MyToolBox - Intelligentes, integriertes Mykotoxin-Management

Was wäre, wenn es ein Tool gäbe, das Silobetreibern hilft, das Auftreten von Mykotoxinen in ihren Lagereinrichtungen vorherzusagen, relevante Wetterdaten zu analysieren, kontaminierte Ernten wiederzuverwenden und Vorschriften besser zu verstehen? Wie sich herausstellt, gibt es ein solches Tool, das derzeit entwickelt wird: das MyToolBox-Projekt. Die Gastautoren Birgit Poschmaier und Rudolf Krska erklären.

Die Europäische Union schätzt, dass 5-10% der weltweiten Ernteproduktion aufgrund von Mykotoxinverunreinigungen verloren gehen.1 Diese Verluste führen zu hohen finanziellen Belastungen, nicht nur wegen der Ertrags- und Gesamtverluste, sondern auch wegen der Kosten für Kontrollen und Analysen. Extreme Wetterereignisse verkomplizieren die globale Mykotoxin-Landschaft zusätzlich und erfordern eine Anpassung der Vorhersage- und Nachweismethoden an diese neue und sich verändernde Realität. Während innovative Lösungen zur Bewältigung dieser neuen Herausforderungen unerlässlich sind, ist die Integration des vorhandenen Know-hows und Fachwissens ein entscheidender Schritt für die Akteure entlang der Lebens- und Futtermittelkette, um das Mykotoxinproblem nachhaltig zu bewältigen. Genau das ist der Kern eines groß angelegten Projekts, das jetzt von der Europäischen Kommission finanziert wird: das MyToolBox-Projekt (www.mytoolbox.eu) (Grant Agreement No. 678012).

Integration der Bedürfnisse der Nutzer in eine Online-Plattform zur Entscheidungshilfe

Die jahrzehntelange Forschung hat enorme Fortschritte beim Nachweis von Mykotoxinen entlang der gesamten Produktionskette, von den Rohstoffen bis zu den Lebensmitteln, die wir verzehren, gezeigt. Natürlich wurden auch Methoden zur Verringerung des Risikos einer Mykotoxin-Kontamination entwickelt und in die Praxis umgesetzt. Diese reichen von der Bewirtschaftung der Ernte bis hin zu Probenahme, Lagerung und Verarbeitung. Letztendlich spiegeln die Vorschriften einen Großteil dieses Wissens wider, wenn auch in einer Sprache und einem Format, das schwer zu verstehen und zu handhaben ist.

MyToolBox wandelt dieses Wissen in einen leicht verständlichen Text um, der die neuesten Techniken der Datenerfassung widerspiegelt: Anstatt durch Listen von Mykotoxinen und deren Handhabung in verschiedenen Kulturen zu navigieren, können MyToolBox-Benutzer zunächst die Kultur auswählen und dann erkunden, wie die Mykotoxinkontamination in den verschiedenen Phasen der Produktion begrenzt werden kann. So unterscheiden sich beispielsweise die EU-Höchstwerte für Deoxynivalenol (DON) in Weizenmehl, das zur Weiterverarbeitung verwendet wird, von den Höchstwerten für DON in rohem Weizen, der zur Weiterverarbeitung verwendet wird.

Außerdem ist die zulässige DON-Konzentration in Weizen, der für den menschlichen Verzehr bestimmt ist, niedriger als die von Weizen, der für Tierfutter bestimmt ist. Die MyToolBox e-Plattform kehrt diesen Schwerpunkt um, indem sie die Ernte in den Mittelpunkt stellt und es dem Benutzer ermöglicht, jeden Verarbeitungsschritt und die damit verbundenen maximal zulässigen Mykotoxinkontaminationen zu verfolgen - unterstützt durch neue Erkenntnisse aus speziellen Experimenten. Neben der Umwandlung vorhandener Informationen in leicht verständliche Formate ist MyToolBox bestrebt, die Endbenutzer bei ihrer Entscheidungsfindung zu unterstützen. Es hat daher entscheidungsunterstützende Echtzeit-Tools für Landwirte und Siloverwalter entwickelt, mit denen sie schnell auf potenzielle Mykotoxin-Bedrohungen reagieren können.

Veröffentlicht am:
26 Februar 2020

Mykotoxin

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Benutzerfreundliches Mykotoxin-Management für Landwirte

In Europa sind die häufigsten Mykotoxine bei Weizen DON und Zearalenon (ZEN), die im Allgemeinen von Fusarium spp. produziert werden. Bei Mais sind die häufigsten Mykotoxine Fumonisine (FUM) und Aflatoxine (AF), die im Allgemeinen von Fusarium- bzw. Aspergillus-Pilzen produziert werden. Unabhängig von der Verfügbarkeit anfälliger Wirte oder Nutzpflanzen hängen die Entwicklung der Pilze und die Produktion von Toxinen weitgehend von Wetterparametern wie Temperatur und Feuchtigkeit ab. So ist zum Beispiel bekannt, dass warme Temperaturen und Regen während der Maisblüte das Risiko einer Aflatoxin-Kontamination der Ernte erhöhen. MyToolBox bietet eine Reihe von Empfehlungen für Landwirte, die Weizen, Mais, Gerste und Hafer anbauen. Diese reichen von der Bewirtschaftung von Pflanzenresten und Fruchtfolgen über den Einsatz von Biopestiziden und resistenten Sorten bis hin zur Unterstützung in Echtzeit während der Vegetationsperiode.

Das Echtzeit-Support-Tool stützt sich auf Vorhersagemodelle, die mit Wetterstationen in ganz Europa verbunden sind. In MyToolBox kann ein Landwirt zum Beispiel ein Feld identifizieren, die nächstgelegene Wetterstation auswählen und grundlegende Anbaudaten wie das Datum der Aussaat eingeben. Nach minimalen Aktualisierungen, wie dem Einsatz von Pestiziden oder dem Jäten von Unkraut, erhält der Landwirt dann eine Risikokarte des Feldes, die ein geringes (grün), mittleres (gelb) oder hohes (rot) Risiko einer Mykotoxinkontamination der Ernte anzeigt. Gegenmaßnahmen zur Verringerung dieses Risikos oder Optionen für den Umgang mit kontaminiertem Material können dann in MyToolBox gefunden werden; das Tool bietet sowohl Warnungen als auch Empfehlungen.

Im Rahmen des Projekts testete MyToolBox die Wirksamkeit neuartiger Biopestizide, die die DON-Kontamination von Weizen (Großbritannien) und Hafer (Norwegen) verringern, sowie atoxigene Aspergillus-Stämme, die Aflatoxine in Mais in Serbien eindämmen. Die letztgenannte Methode erwies sich in ersten Versuchen als besonders erfolgreich. Ähnliche Ergebnisse wurden bei der Verwendung von lokal gewonnenen atoxigenen Aspergillus-Stämmen in einigen Staaten Afrikas festgestellt. Auch wenn die wirtschaftliche Effizienz noch weiter verbessert werden muss, hat sich die Wirksamkeit des Einsatzes atoxigener Stämme als eine wertvolle Methode zur Bekämpfung der Aflatoxinkontamination von Mais in Europa erwiesen.

Verwendung von hochgradig kontaminierten Nutzpflanzen

Wenn der Kontaminationsgrad alle Höchstwerte übersteigt, auch den für Futtermittel, wurden alternative Verwendungsmöglichkeiten getestet, um die ansonsten unbrauchbaren Feldfrüchte weiterzuverwenden. Experimente im Pilotmaßstab zeigten, dass rekombinante Enzyme gleichzeitig bis zu 100% bzw. 90% von FB1 und ZEN abbauen können. Die Biotransformation wurde durch die Bildung der nicht-toxischen Abbauprodukte hydrolysiertes FB1 und hydrolysiertes ZEN bestätigt. Andererseits erwies sich die Biogaserzeugung als sinnvolle Verwertung von hoch belastetem Weizen und Mais: Obwohl die Methanproduktion leicht verzögert war, konnten keine signifikanten Unterschiede in der Methanausbeute zwischen hoch und gering belastetem Substrat festgestellt werden; die Mykotoxinkontamination des Gärrestes lag unterhalb des LOD. Diese Ergebnisse wurden in die MyToolBox e-Plattform integriert, um Betriebsleiter, Leiter der Futtermittelproduktion und Leiter von Bioethanol-/Biogasanlagen gleichermaßen zu informieren.

Alarmsystem für die Siloüberwachung

Neben den Landwirten müssen auch die Silobetreiber die Sicherheit ihrer Ernten gewährleisten, da sich Lagerpilze schnell ausbreiten und das gelagerte Getreide mit Mykotoxinen kontaminieren können. Die gängige Praxis bei der Siloverwaltung besteht darin, die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit zu messen, entweder in regelmäßigen Abständen oder aus der Ferne. Im Rahmen des MyToolBox-Projekts wurden Sensoren entwickelt, die CO2 als Frühwarnparameter nutzen. Durch die Einbeziehung von CO2 in das Vorhersagemodell kann eine potenzielle Verunreinigung drei bis fünf Tage früher vorhergesagt werden, als wenn nur temperaturempfindliche Sensoren verwendet werden. Dies ermöglicht eine schnellere Reaktion auf die Gefahr einer Verunreinigung. Die MyToolBox-Sensoren warnen den Benutzer vor dem potenziellen Anstieg von ZEN (bei gelagertem Weizen) und Aflatoxin (bei gelagertem Mais) in der Nähe der Sensorknoten im Silo, so dass der Benutzer die Kontaminationsgefahr auf einen bestimmten Ort im Silo eingrenzen kann.

Damit der Benutzer zählt

Über die Echtzeitvorhersage von Mykotoxinen auf Feldern und in Silos hinaus wurde eine Gruppe potenzieller Endanwender in den Niederlanden, Serbien, Italien, Großbritannien, der Türkei und Norwegen um ihr Feedback zu einer integrierten Mykotoxin-Management-Plattform gebeten. Um eine möglichst große Resonanz zu erzielen, wurde ein starker Verbreitungsplan verfolgt, der die Weitergabe von Ergebnissen in wissenschaftlichen Gemeinschaften und Programme zur Erreichung von Industrie und Endverbrauchern durch gezielte Stakeholder-Workshops umfasste. Wir nutzten auch Präsentationen auf Messen und Konferenzen sowie Verbindungen zu anderen Netzwerken und Projekten (wie MycoKey und ISM) in Europa und China. Dies hat uns nicht nur geholfen, eine benutzerfreundliche Plattform mit umsetzbaren Informationen für Interessengruppen zu erstellen, sondern auch bei der Risikobewertung zu helfen.

Im Gegensatz zu früheren Projekten und Standards nutzt das MyToolBox-Projekt einen vollständig integrierten Multi-Akteurs-Ansatz mit einem hohen Maß an Beteiligung der Endverbraucher, um die durch Mykotoxine verursachten Probleme entlang der Lebens- und Futtermittelkette anzugehen. Geringere Mykotoxin-Risiken bei Nutzpflanzen führen zu geringeren Verlusten in der Lebensmittelkette. Durch die Bereitstellung rückverfolgbarer Informationen entlang der Lieferkette unter Verwendung gängiger IKT-Technologie kann MyToolBox einen wesentlichen Beitrag zur Gesundheit, Sicherheit und zum Wohlbefinden der Verbraucher leisten.