Цитринин

Цитринин — это органическое соединение, микотоксин, продуцируемый некоторыми видами плесневых грибов родов Penicillium, Aspergillus и Monascus. Обладает нефротоксическим действием, то есть поражает преимущественно почки, а также проявляет антибактериальную активность. Цитринин относится к группе поликетидов и является одним из наиболее распространённых контаминантов пищевых продуктов и кормов, наряду с охратоксином А и афлатоксинами.

История открытия

Цитринин был впервые выделен в 1931 году британским химиком А. Х. Кэмпбеллом и его коллегами из культуральной жидкости гриба Penicillium citrinum, от которого и получил своё название. Первоначально соединение привлекло внимание благодаря выраженной антибактериальной активности против грамположительных бактерий, включая стафилококки и стрептококки. В 1940-х годах цитринин рассматривался как потенциальный антибиотик, однако его высокая токсичность для млекопитающих, особенно нефротоксичность, сделала клиническое применение невозможным. В последующие десятилетия исследования сосредоточились на изучении механизмов токсичности, путей контаминации пищевых продуктов и методов детоксикации.

Химическая структура и свойства

Цитринин (C₁₃H₁₄O₅) представляет собой кристаллическое вещество жёлтого цвета. Его молекулярная масса составляет 250,25 г/моль. Химически цитринин является производным бензофурана и содержит лактоновое кольцо, которое играет ключевую роль в его биологической активности. Соединение растворимо в органических растворителях (этанол, ацетон, хлороформ) и слабо растворимо в воде. Цитринин стабилен при нагревании до 100 °C, но разрушается при температурах выше 175 °C. В кислой среде он относительно устойчив, а в щелочной быстро гидролизуется. Ультрафиолетовое излучение способствует фотодеградации цитринина.

Продуценты и условия образования

Основными продуцентами цитринина являются грибы рода Penicillium, в частности P. citrinum, P. expansum, P. verrucosum и P. chrysogenum. Среди видов Aspergillus цитринин продуцируют A. terreus, A. niger и A. flavus. Некоторые штаммы грибов рода Monascus, используемые в азиатской кухне для производства ферментированных продуктов (например, красного риса), также способны синтезировать цитринин.

Образование цитринина происходит в широком диапазоне температур (от 4 до 30 °C) и влажности (активность воды от 0,80). Оптимальные условия для продукции токсина — температура 20–25 °C и влажность 85–95 %. Зерновые культуры, особенно пшеница, ячмень, кукуруза, рис, а также орехи, семена масличных культур и сухофрукты являются наиболее подверженными контаминации. В России цитринин обнаруживается в зерне и продуктах его переработки, особенно в регионах с влажным климатом (например, на Дальнем Востоке и в Краснодарском крае).

Токсикология

Механизм действия

Цитринин оказывает токсическое действие на клетки почечных канальцев, нарушая функции митохондрий и индуцируя окислительный стресс. Он ингибирует дыхательную цепь митохондрий, что приводит к снижению синтеза АТФ и накоплению активных форм кислорода. Кроме того, цитринин вызывает апоптоз и некроз клеток почечного эпителия. В исследованиях in vitro показано, что цитринин также может повреждать ДНК, вызывая хромосомные аберрации.

Острая токсичность

LD₅₀ (средняя летальная доза) цитринина для мышей при пероральном введении составляет около 50–100 мг/кг массы тела. Симптомы острого отравления включают тошноту, рвоту, диарею, полиурию, а затем олигурию, что свидетельствует о поражении почек. В тяжёлых случаях развивается острая почечная недостаточность.

Хроническая токсичность

Хроническое воздействие низких доз цитринина приводит к прогрессирующему нефросклерозу, фиброзу почечной ткани и нарушению концентрационной функции почек. У животных, получавших цитринин с кормом в течение нескольких месяцев, наблюдались снижение массы тела, анемия и повышение уровня мочевины и креатинина в крови. Цитринин классифицируется Международным агентством по изучению рака (МАИР) как возможный канцероген для человека (группа 2B), хотя эпидемиологические данные ограничены.

Взаимодействие с другими микотоксинами

Цитринин часто встречается в сочетании с охратоксином А, особенно в зерновых культурах. Оба токсина обладают синергическим нефротоксическим действием, что усиливает их вредное воздействие на почки. В экспериментах на животных совместное введение цитринина и охратоксина А приводило к более выраженному повреждению почек, чем при воздействии каждого токсина по отдельности.

Контаминация пищевых продуктов

Цитринин обнаруживается в различных продуктах питания, включая:

• Зерновые и зернопродукты: пшеница, ячмень, кукуруза, рис, овёс, мука, крупы.
• Орехи и семена: арахис, фисташки, семена подсолнечника.
• Сухофрукты: инжир, изюм, чернослив.
• Специи: перец, кориандр, куркума.
• Ферментированные продукты: сыры (особенно с плесенью), колбасы, некоторые виды соевого соуса.

В России контроль содержания цитринина в пищевых продуктах регламентируется Техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности зерна» (ТР ТС 015/2011) и «О безопасности пищевой продукции» (ТР ТС 021/2011). Предельно допустимые уровни цитринина в зерне и продуктах его переработки установлены на уровне 0,2 мг/кг для пшеницы, ячменя и кукурузы, и 0,1 мг/кг для риса. Для детского питания нормативы более строгие — не более 0,02 мг/кг.

Методы анализа

Для обнаружения и количественного определения цитринина в пищевых продуктах и кормах используются следующие методы:

• Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) с флуоресцентным или масс-спектрометрическим детектированием — наиболее распространённый метод, обеспечивающий высокую чувствительность (предел обнаружения до 0,001 мг/кг).
• Тонкослойная хроматография (ТСХ) — простой и дешёвый метод для скрининга, но менее точный.
• Иммуноферментный анализ (ИФА) — экспресс-метод, используемый для массовых анализов.
• Газовая хроматография с масс-спектрометрией (ГХ-МС) — применяется для подтверждения результатов.

В России аккредитованные лаборатории Россельхознадзора и Роспотребнадзора проводят регулярный мониторинг содержания цитринина в зерне и продуктах его переработки.

Методы детоксикации

Физические методы

• Термическая обработка: нагревание при 175 °C и выше в течение 30 минут разрушает до 80 % цитринина. Однако обычная варка и выпечка (100–150 °C) малоэффективны.
• Облучение: гамма-излучение и ультрафиолетовый свет способствуют деградации токсина, но могут ухудшать качество продукта.
• Сорбция: использование активированного угля, бентонита или других сорбентов для удаления цитринина из жидких продуктов (например, соков, пива).

Химические методы

• Обработка щелочами: гидролиз цитринина в щелочной среде (например, при обработке зерна раствором гидроксида натрия) приводит к образованию менее токсичных соединений.
• Окисление: перекись водорода и озон способны разрушать цитринин, но их применение ограничено из-за возможного образования побочных продуктов.

Биологические методы

• Использование микроорганизмов, способных разлагать цитринин, например, некоторых штаммов Lactobacillus и Saccharomyces cerevisiae. В России ведутся исследования по применению пробиотических культур для снижения токсичности кормов.

Регулирование и безопасность

В Российской Федерации контроль за содержанием цитринина в пищевых продуктах и кормах осуществляется в рамках системы технического регулирования. Основные нормативные документы:

• ТР ТС 015/2011 «О безопасности зерна».
• ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции».
• СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов».

На международном уровне предельно допустимые уровни цитринина установлены Европейским союзом (Регламент ЕС 1881/2006) и Комиссией Кодекс Алиментариус. В ЕС максимально допустимый уровень для зерновых продуктов составляет 0,2 мг/кг, для риса — 0,1 мг/кг, для детского питания — 0,02 мг/кг.

Значение в медицине и биотехнологии

Несмотря на токсичность, цитринин находит ограниченное применение в научных исследованиях. Он используется в качестве инструмента для изучения механизмов нефротоксичности и окислительного стресса. Кроме того, антибактериальные свойства цитринина изучаются для создания новых антимикробных препаратов, хотя его высокая токсичность для человека остаётся серьёзным препятствием. В биотехнологии цитринин рассматривается как возможный прекурсор для синтеза менее токсичных производных с сохранённой антибактериальной активностью.

Интересные факты

• Цитринин был одним из первых микотоксинов, открытых человеком, и первоначально считался перспективным антибиотиком.
• В 1960-х годах в Японии была зафиксирована вспышка нефропатии у людей, связанная с употреблением риса, контаминированного цитринином и охратоксином А.
• Грибы рода Monascus, используемые для производства красного ферментированного риса, могут продуцировать цитринин, что ограничивает их применение в пищевой промышленности. В некоторых странах (например, в Китае) установлены строгие нормативы содержания цитринина в продуктах на основе Monascus.
• Цитринин является одним из немногих микотоксинов, который может образовываться в сырах с плесенью, таких как рокфор и камамбер, при нарушении условий хранения.
• В России исследования по детоксикации цитринина активно ведутся в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов РАН (Пущино) и в Всероссийском научно-исследовательском институте зерна и продуктов его переработки (Москва).

Источники

• Campbell, A. H., et al. "Citrinin: a new antibiotic from Penicillium citrinum." Journal of the Chemical Society, 1931.
• Frank, H. K. "Citrinin." Zeitschrift für Ernährungswissenschaft, 1992.
• EFSA (European Food Safety Authority). "Scientific Opinion on the risks for public and animal health related to the presence of citrinin in food and feed." EFSA Journal, 2012.
• ТР ТС 015/2011 «О безопасности зерна».
• ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции».
• СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов».
• IARC (International Agency for Research on Cancer). "Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Volume 82: Some Traditional Herbal Medicines, Some Mycotoxins, Naphthalene and Styrene." 2002.
• Кисленко, В. Н., и др. "Микотоксины в зерне и продуктах его переработки." Вопросы питания, 2018.