Grūdin÷s žaliavos ir biologinių inhibitorių įtaka etilo alkoholio kokybei ir saugai

LIETUVOS SVEIKATOS MOKSLŲ UNIVERSITETAS

VETERINARIJOS AKADEMIJA

VETERINARIJOS FAKULTETAS

MAISTO SAUGOS IR GYVŪNŲ HIGIENOS KATEDRA

Vaida Bajarskait÷

Grūdin÷s žaliavos ir biologinių inhibitorių įtaka etilo alkoholio

kokybei ir saugai

Magistro baigiamasis darbas

Darbo vadov÷:

dr. Elena Bartkien÷

PATVIRTINIMAS APIE ATLIKTO DARBO SAVARANKIŠKUMĄ Patvirtinu, kad įteikiamas magistro baigiamasis darbas „pavadinimas“

1. Yra atliktas mano pačios:

2. Nebuvo naudojamas kitame universitete Lietuvoje ir užsienyje:

3. Nenaudojau šaltinių, kurie n÷ra nurodyti darbe, ir pateikiu visą panaudotos literatūros sąrašą.

2010 12 10 Vaida Bajarskait÷

(data) (autoriaus vardas, pavard÷) (parašas)

PATVIRTINIMAS APIE ATSAKOMYBĘ UŽ LIETUVIŲ KALBOS TAISYKLINGUMĄ ATLIKTAME DARBE

Patvirtinu lietuvių kalbos taisyklingumą atliktame darbe

(data) (autoriaus vardas, pavard÷) (parašas)

MAGISTRO BAIGIAMOJO DARBO VADOVO IŠVADOS DöL DARBO GYNIMO

... ... ... (data) (autoriaus vardas, pavard÷) (parašas)

MAGISTRO BAIGIAMASIS DARBAS APROBUOTAS MAISTO SAUGOS IR GYVŪNŲ HIGIENOS KATEDROJE

(aprobacijos data) (katedros ved÷jo vardas, pavard÷) (parašas)

Magistro darbas yra įd÷tas į ETD IS

(gynimo komisijos sekretor÷s parašas)

Magistro baigiamojo darbo recenzentas

(vardas, pavard÷) (parašas)

Magistro baigiamųjų darbų gynimo komisijos įvertinimas:

TURINYS

SANTRUMPOS ...5

SANTRAUKA...6

ĮVADAS ...8

2. LITERATŪROS APŽVALGA...10

2.1. Grūdin÷s žaliavos, skirtos etilo alkoholio gamybai, charakteristika...10

2.2. Biologiniai inhibitoriai grūdin÷je žaliavoje...11

2.2.1. Lauko ir sand÷lio mikroskopiniai grybai ir jų gaminami mikotoksinai ...11

2.2.2. Herbicidai ...16

2.2.2.1. Herbicidas „MONITOR“ ...18

2.2.2.2. Herbicidas „LOGRAN 20WG“...19

2.3. Aukštesnieji alkoholiai ir kiti guzelio junginiai ...20

2.3.1. Metanolis...22 2.3.2. Propanolis...22 2.3.3. Izoamilo alkoholis ...23 2.3.4. Etilacetatas ...23 2.3.5. Acetaldehidas ...23 2.3.6. Izobutanolis ...25

2.3.7. Maistinio etilo alkoholio ir kitų junginių, susidarančių fermentuojant krakmolingą žaliavą, įtaka sveikatai...25

2.3.8. Fermentuotuose produktuose esančių mažos molekulin÷s mas÷s alkoholių ir kitų guzelio junginių nustatymo metodika ...26

3. DARBO METODIKA ...28

3.1. Pagrindin÷s tyrimų kryptys ir jų pagrindimas ...28

3.2. Tyrimų objektai ir metodai...29

3.2.1 Krakmolinga grūdin÷ žaliava etilo alkoholio gamybai ...29

3.2.2. Grūdin÷s žaliavos analiz÷s metodai ...29

3.2.2.1 Javų krakmolo ir dr÷gnio nustatymas analaizeriu „FOSS INFRATEC 1275“...29

3.2.2.2 Sąlyginio krakmolingumo nustatymas ...30

3.2.3. Javų grūdų m÷ginių su biologiniais inhibitoriais – herbicidais paruošimas...30

3.2.4. Grūdų apkr÷timas mikroskopiniais grybais ir jų metabolitų: aflatoksino, zearalenono ir deoksinivalenolio nustatymas ...31

3.2.5. Etilo alkoholio iš grūdin÷s krakmolingos žaliavos gamyba...32

3.2.7. Etilo alkoholio kokyb÷s tyrimas dujų chromatografijos metodu ...34

3.3. Matematin÷ statistin÷ duomenų analiz÷ ...34

4. REZULTATAI...35

4.1. Krakmolo kiekis nustatytas skirtingų veislių kviečiuose ir Speltoje...35

4.1.1. Skirtingų javų krakmolo kiekio nustatyto „FOSS INFRATEC 1275“ palyginamasis įvertinimas...35

4.1.2. Krakmolo kiekio nustatymas grūduose poliarimetriniu metodu ir jo palyginimas su greitu „FOSS INFRATEC 1275“ metodu ...36

4.2. Iš skirtingų grūdų veislių ir Speltos gauto etilo alkoholio kiekio palyginamasis įvertinimas...37

4.3. Grūdų užkr÷stų mikromicetais tyrimas ...39

4.3.1. Mikotoksinų: aflatoksino, zearalenono ir deoksinivalenolio koncentracija m÷giniuose ...39

4.3.2. Etilo alkoholio koncentracija nustatyta grūdų, užkr÷stų mikromicetais, m÷giniuose..40

4.4. Mikotoksinų, herbicidų ir grūdų veisl÷s, įtaka aukštesniųjų alkoholių kiekiui m÷giniuose ...42

4.4.1. Mikotoksinų, herbicidų ir grūdų veisl÷s įtaka acetaldehido kiekiui m÷giniuose ...42

4.4.2. Mikotoksinų, herbicidų ir grūdų veisl÷s įtaka metilacetato kiekiui m÷giniuose...44

4.4.3. Mikotoksinų, herbicidų ir grūdų veisl÷s įtaka etilacetato kiekiui m÷giniuose...46

4.4.3. Mikotoksinų, herbicidų ir grūdų veisl÷s įtaka metanolio kiekiui m÷giniuose ...47

4.4.4. Mikotoksinų, herbicidų ir grūdų veisl÷s įtaka propanolio kiekiui m÷giniuose ...49

4.4.5. Mikotoksinų, herbicidų ir grūdų veisl÷s įtaka izobutanolio kiekiui m÷giniuose ...51

4.4.6. Mikotoksinų, herbicidų ir grūdų veisl÷s įtaka izoamilo alkoholio kiekiui m÷giniuose ...53

IŠVADOS ...55

NAUDOTŲ LEIDINIŲ SĄRAŠAS ...56

SUMMARY...60

SANTRUMPOS

DON – deoksinivalenolis. ZEN – zearalenonas. NIV – nivalenolis.

EB – Europos bendrijos komisija. ES – Europos Sąjunga.

CNS – centrin÷ nervų sistema. ADG – alkoholio dehidrogenaz÷. ALDG – aldehidrogenaz÷.

LD – leistina doz÷.

PSO – Pasaulin÷ sveikatos organizacija. ES – Europos sąjunga.

DSC – dujų ir skysčių chromatografija.

In Vitro – m÷gintuv÷lyje (eksperimentas laboratorijoje). In Vivo – gyvame organizme.

SANTRAUKA

Autorius: Vaida Bajarskait÷

Tema: Grūdin÷s žaliavos ir biologinių inhibitorių įtaka etilo alkoholio kokybei ir saugai Darbo vadov÷: dr. Elena Bartkien÷

Atlikimo vieta: LSMU, Veterinarijos akademija, Veterinarijos fakultetas, Maisto saugos ir gyvūnų higienos katedra, KTU Chemijos fakultetas, AB „Kauno Grūdai“, AB „Stumbras“ Darbo apimtis: 71 puslapis, 14 lentelių, 15 paveikslių.

Darbo tikslas – nustatyti biologinių inhibitorių – herbicidų ir mikotoksinų bei grūdų veisl÷s įtaką etilo alkoholio kokybei ir išeigai, gaminant pastarąjį šaltuoju būdu.

Etilo alkoholio gamyba vykdyta iš 2008 metų derliaus skirtingų kviečių veislių (Ada, Širvinta, Busar, Spelta, nežinomos veisl÷s ekologiški kviečiai, nežinomos veisl÷s neekologiški kviečiai, nežinomos veisl÷s žieminiai kviečiai, nežinomos veisl÷s vasariniai kviečiai). Eksperimento metu buvo nustatyta kaip skirtingi herbicidai ir mikotoksinai veikia fermentacijos procesą. Vienu atveju ruošiant m÷ginius į grūdinę žaliavą buvo prid÷ta (pagal maksimalias leistinas normas) herbicidų („MONITOR“ ir „LOGRAN 20WG“), kitu atveju grūdin÷ žaliava buvo užkr÷sta mikroskopiniais grybais. Paruošti m÷giniai buvo fermentuoti laboratorin÷mis sąlygomis, pritaikius žemų temperatūrų technologinę schemą. Visais atvejais buvo įvertinta etilo alkoholio išeiga ir jo kokyb÷. Ypač svarbu kontroliuoti etilo alkoholio kokybę, nes jo gamybos metu susidarę aukštesnieji alkoholiai yra labai žalingi sveikatai (Davidson, 2007). Kokybin÷ etilo alkoholio analiz÷ atlikta dujų chromatografijos metodu. Naudota kolon÷l÷ Zebron ZB – WAX; 30m x 0,25 x 0,25 µm; 100 % polietilenglikolio; Phenomenex (Vidmantien÷, 2008). Aukštesniųjų alkoholių koncentracijos m÷giniuose apskaičiuotos mg/ml pagal gautų pikų plotus, lyginant juos su standartiniu, žinomos koncentracijos aukštesniųjų alkoholių tirpalu.

Atlikus eksperimentą nustatyta, kad auginant kviečius etilo alkoholio gamybai, geriau naudoti herbicidą „MONITOR“, nes jam pilnai nesuskilus gaunami mažesni etilo alkoholio nuostoliai, nei naudojant herbicidą „LOGRAN 20WG“. Nustatyta, kad mikromicetai ir jų metabolitai įtakoja fermentacijos procesą, o d÷l jų gaunami etilo alkoholio nuostoliai. D÷l šios priežasties reik÷tų vengti apkr÷stų grūdų patekimo į gamybą, siekiant užtikrinti ne tik produkto saugą, bet ir vengiant patirti ekonominių nuostolių.

nepageidaujamų junginių koncentracijos: acetaldehido, metilacetato, etilacetato, metanolio, propanolio, izobutanolio ir izoamilo alkoholio.

ĮVADAS

Lietuvoje augalai yra vienas svarbiausių išteklių, kurių potencialas panaudojamas nepakankamai efektyviai. Siekiant formuoti pigių žaliavų energetikos (bioetanolio) ir pašarų sektoriams (žlaugtų) pasiūlą, atitinkančią saugos reikalavimus ir vartotojų poreikiams patenkinti, būtina nukreipti mokslinius tyrimus, naujų uždavinių, susijusių su augalų potencialo efektyvumu, daugiafunkciniu panaudojimu, bei inovacijų šioje srityje diegimu (Vidmantien÷, 2008).

Alkoholinių g÷rimų gamyba, viena iš augalininkyst÷s pramon÷s šakų, užimanti reikšmingą vietą Lietuvos pramon÷je.

Alkoholiniai g÷rimai jau buvo žinomi ankstyvosiose žmonijos civilizacijos stadijose. Manoma, kad etilo alkoholio distiliavimas atrastas Kinijoje arba arabų šalyse. Tačiau tik XIV a. viduryje prad÷tas gaminti etilo alkoholis iš fermentuotų grūdų Europoje, o XVI a. – Rusijoje.

Etilo alkoholis yra mielių gyvybin÷s veiklos produktas ir gaunamas iš žaliavos, turinčios pakankamai rauginamų cukrų arba kitų angliavandenių, kuriuos lengvai galima paversti į rauginamuosius cukrus. Plačiausiai maistiniam etilo alkoholiui gauti yra naudojamos krakmolingosios žaliavos – grūdai (rugiai, kviečiai, kvietrugiai, miežiai, avižos, kukurūzai, soros, ryžiai) ir bulv÷s. Kaip cukringa medžiaga naudojama melasa ir kt.

Gatavų produktų kokybei didžiausią įtaką daro perdirbamos žaliavos chemin÷ sud÷tis ir matricos specifika, kuri priklauso nuo augalų rūšies, veisl÷s, agroklimatinių sąlygų ir kitų veiksnių.

Alkoholinio fermentavimo metu alkoholiniuose g÷rimuose visiškai natūraliai atsiranda tokie šalutiniai produktai, kaip aukštesnieji alkoholiai. Tod÷l yra labai svarbu kontroliuoti jų kiekį galutiniuose produktuose ypač, kaip namų gamybos alkoholiniai g÷rimai („pilstukas“, naminis vynas), kurių vartojimas, d÷l jame esančių šalutinių produktų, gali sukelti padažn÷jusias kepenų ligas ar net ištikti mirtis (Lachenmeier ir kt., 2008).

Didelę įtaką fermentacijos procesui turi ir biologiniai inhibitoriai, esantys perdirbamoje žaliavoje.

Jie įtakoja gatavos produkcijos, t.y. etilo alkoholio (bioetanolio), gamybą ir patį fermentacijos procesą.

Biologiniams inhibitoriams yra priskiriami:

– Lauko ir sand÷lio mikroskopiniai grybai bei jų gaminami mikotoksinai; – Skals÷s bei jų gaminami alkaloidai;

D÷l šių priežasčių labai svarbu įvertinti kokia šių neigiamų faktorių įtaka etilo alkoholio išeigai, visam fermentacijos procesui ir galutinio produkto saugai.

Darbo tikslas – nustatyti biologinių inhibitorių – herbicidų ir mikotoksinų bei grūdų veisl÷s įtaką etilo alkoholio kokybei ir išeigai gaminant pastarąjį šaltuoju būdu.

Darbo uždaviniai:

– Ištirti skirtingų grūdų veislių krakmolingumą klasikiniu poliarimetriniu metodu ir „FOSS INFRATEC 1275“ aparatu bei atlikti palyginamąją analizę;

– Atlikti etilo alkoholio fermentaciją ir nustatyti herbicidų įtaką etilo alkoholio išeigai;

– Įvertinti kokia mikotoksinų, herbicidų ir grūdų veisl÷s įtaka aukštesniųjų alkoholių kiekiui galutiniame produkte.

2. LITERATŪROS APŽVALGA

2.1. Grūdin÷s žaliavos, skirtos etilo alkoholio gamybai, charakteristika

Grūdinių kultūrų (varpinių javų grūdų) gaminiai sudaro didelę žmogaus maisto dalį – apie 50 % viso maisto kiekio daugumoje pasaulio šalių. Grūdams priskiriami kviečiai, rugiai, miežiai, avižos, kukurūzai, sorgos, soros ir kt.

Grūdai ilgai negenda, jei laikomi sausi, tačiau, jei nepakankamai išdžiovinti, genda greičiau. Grūdo paviršius yra ištisai padengtas ląsteliena ir vaškin÷mis medžiagomis. Šis dengiamasis sluoksnis stabdo mikroorganizmų, negalinčių skaidyti ląstelienos, augimą. Tod÷l mikroorganizmai kur kas aktyviau auga ant mechaniškai pažeistų grūdų. Iš veiksnių, lemiančių mikroorganizmų veiklą, svarbiausi yra grūdų dr÷gnis, temperatūra, grūdų dengiamųjų audinių būkl÷, natūralus imunitetas (Masteikien÷, 2006).

Spiritui gaminti labiausiai tinka kvietrugiai, rugiai, kviečiai ir kukurūzai. Juose yra daugiausiai krakmolo ir mažiausiai celiulioz÷s (Bernatonis, Venskutonis, 1997).

Krakmolo turinti augalų žaliava yra auginama orientuojantis panaudoti ją maistui ir pašarui. Krakmolas yra vienas svarbiausių augaluose esančių komponentų, kuris kaupiasi ne tik grūduose, bet ir šaknyse, gumbuose, ir, kurio panaudojimo sritys ir apimtys pastaraisiais metais labai išsipl÷t÷. Krakmolas seniai žinomas ir plačiai naudojamas maisto produktas. Gliukoz÷ ir maistinis spiritas, tai visiems žinomi krakmolo perdirbimo produktai.

Anksčiau Lietuvoje pagrindinis krakmolingų žaliavų šaltinis buvo bulv÷s, o dabar – kviečiai ir kiti javai.

Augalinių žaliavų panaudojimas maisto pramon÷je nuolat tobulinamas, tod÷l nuolat kinta reikalavimai žaliavoms.

Maistinio etilo alkoholio gamyboje krakmolo kiekis žaliavoje yra pagrindinis jos vertę lemiantis rodiklis. Jo kiekis grūde sudaro 65–80 proc. jo sausųjų medžiagų mas÷s ir priklauso nuo daugyb÷s faktorių, veikusių grūdui augant, bręstant, nuo rūšies ypatumų, azotinių trąšų kiekio, klimatinių sąlygų (ypač kritulių) ir kt.. Visi tie faktoriai, kurie skatina baltymų kaupimąsi, mažina krakmolo susidarymą grūde tarp baltymų ir krakmolo yra atvirkštin÷ priklausomyb÷. Krakmolo komponentų chemin÷s struktūros pagrindą sudaro gliukoz÷s liekanos (Juodeikien÷, 2007). Svarbu naudoti tinkamas technologijas, parinkti javų veisles, pritaikytas vietos gamtos sąlygoms, kad būtų užtikrinta gera etanolio išeiga ir pasiekta ekonomin÷ nauda. Visapusiškai vertinant etanolio gamybą būtina analizuoti visą gamybos proceso grandinę – nuo dirvožemio,

Šios technologijos taip pat yra skirtos technologinių ir gamtinių rizikos veiksnių poveikiui mažinti ir derliaus bei kokyb÷s stabilumui užtikrinti. Tačiau taikytinus elementus auginimo technologijose lemia planuojamos išauginti produkcijos paskirtis. Maistinio etilo alkoholio gamybai auginamiems grūdams keliami griežti kokybiniai reikalavimai, tod÷l yra naudojamos palyginti brangios technologijos, būdingos maistinių grūdų auginimui.

Lietuvos žemdirbyst÷s institute nuolat atliekami lauko bandymai, kuriuose tiriama įvairių technologinių veiksnių įtaka grūdų derliui ir maistinei, pašarinei bei s÷klinei vertei.

Lietuvos žem÷s ūkio ministerijos užsakymu atlikta preliminari technologinių parametrų analiz÷ rodo, kad auginant grūdus maistiniam etilo alkoholiui, geriausia pasirinkti kvietrugius arba rugius, iš kurių gaunama didžiausia etanolio išeiga ir jie yra mažiausiai jautrūs intensyvinimo priemonių taupymui.

Kvietrugių grūdai pagal alkoholio išeigą mažai nusileidžia kukurūzams ir lenkia kviečius bei rugius. Kuo daugiau grūduose krakmolo ir mažiau baltymų, tuo didesn÷ alkoholio išeiga. Grūdų krakmolingumas priklauso nuo atskirų grūdų rūšių genetinių savybių, veislių bei augimo sąlygų ir naudotos agrotechnikos.

Gaminant maistinį etilo alkoholį yra svarbu žinoti, kad grūduose esantys baltymai yra kliuvinys, kuris mažina alkoholio išeigą. Tod÷l pagrindinis tikslas yra kuo mažiau baltymų ir kuo daugiau krakmolo grūduose, nors žemdirbiai augindami maistui bei pašarams skirtus grūdus, stengiasi, kad juose būtų kuo didesnis baltymų kiekis.

2.2. Biologiniai inhibitoriai grūdin÷je žaliavoje

2.2.1. Lauko ir sand÷lio mikroskopiniai grybai ir jų gaminami mikotoksinai

Nuo pat augalų vystymosi pradžios juos lydi įvairūs mikroorganizmai, d÷l kurių yra patiriami dideli derliaus ir kokyb÷s nuostoliai. Grūdiniai augalai yra vieni iš labiausiai kenk÷jų ir grybinių ligų pažeidžiamų žem÷s ūkio augalų. Grūdų laikymo sąlygos taip pat turi įtakos jų kokybei. Nesilaikant sand÷liavimo reikalavimų, grūdai gali prad÷ti gesti. Ypač produkciją gadina toksiški mikroskopiniai grybai, kurie, esant atitinkamoms sąlygoms apie 30–40 % visų mikroskopinių grybų, gali gaminti mikotoksinus. Mikotoksinais vadinami nuodingi mikroskopinių grybų medžiagų apykaitos produktai, susidarantys ant maisto produktų ir pašarų paviršiaus bei galintys į juos giliai įsiskverbti ir perkelti į galutinius produktus. Jie kelia realią gr÷smę žmonių ir gyvulių sveikatai (Magan, 2005).

Mikotoksinai yra grybelių antriniai metabolitai, kurie savo toksiniu poveikiu buvo siejami su stuburiniais gyvūnais bei laikomi kaip maisto gadinimo grybeliai (Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria). Maisto produktų ir gyvūnų pašarų užteršimas mikotoksinais yra pasaulin÷ problema. Tod÷l yra labai svarbu pasirinkti teigiamas mitybos strategijas, kurios yra vienos iš naujausių metodų, kovojant su mikotoksinų problema, ypatingą d÷mesį skiriant in vivo ir in vitro kelių rišamųjų medžiagų veiksmingumui (aktyvuotos anglies, hidratuoto natrio kalcio aliumosilikato, bentonito, ceolito ir pieno rūgšties bakterijų) (Kabak, Dobson ir kt., 2006).

Nors mikromicetai yra dažnesni tokiose vietov÷se, kuriose yra karštas ir dr÷gnas klimatas, t.y. palankus pel÷sių augimui, tačiau jų galima rasti ir kitų platumų vietov÷se. Mikotoksinų poveikis žmogui didžiausias yra juos prarijus, tačiau jie gali pakenti per odą ar įkv÷pus. Apsinuodijimų mikotoksinais (mikotoksikozių) pasekm÷s gali būti labai įvairios. Mikotoksikoz÷s dažnai lieka nepastebimos medicinos specialistų, išskyrus atvejus, kai šios ligos pasireiškia daugeliui žmonių (Peraica, 1999).

Kad nuo supelijusio maisto galima susirgti, žinoma jau labai senai. Anksčiausiai pasteb÷tas ir geriausiai žinomas tokio pobūdžio negalavimas buvo pavadintas ergotizmu. Pagal išlikusius rašytinius šaltinius ši liga buvo labai paplitusi Centrin÷je Europoje nuo IX iki XVI a. Kita ergotizmo forma (konvulsin÷) pažeidžia nervų sistemą. Ji Europoje buvo pasteb÷ta ir aprašyta v÷liau – nuo XVI iki XIX a. Sunki ir dažnai mirtina maistin÷ toksin÷ aleukija pirmą kartą buvo atpažinta Rusijoje 1913 m. Nustatyta, kad ją suk÷l÷ per žiemą lauke laikytų sudr÷kusių ir supelijusių grūdų produktai.

Mikromicetų ir jų metabolitų pavojingumas galutinai buvo atskleistas tik po 1960 m., kai nuo nesuprantamos kepenų nekroz÷s Anglijoje žuvo tūkstančiai auginamų kalakutų. Žūties priežastis – ant pašarinių riešutų miltų rasti Aspergillus flavus toksinai.

Dabar žinoma apie 240 toksiškų mikromicetų, išaiškinta daugiau nei 120 nuodingų jų gaminamų mikotoksinų. Juos produkuoja Aspergillus, Penicilium ir Fusarium tipo pel÷siai. Išskiriamų mikotoksinų ir kitų biologiškai veiklių medžiagų kiekiai ir šių kiekių proporcijos priklauso ne tik nuo grybų tipų, kamienų, bet ir nuo pakenkiamo produkto chemin÷s sud÷ties ir visų ekologinių sąlygų visumos.

Augdami ir vystydamiesi ant maisto produktų mikromicetai blogina jų juslines savybes, mažina maistinę vertę ir užteršia juos nuodingais junginiais. Iš maisto produktuose paplitusių mikromicetų apie 60–75 % laikoma toksiškais. Šie toksinai gali sukelti bendrą organizmo apsinuodijimą, sumažinti jo imunitetą arba pažeisti atskirų organų ir sistemų (kepenų, inkstų, virškinimo organų) veiklą. Daugelis mikotoksinų pasižymi teratogenin÷mis, mutagenin÷mis ir

Mikromicetų gaunami toksinai, jų sukeliamos pasekm÷s ir kur dažniausiai jie randami pateikta 2.1 lentel÷je.

2.1 lentel÷. Trumpa mikotoksinų charakteristika (Ramonaityt÷, 2001).

Mikromicetai Toksinai Pasekm÷ Kur randama

Claviceps purpurea Ergoto alkaloidai

Ergotizmas (gangrenuojantis, konvulsinis) Rugiuose, mažiau - kviečiuose Asp. Flavus,

Asp. parasiticus Aflatoksinai

Kepenų ciroz÷, kepenų v÷žys

Žem÷s riešutai, kiti riešutai, grūdai, pašarai, pienas Asp. Ochraceus, Asp. melleus Ochratoksinai (A, B, C) Kepenų surieb÷jimas, pakenkti inkstai Miežiai, kukurūzai Fusarium graminearun Zearalenonas (fuzariotoksinas F2) Nevaisingumas Kukurūzai, kiti grūdai, pašarai Fusarium

oxysporum,

Fusarium tricinatum

Fuzariotoksinas T2

Toksin÷ aleukija,

hemoragijos Grūdai, pašarai Asp. Versicolor,

Asp. nidulans Sterigmatocistinas Kepenų v÷žys

Kukurūzai, kviečiai, pašarai

Mikotoksinai yra mažos molekulin÷s mas÷s, neantigenin÷s medžiagos, iš kurių dauguma yra stabilūs šilumos poveikyje. Mikotoksinai gali sukelti ūmius ligos epizodus, kai yra suvartojamas kritinis jų kiekis. Toksinai turi įtakos specifiniams organams arba audiniams, kaip kepenims, inkstams, burnos ir skrandžio gleivinei, smegenims ir dauginimosi organams. Tačiau mažesn÷s mikotoksinų koncentracijos mažina augimo tempus, trukdo veikti įgimtiems atsparumo mechanizmams, t.y. padid÷ja rizika gauti infekciją (Pier, 1980).

Šiuo metu didžiausias d÷mesys yra skiriamas Fusarium genties grybų produkuojamiems toksinams. Lietuvoje ir visame pasaulyje mikotoksinus produkuojantys Fusarium genties grybai gana dažnai išplinta ant grūdinių augalų, ypač ant vasarinių miežių ir kviečių, kukurūzų bei avižų grūdų. Šiais mikotoksinais užkr÷sti javų grūdai iškreipia technologinius procesus, tokius, kaip alaus ar maistinio etilo alkoholio gamyba.

Fusarium grybai vystosi kai šilta, dr÷gna ir lietinga. Šiems grybams plisti ir fuzariotoksinams kauptis, įtakos taip pat turi auginama veisl÷, tręšimas, taikomos s÷jomainos ir kiti agrotechniniai veiksniai. Visi šie veiksniai lemia įvairių Fusarium genties grybų sukeliamų ligų, tarp jų ir varpų fuzarioz÷s javuose, išplitimo ir fuzariotoksinų kaupimosi grūduose ar s÷klose riziką (Pečiulis, 1983).

Lietuvos klimato sąlygomis užauginta augalininkyst÷s produkcija taip pat gali būti užteršta toksiškais Fusarium spp. grybais ir jų produkuojamais mikotoksinais: deoksinivalenoliu (DON), zearalenonu (ZEN), nivalenoliu (NIV), HT–2 ir T–2 toksinais ir kt.. Mikotoksinai atsparūs terminiam apdorojimui, tod÷l gali būti randami galutiniuose maisto produktuose: miltuose,

duonos gaminiuose, aluje, maistiniame etilo alkoholyje (Mankevičien÷, Butkut÷, 2005). Su maistu jie patenka į žmogaus organizmą. Profilaktin÷s augalų apsaugos priemon÷s (atsparios veisl÷s, s÷jomainos, fungicidų naudojimas ir kt.) sumažina toksiškų grybų sukeliamų ligų plitimą ar net produkcijos užteršimą, bet šios priemon÷s ne visada apsaugo nuo mikotoksinų kaupimosi produkcijoje.

Fusarium mikroskopiniai grybų gaminami toksiški metabolitai priskiriami trichotecenams. Trichotecenai – tetracikliniai junginiai, turintys C–12, 13–epoksi grupes, dominuojantys tarp natūralių teršalų maisto produktuose ir pašaruose.

Trichotecenai yra Fusarium, Myrothecium, Trichotehecium, Cephalosporium, Verticimosporium ir Stachybotrys geno antrinio metabolizmo produktai. Juos gali pagaminti mikroorganizmai prieš ir po derliaus 0 ir 35º C temperatūroje, kai santykinis dr÷gnis 80–90 %. Užkr÷sti javai yra pagrindiniai nemakrociklinių trichotecenų šaltiniai maiste ir gyvulių pašaruose, ypač tokiuose grūdiniuose javuose kaip avižos, kviečiai, kukurūzai ir ryžiai.

Dažniausiai grūdiniuose javuose ir jų produktuose aptinkamas B tipo trichotecenas – deoksinivalenolis (DON). Jį gamina F. culmorum ir F. graminearum rūšys. DON pasižymi tirpumu vandenyje ir poliniuose tirpikliuose – metanolyje ir acetonitrile. Šis mikotoksinas yra labai stabilus. Tod÷l DON išsilaiko visoje maisto gamybos grandin÷je, apimančioje žaliavos laikymą, paruošimą, perdirbimą ir apdorojimą. Jis yra termostabilus 120º C temperatūroje ir dalinai atsparus, esant 210º C. Deoksinivalenolis yra stabilus silpnai rūgštin÷je terp÷je, bet skyla šarmin÷je.

DON gali pažeisti organų ląsteles, silpninti imuninę sistemą. Net ir nedidelis jo kiekis grūduose turi neigiamą poveikį žmon÷ms ir gyvuliams. Ypač jautrios šiam toksinui yra kiaul÷s.

Be jau min÷to deoksinivalenolio (DON), maistinio etilo alkoholio fermentacijai įtakos turi zearalenonas (ZEN) ir T–2 toksinas.

Mikotoksinas, pavadintas zearalenonu, iš kai kurių Fusarium tipo mikromicetų buvo išskirtas ir aprašytas 1962 m. Tai yra antrinis metabolitas pagamintas Fusarium genties formų (Cramer ir kt., 2007).

Zearalenonas dažniausiai randamas grūduose, kuriuos buvo pažeidęs puvinys. Jis gali pereiti į krakmolą ir jo hidroliz÷s produktus.

Šio mikotoksino struktūra yra žiedin÷, su dviem ketono grup÷mis ir panaši į estrogeniniu veikimu pasižyminčias hormonų tipo medžiagas – dietilstilbestrolį. Tod÷l manoma, kad žmogui gali pakenkti taip, kaip ir kitos hormoninio tipo medžiagos (Ramonaityt÷, 2001). Zearalenonas yra fitohormonas, pasižymintis anabolin÷mis savyb÷mis ir estrogeniniu efektu

(Kuiper-Yra įrodyta, kad zearalenonas sukelia toksinį poveikį tiek gyvuliams, tiek ir žmon÷ms. Zearalenonas yra stabilus junginys, tod÷l jis nepraranda savo toksiškumo jį sand÷liuojant, frezuojant, perdirbant, gaminat maistą ar net esant aukštai temperatūrai. Atlikti medžiagų apykaitos tyrimai rodo, kad zearalenonas gerai absorbuojamas jį išg÷rus. Zearalenonas ir jo dariniai: alfa– ir beta–zearalenolo, zeranolo, taleranolio ir zearalanono, jungiasi su gliukurono rūgštimi. Šis mikotoksinas ir jo metabolitai yra konkurencingai įjungiami į estrogeninius bei specifinius receptorius, kaip gimda, pieno liaukos, kepenys. Jis sukelia vaisingumo sutrikimus, kaip vaisingumo sumaž÷jimą, sumaž÷jusį vados dydį ir kitas reprodukcines patologijas bei keičia skydliauk÷s, antinksčių ir hipofiz÷s liaukų veiklą (Gajecki, 2002; Minervini, 2001).

D÷l Fusarium genties pel÷sių išskiriamų toksinų, o ypač d÷l pagrindinio toksino deoksinivalenolio, nuo 2006 m. liepos 1 d. ES pagal priimtą Europos bendrijų komisijos reglamentą (EB) Nr. 856/2005, imta papildomai reguliuoti DON kiekius. Šių mikotoksinų susidarymą pagrinde nulemia klimatin÷s sąlygos, d÷l to labai sunku išvengti jų pirmin÷je grūdų gamybos grandin÷je.

Aspergillus flavus ir Aspergillus parasiticus gaminami toksinai vadinami aflatoksinais (Kumar, 2010). Šiai toksinų grupei priskiriama apie 20 junginių, keturi iš jų laikomi pagrindiniais. Dažniausiai pasitaikantis aflatoksinai B1, B2, G1, G2, M1 ir M2, tačiau aflatoksinas

B1 yra dažniausiai randamas užterštuose m÷giniuose (Bueno, 2004).

Pagal fluorescencijos ultravioletin÷je (UV) šviesoje spalvą jie žymimi raid÷mis B1 ir B2

(švytintys m÷lynai žalia spalva) bei G1 ir G2 (švytintys žalia spalva). Kiti aflatoksinai, pažym÷ti

M1, M2, B2a, G2a, Gm, Pt, Q, taip pat – aspertoksinas, aflatoksikolis yra šių keturių pagrindinių

mikotoksinų dariniai arba metabolitai. Visi ištirti aflatoksinai turi žiedinę furano struktūrą ir apibendrinami kaip difurofurano dariniai.

Aflatoksinai priklauso stipriausių natūralių kancerogeninių medžiagų grupei. Aflatoksinai su indeksu 1 yra toksiškiausi, o pats kenksmingiausias yra B1 (Raymond, 1995). Jam veikiant

sutrinka kepenų metabolitin÷ funkcija, vystosi riebalin÷ distrofija, ciroz÷, kraujyje sumaž÷ja glikopeno ir vitamino A kiekis, slopinamas ląstelių fermentų aktyvumas nei RNR sintez÷. Netgi labai mažos koncentracijos gali prisid÷ti prie rizikos susirgti kepenų v÷žiu. Be kancerogenin÷s įtakos, aflatoksinai yra mutageniški, teratogeninio poveikio ir hepatogeninio poveikio. Mažas kiekis aflatoksinų, gali sukelti svorio padid÷jimą arba sumaž÷jimą, reprodukcijos sutrikimus, imunin÷s sistemos pablog÷jimą (Bakutis ir kt., 1977).

Aflatoksinai gali sukelti ir ūmių ir chroniškų apsinuodijimų reiškinius – aflatoksikozes.

Ūmių aflatoksikozių atvejais pažeidžiamos kepenys, pastebima tulžies takų hemoragija, po to sutrinka nervų sistema, prasideda traukuliai, paralyžius.

Esant chroniškai aflatoksikozei, dažniausiai pakenkiamos kepenys, tačiau jų sukeltų piktybinių auglių su metastaz÷mis į plaučius ir inkstus gali atsirasti ir skrandyje.

Aflatoksinus išskiriantys pel÷siai Aspergillus flavus ir Aspergillus parasiticus aplinkoje labai paplitę. Jie paprastai prisilaiko dirvose, o nuo jų apkrečiamos maistin÷s augalų kultūros.

Aflatoksinų gali atsirasti, vykstant fermentaciniams procesams, neišimtis ir alkoholiniuose g÷rimuose.

Dauguma aflatoksinų termostabilūs ir per maisto technologinio apdorojimo operacijas išlieka nepakitę. Dalis jų gali suskilti tik aukštesn÷je apdorojimo temperatūroje (Ramonaityt÷, 2001).

Kaip jau min÷jau anksčiau fuzariotoksinai pasižymi termostabilumu ir tirpumu vandenyje, o tai nulemia jų patekimą net ir į galutinį produktą. Trichotecenus sunku pašalinti apdorojant maisto produktus net ir iš mažai užkr÷stų grūdų. Tod÷l svarbu pasirinkti tinkamus grūdų perdirbimo procesus, kad kuo efektyviau būtų galima sumažinti toksinų patekimą į maisto produktus.

2.2.2. Herbicidai

Herbicidai yra cheminiai preparatai, naikinantys nepageidaujamus augalus arba slopinantys jų vystymąsi. Herbicidai yra įvairūs, jie skiriasi pagal cheminę sud÷tį, patekimą į augalą, toksiškumą, veikimo trukmę ir kitas savybes. Naudojant herbicidus reikia į tai atsižvelgti, kad jų efektyvumas būtų kuo didesnis. Kadangi herbicidai suyra nevienodu laiku (vieni per kelis m÷nesius, kiti per metus ir ilgiau), tod÷l juos naudoti reikia labai tiksliai ir atsargiai, nes d÷l padarytų klaidų, gali nukent÷ti kultūriniai augalai bei visa gyvoji aplinka.

Pagal veikimo apimtį herbicidai skirstomi į visuotinio ir atrankinio veikimo junginius. Visuotinio veikimo herbicidai naudojami ten, kur n÷ra kultūrinių augalų, t.y. prieš s÷ją, prieš derliaus nu÷mimą, kai derlius yra nuimtas arba senose ganyklose ir dirvonuose.

Atrankinio veikimo herbicidai naikina tik tam tikros rūšies augalus – piktžoles. Pagal veikimo būdą herbicidai skirstomi į kontaktinius ir sisteminius.

Kontaktiniai herbicidai pažeidžia tik tas augalo dalis, ant kurių patenka, kitos gali likti sveikos.

Sisteminiai herbicidai, patekę ant augalo, prasiskverbia į vidų ir kartu su medžiagų apykaitos produktais pasiskirsto po visą augalą.

Antžeminius – jie patenka į augalų vidų per lapus ir stiebus. Jais pas÷liai dažniausiai purškiami kultūriniams augalams ir piktžol÷ms sudygus.

Dirvinius – jie patenka į augalus iš dirvos per šaknis.

Mišrius – šie preparatai patenka į augalus per lapus, stiebus ir šaknis. Jais gali būti purškiamos dirvos prieš kultūrinių augalų ar piktžolių dygimą, arba kultūriniams augalams ir piktžol÷ms sudygus.

Pagal cheminę sud÷tį herbicidai skirstomi į neorganinius ir organinius.

Neorganiniai – patys pirmieji sukurti preparatai (magnio chloratas, natrio nitratas, kalcio cinamidas ir kiti) piktžol÷ms naikinti. D÷l daugelio neigiamų savybių: didel÷s koncentracijos, ilgo laikymosi dirvoje, didelių normų, visuotinio poveikio – jie plačiai nepaplito.

Organiniai – yra įvairios sud÷ties ir poveikio, jie gali būti sudaryti ir iš kelių cheminių medžiagų. Dabartiniu metu naudojami herbicidai yra organiniai.

Pagal poveikio trukmę herbicidai skirstomi į trumpo, vidutinio ir ilgo poveikio.

Trumpo poveikio – kontaktiniai herbicidai, greitai veikia augalų antžemines dalis, o patekę į dirvą išlieka nuo kelių savaičių iki 1–2 m÷n. (agilas, banvelas, granstaras).

Vidutinio poveikio trukm÷s herbicidai, priklausomai nuo dirvos savybių ir meteorologinių sąlygų, dirvoje gali išlikti iki augalų vegetacijos pabaigos (betanalas, gotliksas, lontrelas, piraminas, 2,4–D amino druska, MCPA ir kiti).

Ilgo poveikio herbicidai sausesn÷se, turinčiose mažiau organin÷s medžiagos dirvose gali išlikti metus ir ilgiau (glinas, simazinas). Šios grup÷s herbicidai gali pakenkti kitais metais auginamiems jautriems augalams.

Pagal toksiškumą (nuodingumą) herbicidai skirstomi į keturias grupes. Labai nuodingi – LD50– iki 50 mg/kg.

Nuodingi – LD50– 50–200 mg/kg.

Vidutinio nuodingumo – LD50– 200–1000 mg/kg.

Mažo nuodingumo – LD50– daugiau kaip 1000 mg/kg.

Pirmosios ir antrosios grupių herbicidus šiuo metu vartoti draudžiama.

(Paaiškinimas: LD50 – vidutin÷ mirtina (letalin÷) doz÷ – tai kiekis nuodų miligramais 1 kg

gyvojo svorio. Nuo šio kiekio žūva 50 % bandomųjų gyvūnų.)

Pagal poveikio spektrą atrankinio veikimo herbicidai yra dvejopi.

Plataus spektro herbicidai naikina įvairias piktžolių rūšis, tik nevienodai intensyviai (2,4–D amino druska, MCPA, bazagranas, dialenas ir kiti).

Siauro spektro skiriami vienai piktžolių rūšiai naikinti (bladeksas naikina garstukus rapsų pas÷lyje; trialatas naikina dirvinę svidrę linų pas÷lyje; sufiksas naikina tuščiąją avižą kviečių ir miežių pas÷lyje ir kiti).

Herbicidai silpniau veikia v÷siu oru. Geriau, kai oras šiltas, tada intensyviau vyksta medžiagų apykaita. Geriausia oro temperatūra sisteminio poveikio herbicidams +18–22° C, kontaktiniams +13–17° C. Vartojant herbicidus aukštesn÷je temperatūroje, jie gali apdeginti kultūrinius augalus arba greitai išgaruoti, prarasti efektyvumą. Nupurškus pas÷lį netur÷tų lyti bent 4 valandas, nes per tiek laiko dauguma herbicidų prasiskverbia į augalus. Derlingesn÷se, daug humuso turinčiose dirvose, herbicidų efektyvumas yra mažesnis (Велецкий, 1989).

2.2.2.1. Herbicidas „MONITOR“

Herbicidas „MONITOR“ (Syngenta Crop Protection AG Bazelis, Šveicarija) yra sulfonilur÷jos klas÷s herbicidas. Jo veiklioji medžiaga yra sulfosulfuronas.

Tai herbicidas, skirtas naikinti varpučius, dirsius, dirvines smilguoles, ramunes ir kibiuosius lipikus bei kitas vienaskiltes bei dviskiltes piktžoles žieminiuose bei vasariniuose kviečiuose bei kvietrugiuose pavasarį.

Herbicidas skirtas profesionaliam naudojimui. Preparato forma – minigranul÷s, kurios lengvai tirpsta vandenyje ir nedulka. Į piktžoles patenka per lapus ir šaknis. Geriausias efektas gaunamas, kai purškimo metu piktžol÷s aktyviai auga ir turi 2–4 lapelius. Herbicidas veikia ir per dirvą, kai pakanka dr÷gm÷s. Greitai patenka į piktžoles, tod÷l lietus po kelių valandų po purškimo nesumažina herbicido poveikio. „MONITOR“ taip pat efektyviai veikia ir žemose temperatūrose, jei piktžol÷s aktyviai auga.

Purškiamas, auginant žieminius ir vasarinius kviečius ir kvietrugius, pavasarį. Sausos oro sąlygos tam tikrą laikotarpį po purškimo gali sul÷tinti herbicido efektyvumą. Optimalus purškimo laikas - kai kviečiai ir kvietrugiai yra krūmijimosi stadijoje. Purškiant v÷liau labai geras efektas bus tik prieš tas piktžolių rūšis, kurias preparatas naikina daugiau kaip 90 %.

Rekomenduojama „MONITOR“ norma – žieminiuose kviečiuose ir kvietrugiuose, vasariniuose kviečiuose ir kvietrugiuose – 26,7 g/ha.

Poveikis kviečiams ir kvietrugiams: kai kada galima pasteb÷ti silpną kviečių, kvietrugių ir bulvių lapų pageltimą (chlorozę) ar vegetacijos sul÷t÷jimą tuoj po purškimo. Šie simptomai netrukus išnyksta ir įtakos derliui neturi. Plotuose, kurie buvo purkšti šiuo herbicidu ir reikia ats÷ti, galima auginti visus javus, vasarinius ir žieminius rapsus, žirnius, bulves, pupas, kukurūzus. Prieš s÷jant žieminius rapsus, rekomenduojama giliai suarti dirvą (www.balticagro.lt).

Šio herbicido naudojimo apribojimas yra toks, kad jo negalima purkšti kviečių ir kvietrugių su varpinių žolių, dobilų ar kitų ankštinių žolių įs÷liais. Nerekomenduojama žieminius kviečius purkšti šiuo herbicidu pakartotinai bei nenaudoti purškiant miežių ir avižų (www.kustodija.lt).

Plotuose, kurie buvo purkšti „MONITOR“ ir reikia ats÷ti, gali būti auginami vasariniai kviečiai arba bulv÷s. Nerekomenduojama „MONITOR“ purkšti ats÷tų plotų.

Jei buvo naudota 26,7 g/ha „MONITOR“, gali būti auginami visi javai (taip pat įs÷liai su varpin÷mis žol÷mis/dobilais), žieminiai ir vasariniai rapsai, žirniai, bulv÷s, pupos ir kukurūzai. Prieš s÷jant žieminius rapsus, rekomenduojama giliai suarti dirvą, t.y. giliau kaip 20 cm.

Nes÷ti cukrinių runkelių ir daržovių laukuose, kuriuose buvo naudotas herbicidas „MONITOR“, kadangi n÷ra nustatytas jų tolerantiškumas šiam herbicidui.

2.2.2.2. Herbicidas „LOGRAN 20WG“

„LOGRAN 20WG“ (Syngenta Crop Protection AG Bazelis, Šveicarija) veiklioji medžiaga yra triasulfuronas (200 g/kg). Jis priskiriamas prie sulfonilur÷jos chemin÷s klas÷s.

Šio herbicido pavidalas – vandenyje disperguojančios granul÷s. Tai sisteminis herbicidas, naudojamas vienmet÷ms ir daugiamet÷ms dviskilt÷ms piktžol÷ms žieminiuose kviečiuose ir vasariniuose miežiuose naikinti. Skirtas naudoti profesionaliai.

Tai atrankinio veikimo sisteminis herbicidas. Į sudygusias piktžoles patenka per lapus bei šaknis. Triasulfuronas trikdo augalų kv÷pavimo procesus. Turi ilgą išliekamąjį dirvoje veikimą. Piktžol÷s pradeda gelsti po 10–20 dienų, o po 2–3 savaičių sunyksta.

Žieminiams kviečiams ir vasariniams miežiams naudojama 0,025–0,04 kg/ha. Didesn÷s produkto normos naudojamos kai yra peraugusios arba stipriai išplitusios piktžol÷s. Vasariniai miežiai ir žieminiai kviečiai purškiami, kai javai turi du lapelius iki krūmijimosi pabaigos. Herbicidas geriau veikia kai oro temperatūra yra nuo +10º C iki +25º C temperatūros. Naudojant šios klas÷s (sulfunilur÷jos grup÷s) herbicidus, yra tikimyb÷, kad gali atsirasti atsparių šiai veikliajai medžiagai piktžolių rasių.

Šio herbicido naudojimo apribojimas yra toks, kad jo negalima naudoti kalkingose dirvose, kai pH yra daugiau kaip 7,5, javams su ankštinių javų įs÷liu, paveiktiems šalnų, potvynių, sausrų, ligų ir kenk÷jų antplūdžio ar kitų nepalankių sąlygų.

Fitotoksiškumas: tinkamai naudojamas n÷ra fitotoksiškas.

Nuo paskutinio purškimo iki derliaus nu÷mimo turi praeiti ne mažiau kaip 30 dienų. Tinkamai naudojamas herbicidas jokio poveikio kitiems s÷jomainos augalams neturi. Jei pas÷lis žūva, geriausiai s÷ti javus. Produkto naudojimo metais žieminį rapsą galima s÷ti tik dirvą suarus

ne sekiau kaip 15 cm gyliu. Kitais metais galima s÷ti visas kultūras giliau suarus (www.kustodija.lt).

2.3. Aukštesnieji alkoholiai ir kiti guzelio junginiai

Kenksmingi junginiai, kaip fuzeliai, aukštesnieji alkoholiai, paprastai atsiranda d÷l netinkamos distiliacijos arba jų atsiradimas yra įtakojamas kitų veiksnių. Jų poveikis žmogui yra labai kenksmingas, t.y. gali sukelti ūminį apsinuodijimą – galvos skausmą, v÷mimą ar net komą. Mažesni kiekiai, nesukeliantys apsinuodijimo, stiprina pagirias. Tod÷l yra labai svarbu kontroliuoti šių medžiagų patekimą į maisto produktus ir jų kiekius maiste.

Siekiant išvengti žalos žmogaus sveikatai ir apriboti nuodingas medžiagas galutiniame produkte Lietuvos Respublikos žem÷s ūkio ministerija išleido įsakymą d÷l maistinio etilo alkoholio techninio reglamento patvirtinimo. Maistinio etilo alkoholio gamybos techninis reglamentas, patvirtintas Lietuvos Respublikos Žem÷s ūkio ministro 2003 m. sausio 27 d. įsakymu Nr.3D–25 su pakeitimais. Šis reglamentas apibūdina maistinio etilo alkoholio iš krakmolinių bei cukrinių žem÷s ūkio kilm÷s žaliavų gamybos ir tvarkymo procesus ir jam gaminti naudojamas žaliavas bei medžiagas, ir nustato jiems keliamus reikalavimus. Šio reglamento nuostatos privalomos visoms įmon÷ms Lietuvos Respublikoje užsiimančioms maistinio etilo alkoholio gamyba (Nr. 3D–25, 2003).

Alkoholiais vadinami junginiai, turintys vieną ar kelias hidroksigrupes (–OH), prijungtas prie tetraedrinių (sp3–hibridizuotų) anglies atomų (Reingardien÷ ir kt., 2007).

Alkoholio surogatai – tai medžiagos, turinčios vieną ar kelis įvairius alkoholius ir vartojamos apsvaigti. Skiriamos dvi surogatų grup÷s: turinčios etanolio ir jo neturinčios.

Šios grup÷s skiriasi ne tik chemine struktūra, bet ir tuo, kad šiomis medžiagomis apsinuodija skirtingų socialinių grupių žmon÷s.

Surogatai, neturintys etanolio, yra žymiai nuodingesni. Jie gali sukelti pavojingas gyvybei arba net mirtinas komplikacijas. Surogatams, neturintiems etanolio, yra priskiriami: metanolis, izopropanolis, aukštesnieji alkoholiai, glikoliai (Stanišauskien÷, 2002).

Alkoholinio rūgimo procese pagrindiniai ir galutiniai rūgimo produktai yra etilo alkoholis ir CO2, tačiau be pagrindinių susidaro ir kitų, vadinamų pašaliniais, produktų: glicerino,

Aukštesnieji alkoholiai susidaro rūgimo metu ir suteikia specifinį skonį bei kvapą vynui, alui, romui ir kitiems alkoholiniams g÷rimams. Pavyzdžiui, jie paprastai sudaro apie 50 % aromatinių sudedamųjų dalių vyne, išskyrus etanolį (Lachenmeier, 2007). Jie susidaro iš aminorūgščių, esančių rauginamame tirpale, arba pasigaminančių iš baltymų, peptidų, vykstant mielių autolizei. Iš leucino gali susidaryti izoamilo alkoholis.

Aukštesnieji alkoholiai taip pat dar vadinami fuzeliais, yra alkoholiai, kurie turi daugiau nei du anglies atomus ir taip pat didesnę molekulinę masę ir didesnę virimo temperatūrą (Bernatonis, Venskutonis, 1997).

Fuzelis – aukštesniųjų alifatinių alkoholių, karboksirūgščių, aldehidų, ketonų mišinys, susidarantis alkoholinio rūgimo metu.

Fuzeliai aptinkami blogai valytuose distiliuotuose alkoholiniuose g÷rimuose (pvz., degtin÷je, sidre, miduje, aluje, vyne ir kt.).

Fuzelyje yra dvi toksinių junginių grup÷s, sąlyginai atskiriamos pagal virimo temperatūrą. Pirmoje grup÷je yra acetaldehidas, antroje grup÷je yra propilo alkoholis, izopropilo alkoholis, amilo alkoholis, izoamilo alkoholis, izobutilo alkoholis, acetilas, furfurolas ir daugyb÷ kitų mažai žinomų junginių.

Tačiau toksinis cheminių junginių rinkinio, esančio fuzelyje, poveikis žymiai stipresnis, nei kiekvieno atskiro ingrediento, d÷l to ir pasireiškia sunkus apgirtimo pobūdis ir nemažiau sunkios pagirios.

Per didel÷ šių junginių koncentracija g÷rimams gali suteikti nebūdingą kartumą, kuris dažnai apibūdinamas kaip „prieskonių skonis“, „karštas skonis“, „tirpiklio skonis“.

Fuzelio alkoholių susidaro daugiau, kai fermentacija vyksta aukštesn÷je temperatūroje; žemame pH, kai mielių veiklą riboja prieinamų azoto junginių stygius.

Subrendusiame raugale yra lakiųjų medžiagų (etilo alkoholio, esterių, aldehidų ir aukštesniųjų alkoholių) nelakiųjų ekstrahuojamųjų medžiagų (dekstrinų, baltymų, mineralinių medžiagų), šiek tiek nesuraugintos maltoz÷s ir netirpiųjų medžiagų (lukštų, mielių ir kt.). Išdistiliavus raugalą gaunamas žalias spiritas. Toks gautas žalias spiritas gali būti vartojamas tik technikos reikalams arba, išvalius priemaišas, iš jo gaminamas rektifikuotas spiritas. Žaliame spirite yra apie 50 įvairių cheminių junginių: esterių, aldehidų, aukštesniųjų alkoholių, rūgščių, kurie sudaro 0,5 % etilo alkoholio mas÷s.

Visos priemaišos, atsižvelgiant į išsiskyrimo pobūdį, skirstomos į tris grupes: pradines, galines ir tarpines priemaišas (Bernatonis, Venskutonis, 1997).

2.3.1. Metanolis

Tai bespalvis, lakus, panašus į etanolį, tik kiek aštresnio kvapo skystis, gaunamas sausai distiliuojant medieną, tod÷l kartais jis vadinamas medžio spiritu. Su vandeniu jis maišosi bet kokiais santykiais, dega silpnai m÷lynos spalvos liepsna.Jo virimo temperatūra 64,7° C.

Metanolis labai nuodingas. Nuo nedidelio išgerto kiekio žmogus gali apakti; didesn÷s metanolio doz÷s yra pavojingos gyvybei (Baltrušis ir kt., 1995).

Apsinuodijimo požymius sukelia metanolio skilimo produktai – formaldehidas ir skruzdžių rūgštis. Apsinuodijus pasireiškia girtumo klinika, panaši į etanolio poveikyje atsirandančius simptomus, tačiau eiga greitesn÷, sunkesn÷ ir palaipsniui sunk÷janti. Simptomai atsiranda po 1 ar kelių valandų. Pirmiausiai pasireiškia pykinimas, v÷mimas, galvos svaigimas, gali skaud÷ti pilvą. V÷liau atsiranda susijaudinimas, kliedesiai, o sunkesniais atvejais – koma, traukuliai. Apie 50 % žmonių išsivysto reg÷jimo sutrikimų – rūkas prieš akis, mirg÷jimas, dvejinimasis, šviesos baim÷, regos lauko susiaur÷jimas. Taip pat atsiranda pokyčių akių dugne: išplečia venos, hiperemija, hemoragijos, edema. Reg÷jimo sutrikimai ir pokyčiai akių dugne pasireiškia d÷l to, kad regos nerviniame audinyje yra fermento alkoholdehidrogenaz÷s ir d÷l jos susidaro formaldehido, kuris ir pakenkia nervinį audinį.

V÷lesn÷se apsinuodijimo stadijose, dažniausiai antrą ar trečią parą, d÷l sunkios acidoz÷s, hipovolemijos ir mioglobinurijos išsivysto ūminis inkstų nepakankamumas.

Sunkiai apsinuodiję pacientai gali mirti per pirmąsias valandas ar paras (Reingardien÷ ir kt., 2007).

2.3.2. Propanolis

Tai aukštesnysis alkoholis, kuris slopina centrinę nervų sistemą dvigubai stipriau nei etanolis. Apsinuodijus pirmieji požymiai atsiranda po 30–60 min. Poveikis į centrinę nervų sistemą panašus į etanolio, tik n÷ra euforijos. Pradeda svaigti ir skaud÷ti galvą, gali pasireikšti mioz÷, nistagmas, o sunkių apsinuodijimų metu galima koma. Taip pat atsiranda kiti toksinio poveikio simptomai: pykinimas, v÷mimas, pilvo skausmas, hipovolemija, hipotenzija, tachikardija, gali išsivystyti toksin÷ pneumonija, tracheobronchitas, plaučių edema, rečiau – inkstų ir kepenų pažeidimas.

2.3.3. Izoamilo alkoholis

Ypač nuodingas yra izoamilo alkoholis, sudarantis iki 60 % fuzelio tūrio.

Išg÷ręs izoamilo alkoholio žmogus nejaučia išreikštų nemalonių pojūčių iš karto, n÷ra ir apgirtimo stadijos. Bet jau po 10–20 min. žmogų ištinka koma (koma – būkl÷, kai žmogus visiškai netenka sąmon÷s, nepasireiškia refleksai, sutrinka kitos gyvybin÷s funkcijos).

Tokia būkl÷ trunka keletą valandų ir dažnai baigiasi mirtimi. Toks efektas pasiekiamas iš karto išg÷rus apie 100–150 ml tokio spirito, tuo metu 0,5 litro blogos namin÷s yra 4 ml fuzelio (tarp jų 2,5 ml izoamilo alkoholio).

Apsinuodijus izoamilo alkoholiu būna galvos skausmas ir svaigimas, mieguistumas, koma (reg÷jimas nepažeidžiamas), pykinimas, v÷mimas, skausmas epigastriume.

Apsinuodijus izoamilo alkoholiu, svarbiausia kuo greičiau jį pašalinti iš virškinamojo trakto. Skiriami alkoholio oksidaciją skatinantys preparatai, kurie padeda atstatyti sutrikusias organizmo funkcijas.

2.3.4. Etilacetatas

Etilacetatas – organinis junginys, kurio formul÷ (CH3COOCH2CH3). Šis bespalvis skystis

turi būdingą saldų kvapą. Naudojamas kaip tam tikri klijai ar nagų lako valikliai. Etilo acetatas yra esteris gaunamas iš etanolio ir acto rūgšties. Naudojamas kaip tirpiklis (wikipedia.org).

Etilacetatas yra lengvesnis už vandenį ir jame tirpsta.

Apsinuodijus per virškinamąjį traktą atsiranda mieguistumas, v÷mimas, žarnyno raižymas, šokinis plaučių uždegimas, plaučių kraujavimas.

L÷tinio apsinuodijimo požymiai: centrin÷s nervų sistemos sutrikimas, išliekantis po poveikio nutraukimo, l÷tinis akių uždegimas, uosl÷s sutrikimas.

2.3.5. Acetaldehidas

Acetaldehidas – tai organinis junginys, acto rūgšties aldehidas, bespalvis skystis.

Jis randamas įvairiuose alkoholiniuose g÷rimuose, pieno produktuose (t.y. jogurtuose), acte, miduje. Pavyzdžiui, aluje buvo rastas mažesnis acetaldehido kiekis nei vyne. Didžiausia acetaldehido koncentracija buvo rasta pastiprintuose vynuose. Maiste ir g÷rimuose, kurie buvo pagaminti arba konservuoti fermentacijos pagalba, gali būti randami nedideli kiekiai etanolio ir acetaldehido koncentracijų. Taip pat jo randama fermentuotuose sojos produktuose (pavyzdžiui,

sojų padažai), Tofu produktuse, fermentuotuose daržov÷se (pvz., kinų marinuotuose agurkuose), acte ir naminiame aluje. Be to acetaldehidas yra plačiai naudojamas kaip maisto priedas ir aromatin÷ medžiaga jogurtų, saldainių desertų, kepinių, vaisių sulčių ir gaiviųjų g÷rimų gamyboje (Carreón-Valencia, 1999; Salaspuro, 2010).

D÷l nemalonaus kvapo acetaldehidas yra nepageidaujamas etilo alkoholyje. Distiliacijos metu, acetaldehidas yra gaunamas jau pirmoje frakcijoje, tod÷l jį lengva atskirti. Gaminant etilo alkoholį, acetaldehidas gali susidaryti ne tik iš alkoholiniame fermentavimo produkte dalyvavusių Saccharomyces mielių, bet taip pat iš mikroorganizmų, tokių kaip pieno rūgštis arba acto rūgšties bakterijų metabolitų (Lachenmeier, 2009).

Etanolis (ADG) Acetaldehidas (ALDG) Acetatas.

Etanolis yra metabolizuojamas kepenyse trimis būdais: alkoholio dehidrogenaz÷s (ADG), mikrosomų etanolio oksidacijos sistema ir katalaz÷s. Acetaldehidas, pirmasis etanolio metabolitas, yra gaminamas kepenyse ir yra dešimt kartų toksiškesnis nei etanolis (Kinoshita H. ir kt., 2000).

Acetaldehidas, patekęs į žmogaus organizmą ir veikiamas aldehidehidrogenaz÷s (ALDG), pamažu suskyla į acto rūgštį ir vandenį (Kinoshita H. ir kt., 2000). D÷l susikaupusio organizme acetaldehido sutrinka kv÷pavimas, kraujo apytaka ir CNS veikla. Acetaldehidas yra daug kartų nuodingesnis už etilo alkoholį. Daugelio atipinę (mažiau veiklią už tipinę) ADG turinčių žmonių dažniausiai yra nepakankamai aktyvi ALDG, skaldanti acetaldehidą į acto rūgštį ir vandenį. Tod÷l tokie žmon÷s gali mirti ir nuo nedidelio etilo alkoholio kiekio, kuriame yra didesnis acetaldehido kiekis.

Acetaldehidas yra mutageniškas, toksiškas ir kancerogeniškas (Secretan ir kt., 2009). Pirmas jo toksiškumo požymis, kurį pajunta žmogus – tai apgirtimas išg÷rus. Ilgesnį laiką piktnaudžiaujant etilo alkoholiu gali atsirasti piktybinių navikų. Mat, alkoholis skaidomas dviem etapais: pirmiausia į metabolitus, iš kurių pagrindinis – acetaldehidas yra kancerogeniškas, toliau skaidomas į nekenksmingus metabolitus. Kuo daugiau atsiranda kenksmingų metabolitų ir kuo ilgiau jie organizme išlieka, tuo greičiau žmogui kyla ir ilgiau išlieka pavojus susirgti piktybiniu naviku. Su alkoholio vartojimu siejama burnos ertm÷s, rykl÷s, stempl÷s ir kai kurių kitų lokalizacijų navikų rizika.

Acetaldehido koncentracija 50–100 µM organizme jau yra laikoma kaip mutageniška ir gali būti aptinkama po 0,5 g alkoholio vienam kg kūno svorio (Seitz ir kt., 2007).

D÷l šių priežasčių labai svarbu, kad pradiniame produkte, ypač jei jis skirtas maistui, būtų kuo mažesn÷ acetaldehido koncentracija.

2.3.6. Izobutanolis

Izobutanolis gali sukelti odos dirginimą, yra kenksmingas, jei absorbuojamas per odą, įkv÷pus ar prarijus; dirgina akis. Medžiaga gali dirginti gleivin÷s ir viršutinių kv÷pavimo takų audinius. Labiausiai pažeidžiami organai: centrin÷ nervų sistema, kepenys, inkstai. Įkv÷pus, pelei LC50 = 15500mg/m³, 2 val. Įkv÷pus, triušiui LC50 = 2630 mg/m³, 4 val. Įkv÷pus, žiurkei LC50 =

19200 mg/m³, 4 val. Oraliniu būdu, pelei LD50 =3500 mg/kg. Oraliniu būdu, triušiui LD50 =

74,1mg/kg. Oraliniu būdu, žiurkei LD50 = 2460 mg/kg. Per odą, triušiui LD50 = 3400 mg/kg. Per

odą, triušiui LD50 = 20 mg, 24 val.

Izobutanolis yra stabilus. Jam skylant tam tikromis sąlygomis, susidaro pavojingi skilimo produktai: anglies monoksidas, anglies dioksidas.

2.3.7. Maistinio etilo alkoholio ir kitų junginių, susidarančių fermentuojant krakmolingą žaliavą, įtaka sveikatai

Pasaulin÷ sveikatos organizacija (PSO) alkoholio vartojimą priskiria 10–čiai rizikingiausių faktorių, sukeliančių mirtinas ligas. Pasaulyje 3,6 % visų v÷žio atvejų (5,2 % vyrų, 1,7 % moterų) atsiranda vartojant alkoholį. Ši dalis ypač didel÷ tarp vyrų, kilusių iš Vidurio ir Rytų Europos (6–10 % visų v÷žio atvejų). 60 % moterų, susirgusių krūties v÷žiu, pagrindiniu rizikos faktoriumi laikomas alkoholio vartojimas (Boffetta ir kt., 2006).

Alkoholiniuose g÷rimuose esantį etanolį galime palyginti su tabake esančiu nikotinu, kai kalbama apie v÷žį. Alkoholiniai g÷rimai yra svarbi burnos v÷žio etiologija (Ogden, 2005).

Taip pat atlikti eksperimentiniai tyrimai parod÷, kad grynas etanolis n÷ra pats mutageninis, kancerogeninis ar klastogeninis, ne kaip jo pirminis metabolitas – acetaldehidas (Riedel ir kt., 2006).

Pastaraisiais dešimtmečiais atlikti epidemiologiniai tyrimai parod÷, kad l÷tinis alkoholio vartojimas yra labai svarbus rizikos veiksnys įvairių rūšių v÷žio pl÷trai, įskaitant jo atsiradimą kv÷pavimo takuose ir viršutiniame virškinamajame trakte, kepenyse, gaubtin÷je ir tiesiojoje žarnoje. Didžiausia v÷žio rizika, susijusi su alkoholio vartojimu, yra laikoma burnos ertmei, gerklei (t.y. ryklei), balso d÷žutei (t.y. gerkloms) ir stemplei. Girtavimas (t.y. suvartojimas daugiau kaip 80 g alkoholio per dieną), ypač kartu su rūkymu, padidina rizika susirgti v÷žiu iki 50 kartų daugiau. Su alkoholio vartojimu susijęs kepenų v÷žys (t.y. kepenų ląstelių karcinoma),

visų pirma išsivysto žmon÷ms, sergantiems kepenų ciroze ir atsiranda nuo l÷tinio besaikio alkoholio vartojimo (Seitz, 2007; Testino ir kt., 2010).

Taip pat epidemiologiniai tyrimai parod÷ teigiamą ryšį tarp alkoholio vartojimo ir padid÷jusios rizikos susirgti krūties v÷žiu. Įrodyta, kad net nuosaikus alkoholio vartojimas sukelia žymiai padid÷jusią riziką susirgti krūties v÷žiu. Apskaičiuota, kad maždaug 4 proc. naujai diagnozuotų krūties v÷žio susirgimo atvejų Jungtin÷se Valstijose, atsiranda nuo l÷tinio alkoholio vartojimo (Seitz, 2007).

Yra labai mažai žinoma apie alkoholio vartojimą, nekeliantį gr÷sm÷s sveikatai. Pavyzdžiui, JAV sveikatos apsaugos ir žmonių teisių departamento leistina maksimali dienos norma vyrui – 28 g alkoholio, o moteriai – dvigubai mažesn÷ (Testino ir kt., 2010).

Yra labai svarbu vartoti kokybišką ir be jokių priemaišų etilo alkoholį, nes bloga alkoholio kokyb÷, gali sukelti ūmias ar l÷tines sveikatos problemas. Tačiau dar didesnę įtaką sveikatai turi alkoholiniuose g÷rimuose esančios įvairios jo sudedamosios dalys, kaip: toksiniai metalai (pvz., švinas), iš užterštų vandens šaltinių arba netinkamos distiliavimo įrangos; lakiosios sudedamosios dalys, tokios kaip acetaldehidas ar didesn÷s koncentracijos alkoholiai, kurie gali būti gaminami dideliais kiekiais, d÷l blogos gamybos technologijos ar mikrobiologinio broko; etilo karbamidas (uretanas), kancerogeninis teršalas; biologiškai aktyvūs skonio junginiai; toksiški junginiai, naudojami denatūruotame alkoholyje (pvz., metanolis arba dietilo ftalatas). Taip pat neigimą poveikį sveikatai gali tur÷ti ir didelis kiekis etanolio (Rehm ir kt., 2010).

2.3.8. Fermentuotuose produktuose esančių mažos molekulin÷s mas÷s alkoholių ir kitų guzelio junginių nustatymo metodika

Woo KL. ir Kang-Lyung iš Pietų Kor÷jos universtiteto mažos molekulin÷s mas÷s alkoholius, įskaitant ir fuzelius, nustatyn÷jo dietileterio ekstrahavimo ir kapiliarine dujų chromatografija. Metodas, panaudojant ekstrahavimą dietileteriu, buvo labai naudingas alkoholių nustatymui iš alkoholinių g÷rimų ir labai švariems biologiniams m÷giniams, o gautos chromatogramos buvo palyginamos su tiesioginio įpurškimo metodo analize, turinčia didelį jautrumą. Visų etaloninių alkoholių kalibravimo grafikai parod÷ gerą tiesinę koreliaciją pagal koncentracijos ribas, t.y. 0,001–2 % (m / v) visų alkoholių. Tokio išsūdymo poveikis buvo reikšmingas (p<0,01) mažos molekulin÷s mas÷s alkoholiams, kaip metanolis, izopropanolis, propanolis, 2–butanolis, n–

mažesni nei 5 % visiems alkoholių. Dietileterio ekstrakcijos metodu aptikimo ir kiekybinio nustatymo ribin÷s vert÷s buvo buvo 1–5 ir 10–60 µg/l, ir 10–50 ir 100–350 µg/l, tiesioginio įpurškimo metodu, atitinkamai. Etaloninių alkoholių sulaikymo trukm÷ ir santykinis sulaikymo laikas buvo žymiai pasikeitęs tiesioginio įpurškimo metodu, kai injekcijos tūris buvo pakeistas, netgi esant tom pačiom analiz÷s sąlygoms, tačiau jie nedar÷ įtakos dietileterio ekstrahavimo metodui. Pagal dietileterio ekstrakcijos metodą tiriamųjų junginių atgavimo koeficientas buvo didesnis nei 95 %.

Alkoholių nustatymas dujų chromatografijos metodu buvo ribotas analizuojant žem÷s ūkio kilm÷s etilo alkoholį organizmo skysčiuose arba alkoholinius g÷rimus su tiesioginio įpurškimo arba viršerdvinio metodais. Alkoholiniuose g÷rimuose esantys fuzeliai yra labai svarbus rodiklis, įvertinant jų kokybę. Dujų chromatografijos metodas yra labai naudingas, nes vienu metu analizuojami mažos molekulin÷s mas÷s alkoholiai ir organiniai lakūs junginiai. Tiesioginio įpurškimo metodas dažniausiai naudojamas nustatant alkoholius dujų chromatografijos metodu organizmo skysčiuose ir g÷rimų m÷giniuose. Skystųjų m÷ginių tiesioginis įpurškimas gal÷tų vienu metu identifikuoti alkoholius su įvairiomis molekulin÷mis mas÷mis, bet trukdantis smail÷s, kolon÷l÷s ir purkštukų užteršimas trukdo analizę atlikti kokybiškai.

Viršerdvinis dųjų chromatografijos metodas yra skirtas naudoti teismo medicinoje, klinikin÷ms, toksikologin÷ms ir skonio analiz÷ms, ir jis yra akivaizdžiai pranašesnis už tiesioginį įpurškimą, nes užkerta kelią kolon÷l÷s užteršimui. Tačiau jis turi tam tikrų trūkumų. Jis tinka tik alkoholiams, turintiems mažą ar panašią virimo temperatūrą. Dauguma viršerdvin÷s procedūros atliekamos kambario temperatūroje (25° C), ir jis yra naudingas, kai etanolio koncentracija ne viršija 0,1 mg/ml (Woo, Kang-Lyung, 2005).

Kiti mokslininkai metanolio ir fuzelių nustatymui alkoholiniuose g÷rimuose naudojo viršerdvinę kietosios faz÷s mikroekstrakciją ir dujų chromatografijos metodus. Kietoji faz÷ buvo padengta epoksidine derva. Gavybos ir chromatografijos sąlygos buvo optimizuotos. Šis metodas parod÷, geresnį jautrumą, lyginant su tiesioginiu viršutin÷s terp÷s dujų chromatografijos metodu. Tai yra paprastas, greitas ir tikslus su dideliu junginiu atgavimo koeficientu, didelio jautrumo ir nebrangus metodas (Liu, 2002).

Dujų ir skysčių chromatografijos (DSC) metodas buvo sukurtas skystųjų fazių etilo acetato, n–propil–, izobutilmetakrilato, amilo ir isoamylo alkoholių nustatymui naudojant „Carbowax 400“ (Martin, 2006).

3. DARBO METODIKA

3.1. Pagrindin÷s tyrimų kryptys ir jų pagrindimas

Etilo alkoholio gamyba šiame eksperimente buvo vykdyta iš krakmolingos grūdin÷s žaliavos – skirtingų kviečių veislių ir Speltos. Pirmajame šio darbo etape, buvo atliktas skirtingų penkių kviečių veislių ir Speltos m÷ginių paruošimas etilo alkoholio gamybai, t. y. įvertintas krakmolo kiekis grūdų m÷giniuose.

Antrame darbo etape buvo vykdyta etilo alkoholio gamyba iš 2008 metų derliaus grūdin÷s žaliavos. Sekančiame darbo etape į grūdinę žaliavą buvo prid÷ta (pagal maksimalias leistinas normas) herbicidų, o trečiame darbo etape grūdin÷ žaliava buvo užkr÷sta mikroskopiniais grybais ir visais atvejais buvo įvertinta etilo alkoholio išeiga ir jo kokyb÷.

Atlikus etilo alkoholio gamybą laboratoriniu būdu nustatyta etilo alkoholio išeigos priklausomyb÷ nuo herbicidų rūšies, mikrobiologinio užterštumo ir grūdų veisl÷s. Pagrindiniai tyrimų etapai pateikti 3.1 paveiksle.

Krakmolinga grūdin÷ žaliava

Krakmolo kiekio nustatymas

Grūdin÷s žaliavos m÷giniai Grūdin÷s žaliavos m÷giniai su herbicidais Grūdin÷ žaliava apkr÷sta mikroskopiniais grybais

Etilo alkoholio gamyba

Etilo alkoholio kiekio palyginamasis įvertinimas

Etilo alkoholio kokyb÷s palyginamasis įvertinimas

3.2. Tyrimų objektai ir metodai

3.2.1 Krakmolinga grūdin÷ žaliava etilo alkoholio gamybai

Šiame darbe eksperimentas buvo atliktas su 2008 metų derliaus kviečių grūdais, gautais iš Lietuvos Žem÷s ūkio universiteto bandomojo ūkio ir 2008 metų derliaus Speltos grūdais bei nežinomos veisl÷s ekologiniame ir neekologiniame ūkyje užaugintais kviečiais, gautais išUAB „Ustukių malūnas“:

1. Ada veisl÷; 2. Širvinta veisl÷; 3. Busar veisl÷; 4. Speltos grūdai;

5. Ekologiški kviečių grūdai;

6. Kviečiai neekologiški (nežinoma veisl÷).

Taip pat ištirti vasariniai ir žieminiai kviečiai, gauti iš LVA Mikotoksinų tyrimų laboratorijos, kuriuose buvo nustatytas didelis mikotoksinų kiekis.

3.2.2. Grūdin÷s žaliavos analiz÷s metodai

3.2.2.1 Javų krakmolo ir dr÷gnio nustatymas analaizeriu „FOSS INFRATEC 1275“

Analizuotų kviečių ir Speltos kokyb÷s rodikliai buvo nustatyti AB „Kauno grūdai“ naudojamu analaizeriu „FOSS INFRATEC 1275“. Šis prietaisas yra vienas naujausių bei tobuliausių prietaisų, kuriuo per kelias minutes galima tiksliai nustatyti grūdų dr÷gnį, sedimentacijos rodiklį, baltymų, krakmolo ir glitimo kiekius. Šis prietaisas ne tik palengvina bei pagreitina grūdų kokyb÷s nustatymą, bet ir padeda išvengti paklaidų, kurias gali įtakoti „žmogiškasis faktorius“. Gaminant etilo alkoholį svarbiausi grūdin÷s žaliavos rodikliai yra krakmolo kiekis ir grūdų dr÷gnis.

3.2.2.2 Sąlyginio krakmolingumo nustatymas

Krakmolo kiekio nustatymas grūduose poliarimetriniu metodu: Reagentai: 1,124 % HCl; 2,5 % (NH4)MoO4; distiliuotas vanduo.

Metodika: 0,01 g tikslumu pasveriama 5 g sumaltų grūdų į 100 ml matavimo kolbą. Į ją įpilama 25 ml 1,124 N HCl ir mišinys sukamuoju judesiu maišomas. Po to, įpilama dar 25 ml 1,124 N HCl ir atsargiai maišoma, kad medžiagos dalelių neliktų ant sienelių. Kolba įdedama į verdančio vandens vonią ir intensyviai virinama 15 min. Po virinimo į kolbą įpilama 25 ml šalto distiliuoto vandens ir tirpalo nuskaidrinimui 6 ml 2,5 % amonio molibdato tirpalo. Kolbos turinys pripilamas distiliuoto vandens iki žym÷s ir gautas tirpalas filtruojamos pro popierinį filtrą į sausą kolbą. Pirmieji 20 ml atmetami, o likęs filtratas naudojamas poliarizacijos plokštumos sūkio kampo matavimui poliarimetru.

Grūdų krakmolo kiekis X1 mas÷s procentais, perskaičiavus į absoliučiai sausas medžiagas,

apskaičiuojamas pagal 3.1 formulę:

W

a

K

X

−

×

×

=

100

100

čia: K - perskaičiavimo koeficientas, nustatytas eksperimentiniu būdu, naudojant druskos rūgšties tirpalą: kviečiams – 1,898; kukurūzams – 1,879; rugiams – 1,885; miežiams – 1,912; avižoms – 1,914; ryžiams – 1,866; soroms – 1,818; kvietrugiams – 1,894.

Perskaičiavimo koeficientai (K) nustatyti 200 mm ilgio vamzdeliu. Jeigu naudojama 100 mm ilgio kiuvete, pagal formulę gautas rezultatas dauginamas iš 2.

a - poliarimetro (ar sacharimetro) rodmenys skal÷s laipsniais; W - malinio dr÷gnis procentai.

3.2.3. Javų grūdų m÷ginių su biologiniais inhibitoriais – herbicidais paruošimas

Šiame darbe buvo naudoti dviejų rūšių herbicidai, kurie skyr÷si savo veikliosios medžiagos sud÷timi: „LOGRAN 20WG“ ir „MONITOR“. Tiriant kaip herbicidai įtakoja alkoholin÷s

vykdoma fermentacija. Gauti m÷giniai tirti dujų chromatografijos metodu, kuriuo įvertinta aukštesniųjų alkoholių koncentracija etanolio m÷giniuose.

3.2.4. Grūdų apkr÷timas mikroskopiniais grybais ir jų metabolitų: aflatoksino, zearalenono ir deoksinivalenolio nustatymas

D÷l ypatingo m÷ginio išgryninimo ir brangios įrangos reikalaujančių cheminių metodų, pastaruoju metu paplito alternatyvūs metodai – imunocheminiai. ELISA metodas naudojamas mikotoksinų analizei. Šis metodas pagrįstas tuo, kad tam tikruose polimerų (imunosorbentų) paviršiuose absorbuojami specifiniai antikūnai, žym÷ti fermentais (Bakutis ir kt., 2005).

Tvirtafazis imunosorbicinis testas atliekamas keturiais etapais:

Pirmas etapas – savitųjų (žinomų) antikūnų adsorbcija imunosorbentų (tvirtosios faz÷s) paviršiuje. Paprastai naudojamos bespalv÷s skaidrios polichlorvinilin÷s (silochromin÷s ar akytojo stiklo) plokštel÷s su duobut÷mis, kurių dugnai plokšti. Antikūnai nekovalentiškai sujungiami su duobučių sienel÷s paviršiumi, juose lieka laisvi antikūnų aktyvieji centrai (Fab), tod÷l jie išsaugo geb÷jimą specifiškai sąveikauti su atitinkamais antigenais.

Antrasis etapas – pridedama žinomų antikūnų, kurie sąveikauja su antigenu, esančiu m÷ginyje (tiriamoje medžiagoje), jei jie specifiški antigeno molekul÷ms, pirmojo etapo metu adsorbuotoms plokštel÷s duobel÷s paviršiuje, ties tvirtosios faz÷s (plokštel÷s polimeras) ir skysčio (antigeno tirpiklis) riba. Po to, norint iš sistemos pašalinti kitus, su antikūnais nesujungtus komponentus, duobel÷s labai gerai perplaunamos tirpalu, kuriame yra silpno nejoninio detergento.

Trečiasis etapas – tvirtoji faz÷ (plokštelių paviršius su prisitvirtinusiais antikūnų – antigeno kompleksais) apdorojama homologiniais antikūnais, specifiškais vartotiems antigenams, žym÷taisiais fermentais. Tokie žym÷tieji antikūnai jungiasi su antikūnų – antigeno kompleksų, susidariusių antrojo etapo metu, antigenais. m÷ginyje esantis jų perteklius plaunant pašalinamas.

Ketvirtasis etapas – testo vertinimas: rezultatai vertinami, atsižvelgiant į žymens prigimtį. Antigeno ir antikūnų kompleksas susidaro, jeigu jie yra specifiški vienas kitam. Jei m÷ginyje yra antigenų, specifiškų prid÷tiesiems antikūnams, sorbento paviršiuje prisitvirtina „antikūnų–antigeno–antikūnų“ kompleksas. Fermento veikimą lengva nustatyti kolorimetriniu ar fluorometriniu būdu. Naudojami chromogenai, reaguojantys spalvin÷mis reakcijomis. Jie turi būti labai jautrūs, stabilūs ir lengvai reaguoti. Pakitusią spalvą kartais pakanka įvertinti plika akimi, o tiksliau nustatoma fotometriniais įrenginiais. Fotometriniai matavimai atliekami prie

450 nm bangos ilgio. Absorbcija yra atvirkščiai proporcinga DON koncentracijai m÷ginyje. DON radimo riba grūduose ir pašaruose – 18,5 µg/kg. DON išgavimo rodiklis – 85–110 %.

3.2.5. Etilo alkoholio iš grūdin÷s krakmolingos žaliavos gamyba

Grūdin÷s žaliavos fermentacija etanolio gamybai buvo vykdyta laboratorin÷mis sąlygomis, pritaikius žemų temperatūrų technologinę schemą (3.2 pav.).

50 g grūdų

50 g grūdų užpilame 150 ml su 99 ºC temp. (verdančiu) vandeniu

Atv÷sinam iki 35 ºC temperatūros

+ 5 g presuotų mielių + „Stargen“; perpilame į konusinę kolbutę su kamščiu ir šlangute

48 val. 32 ºC temperatūroje rauginame termostate

Nukošiame per marlę

Distiliuojame (imame 150 ml nudistiliuojame iki 50 ml; supilame į cilindrą su dist. vandeniu praskiedžiame iki 150 ml ir areometru matuojame stiprumą) 3.2 pav. Grūdin÷s žaliavos fermentacijos etanolio gamyboje technologin÷ schema

Pagamintas distiliatas naudotas tolimesniems tyrimams.

Eksperimente naudotas produktas „STARGEN ™“. Tai fermentas, kuris skaldo krakmolo granules.