Ausbruch der Ernteverunreinigung in Kenia inspiriert Doktoranden zur Verbesserung der Reislagerung

Während die Hälfte der Weltbevölkerung Reis als Grundnahrungsmittel verwendet, sind etwa 15 % des jährlich produzierten Reises mit potenziell tödlichen Aflatoxinen verseucht. Als eine wissenschaftliche Mitarbeiterin sah, wie dies in ihrem Heimatland Kenia Leben bedrohte, konzentrierte sie sich darauf, das Risiko durch sicherere Lagerungsmethoden zu beseitigen.

Faith Ouma, eine Doktorandin in der Abteilung für Lebensmittelwissenschaften an der University of Arkansas, war die Hauptautorin von „Untersuchung sicherer Lagerbedingungen zur Eindämmung der Aflatoxin-Kontamination in Reis.“ Er wurde in der Zeitschrift Lebensmittelkontrolle.

Ouma schloss ihr Grundstudium der Biochemie in Kenia ab, bevor sie an der University of Arkansas einen Masterabschluss und einen Doktortitel erlangte. Ihr Studium wurde von der Arkansas Agricultural Experiment Station durchgeführt, dem Forschungszweig der Abteilung für Landwirtschaft der University of Arkansas. Die Abteilung für Lebensmittelwissenschaften ist Teil des Dale Bumpers College of Agricultural, Food and Life Sciences.

Bei schlechten Lagerbedingungen wie hohen Temperaturen und Feuchtigkeit kann Reis mit Pilzen kontaminiert werden. Pilze können dann natürlich vorkommende giftige Verbindungen, sogenannte Mykotoxine, produzieren. Forscher haben jedoch noch nicht herausgefunden, warum sie diese Toxine produzieren.

Aflatoxine, eine Gruppe von Mykotoxinen, sind giftige Verbindungen, die von der Internationalen Agentur für Krebsforschung als Karzinogene der Gruppe 1 eingestuft wurden. Das bedeutet, dass es genügend Beweise dafür gibt, dass sie beim Menschen Krebs verursachen können. Aflatoxine stellen auch ein größeres Risiko für Kinder dar, da sie ihr Immunsystem und ihr Wachstum bedrohen.

„In den USA sind Aflatoxine aufgrund der Entwicklung kein großes Problem“, sagte Ouma. „Aber in Kenia, wo ich herkomme, ist das einer der Brennpunkte. Es gab eine Zeit, in der Menschen starben, weil sie mit Aflatoxinen verseuchten Mais aßen.“

Entsprechend Forschung Laut einer 2020 im Journal of Young Investigators veröffentlichten Studie kam es 2004 in Kenia zum weltweit schwersten Aflatoxinausbruch, der 317 Fälle und 125 Todesfälle umfasste.

Griffiths Atungulu, außerordentlicher Professor für Lebensmittelwissenschaften und Direktor des Arkansas Rice Processing Program, fungiert als Oumas Berater und Co-Autor. Weitere Co-Autoren waren Kaushik Luthra, ein Postdoktorand der Lebensmittelwissenschaften, und Abass Oduola, ein ehemaliger Doktorand der Lebensmittelwissenschaften.

Das Projekt ist Teil von Oumas umfassenderem Forschungsziel zur Sicherheit von verzehrfertigen Reisprodukten wie Instantreis, das sie auch während ihrer Promotion verfolgen wird. Für ihre Forschung zur Reissicherheit erhielt sie 2022 von der Arkansas Association for Food Protection den ersten Preis für ihr Poster in der Abteilung „Interventionen, vor und nach der Ernte“. Außerdem wurde sie im selben Jahr für ihren mündlichen Vortrag auf der Jahrestagung der American Society of Agricultural and Biological Engineers als herausragende Referentin ausgezeichnet.

Bei Produkten wie Instantreis und Reiskuchen ist die Kontamination mit Aflatoxin ein noch größeres Risiko. Atungulu merkte an, dass ein Hersteller dieses Risiko in den frühen Phasen der Reisverarbeitung am ehesten eindämmen kann. Bei der späteren Verarbeitung zu Produkten wie Instantreis und Reiskuchen können selbst hohe Temperaturen von bis zu 200 Grad Celsius die Aflatoxine nicht beseitigen, sobald sie einmal entstanden sind. Selbst wenn hohe Temperaturen das Aflatoxin wirksam zerstören könnten, würden sie wahrscheinlich die Nährstoffqualität beeinträchtigen.

„Sobald sich das Gift gebildet hat, wird das Getreide fast unbrauchbar“, sagte Atungulu.

Untersuchung der Wachstumsbedingungen

Die Forscher wollten herausfinden, wie sich die Bildung von Aflatoxin verhindern lässt, indem sie maßen, welchen Einfluss Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Lagerzeit und Feuchtigkeit auf das Wachstum des Toxins haben.

Reis von einer Farm in Hazen wurde gesammelt und in Rohreis, braunen Reis und geschälten Reis unterteilt. Rohreis ist unbearbeitet und hat noch seine Schale oder harte Schutzhülle, während dies bei braunem Reis nicht der Fall ist. Geschälter Reis wird von Schale und Kleie befreit. Proben jeder Reissorte wurden dann in autoklavierte oder dampfsterilisierte und nicht autoklavierte Sorten unterteilt. Alle Proben wurden mit Aspergillus flavus geimpft, einer Pilzart, die Aflatoxine produziert, und das Team verfolgte dann die Aflatoxinwerte.

„Wir haben untersucht, in welcher Umgebung sich diese Pilze so sicher fühlen, dass sie mit der Produktion des Toxins beginnen“, sagte Atungulu.

Die Forscher maßen Ergosterol, eine Substanz in den Zellwänden der Pilze, und die Menge an Aflatoxin B1, einem starken Toxin, das mit Leberkrebs und einer Unterdrückung des Immunsystems in Verbindung gebracht wird. Die Forscher fanden heraus, dass Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit den größten Einfluss auf das Pilzwachstum hatten, und dass sie in Kombination sogar noch stärker wirkten. Sie fanden auch heraus, dass brauner Reis aufgrund der Fette in seiner Kleie, die Kohlenstoff für ein verstärktes Pilzwachstum und eine verstärkte Aflatoxinproduktion liefern können, einen besonders hohen Aflatoxin-B1-Gehalt aufwies.

Oumas Studie ergab, dass die richtigen Lagerbedingungen für Reis zur Reduzierung des Aflatoxinrisikos nach der Ernte eine Temperatur unter 20 Grad Celsius und eine relative Luftfeuchtigkeit unter 75 % umfassen. Während die Forschung sorgfältige Messungen der Pilz- und Aflatoxinwerte bei verschiedenen Temperaturen, Luftfeuchtigkeiten und anderen Parametern umfasste, hofft Ouma, dass ihre Arbeit zweifachen Einfluss haben wird.

„So sehr ich Daten veröffentlichen möchte, möchte ich auch etwas entwickeln, das bei der Lösung eines realen Problems helfen kann, wenn ich wieder nach Hause komme“, sagte Ouma.