Zrnová kukuřice a její kontaminace mykotoxiny v ČR v letech 2015–2022

28. 06. 2023 RNDr. Ivana Polišenská, Ph.D., Ing. Ondřej Jirsa, Ph.D., Ing. Tomáš Spitzer, Ph.D.; Agrotest fyto, s.r.o. Choroby Zobrazeno 835x

V některých částech světa patří zrno kukuřice mezi základní potraviny, jinde je naopak kukuřice využívána pro lidskou výživu jen výjimečně. U nás je kukuřice nejčastěji konzumována ve formě extrudovaných výrobků, jako jsou různé křupky a křehké chlebíky, ve formě snídaňových lupínků, případně kaší nebo tortill.

Kukuřice neobsahuje lepek a je proto vhodná i pro osoby trpící nesnášenlivostí lepku, celiakií. Kukuřice má ve srovnání s pšenicí vyšší energetickou hodnotu, a to zejména kvůli vyššímu obsahu tuku a škrobu, obsah bílkovin má naopak nižší. Bílkoviny kukuřice mají ve srovnání s bílkovinami pšenice méně esenciálních aminokyselin a celkově lze proto nutriční hodnotu kukuřice hodnotit ve srovnání s pšenicí jako o něco nižší.

Pěstování kukuřice ve světě a u nás

Výrazně větší část u nás vypěstovaného zrna kukuřice je určená pro krmné účely, případně pro výrobu bioetanolu, a také v celosvětovém měřítku je většina produkce kukuřice využívána pro krmné účely (FAOStat, 2021). Na světě se vypěstuje nejvíce kukuřice v USA (410 mil. tun), dále v Číně (261 mil. tun), Brazílii (100 mil. tun) a EU (71 mil. tun) (FAO, 2020).

V zemích EU mělo v roce 2022 celkem 16 států sklizňovou plochu kukuřice na zrno nad 50 tis. ha, včetně České republiky (graf 1). Největším producentem byla Francie (10,7 mil. tun), následována Polskem (8,1 mil. tun) a Rumunskem (7,5 mil. tun).

Graf 1: Pěstitelé kukuřice v EU s plochami nad 50 tis. ha v roce 2022 (data: Eurostat)

V České republice bylo v roce 2022 sklizeno z plochy 80 453 ha celkem 640 tis. tun kukuřice, s průměrným výnosem 7,95 t/ha. Produkce u nás značně kolísá, za posledních 10 let to bylo mezi 443 tis. tun v roce 2015 a 988 tis. tun v roce 2021 (graf 2). Na rekordním objemu sklizně kukuřice v roce 2021 se podílela jak velká sklizňová plocha (102 tis. ha), tak také vysoký výnos (9,65 t/ha) (graf 3). Ještě o něco vyšší výnos byl dosažen v roce 2016 (9,79 t/ha), celkový objem sklizené kukuřice byl však o něco menší (846 tis. tun) kvůli menší sklizňové ploše. Výnos nad 9 t/ha byl dosažen také v roce 2020 (9,46 t/ha). Nejnižší výnosy měla u nás kukuřice v letech 2015 (5,54 t/ha) a 2018 (5,98 t/ha), což byly výrazně suché roky.

Statistická analýza počasí a dosahovaných výnosů kukuřice u nás za posledních 10 let ukázala průkaznou kladnou závislost výnosu kukuřice na množství srážek v měsících červenci a srpnu a negativní závislost na teplotě v tomto období (graf 4), tj. v době vegetativního růstu kukuřice.

Graf 2: Plocha a produkce kukuřice v ČR v letech 2013–2022 (data: ČSÚ)

Graf 3: Výnosy kukuřice v ČR v letech 2013–2022 (data: ČSÚ)

Graf 4: Vztah mezi výnosem kukuřice (ČR, 2013–2022) a úhrnem srážek (a) a průměrnou teplotou (b) v měsících červenec a srpen daného roku (data: ČSÚ, ČHMI)

Kukuřice a mykotoxiny

Významným problémem při pěstování kukuřice je její náchylnost k napadení mikroskopickými patogenními houbami. V našich podmínkách se jedná zejména o houby rodu Fusarium, v teplejších, a zejména v tropických oblastech, je riziko spojeno s napadením houbami rodu Aspergillus. V obou případech je důsledkem napadení kontaminace zrna kukuřice mykotoxiny.

Houby rodu Aspergillus produkují aflatoxiny (B₁, B₂, G₁, G₂), a to zejména pokud jsou rostliny vystaveny stresu ze sucha v období před dosažením zralosti nebo pokud je vysoká vlhkost v průběhu sklizně. Nejčastěji jsou aflatoxiny kontaminovány plodiny pěstované v pásmu od rovníku po 40° severní a 40° jižní šířky. Jedná se o oblasti jako subsaharská Afrika, jižní a jihovýchodní Asie, tropické a subtropické oblasti amerického kontinentu a jižní státy USA. Výjimkou však není ani jejich výskyt v Evropě, týkal se např. států jižní Evropy v letech 2012, 2015 i 2018. Aflatoxiny nekontaminují pouze kukuřici, vyskytují se také v podzemnici olejné, různých druzích ořechů, koření a dalších komoditách.

Aflatoxin B₁ je nejsilnějším známým přírodním https://www.agromanual.cz/cz/atlas/vykladovy-slovnik/karcinogen&asort=Ka nejúčinnějším hepatokarcinogenem u zvířat. Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny, Světová zdravotnická organizace (IARC-WHO) řadí aflatoxin B₁ do skupiny 1 jako karcinogen způsobující rakovinu jater u člověka. Při zkrmování kontaminovaného krmiva dochází ke konverzi aflatoxinu v trávicím traktu na další toxické metabolity a v případě dojných zvířat pak dochází ke kontaminaci mléka aflatoxinem M₁. Zpráva Světové banky odhaduje (Jaffee et al., 2018), že v celosvětovém měřítku je ročně konzumace potravin kontaminovaných aflatoxiny příčinou 90 tisíc případů rakoviny jater. Proto má většina států striktní limity pro obsah aflatoxinů v potravinách i krmivech a aflatoxin B₁ je nejčastěji limitovaným mykotoxinem na světě.

Je tomu tak samozřejmě i u nás a přítomnost aflatoxinů je sledována státními orgány, jako jsou Státní zemědělská a potravinářská inspekce (v potravinách) a Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský (v krmivech). Nálezy aflatoxinu B₁ v kukuřici vypěstované u nás nejsou z posledních let známé. Výzkumy zaměřené na modelování jevů doprovázejících současnou změnu klimatu však ukazují, že situace se může změnit a geografický posun hranice rizika kontaminace kukuřice aflatoxiny směrem k severu, a tedy i do našich podmínek, je vnímán jako reálná hrozba.

Na rozdíl od aflatoxinů se s mykotoxiny produkovanými houbami rodu Fusarium setkáváme u kukuřice vypěstované u nás zcela běžně. Tyto patogenní houby způsobují onemocnění palic kukuřice nazývané podle správného českého názvosloví „bílorůžová hniloba obilek kukuřice“, v praxi se hovoří o fuzariózách palic kukuřice (obr. 1). Houby, které je způsobují, lze rozdělit do dvou skupin. Liší se v nárocích na prostředí a různé jsou také mykotoxiny, které vytvářejí.

Obr. 1: Palice kukuřice napadená patogeny Fusarium spp.

Výskyt druhů F. verticillioides, F. subglutinans a F. proliferatum na palicích kukuřice je podporován suššími a teplejšími klimatickými podmínkami a jsou zodpovědné za kontaminaci zrna kukuřice fumonisiny. Významným faktorem podporujícím napadení kukuřice těmito patogeny je poškození rostlin zavíječem kukuřičným (Ostrinia nubilalis) (obr. 2).

Druhá skupina patogenů Fusarium, a to zejména F. graminearum, F. culmorum, F. cerealis a F. avenaceum, napadá palice kukuřice častěji ve vlhčích a chladnějších podmínkách, zejména v období dozrávání kukuřice. Tyto houby jsou odpovědné za kontaminaci kukuřice deoxynivalenolem (DON) a zearalenonem (ZEA). Kontaminaci podporuje také opožděná sklizeň.

U nás se vyskytují obě tyto skupiny patogenů, proto může být kukuřice kontaminovaná jak mykotoxiny DON a ZEA, tak fumonisiny. Míra kontaminace závisí zejména na počasí a na místě pěstování.

Obr. 2: Poškození palice kukuřice zavíječem je vstupní branou pro infekci patogeny Fusarium spp.

Legislativní limity pro mykotoxiny v kukuřici

Všech výše uváděných mykotoxinů se týkají určitá legislativní omezení.

Pro potraviny a suroviny pro jejich výrobu platí Nařízení Komise EK č. 1881/2006. V kukuřici jsou stanoveny limity pro aflatoxiny (aflatoxin B₁ - max. 2 μg/kg; suma aflatoxinů B₁, B₂, G₁ a G₂ - max. 4 μg/kg) a ochratoxin A (5 μg/kg), z fuzáriových mykotoxinů pro DON (max. 1 750 μg/kg; pro kukuřici pro mlýnské zpracování platí ČSN 46 1100-8, která požaduje DON max 750 μg/kg), ZEA (350 μg/kg) a fumonisiny (suma B₁ a B₂) (max. 4000 μg/kg). Pro pšenici a ječmen fumonisiny limitovány nejsou a limity pro DON a ZEA jsou nižší (1 250 μg/kg a 100 μg/kg).

Pro krmiva platí Směrnice 2002/32/ES, podle které je v kukuřici pro krmné účely, stejně jako v ostatních krmných surovinách, z mykotoxinů limitován pouze aflatoxin B₁, a to ve výši max. 0,02 mg/kg (tj. 20 μg/kg). Další mykotoxiny jsou předmětem „Doporučení Komise 2006/576/ES o přítomnosti deoxynivalenolu, zearalenonu, ochratoxinu A, T-2 a HT-2 a fumonisinů v produktech určených ke krmení zvířat“, kde jsou pro ně stanoveny tzv. směrné hodnoty. Nejedná se o závazné limity, jejichž nedodržení by mohlo být sankcionováno, ale o určitá vodítka, která reflektují citlivost jednotlivých druhů zvířat vůči konkrétním mykotoxinům (např. pro DON - kompletní krmivo pro prasata max 900 μg/kg, krmné suroviny z kukuřice 12 000 μg/kg, atd.).

Pravidelný monitoring

Kontaminace obilnin mykotoxiny závisí silně na počasí v daném vegetačním období a je proto třeba ji pravidelně sledovat. Výsledky ukazují, že u kukuřice jsou u nás meziroční výkyvy ve výskytu mykotoxinů ještě výraznější než u pšenice a ječmene.

V rámci monitoringu kvality potravinářských obilnin, který Agrotest fyto, s.r.o. v Kroměříži každoročně za podpory Ministerstva zemědělství provádí, je sledován obsah fuzáriových mykotoxinů DON a ZEA každoročně u 110 vzorků pšenice, 60 vzorků ječmene a 20 vzorků kukuřice sklizených v České republice. U kukuřice je sledován také obsah fumonisinů (suma fumonisinů B₁ a B₂). Hodnocen je podíl pozitivních vzorků (tj. DON vyšší než 20 μg/kg, ZEA vyšší než 2 μg/kg a suma fumonisinů vyšší než 50 μg/kg), podíl vzorků přesahujících legislativní limity, maximální a průměrné hodnoty apod.

Výskyt fuzáriových mykotoxinů v české kukuřici

Ze sklizně 2022 bylo po sklizni analyzováno 21 vzorků zrna kukuřice z celkem 5 krajů (Jihomoravský, Středočeský, Zlínský, Olomoucký, Moravskoslezský). DON byl zjištěn u všech vzorků, obsah se pohyboval od 107 do 2 680 μg/kg. Potravinářskému limitu pro obsah DON podle nařízení Komise (ES) č. 1881/2006 (max. 1 750 μg/kg) vyhověly téměř všechny vzorky (20, tj. 95%), limitu podle ČSN 46 1100-8 (max. 750 μg/kg) vyhovělo 12 (tj. 57 %) vzorků. ZEA byl zjištěn u 18 z 21 analyzovaných vzorků (86 %), obsah se pohyboval od 3 do 312 μg/kg, potravinářskému limitu (max 350 μg/kg) vyhověly všechny vzorky. Fumonisiny byly zjištěny u 15 z 21 analyzovaných vzorků (71 %), potravinářskému limitu (suma fumonisinů B₁ a B₂ max. 4 000 μg/kg) vyhověly všechny vzorky, nejvyšší zjištěná hodnota byla 1 378 μg/kg.

Výsledky od roku 2015 (graf 5) ukazují, že mezi jednotlivými roky jsou v úrovni kontaminace mykotoxinem DON značné rozdíly. Nejnižší obsah DON byl ve sklizních let 2015 (DON byl zjištěn u 65 % vzorků, maximální hodnota 724 μg/kg) a 2018 (62 %, max. 718 μg/kg). Naopak v letech 2019, 2020 a 2022 byl DON zjištěn ve všech vzorcích, i mezi těmito roky jsou však rozdíly. Nejvyšší úroveň kontaminace mykotoxiny DON i ZEA byla v roce 2020, kdy více než čtvrtina vzorků kukuřice měla obsah DON vyšší než 1 750 μg/kg, téměř tři čtvrtiny více než 1 000 μg/kg a nejvyšší zjištěná hodnota byla 10 265 μg/kg. V tomto roce byl průběh počasí výjimečně příznivý pro rozvoj fuzárií, úhrn srážek v měsících srpen–říjen byl ve srovnání s rokem 2018, kdy byla zjištěna nejnižší úroveň kontaminace DON, více než dvojnásobný. Ještě více se průběh počasí roku 2020 podepsal na kontaminaci kukuřice mykotoxinem ZEA, který byl v tomto roce jako v jediném z 8 sledovaných zjištěn u všech vzorků (graf 6) a více než polovina jich byla nad limitem 350 μg/kg. Úroveň výskytu ZEA obvykle kopíruje přibližně výskyt DON, nejméně kontaminovaných vzorků bylo v letech 2015 (20 %) a 2018 (33 %), nejvíce v letech 2020 (100 %), 2022 (86 %) a 2019 (85 %). Fumonisiny byly v kukuřici nacházeny v průměru let 2015–2022 u 54 % vzorků. Nejčastěji se vyskytovaly v roce 2015 (u 85 % vzorků). Nálezy nadlimitních obsahů fumonisinů (nad 4 000 μg/kg) byly spojeny jen s některými roky, kromě roku 2015 (10 % vzorků, max. 6 266 μg/kg), to bylo v roce 2018 (10 %, max. 19 108 μg/kg) a 2019 (5 %, max. 5 248 μg/kg) (graf 7).

Graf 5: Podíl vzorků kukuřice (sklizeň ČR, 2015–2022) s obsahem deoxynivalenolu (DON)

Graf 6: Podíl vzorků kukuřice (sklizeň ČR, 2015–2022) s obsahem zearalenonu (DON)

Graf 7: Podíl vzorků kukuřice (sklizeň ČR, 2015–2022) s obsahem fumonisinů (suma B₁ + B₂)

Souhrn

Z víceletých výsledků vyplývá, že DON, ZEA i fumonisiny jsou u nás v kukuřici nacházeny celkem běžně. Ve sledovaných letech 2015–2022 se v kukuřici nejčastěji vyskytoval DON, a to v průměru u 89 % vzorků, dále ZEA u 60 % a fumonisiny u 54 % vzorků. Pro srovnání, u pšenice byl v průměru let 2015–2022 DON zjištěn u 38 % a ZEA u 12 % vzorků, u ječmene to bylo ještě o něco méně (DON 32 %, ZEA 11 %). Fumonisiny u pšenice a ječmene limitovány (ani sledovány) nejsou. V kukuřici jsou také, ve srovnání s pšenicí a ječmenem, častěji nacházeny vyšší hodnoty mykotoxinů, včetně hodnot nad limitem pro potravinářské obilniny. Příkladem je rok 2020, který byl v hodnocené řadě let 2015–2022 rokem s nejvyšším výskytem mykotoxinů DON i ZEA u kukuřice, pšenice i ječmene. Zatímco u kukuřice byla nejvyšší zjištěná hodnota DON 10 265 μg/kg a obsah nad 1 000 μg/kg mělo 72 % vzorků, u pšenice byla nejvyšší zjištěná hodnota 5 328 μg/kg a obsah nad 1 000 μg/kg mělo 5,5 % vzorků pšenice. U ječmene byla nejvyšší hodnota 3206 μg/kg a podíl vzorků s obsahem DON nad 1000 μg/kg byl 3,3 %.

Pro různé mykotoxiny však mohou být zákonitosti různé, což pro kukuřici potvrzují roky 2015 a 2018 s nízkou úrovní výskytu DON a ZEA, avšak s vysokou četností výskytu fumonisinů (2015 - 85 % pozitivních vzorků) nebo s jejich vysokými hodnotami (2018 - maximální hodnota 19 108 μg/kg). Odpovídá to skutečnosti, že tyto mykotoxiny jsou tvořeny dvěma skupinami druhů Fusarium s protikladnými nároky na podmínky prostředí. Zatímco druhy tvořící DON a ZEA preferují vlhké a chladnější počasí, druhy tvořící fumonisiny jsou hojnější v případě podmínek teplých a suchých. Proto se také v kukuřici fumonisiny vyskytují častěji v jižní Evropě.

Potvrzuje se tak obecná vlastnost mikroskopických hub, a totiž, že mají vynikající schopnost přizpůsobit se podmínkám prostředí. V případě, že jsou pro určitou skupinu hub podmínky nevyhovující, jejich místo zaujmou okamžitě houby jiné. Proto je třeba mykotoxiny v zemědělských produktech systematicky sledovat, a to zejména v současných podmínkách změny klimatu.

RNDr. Ivana Polišenská, Ph.D., Ing. Ondřej Jirsa, Ph.D., Ing. Tomáš Spitzer, Ph.D.; Agrotest fyto, s.r.o.
foto: A. Pospíšil