Φυσικοχημική μελέτη της επίδρασης του όζοντος στην αποικοδόμηση και εξάλειψη των αφλατοξινών σε καθαρά υποστρώματα και τρόφιμα με την τεχνική της υγρής χρωματογραφίας

Abstract

Αflatoxins are unavoidable contaminants of food and feed, cause significant economic losses and pose a serious health risk to both humans and animals. The behaviour of aflatoxins under the influence of chemical reagents has been extensively studied, due to the possible application of such methods in detoxification of contaminated products. In this thesis, which is part of the research field of physical chemistry and food safety, the use of ozone gas was studied as a mean of reducing or completely eliminating the B1, B2, G1 and G2 of aflatoxins levels in pure substrates and foods. Initially, the behaviour and stability of aflatoxins solutions with different initial concentrations were studied, in triple distilled water. Furthermore, the stability of solutions of aflatoxins in acetonitrile or alkaline buffers with different pH values, was also studied. From the kinetic study of the effect of ozone gas on the aflatoxins’ degradation in neutral, alkaline and acidic solutions the kinetic equations of these decompositions, the classes of reactions, the rate constants of the above procedures and the activation energies, were calculated. Moreover, the degradation of aflatoxins was examined using ozone gas in wheat substrates (store in different conditions) artificially contaminated with aflatoxins. The determination of aflatoxins was carried out using the HPLC/FLD technique. The results of this study showed a clear correlation between concentration and time of application of ozone gas on different concentration levels of aflatoxins in pure substrates (triple distilled water and acetonitrile), in buffers and wheat substrates artificially contaminated with aflatoxins. Specifically, the ozone gas reduced or completely diminished the levels of aflatoxins proving that the ozonation is a satisfactory mean for their degradation. The effectiveness of ozone gas and the rate of degradation of aflatoxins were depended on the duration of the exposure to it, the concentration of ozone gas, the chemical structure of aflatoxins, the treatment temperature and the initial concentration of each aflatoxin. The results of this thesis, except for the scientific interest, have also practical significance because the problem of aflatoxins is globally considered very serious and much effort has been made to reduce or even eliminate aflatoxins through the implementation of various means.

Οι αφλατοξίνες αποτελούν αναπόφευκτους επιμολυντές των τροφίμων και των ζωοτροφών, επιφέροντας σημαντικές οικονομικές απώλειες και θέτοντας σε σοβαρό κίνδυνο την υγεία τόσο των ανθρώπων όσο και των ζώων. Η συμπεριφορά των αφλατοξινών υπό την επίδραση χημικών αντιδραστηρίων έχει μελετηθεί εκτεταμένα, εξαιτίας της πιθανής εφαρμογής τέτοιων μεθόδων, στην αποτοξίνωση προϊόντων που έχουν μολυνθεί. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, η οποία εντάσσεται στο ερευνητικό πεδίο της φυσικοχημείας και της ασφάλειας των τροφίμων, μελετήθηκε η χρήση του όζοντος, ως μέσο μείωσης ή και πλήρους εξάλειψης των αφλατοξινών Β1, Β2, G1 και G2 σε καθαρά υποστρώματα και σε τρόφιμα. Αρχικά μελετήθηκε η συμπεριφορά και η σταθερότητα διαλυμάτων αφλατοξινών διαφορετικών αρχικών συγκεντρώσεων, σε τριπλά αποσταγμένο νερό. Μελετήθηκε επίσης η σταθερότητα διαλυμάτων αφλατοξινών σε ακετονιτρίλιο και σε αλκαλικά ρυθμιστικά διαλύματα με διαφορετικές τιμές pH. Από την κινητική μελέτη της επίδρασης του όζοντος στη διάσπαση των τεσσάρων αφλατοξινών σε ουδέτερα, αλκαλικά και όξινα διαλύματα, υπολογίστηκαν οι κινητικές εξισώσεις των διασπάσεων αυτών, οι τάξεις των αντιδράσεων, οι σταθερές ταχύτητας των παραπάνω διαδικασιών και οι ενέργειες ενεργοποίησης. Ακολούθως, εξετάσθηκε η αποικοδόμηση των αφλατοξινών παρουσία όζοντος, σε υποστρώματα σιταριού τεχνητά επιμολυσμένα με αφλατοξίνες και αποθηκευμένα σε διάφορες συνθήκες. Για τον προσδιορισμό των αφλατοξινών έγινε χρήση της τεχνικής HPLC/FLD. Τα αποτελέσματα της διατριβής έδειξαν μια σαφή συσχέτιση της συγκέντρωσης και του χρόνου εφαρμογής του όζοντος στα διαφορετικά επίπεδα συγκεντρώσεων αφλατοξινών στα καθαρά υποστρώματα (τριπλά αποσταγμένο νερό και ακετονιτρίλιο), στα ρυθμιστικά διαλύματα και στα υποστρώματα σιταριού τεχνητά επιμολυσμένα με αφλατοξίνες. Συγκεκριμένα, το όζον μείωσε (μερικώς ή πλήρως) τα επίπεδα των αφλατοξινών αποδεικνύοντας ότι, ο οζονισμός αποτελεί ικανοποιητικό μέσο διάσπασης των συγκεκριμένων επιμολυντών. Η αποτελεσματικότητα του όζοντος και ο βαθμός διάσπασης των αφλατοξινών απ’ αυτό, εξαρτήθηκε από τη χρονική διάρκεια της έκθεσης των επιμολυντών σε αυτό, από τη συγκέντρωση του όζοντος, από τη χημική δομή των αφλατοξινών, από τη θερμοκρασία μεταχείρισης και από την αρχική συγκέντρωση της κάθε μιας αφλατοξίνης. Τα αποτελέσματα αυτής της διατριβής εκτός από επιστημονικό ενδιαφέρον έχουν και πρακτική σημασία καθώς γίνεται παγκοσμίως προσπάθεια μείωσης ή ακόμη και εξάλειψης των αφλατοξινών (μέσω της εφαρμογής διαφόρων μέσων), αφού θεωρούνται πολύ σοβαρό πρόβλημα για τη δημόσια υγεία.