Principales factores condicionantes para el desarrollo de los hongos y la producción de micotoxinas (2-5)

Este es uno de los Capítulos que pertenece al artículo completo titulado: Los Hongos y las Micotoxinas en la Alimentación Animal; Conceptos, Problemas, Control y Recomendaciones.

FACTORES FISICOS
a) Humedad y Agua disponible (aw).
La cantidad de agua existente en el ambiente y en los sustratos es uno de los factores importantes para el desarrollo de los hongos y para la producción de micotoxinas. Sin embargo no sólo influye la cantidad de agua sino también la forma de presentación de la misma, así pues, el agua se encuentra en forma libre y en forma combinada.
El agua libre existe dentro y alrededor de los tejidos vegetales o de las células y puede ser eliminada sin interferir seriamente con los procesos vitales.
La forma combinada está presente en los tejidos vegetales y animales, formando parte integrante de las células que los componen y en unión con las proteínas y glúcidos. Para la germinación de las esporas de hongos, es necesario que el agua se encuentre en forma libre.
Existen dos grandes unidades relacionadas con la cantidad de agua, a saber:
.- Humedad relativa de equilibrio (HRE): es la cantidad de humedad de la que disponen los microorganismos una vez alcanzado el equilibrio entre la humedad libre del producto y el vapor de agua existente en el medio ambiente que lo rodea. La HRE se expresa en porcentaje y varia de unos alimentos a otros conforme su riqueza en glúcidos o en materia grasa.
.- Agua disponible (aw): es la relación existente entre el agua libre en los alimentos y la capacidad de los microorganismos para allí proliferar. La aw nos indica cual es la cantidad de agua disponible para el desarrollo de los microorganismos una vez se ha alcanzado el equilibrio hídrico en el sistema ‑ alimento/medio ambiente.
La aw se expresa como la relación existente entre la tensión del vapor de agua en el sustrato (P) y la del agua pura (P0), a la misma temperatura, (aw = P/P0).Si la humedad del alimento está en equilibrio con la humedad relativa de equilibrio (HRE) de la atmósfera que lo rodea, la aw en el alimento es numéricamente equivalente a esta, (aw= HRE/100).
Tengamos en cuenta que la HRE se refiere a la atmósfera en equilibrio con el producto y la aw se refiere al propio producto. El agua pura tiene una aw de 1 y está en equilibrio con una atmósfera de 100% de HRE. La aw de un alimento es siempre menor que 1.
Los valores de aw que los diversos grupos de hongos necesitan varían de acuerdo con el sustrato y la temperatura, veamos ahora algunos valores de aw necesarios para el desarrollo de algunos hongos y para la producción de micotoxinas, (Cuadro 1).

Cuadro 1.- Valores de aw necesarios para el desarrollo de algunos mohos y  para la producción de algunas micotoxinas.

Así pues, la mayor parte de los hongos se desarrollan a partir de valores de aw de 0,70, en general es raro que haya hongos que germinen con valores de  aw  entre 0,60 y 0,70. Es de destacar que las bacterias por regla general no crecen con valores de aw por debajo de 0,90.
La influencia del factor aw en el metabolismo de las micotoxinas solo está suficientemente estudiado para las aflatoxinas, ocratoxinas, acido penicílico y patulina. Sin embargo la producción de micotoxinas es nula o muy baja con aw inferior a 0,85 y no obstante el crecimiento de mohos toxicogénicos ya se puede producir en un intervalo de aw de 0,70-0,85 (3).

Aunque el valor porcentual de humedad libre de un alimento solo nos da una orientación para juzgar las posibilidades de crecimiento y multiplicación de los hongos, diremos que valores de humedad inferiores al 13% suelen presentar un crecimiento y proliferación fúngica bajos y a medida que la humedad aumenta, el crecimiento y proliferación fúngicas se aceleran, pudiendo ser de forma exagerada para valores de humedad del 16%.

b) Temperatura
La temperatura óptima para el desarrollo de los hongos se encuentra entre 25 y 30ºC y el límite máximo entre 40 y 45ºC. Destacamos que la mayor parte de los hongos no crecen por debajo de 5ºC y que sin embargo hay hongos como el Aspergillus flavus, Aspergillus candidus y Aspergillus fumigatus que pueden crecer sin problemas hasta los 55ºC y otros como el Penicillium expansum y el Penicillium cyclopium que son capaces de crecer a 0ºC.
Veamos ahora la temperatura mínima necesaria para el desarrollo de algunos mohos y para la producción de Micotoxinas (Cuadro 2).

Citemos ahora una combinación de temperatura y aw para el  crecimiento  de  algunos mohos y la producción de micotoxinas (Cuadro 3).

Cuadro 3.- Temperatura y aw exigidas para el desarrollo de algunos mohos y para  la producción de algunas micotoxinas (6).

Vemos pues que, en cierto modo, existe en algunos casos una proximidad entre la temperatura mínima necesaria para el crecimiento del moho y la que se precisa para la producción de la micotoxina y en general también sucede con la temperatura óptima. Sin embargo hay algunas excepciones, así pues, Aspergillus flavus crece en el arroz entre 6-45ºC con un óptimo a 37ºC y la producción de aflatoxina se efectúa entre 11 y 36ºC con un máximo de producción de 30ºC (2).
De la misma forma, el Fusarium roseum (moho productor de zearalenona), se desarrolla bien entre 24 y 27ºC, no obstante solo producirá aquella Micotoxina a temperaturas entre 10 y 12ºC. Sin embargo parece ser que se han encontrado variedades de Fusarium roseum, como Fusarium roseum "gibbosum" y Fusarium roseum "semitectum" que han sido capaces de producir en granos de sorgo a 25ºC, cantidades de zearalenona equivalentes a las producidas a la temperatura de 10ºC (7).
A pesar de estas temperaturas mínimas necesarias para el crecimiento de algunos mohos, de una forma generalizada diremos que son condiciones óptimas para un crecimiento y proliferación fúngica, una aw superior a 0,75, una temperatura superior a 20ºC y orientativamente una humedad del sustrato de 14% o más (8).
Con una actividad de agua a 20ºC del 0,85 que aproximadamente puede corresponder a un 15-16% de humedad en el sustrato, las esporas fúngicas germinan en 5 a 12 días, en cambio con una actividad de agua de 0,75 (que corresponde aproximadamente al 13-14% de humedad en el sustrato) a la misma temperatura, las esporas fúngicas tardan en germinar de 4 a 12 semanas (8). Sin embargo, las cosas pueden variar significativamente si especificamos el tipo de semilla (alimento) de que se trata.
Así pues y tal como anteriormente ya indicamos, la HRE varia de semilla para semilla, conforme ésta sea amilácea o bien oleaginosa. Veamos con esto cual es la relación entre la humedad de varios cereales y semillas y las diferentes HRE (humedad relativa de equilibrio) dentro de un mismo intervalo de temperatura (4,9)(Cuadro 4).

Cuadro 4. -  Relación entre la humedad de varios cereales y oleaginosas y las diferentes HRE a 25-30ºC.

Así pues y según (9), dentro de este intervalo de temperatura, los granos de cereales (maíz, trigo y sorgo) mantenidos en estado de equilibrio a un nivel de humedad de 13% o menos (lo que correspondería a una humedad relativa de equilibrio del 65%), se pueden almacenar con seguridad durante un tiempo indefinido. Lo mismo no se puede decir para la soja integral en estas mismas condiciones y mucho menos para el girasol integral (semilla de girasol), donde un 13% de humedad en estado de equilibrio correspondería a una HRE de casi 85%.
El autor (9) nos indica que cualquier semilla almacenada en estado de equilibrio con una HR por debajo de 65%, ésta muy segura de no ser invadida por hongos propios.
Cereales como el trigo, maíz y sorgo con niveles de humedad de 13,5-14% serán invadidos por hongos tales como Aspergillus restrictus y Aspergillus halophilicus. Si la humedad fuera de 15% o más, la invasión fúngica más común seria por Aspergillus glaucus.
Para acabar con esta parte, nos referiremos a lo que el autor (4) nos indica en lo que se refiere a los valores de humedad necesarios para la metabolización de la micotoxina aflatoxina B1 por el Aspergillus flavus según el tipo de alimento. Trigo, maíz y sorgo necesitan un 18% de humedad. La soja necesita un 17-18% y el cacahuete necesita solo un 9-10% de humedad.

La conclusión lógica, es que el almacenamiento de un cereal o de una semilla oleaginosa no puede ser efectuado con el mismo valor de humedad, para preservar el desarrollo fúngico y una posible producción de micotoxinas.

c) Zonas de Microflora.
En un silo pueden existir pequeñas zonas del alimento con alto contenido en humedad susceptibles de desencadenar un desarrollo fúngico, lo cual puede después provocar un aumento general de humedad en el sustrato y consecuentemente una mayor contaminación fúngica y predisposición para la producción de micotoxinas.
Veamos ahora dentro de las estaciones del año, verano e invierno, como se pueden crear estas zonas de microflora en el interior de los silos.
En VERANO el aire que rodea al grano almacenado en un silo tiene una temperatura más elevada en la zona periférica que en la zona central. Así pues el aire frío de la zona central desciende y el aire caliente de la zona periférica absorbe humedad y asciende, creándose de esta forma unas corrientes de convección.
El aire frió en su desplazamiento provoca una depresión que obliga a que el aire caliente y cargado de humedad, una vez ha alcanzado la parte superior del silo, descienda hacia la zona central. De esta forma se condensa la humedad en aquella zona de contacto del aire caliente con las zonas centrales más frías.
En INVIERNO ocurre lo contrario, el aire de la zona central tiene una temperatura más elevada que el de la periferia. De esta forma el aire de la zona central tiene, al estar más caliente, una mayor capacidad de saturación y por lo tanto absorbe humedad. Este aire más caliente, asciende por ser más ligero y el de la periferia desciende por ser frió y más denso, creándose de esta forma unas corrientes de convección.
El aire que esta caliente y cargado de humedad, cede ésta al ponerse en contacto con las zonas superiores más frías, debido a que pierde calor y su capacidad de saturación disminuye.
Estas migraciones de humedad que sufren las materias primas y piensos en los silos de almacenamiento tiene una importancia decisiva en el desarrollo fúngico y en la posible producción de micotoxinas.

No esta de más advertir sobre el cuidado a tener en lo que respecta a las infiltraciones de humedad en los silos durante los días lluviosos.

d) Integridad física de los granos.
Los tegumentos intactos del grano dificultan el acceso del hongo al almidón endospérmico.
Los granos partidos son mas susceptibles de invasión y desarrollo fúngico, que los granos enteros. Esencialmente esto es debido a un aumento de la superficie de cultivo y una mayor predisposición para que el hongo contacte con la parte interna del grano, la cual es más vulnerable que la cutícula o parte externa.

FACTORES QUIMICOS
a) pH.
Los hongos toleran un gran intervalo de pH ( 2,5 - 7,5 ), de un modo general soportan mejor el medio ácido que el alcalino. Es de destacar que ellos mismos son capaces de alterar el pH, utilizando  como  fuente  de  energía  los  ácidos  orgánicos del  alimento  o  los  excretados  por bacterias acidificantes que pueden aparecer durante el periodo de deterioro del alimento (3).

b) Composición del sustrato.
Los hongos no son exigentes desde el punto de vista nutricional y ellos se nutren de los micro y macro-elementos existentes en el sustrato donde se desarrollan. Sin embargo la composición del sustrato está muy ligada a la producción de la micotoxina.

Están descritos estudios en cereales y semillas de oleaginosas previamente esterilizadas en autoclave e inoculadas con cepas toxicogénicas de Aspergillus parasiticus (2) (Cuadro 5).

Los resultados obtenidos nos indican que la soja es un sustrato pobre para la producción de Aflatoxina, aunque que le sean dadas las mejores condiciones de producción (2).
En este estudio el crecimiento del Aspergillus parasiticus en la soja fue excelente y la baja producción de Aflatoxina fue solo debida a la composición del sustrato.

c) Nutrientes minerales.
Los nutrientes minerales, están relacionados con la composición del sustrato y a pesar de que el hierro y el zinc son los elementos más importantes para un desarrollo fúngico, tanto estos como otros pueden ser necesarios para la producción de micotoxinas.
Así pues, las concentraciones óptimas de ciertos minerales (en el ámbito laboratorial) para la producción de ocratoxina A por el Aspergillus ochraceus NRRL 3174 fueron de: 0,055-2,2 mg/l de zinc., 0,004-0,04 mg/l de cobre., 1,2-2,4 mg/l de hierro (los valores de las concentraciones se refieren por litro de caldo de cultivo utilizado).
Cuando disminuyeron las concentraciones de zinc y cobre la producción de ocratoxina A fue casi nula (2). La falta de algunos de esos elementos da como resultado un pobre crecimiento fúngico y una no producción de ocratoxina A (2).
En el caso de la Aflatoxina, son necesarios sustratos ricos en zinc y ciertos aminoácidos para que el Aspergillus grupo flavus metabolice la Aflatoxina.

d) Potencial de oxi-reducción ( O2/CO2 ).
La mayor parte de los hongos son aerobios y por lo tanto necesitan oxígeno para el desarrollo de sus reacciones metabólicas. Una carencia de oxígeno condiciona el crecimiento de los hongos y la ausencia total puede llegar a producir la muerte de éstos.

El anhídrido carbónico puede inhibir la formación de algunas micotoxinas, como las aflatoxinas. Una atmósfera con 20 a 40% de CO2 en combinación con una temperatura reducida (17ºC) o bien una humedad relativa reducida o ambos factores, previenen la formación de aflatoxina en cacahuetes (2).

FACTORES BIOLÓGICOS
a) Presencia de invertebrados
La presencia de insectos actúa como agente de diseminación de la microflora y por lo tanto contribuye al crecimiento y multiplicación de los hongos. El propio metabolismo del insecto eleva el contenido de humedad del sustrato y además la rotura del pericarpio permite la infección del interior del grano.

b) Cepas especificas.
En una misma especie fúngica, no todas las cepas se comportan de la misma forma. Así pues, la cepa NRRL 1957 de Aspergillus flavus no produce aflatoxina, sin embargo ella es producida por otras cepas como: NRRL 3251, NRRL 3357, NRRL 3517 y NRRL 3353 (2).
Existen más factores físicos, químicos y biológicos que afectan a la formación de hongos y producción de micotoxinas y que no fueron aquí tratados por ser de menos interés práctico (2).