования риска заражения конкретной партии кукурузы в режиме реального времени. Данные, которые собираются камерой о каждом зерне, объединятся вместе с более обобщенными данными о риске, связанном с конкретной партией, позволяя, таким образом, машине оценить общий уровень угрозы заражения, и автоматически остановить процесс и приступить к сортировке. Если показатель риска особенно высок, клиент получает предупреждающий сигнал тревоги, позволяющий ему принять дополнительные мери предосторожности. Если партия кукурузы оценивается как чистая и общий уровень риска незначительный, машина может принять решение о безопасности приостановления сортировки. Как только машина снова идентифицирует наличие афлатоксина в продукте или высокий уровень риска, сортировка автоматически возобновится. Принятие решения происходит по принципу меньше чем 100 мс «на зерно» с пропускной способностью промышленного производства 10-15 тонн в час.

Благодаря новой облачной системе Microsoft, которая непрерывно занимается контролем над потоком продукта и оцениванием риска, уровень потери урожая снижается практически к нулю при гарантии безопасности конечного продукта.

Повышение пищевой безопасности и снижение экономического риска
LumoVision обеспечивает значительное усовершенствование предыдущих систем, что позволяет проводить корректную обработку, которая снижает риск заражения афлатоксином при одновременном снижении количества пищевых отходов и бизнес-рисков. Использование LumoVision должно привести к более стабильной производительности очистки и сокращению потерь, связанных с текущими процессами очистки. Bühler сотрудничает с различными партнерами для проведения дальнейшего тестирования и утверждения использования технологии для кукурузы и других зерновых культур.

Помимо своего потенциала в плане снижения экономического влияния афлатоксина, LumoVision может внести важный вклад в снижение воздействия на здоровье в менее обеспеченных общинах Африки, Индии и Юго-Восточной Азии. В данном случае задача заключается в создании партнерских отношений с не государственными и государственными организациями с целью обеспечения доступа к технологиям, где это действительно необходимо. Это будет сопровождаться программой предоставления в эти регионы локальных станций очистки в сочетании с обширными образовательными программами, которые охватывают надлежащие методы ведения сельского хозяйства и правильный послеуборочный период. Совместное принятие этих мер может спасти жизни, способствовать здоровому развитию детей и построению процветающего общества.
Вывод
Афлатоксин – комплексная проблема, которую ни один участник производственно-сбытовой цепочки не может решить самостоятельно. Однако, будучи ведущей компанией в системах пищевой промышленности, Bühler гордится своим вкладом в решение этой проблемы. По мере того как население мира растет и меняются экономические и экологические условия, поддерживаемые принципы пищевой промышленности уже не являются просто вопросом корпоративной социальной ответственности – это теперь также и залог успешного бизнеса. LumoVision – это лишь один из инновационных цифровых сервисов, который в настоящее время разрабатывается компанией Bühler вместе с технологическим партнером Microsoft с целью решения вышеуказанных задач.

Примечания
International Agency for Research on Cancer (IARC), Press release 242, 2016 https://www.iarc.fr/en/media-centre/pr/2016/pdfs/pr242_E.pdf
WHO Estimate of the Global Burden of Foodborne Disease. 2015.
http://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/199350/9789241565165_eng.pdf?sequence=1
reference for WHO
Wild, Christopher P. et al. (eds.). 2015. Mycotoxin control in low- and middle-income countries. IARC Working Group Reports 9.
https://www.iarc.fr/en/publications/pdfs-online/wrk/wrk9/IARC_publicationWGR9_full.pdf
Slettengren K. et al. 2017. Aflatoxin reduction in maize by advanced grain cleaning solutions. 1st MycoKey Conference, 11-14 September 2017, Ghent, BE (P85). : http://www.buhlergroup.com/global/en/process-technologies/food-safety.htm#.Wtnfg4huaUk
International Food Policy Research Institute (IFPRI), Press release 2011, http://www.ifpri.org/news-release/new-study-documents-spread-aflatoxins-kenya
Nishimwe, Kizito et al. 2017. An initial characterization of aflatoxin B1 contamination of maize sold in the principal retail markets of Kigali, Rwanda. Food Control (73): 574-580.
https://www.k-state.edu/phl/what-we-do/An%20initial%20characterization%20of%20aflatoxin%20B1%20contamination%20of%20maize%20sold.pdf
Kotinagu, Korrapati et al. 2015. Assessment of aflatoxin B1 in livestock feed and feed ingredients by high-performance thin layer chromatography. Veterinary World. 8(12): 1.396–1399
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4774816/
Siddappa, Vinutha et al. 2012. Occurrence of aflatoxin M1 in some samples of UHT, raw & pasteurized milk from Indian states of Karnataka and Tamilnadu. Food and Chemical Toxicology 50 (11): 4158-4162.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S027869151200614X
Shotwell, O. L. et al.1974. Aflatoxin: Distribution in contaminated corn. Cereal Chemistry 51: 492-499.
Shotwell, O. L., et al. 1975. Aflatoxin occurrence in some white corn under loan, 1971. III. Association with bright greenish-yellow fluorescence in corn. Cereal Chemistry 52: 670-677.
Shotwell, O. L., and C.W. Hesseltine. 1981. Use of bright greenish-yellow fluorescence as a presumptive test for aflatoxins in corn. Cereal Chemistry 58: 124-127.
Shotwell, O. L. 1983. Aflatoxin detection and determination in corn. In Aflatoxin and Aspergillus flavus in corn, U.L. Diener, R.L. Asquith and J.W. Dickons, eds. Southern Cooperative Series Bulletin 179. Alabama Agricultural Experiment Station. Auburn, Alabama, USA. pp. 38-43.
Marsh, P. B. et al. 1969. Mechanism of formation of a fluorescence in cotton fiber associated with aflatoxins in the seeds at harvest. Journal of Agricultural and Food Chemistry 17: 468-472.

Проверить также

Влияние климатических изменений на производство зерна

Мы сталкиваемся с неслыханными наводнениями, засухами, аномальной жарой, пожарами разрушительной силы и ураганами по всему …