Del grano al pienso: Cómo el procesado de la avena redistribuye las micotoxinas de Fusarium

Irene Teixido

Doctora en Ciencia y Tecnología Agraria y Alimentaria por la Universidad de Lleida

La avena (Avena sativa L.) es un cereal ampliamente utilizado tanto en alimentación humana como animal debido a su elevado valor nutricional, destacando su contenido en fibra, grasa insaturada, proteínas y compuestos bioactivos¹.

Aunque en las últimas décadas el consumo humano de avena ha experimentado un notable crecimiento, una parte importante de la producción mundial sigue destinándose a alimentación animal, ya sea en forma de grano entero, grano descascarillado o distintos subproductos generados durante su procesado industrial².

Sin embargo, al igual que otros cereales, la avena es susceptible de contaminarse con hongos del género Fusarium, capaces de producir micotoxinas relevantes para la salud animal y humana^3,4.

Entre las más frecuentes destacan:

• El deoxinivalenol (DON)
• Las toxinas T-2 y HT-2
• La zearalenona (ZEN)

Estos compuestos pueden afectar al rendimiento productivo, la salud intestinal, la respuesta inmunitaria y la reproducción de los animales⁵.

La presencia de estas micotoxinas representa un desafío para la cadena de valor de la avena.

Las estrategias de control comienzan en el campo, pero el procesado puede constituir una herramienta adicional de reducción de la contaminación previa a que el cereal alcance su destino final.

No obstante, el efecto del procesado sobre las micotoxinas es más complejo de lo que cabría pensar y, en muchos casos, las etapas industriales no eliminan las toxinas, sino que las redistribuyen en los diferentes productos obtenidos durante el procesado⁶.

Principales productos de avena destinados a alimentación animal

Una de las principales formas de utilización de la avena en alimentación animal es el grano entero, especialmente en caballos, rumiantes, cerdos y aves⁷.

⇒ En estos casos, el animal consume todas las estructuras del grano, incluida la cascarilla externa, que representa aproximadamente el 25-35% del peso total del grano⁸.

Si el grano es procesado, la primera operación relevante es el descascarillado.

El grano descascarillado suele destinarse preferentemente a consumo humano, aunque también puede utilizarse en formulaciones para alimentación animal².

La cascarilla, debido a su elevado contenido en fibra, es utilizada para la alimentación de rumiantes y en formulaciones de pienso⁷.

Otro subproducto importante es el salvado de avena, obtenido durante las operaciones de molienda y tamizado, que presenta interés nutricional tanto para alimentación humana como animal².

Además, existen varios subproductos procedentes de la molienda, incluyendo fragmentos de cascarilla, partículas de salvado, pequeñas porciones de endospermo, entre otros.

⇒ Esta fracción representa una materia prima ampliamente utilizada en la fabricación de piensos debido a su disponibilidad y coste competitivo⁷.

Recepción, limpieza y clasificación: la primera barrera frente a las micotoxinas

Tras la cosecha, la avena llega a la industria. Se determinan parámetros físicos y la presencia de micotoxinas mediante métodos rápidos de cribado⁹.

Esta etapa constituye un importante punto de control, ya que permite identificar lotes altamente contaminados y decidir su destino antes de iniciar cualquier operación posterior.

Una vez aceptada la materia prima en la industria, la avena se somete a operaciones de limpieza y clasificación destinadas a eliminar impurezas, restos vegetales, polvo, piedras, semillas extrañas y granos defectuosos.

Aunque el objetivo principal de estas operaciones es mejorar la calidad física del cereal, numerosos estudios han demostrado que también pueden contribuir significativamente a reducir la carga de micotoxinas^13-16.

Uno de los factores más estrechamente relacionados con la contaminación por Fusarium es el tamaño del grano.

Los granos pequeños, ligeros o mal desarrollados suelen presentar concentraciones más elevadas de micotoxinas.

Brodal et al.¹³ demostraron que la eliminación de la fracción de granos pequeños, que representaba el 15-21 % del peso del lote, permite reducir en un 32-56 % las concentraciones de toxinas T-2 y HT-2, además de disminuir hasta un 24 % los niveles de DON y otras micotoxinas emergentes. Meyer et al. obtuvieron resultados similares¹⁴.

Los sistemas actuales de clasificación incorporan tecnologías de separación por densidad y clasificadores ópticos capaces de detectar granos dañados o decolorados.

• En un estudio de Pettersson et al.¹⁵, la combinación de limpieza, clasificación óptica y descascarillado permitió reducir un 80-95 % las concentraciones de toxinas T-2 y HT-2.
• La eficacia de estas operaciones también fue confirmada por Hietaniemi et al.¹⁶, quienes demostraron que la eliminación de granos ligeros e impurezas mediante sistemas de separación por aire redujo las concentraciones de DON y 3-acetil deoxinivalenol (3-ADON) y las toxinas T-2 y HT-2 hasta aproximadamente un tercio de sus niveles iniciales.

Descascarillado: ¿el paso más eficaz para reducir las micotoxinas?

Los primeros trabajos que evaluaron los efectos del descascarillado ya mostraron resultados muy prometedores.

• Alder et al.¹⁷ observaron reducciones superiores al 90 % para las toxinas T-2, HT-2 y nivalenol (NIV) tras el descascarillado.
• Scudamore et al.¹⁸ confirmaron reducciones superiores al 80 % para DON, NIV, T-2 y HT-2.
• Pettersson et al.¹⁵ describieron reducciones medias de 80-95 % para las toxinas T-2 y HT-2.
• Hietaniemi et al.¹⁶ demostraron que la mayor parte de las toxinas T-2 y HT-2 se encontraba asociada a la fracción de cascarilla.

• Tras el proceso de clasificación y descascarillado, estas micotoxinas llegaron a ser indetectables en la avena descascarillada, mientras que las concentraciones de DON y 3-ADON se redujeron en un 67-91 %.

• Resultados similares fueron obtenidos posteriormente por Ivanova et al.⁶.

• El descascarillado permitió reducir en 94 % el contenido de DON, un 91 % el de 3-ADON y alrededor de un 95 % el de las toxinas T-2 y HT-2. Además, se observó una reducción del 83 % en DON-3G y del 93 % en T-2-glucósido, demostrando que el proceso puede resultar también eficaz frente a formas modificadas.

Las micotoxinas modificadas tienden a concentrarse en las capas periféricas del grano y en las fracciones eliminadas durante los primeros minutos de pulido (salvado).

⇒ Esto se debe a que el crecimiento de Fusarium se concentra principalmente en la cascarilla y en las capas más externas del grano, mientras que la capacidad del hongo para colonizar el endospermo y el germen parece ser mucho más limitada⁶.

En consecuencia, una gran proporción de las micotoxinas permanece localizada en estas estructuras externas y es eliminada físicamente durante el descascarillado.

Tittlemier et al.¹⁹ confirmaron esta distribución al observar que el 60-100 % de la cantidad de micotoxinas de Fusarium estaba en la cascarilla.

En este estudio, la concentración de DON se redujo un 87 % tras el descascarillado, mientras que HT-2 y 3-ADON se eliminaron totalmente.

Sin embargo, el comportamiento no fue el mismo para las micotoxinas emergentes, como la beauvericina o enniatinas, que mostraron una distribución más homogénea dentro del grano, apareciendo incluso en concentraciones relativamente elevadas en los granos descascarillados.

El descascarillado constituye actualmente la operación individual más eficaz para reducir la contaminación por micotoxinas de Fusarium en avena.

Sin embargo, esta aparente ventaja plantea una cuestión fundamental:

¿Qué ocurre con todas las micotoxinas que desaparecen de la avena descascarillada?

El destino de las micotoxinas: cascarillas, salvado y subproductos de la molienda

Las cascarillas representan el principal reservorio de micotoxinas tras el descascarillado.

Como consecuencia, las concentraciones de DON, T-2, HT-2 y otras micotoxinas suelen ser considerablemente superiores a las observadas en el grano completo o descascarillado.

Diversos estudios han demostrado este fenómeno de concentración.

• Pettersson et al.¹⁵ observaron que las fracciones de molienda destinadas a alimentación animal podían contener concentraciones de toxinas T-2 y HT-2 entre tres y seis veces superiores a las presentes inicialmente en la avena sin procesar.
• Edwards et al.²⁰ indicaron que los subproductos peletizados presentaban concentraciones medias de toxinas T-2 y HT-2 4,4 veces superiores a las detectadas en la materia prima original.

• Estos autores describieron un lote de avena que contenía inicialmente 4.528 μg/kg de toxinas T-2 y HT-2, mientras que el subproducto peletizado generado tras el procesado alcanzó una concentración de 29.700 μg/kg.

• Resultados similares fueron descritos por Scudamore et al.¹⁸, quienes observaron que las concentraciones de DON, NIV, T-2 y HT-2 eran sistemáticamente superiores en los pellets elaborados a partir de fracciones de procesado que en la avena original o en los productos destinados a consumo humano.

• En algunos casos, las concentraciones superaron los 20.000 μg/kg de HT-2, los 6.000 μg/kg de T-2 y 4.000 μg/kg de DON.

• Meyer et al.¹⁴ llegaron a conclusiones similares, al observar que la cascarilla contenía concentraciones de T-2 y HT-2 y DON 2,5 veces superiores a las presentes en la avena preprocesada.
• El salvado de avena procede de las capas externas del grano y suele estar más contaminado que el endospermo6, como detectaron Vidal et al.²¹ en muestras comerciales de salvado de avena donde la presencia de DON y ZEN representaba un porcentaje significativo.

Desde una perspectiva de seguridad alimentaria, estos resultados indican que mientras que las fracciones destinadas a alimentación humana experimentan reducciones sustanciales de contaminación, las fracciones destinadas a alimentación animal contienen una parte importante de la carga inicial de micotoxinas.

Tratamiento con vapor y secado ¿podemos reducir las micotoxinas en los granos descascarillados?

Tras las primeras operaciones, los granos descascarillados suelen someterse a tratamientos térmicos destinados a mejorar su estabilidad y calidad tecnológica.

Entre ellos destacan el tratamiento con vapor y el secado con aire caliente, procesos ampliamente utilizados en la industria de la avena.

Dado que estas operaciones implican la aplicación de calor, surge una cuestión lógica:

¿Pueden contribuir a reducir las micotoxinas de Fusarium?

La evidencia científica disponible indica que su efecto es relativamente limitado.

• Scudamore et al.¹⁸ observó que el impacto adicional del secado sobre las concentraciones de micotoxinas fue relativamente pequeño comparado con el observado durante las etapas previas de limpieza, clasificación y descascarillado para DON, NIV, T-2 y HT-2.
• Dropa et al.²² obtuvieron resultados similares, constatando reducciones adicionales tras el tratamiento térmico, aunque menores que las logradas mediante las operaciones mecánicas iniciales.
  • Las micotoxinas de Fusarium presentan estructuras químicas resistentes a las temperaturas habitualmente empleadas durante el procesado convencional de la avena²³.

• Tittlemier et al.¹⁹ evaluaron el efecto combinado de tratamiento a vapor y secado sobre avena contaminada con micotoxinas de Fusarium.

• Los autores observaron descensos medios del 27 % para DON y del 20 % para DON-3G. Aunque estos resultados indican que la combinación de calor y humedad puede contribuir parcialmente a disminuir determinadas micotoxinas, la magnitud del efecto sigue siendo claramente inferior a la observada durante el descascarillado.

• Kuchenbuch et al.²⁴ estudiaron el impacto del vapor a presión y observaron reducciones aproximadas del 17 % para T-2 y del 18 % para HT-2.

Aunque los tratamientos de vapor y secado aportan beneficios tecnológicos esenciales para la estabilidad y calidad de la avena, no deben considerarse estrategias eficaces de mitigación de micotoxinas en granos de avena.

Conclusiones

La cascarilla, el salvado y otros subproductos de molienda concentran una proporción importante de la contaminación inicial de micotoxinas y pueden alcanzar concentraciones varias veces superiores a los presentes en el grano de avena.

Esta situación adquiere especial relevancia en alimentación animal, ya que muchos de estos productos son incorporados habitualmente en la formulación de piensos para diferentes especies animales.

Una estrategia eficaz para mejorar la seguridad de los productos destinados al consumo humano puede acarrear lamentablemente una mayor concentración de micotoxinas en determinadas materias primas empleadas en alimentación animal.

Referencias
1. Rasane, P.; Jha, A.; Sabikhi, L.; Kumar, A.; Unnikrishnan, V.S. Nutritional Advantages of Oats and Opportunities for Its Processing as Value Added Foods – a Review. J. Food Sci. Technol. 2015, 52, 662–675, doi:10.1007/s13197-013-1072-1.
2. Menon, R.; Gonzalez, T.; Ferruzzi, M.; Jackson, E.; Winderl, D.; Watson, J. Oats-From Farm to Fork. Adv. Food Nutr. Res. 2016, 77, 1–55, doi:10.1016/bs.afnr.2015.12.001.
3. Xue, A.G.; Chen, Y.; Seifert, K.; Guo, W.; Blackwell, B.A.; Harris, L.J.; Overy, D.P. Prevalence of Fusarium Species Causing Head Blight of Spring Wheat, Barley and Oat in Ontario during 2001–2017. Canadian Journal of Plant Pathology 2019, 41, 392–402, doi:10.1080/07060661.2019.1582560.
4. Hofgaard, I.S.; Aamot, H.U.; Torp, T.; Jestoi, M.; Lattanzio, V.M.T.; Klemsdal, S.S.; Waalwijk, C.; Van Der Lee, T.; Brodal, G. Associations between Fusarium Species and Mycotoxins in Oats and Spring Wheat from Farmers Fields in Norway over a Six-Year Period. World Mycotoxin J. 2016, 9, 365–378, doi:10.3920/WMJ2015.2003.
5. Ekwomadu, T.I.; Akinola, S.A.; Mwanza, M. Fusarium Mycotoxins, Their Metabolites (Free, Emerging, and Masked), Food Safety Concerns, and Health Impacts. Int. J. Environ. Res. Public Health 2021, 18, doi:10.3390/ijerph182211741.
6. Ivanova, L.; Sahlstrom, S.; Rud, I.; Uhlig, S.; Fæste, C.K.; Eriksen, G.S.; Divon, H.H. Effect of Primary Processing on the Distribution of Free and Modified Fusarium Mycotoxins in Naturally Contaminated Oats. World Mycotoxin J. 2017, 10, 73–88, doi:10.3920/WMJ2016.2092.
7. Heuzé, V.; Tran, G.; Hassoun, P.; Lessire, M.; Lebas, F. Oats (Avena sativa). Feedipedia, a programme by INRAE, CIRAD, AFZ and FAO 2017.
8. Decker, E.A.; Rose, D.J.; Stewart, D. Processing of Oats and the Impact of Processing Operations on Nutrition and Health Benefits. British Journal of Nutrition 2014, 112, S58–S64, doi:10.1017/S000711451400227X.
9. European Commission Commission Implementing Regulation (EU) 2023/2782 of 14 December 2023 down the Methods of Sampling and Analysis for the Control of the Levels of Mycotoxins in food and Repealing Regulation (EC) No 401/2006. Official Journal of the European Union 2023, 1–44.
10. European Commission Commission Regulation (EU) 2024/1022 of 8 April 2024 Amending Regulation (EU) 2023/915 as Regards Maximum Levels of Deoxynivalenol in Food. Official Journal of the European Union 2024, L, 1–4, doi:10.2903/j.efsa.2017.4718.
11. European Commission Commission Regulation (EU) 2023/915 of 25 April 2023 on Maximum Levels for Certain Contaminants in Food and Repealing Regulation (EC) No 1881/2006. Official Journal of the European Union 2023, 119, 103–157.
12. European Commission Commission Recommendation on the Presence of Deoxynivalenol, Zearalenone, Ochratoxin A, T-2 and HT-2 and Fumonisins in Products Intended for Animal Feeding. Official Journal of the European Union 2006, L229/7.
13. Brodal, G.; Aamot, H.U.; Almvik, M.; Hofgaard, I.S. Removal of Small Kernels Reduces the Content of Fusarium Mycotoxins in Oat Grain. Toxins (Basel). 2020, 12, doi:10.3390/toxins12050346.
14. Meyer, J.C.; Birr, T.; Hennies, I.; Wessels, D.; Schwarz, K. Reduction of Deoxynivalenol, T-2 and HT-2 Toxins and Associated Fusarium Species during Commercial and Laboratory de-Hulling of Milling Oats. Food Additives and Contaminants – Part A 2022, 39, 1163–1183, doi:1 0.1080/19440049.2022.2059576.
15. Pettersson, H.; Lerenius, C.; Berg, G. T-2 and HT-2 Toxins in Oats Grown in Northern Europe.; 2008.
16. Hietaniemi, V.; Rämö, S.; Manninen, P.; Parikka, P.; Hankomäki, J. The Effect of Cleaning and De-Hulling on the Trichothecene Content in Oats and Barley.; Brussels, February 9 2009.
17. Alder, A.; Lew, H.; Moudry, J.; Sterba, Z.; Vratilova, K.; Edinger, W.; Brodacz, W.; Kiendler, E. Microbiological and Mycotoxicological Quality parameters of Naked and Covered Oats with Regard to the production of Bran and Flakes. Die Bodenkultur 2003, 54.
18. Scudamore, K.A.; Baillie, H.; Patel, S.; Edwards, S.G. Occurrence and Fate of Fusarium Mycotoxins during Commercial Processing of Oats in the UK. Food Addit. Contam. 2007, 24, 1374–1385, doi:10.1080/02652030701509972.
19. Tittlemier, S.A.; Blagden, R.; Chan, J.; McMillan, T.L.; Pleskach, K.; Izydorczyk, M.S. Effects of Processing Whole Oats on the Analysis and Fate of Mycotoxins and Ergosterol. World Mycotoxin J. 2020, 13, 45–56, doi:10.3920/WMJ2019.2530.
20. Edwards, S.G.; Barrier-Guillot, B.; Clasen, P.E.; Hietaniemi, V.; Pettersson, H. Emerging Issues of HT-2 and T-2 Toxins in European Cereal Production. In Proceedings of the World Mycotoxin Journal; Wageningen Academic Publishers, 2009; Vol. 2, pp. 173–179.
21. Vidal, A.; Marín, S.; Ramos, A.J.; Cano-Sancho, G.; Sanchis, V. Determination of Aflatoxins, Deoxynivalenol, Ochratoxin A and Zearalenone in Wheat and Oat Based Bran Supplements Sold in the Spanish Market. Food and Chemical Toxicology 2013, 53, 133–138, doi:10.1016/j.fct.2012.11.020.
22. Dropa, T.; Dzuman, Z.; Jonatova, P. Mycotoxins in Oat Flakes – Changes during Production and Occurrence on the Czech Market. Czech Journal of Food Sciences 2021, 39, 131–139, doi:10.17221/247/2020-CJFS.
23. Kabak, B. The Fate of Mycotoxins during Thermal Food Processing. J. Sci. Food Agric. 2009, 89, 549–554, doi:10.1002/jsfa.3491.
24. Kuchenbuch, H.S.; Becker, S.; Schulz, M.; Cramer, B.; Humpf, H.U. Thermal Stability of T-2 and HT-2 Toxins during Biscuit-and Crunchy Muesli Making and Roasting. Food Addit. Contam. Part A Chem. Anal. Control Expo. Risk Assess. 2018, 35, 2158–2167, doi:10.1080/19440049.2018.1530456.