Hygiene and SanitationHygiene and SanitationГигиена и санитария0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman63934810.47470/0016-9900-2022-101-4-418-424FOOD HYGIENEГИГИЕНА ПИТАНИЯAssessment of contamination of coffee, cocoa and cocoa products, marketed in Russian, with mold fungi — potential producers of mycotoxinsОценка загрязнённости кофе, какао и какао-продуктов плесневыми грибами — потенциальными продуцентами микотоксиновhttps://orcid.org/0000-0003-1853-5735MinaevaLyudmila P.МинаеваЛюдмила Павловна
Russian Federation

PhD Technical Sciences, Senior researcher of the Laboratory of biosafety and nutrimicrobiome analysis, Federal Research Centre of Nutrition and Biotechnology, Moscow, 109240, Russian Federation.

e-mail: liuminaeva-ion@mail.ru

Канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаб. биобезопасности и анализа нутримикробиома ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии», 109240, Москва.

e-mail: liuminaeva-ion@mail.ru

liuminaeva-ion@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6835-3644EvsjukovaAlena D.ЕвсюковаА. Д.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-2766-7716MarkovaYulia M.МарковаЮ. М.
Russian Federation
PolyaninaAnna S.ПолянинаА. С.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-7288-312XBykovaIrina B.БыковаИ. Б.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-6470-171XStetsenkoValentina V.СтеценкоВ. В.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-9371-8163ChalyyZakhar A.ЧалыйЗ. А.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-9071-0326EfimochkinaNatalia R.ЕфимочкинаН. Р.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-5647-9709ShevelevaSvetlana A.ШевелеваС. А.
Russian Federation
Federal Research Centre of Nutrition, Biotechnology and Food SafetyФГБУН «Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи»06052022101441842425102024Copyright ©; 2024, Minaeva L.P., Evsjukova A.D., Markova Y.M., Polyanina A.S., Bykova I.B., Stetsenko V.V., Chalyy Z.A., Efimochkina N.R., Sheveleva S.A.Copyright ©; 2024, Минаева Л.П., Евсюкова А.Д., Маркова Ю.М., Полянина А.С., Быкова И.Б., Стеценко В.В., Чалый З.А., Ефимочкина Н.Р., Шевелева С.А.2024Minaeva L.P., Evsjukova A.D., Markova Y.M., Polyanina A.S., Bykova I.B., Stetsenko V.V., Chalyy Z.A., Efimochkina N.R., Sheveleva S.A.Минаева Л.П., Евсюкова А.Д., Маркова Ю.М., Полянина А.С., Быкова И.Б., Стеценко В.В., Чалый З.А., Ефимочкина Н.Р., Шевелева С.А.https://journals.eco-vector.com/0016-9900/article/view/639348

Introduction. Beverages and products based on coffee and cocoa are included in the basic products in the consumer basket. The mycoflora of coffee and cocoa raw materials may contain mycotoxigenic molds from tropical and subtropical regions. This causes the hazard of contamination of finished products with mycotoxins (MT) and the need for in-depth study of potential MT producers.

Materials and methods. Microbial contamination of samples of coffee, cocoa beans and cocoa products (retail chain of the Moscow region) was studied by cultural methods. Toxin formation of single-spore isolates (SSI) of molds under in vitro conditions was determined in the culture substrate by the UHPLC-MS/MS method in the multidetection format (18 MT).

Results. All samples examined were characterized by low microbial contamination. The surface mycoflora was dominated by Aspergillus species of the section Nigri. The contamination of the internal microflora of green coffee beans with molds was studied. Infection was 70–100%, mainly Aspergillus spp.; 48 SSI were isolated: 60% — Aspergillus species of the Nigri section, 12.5% — Aspergillus of the Flavi section and 27% — Aspergillus spp. Under in vitro conditions, the formation of dangerous MTs was detected in 50% of SSI, the maximum amount reached (mg/kg of substrate): fumonisin B2 — 24.0 (A.niger), ochratoxin A — 518.0 (Aspergillus section Nigri), aflatoxin B1 — 27.9 and aflatoxin B2 — 1.44 (A.flavus), sterigmatocystin — more than 380.0 (A.parasiticus).

Limitations. Within the framework of the study, the species affiliation of MSIs was carried out by mycological methods without the use of PCR analysis, which will be the subject of further research.

Conclusion. Aspergillus spp. were shown to dominate in the surface mycoflora of finished food products and the internal mycoflora of unprocessed raw materials. There has been established the ability of strains of Aspergillus sp. from the internal microflora of green coffee to the formation of high levels of hazardous MTs. The presence of potential risk of MT contamination of these types of food products necessitates monitoring their contamination with MT-producing molds. The presence of toxigenic activity in molds isolated from green coffee has been shown in Russia for the first time.

Contribution:

Minaeva L.P. — concept and design of the study, collection and processing of the results of toxin formation and phenotypic identification of molds, writing and editing of the manuscript, responsibility for the integrity of all parts of the article;

Evsjukova A.D. — collection and processing of the results of phenotypic identification of molds;

Markova Yu.M., Polyanina A.S., Bykova I.B., Stetsenko V.V., Efimochkina N.R. — collection and processing of material of microbiological studies;

Chalyy Z.A. — collection and processing of material UHPLC-MS/MS research results;

Sheveleva S.A. — agreement of the research concept, editing.

All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement. The study was supported by a grant from the Russian Science Foundation (project No. 18-16-00077-P) “Emergent mycotoxins in food products of plant origin: development of methods of analysis, study of contamination, species characteristics of micromycetes-producers, development of hygienic standards.”

Received: November 30, 2021 / Accepted: April 12, 2022 / Published: April 30, 2022

Введение. Напитки и продукты на основе кофе и какао входят в число базовых продуктов потребительской корзины. В микофлоре сырья кофе и какао могут присутствовать микотоксигенные плесневые грибы тропических и субтропических регионов. Это обусловливает опасность загрязнения микотоксинами (МТ) готовой продукции и необходимость углублённого изучения потенциальных продуцентов МТ.

Материалы и методы. Микробная контаминация образцов кофе, какао-бобов и какао-продуктов (Московский регион) изучалась культуральными методами. Токсинообразование моноспоровых изолятов плесневых грибов в условиях in vitro определяли в культуральном субстрате методом ультравысокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-спектрометрической детекцией (УВЭЖХ-МС/МС) в формате мультидетекции (18 МТ).

Результаты. Все исследованные образцы характеризовались низкой микробной загрязнённостью. В поверхностной микофлоре доминировали виды Aspergillus секции Nigri. Изучена контаминация внутренней микофлоры зёрен зелёного кофе плесенями. Заражённость составляла 70–100%, преимущественно Aspergillus spp.; выделено 48 МСИ: 60% — виды Aspergillus секции Nigri, 12,5% — Aspergillus секции Flavi и 27% — Aspergillus spp. В условиях in vitro у 50% МСИ выявлено образование опасных МТ, максимальное количество достигало (мг/кг субстрата): фумонизин В2 — 24 (A. niger), охратоксин А — 518 (Aspergillus секции Nigri), афлатоксин B1 — 27,9 и афлатоксин — 1,44 (A. flavus), стеригматоцистин — более 380 (A. parasiticus).

Ограничения исследования. В рамках исследования видовая принадлежность МСИ проведена микологическими методами без применения ПЦР-анализа. Это станет предметом дальнейших исследований.

Заключение. Показано доминирование Aspergillus spp. в поверхностной микофлоре готовой продукции и внутренней микофлоре необработанного сырья и высокие уровни образования опасных МТ штаммами Aspergillus spр. из зёрен зелёного кофе. Наличие потенциального риска загрязнения данных видов пищевой продукции МТ обусловливает необходимость мониторирования её контаминации плесенями — продуцентами МТ. Наличие токсигенной активности плесневых грибов из зелёного кофе показано в России впервые.

Участие авторов:

Минаева Л.П. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка результатов токсинообразования и фенотипической идентификации плесневых грибов, написание текста, редактирование, ответственность за целостность всех частей статьи;

Евсюкова А.Д. — сбор и обработка результатов фенотипической идентификации плесневых грибов;

Маркова Ю.М., Полянина А.С., Быкова И.Б., Стеценко В.В., Ефимочкина Н.Р. — сбор и обработка результатов микробиологических исследований;

Чалый З.А. — сбор и обработка результатов УВЭЖХ-МС/МС исследований;

Шевелева С.А. — согласование концепции исследования, редактирование.

Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи. 

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда (проект № 18-16-00077-П) «Эмерджентные микотоксины в пищевых продуктах растительного происхождения: разработка методов анализа, изучение контаминации, видовая характеристика микромицетов-продуцентов, разработка гигиенических нормативов».

Поступила: 30.11.2021 / Принята к печати: 12.04.2022 / Опубликована: 30.04.2022

coffeecocoamold fungiAspergillus spproducers of mycotoxinsfumonisin B2aflatoxinsochratoxin Asterigmatocystinemergent mycotoxinsUHPLC-MS/MSкофекакаоплесневые грибыAspergillus sppпродуценты микотоксиновфумонизин В2афлатоксиныохратоксин Астеригматоцистинэмерджентные микотоксиныУВЭЖХ-МС/МСIpatova A.A. Overview of the Russian coffee market in 2017–2019. Rossiyskiy prodovol’stvennyy rynok. 2020; (1). Available at: https://foodmarket.spb.ru/ (in Russian)Ипатова А.А. Обзор российского рынка кофе в 2017-2019 годах. Российский продовольственный рынок. 2020; (1). https://foodmarket.spb.ru/Tochieva L. Cocoa imports and chocolate production overview. Rossiyskiy prodovol’stvennyy rynok. 2021; (4). Available at: https://foodmarket.spb.ru/ (in Russian)Точиева Л. Импорт какао-продуктов и обзор производства шоколадных изделий. Апрель 2021. Российский продовольственный рынок. 2021; (4). https://foodmarket.spb.ru/Moretti A., Susca A., eds. Mycotoxigenic Fungi: Methods and Protocols (Methods in Molecular Biology, vol. 1542). New York: Springer; 2017.Petyaev I.M., Bashmakov Y.K. Cocobiota: Implications for Human Health. J. Nutr. Metab. 2016; 2016: 7906927. https://doi.org/10.1155/2016/7906927Copetti M.V., Iamanaka B.T., Pitt J.I., Taniwaki M.H. Fungi and mycotoxins in cocoa: from farm to chocolate. Int. J. Food Microbiol. 2014; 178: 13–20. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2014.02.023Copetti M.V., Iamanaka B.T., Pitt J.I., Taniwaki M.H. Fungi and mycotoxins in cocoa: from farm to chocolate.Int. J. Food Microbiol. 2014; 178: 13-20. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2014.02.023Commission Regulation (EC) No 1881/2006. Commission Directive 2006/1881/EC of 19 December 2006, setting maximum levels for certain contaminants in food stuffs. Off. J. Eur. Commun. 2006; L364: 5–24.Commission Regulation (EC) No 1881/2006.Commission Directive 2006/1881/EC of 19 December 2006, setting maximum levels for certain contaminants in food stuffs. Off. J. Eur.Commun. 2006; L364: 5-24.Chen A.J., Hubka V., Frisvad J.C., Visagie C.M., Houbraken J., Meijer M., et al. Polyphasic taxonomy of Aspergillus section Aspergillus (formerly Eurotium), and its occurrence in indoor environments and food. Stud. Mycol. 2017; 88: 37–135. https://doi.org/10.1016/j.simyco.2017.07.001Chen A.J., Hubka V., Frisvad J.C., Visagie C.M., Houbraken J., Meijer M., et al. Polyphasic taxonomy of Aspergillus section Aspergillus (formerly Eurotium), and its occurrence in indoor environments and food. Stud. Mycol. 2017; 88: 37-135. https://doi.org/10.1016/j.simyco.2017.07.001Samson R.A., Noonim P., Meijer M., Houbraken J., Frisvad J.C., Varga J. Diagnostic tools to identify black aspergilli. Stud. Mycol. 2007; 59: 129–45. https://doi.org/10.3114/sim.2007.59.13Samson R.A., Noonim P., Meijer M., Houbraken J., Frisvad J.C., Varga J. Diagnostic tools to identify black aspergilli. Stud. Mycol. 2007; 59: 129-45. https://doi.org/10.3114/sim.2007.59.13Díaz G.V., Coniglio R.O., Chungara C.I., Zapata P.D., Villalba L.L., Fonseca M.I. Aspergillus niger LBM 134 isolated from rotten wood and its potential cellulolytic ability. Mycol. 2020; 12(3): 160–73. https://doi.org/10.1080/21501203.2020.1823509Díaz G.V., Coniglio R.O., Chungara C.I., Zapata P.D., Villalba L.L., Fonseca M.I. Aspergillus niger LBM 134 isolated from rotten wood and its potential cellulolytic ability. Mycol. 2020; 12(3): 160-73. https://doi.org/10.1080/21501203.2020.1823509Samson R.A., Visagie C.M., Houbraken J., Hong S.B., Hubka V., Klaassen C.H., et al. Phylogeny, identification and nomenclature of the genus Aspergillus. Stud. Mycol. 2014; 78: 141–73. https://doi.org/10.1016/j.simyco.2014.07.004Samson R.A., Visagie C.M., Houbraken J., Hong S.B., Hubka V., Klaassen C.H., et al. Phylogeny, identification and nomenclature of the genus Aspergillus. Stud. Mycol. 2014; 78: 141-73. https://doi.org/10.1016/j.simyco.2014.07.004Gagkaeva T.Yu., Gavrilova O.P., Levitin M.M., Novozhilov K.V. Fusariosis of grain crops. Supplement to the Journal. Zashchita i karantin rasteniy. 2011; (5). (in Russian)Гагкаева Т.Ю., Гаврилова О.П., Левитин М.М., Новожилов К.В. Фузариоз зерновых культур. Защита и карантин растений. 2011; (S5): 69-120Han X., Jiang H., Xu J., Zhang J., Li F. Dynamic fumonisin B2 production by Aspergillus niger intented used in food industry in China. Toxins (Basel). 2017; 9(7): 217. https://doi.org/10.3390/toxins9070217Minaeva L.P., Polyanina A.S., Kiseleva M.G., Chalyy Z.A., Efimochkina N.R., Sheveleva S.A. Dried fruits marketed in Russian: toxigenic mold contamination. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2021; 100(7): 717–23. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-7-717-723 (In Russian)Минаева Л.П., Полянина А.С., Киселева М.Г., Чалый З.А., Ефимочкина Н.Р., Шевелева С.А. Изучение контаминации сухофруктов токсигенными плесневыми грибами. Гигиена и санитария. 2021; 100(7): 717-23. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-7Chalyy Z.A., Kiseleva M.G., Sedova I.B., Minaeva L.P., Sheveleva S.A., Tutelyan V.A. Dried fruits marketed in Russia: multi-mycotoxin contamination. Voprosy pitaniya. 2021; 90(1): 33–9. https://doi.org/10.33029/0042-8833-2021-90-1-33-39 (in Russian)Чалый З.А., Киселева М.Г., Седова И.Б., Минаева Л.П., Шевелева С.А., Тутельян В.А. Изучение контаминации сухофруктов микотоксинами. Вопросы питания. 2021; 90(1): 33-9. https://doi.org/10.33029/0042-8833-2021-90-1-33-39Rico-Munoz E., Samson R.A., Houbraken J. Mould spoilage of foods and beverages: Using the right methodology. Food Microbiol. 2019; 81: 51–62. https://doi.org/10.1016/j.fm.2018.03.016Rico-Munoz E., Samson R.A., Houbraken J. Mould spoilage of foods and beverages: Using the right methodology. Food Microbiol. 2019; 81: 51-62. https://doi.org/10.1016/j.fm.2018.03.016Sedova I.B., Kiseleva M.G., Zakharova L.P., Tutel’yan V.A. Toxicological and hygienic characteristics of mycotoxin sterigmatocystin and methods for its determination in food products. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2019; 98(1): 105–17. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2019-98-1-105-117 (in Russian)Седова И.Б., Киселева М.Г., Захарова Л.П., Тутельян В.А. Токсиколого-гигиеническая характеристика микотоксина стеригматоцистина и методы его определения в пищевых продуктах. Гигиена и санитария. 2019; 98(1): 105-17. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2019-98-1-105-117Noonim P., Mahakarnchanakulb W., Nielsen K.F., Frisvad J., Samson R.A. Fumonisin B2 production by Aspergillus niger from Thai coffee beans. Food Addit. Contam. Part A Chem. Anal. Control. Expo. Risk. Assess. 2009; 26(1): 94–100. https://doi.org/10.1080/02652030802366090Noonim P., Mahakarnchanakulb W., Nielsen K.F., Frisvad J., Samson R.A. Fumonisin B2 production by Aspergillus niger from Thai coffee beans. Food Addit. Contam. Part A Chem. Anal. Control. Expo. Risk. Assess. 2009; 26(1): 94-100. https://doi.org/10.1080/02652030802366090