The Fusarium Mycotoxins in Finnish Cereal Grains : How to Control and Manage the Risk

The central goal of grain cultivation is the production of high-quality food or feed-related raw materials for the processing industry. Management of Fusarium mycotoxins in Finnish cereal grains have a direct impact on human and animal health, and the confidence in a safe and healthy domestic cereals and cereal products. Fusarium fungi and head blight have always emerged in Finland after rainy and poor summer weather conditions. During the 1960s and 1970s the spectrum of Fusarium species and the ability of the fungi to produce mycotoxins in domestic grain were subject to extensive investigation. The summer of 1987 was again very rainy and cold, and there was abundant and even visible occurrence of Fusarium head blight in grains. A decade passed, and another very rainy and cold summer was encountered in 1998. The last straw of the risk of mycotoxins in magnitude was the summers 2012 and 2013. Even up to a quarter and a fifth of domestic oats in grain trading, respectively, were not accepted for food use because of DON concentrations exceeded the EU limit. The aims of the present study were to produce updated information of Fusarium species, and to define the changes in Fusarium mycotoxins in Finnish cereal grains in the years 1987-2014. Another important aims were to determine the basis of the toxin contents and agronomic factors behind the studied samples how to control and manage the Fusarium mycotoxin risk, and to predict by modeling the magnitude of the mycotoxin risk. According to the results, the most common Fusarium species in Finnish cereal grains were F. avenaceum, F. culmorum, F. graminearum, F. poae, F. sporotrichioides and F. langsethiae. When compared to previous studies from the 1970s and 1980s to the present day in Finland, a clear conclusion was drawn that during these years F. graminearum, F. sporotrichioides and F. langsethiae have come strongly into the picture. The number of exceptionally high DON concentrations and also the contents and positive findings of T-2 and HT-2 toxins have increased in Finland. The following important control and management factors were emphasized: pay attention to the quality of seed and seed dressing; rotation - repeated cultivation of cereals is not recommended; careful timing of harvest and harvest drying - moisture content < 14 %; introduction of rapid test methods and sorting technology at farm level, and last but not least, minimize the risks of toxins by cultivation. Industrial sorting and dehulling reduced the DON, T-2+HT-2 and 3-AcDON levels in oat samples by 75–91%, 87 %, and 67–91%, respectively. In the near future, increased collaboration among farmers, researchers, the grain processing industry and consumers is needed. Especially, there is a significant need to increase the competitiveness and cost-effectiveness of grain farming in the specialization of national and international markets, and make producers committed to the production of quality grains, novel utilization of by-products and recycling of nutrients. Among the cereals investigated, oats is the most susceptible to Fusarium infestation and the production of Fusarium mycotoxins in Finland. The market is eagerly looking for new high-yielding varieties capable of preventing Fusarium infestation and having low levels of mycotoxins.Viljan alkutuotannon tärkein tavoite on korkealaatuisen raaka-aineen tuottaminen elintarvike- ja rehuteollisuuden, kotieläintuotannon sekä muiden loppukäyttäjien tarpeisiin. Viljojen hometoksiinien hallinnalla varmistetaan kuluttajien ja eläinten hyvinvointi sekä luottamus turvalliseen ja terveelliseen kotimaiseen viljaan ja viljatuotteisiin. Fusarium -sienet ja punahomeet ovat Suomessa nousseet esiin aina sateisten ja kosteiden sääolosuhteiden jälkeen. 1960- ja 1970 -luvuilla havaittiin, että punahomeet heikentävät jyvien kehitystä, alentavat itävyyttä, aiheuttavat tyvitauteja ja tähkäfusarioosia. Vuosi 1987 oli hyvin sateinen ja kylmä kesä ja punahometta esiintyi viljoissa runsaasti. Kului vuosikymmen, ja koettiin jälleen erittäin sateinen ja kylmä kesä vuonna 1998. Sateinen kesä 2012 oli myös hyvin poikkeuksellinen. Toksiinitasot kohosivat ja kaurasadosta neljännes ei viljan vastaanotossa täyttänyt elintarvikeviljalle säädettyjä suurimpia sallittuja DON-pitoisuuksia. Vuosi 2013 oli lähes yhtä huono hometoksiinien osalta; viidennes kauraeristä ei täyttänyt DONin osalta elintarvikeviljalle säädettyjä enimmäispitoisuuksia. Tämä nosti riskin hallinnan työkalut erityiseen tarkkailuun. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa ajantasainen tieto suomalaisen viljan Fusarium - sienten lajikirjosta, sekä selvittää viljojen hometoksiinien pitoisuuksien muutokset aikavälillä 1987– 2014. Lisäksi erityisenä tavoitteena oli tutkia miten hometoksiinien muodostumista viljoissa voidaan estää ja hallita eri viljelyteknisillä toimenpiteillä ja mallintamalla. Yleisimmät Fusarium -sienet suomalaisessa viljassa olivat F. avenaceum, F. culmorum, F. graminearum, F. poae, F. sporotrichioides ja F. langsethiae. Kun verrataan näitä tuloksia Fusarium -lajikirjoon 1970-luvulla ja 1980-luvulla, niin selkeästi F. graminearum, F. sporotrichioides ja F. langsethiae ovat nousseet vahvoiksi Fusarium -toksiinien tuottajiksi 2000 -luvulla. Nämä muutokset näkyvät myös korkeiden DON -toksinipitoisuuksien määrän - ja T-2+HT-2 toksiinien pitoisuustasojen kasvussa sekä positiivisten löydösten lisääntymisessä. Tärkeimmät riskinhallinnan työkalut ovat siemenen kunnostus ja peittaus, viljelykierto, puintiajankohdan valinta, ja puidun sadon nopea ja huolellinen kuivatus alle 14 %:iin; pikamittausten ja lajittelun käyttöönotto tilatasolla sekä panostaminen elinvoimaisen ja satoisan kasvuston aikaansaamiseksi. Lajittelulla ja kuorinnalla kauranäytteiden DON-, T-2+HT-2- ja 3- AcDON-pitoisuudet alenivat 75–91 %, 87 % ja 67–91 % vastaavassa järjestyksessä. Merkittävä tarve on lisätä viljan viljelijöiden kilpailukykyä ja kustannustehokkuutta erikoistuvilla kansallisilla ja kansainvälisillä markkinoilla sekä sitouttaa viljelijät laatuviljan tuotantoon, sivuvirtojen uuteen hyödyntämiseen ja ravinteiden kierrätykseen. Kaikista tutkituista viljanäytteistä kaura oli herkin Fusarium -sienten tartunnalle ja Fusarium -toksiinien muodostumiselle. Tulevaisuuden viljamarkkinat odottavat herkeämättä uusia satoisia Fusarium - kestäviä lajikkeita.Siirretty Doriast

Effects of direct drilling on Fusarium DNA levels

We have found a highly significant correlation between Fusarium graminearum DNA and deoxynivalenol (DON) levels in Finnish oats, barle and spring wheat. Fusarium poae DNA levels were higher in plots with tillage (including ploughing) as compared to those without tillage (direct drilling) in 2005 and 2006 in both oats and barley; the difference was greater a few weeks before harvesting than during it

Trace elements in rye - comparison of organic and conventional cultivation

The trials included comparison of four rye cultivars grown in organic and conventional farming systems at three locations during 1999-2002

Rukiin terveellisyys on tutkittu juttu

Ruis on kautta aikojen kuulunut suomalaisten perusravintoon. Raskasta ruumiillista työtä tehneet suomalaiset varmaankin tunsivat ruista syödessään jaksavansa ja voivansa hyvin, vaikka eivät tiedostaneetkaan rukiin kuitujen, vitamiinien, kivennäisaineiden, sterolien, lignaanien ja muiden fenolisten yhdisteiden myönteisiä terveysvaikutuksia. Rukiin erinomaiset terveysvaikutukset ovat tulleet esille yhä enemmän viime vuosikymmeninä ja jopa vasta viimevuosina. Viljavalmisteet, joita on hyvä syödä päivän jokaisella aterialla, kuuluvat tai niiden tulisi kuulua edelleenkin jokaisen suomalaisen perusruokavalioon.vo

Oil, protein, chlorophyll, cadmium and lead contents of seeds in oil and fiber flax (Linum usitatissimum L.) cultivars and in oil hemp (Cannabis sativa L.) cultivar Finola cultivated in south-western part of Finland

201

Contents of trichothecenes in oats during official variety, organic cultivation and nitrogen fertilization trials in Finland

Natural toxins, such as mycotoxins, have emerged as a significant factor affecting the safety image of cereal grains as a raw material for the food and feed industry. The aim of the present study was to investigate the contents of trichothecenes in representative samples of oats during official variety, nitrogen fertilization and organic farming trials in Finland, 1997–1999. Further objectives were to promote industry and commerce by selection of high-quality oat varieties for various applications. The official variety trials conducted at 8–10 locations were managed following standard protocol. There were 2 types of agronomy trial, the first included comparison of oat cultivars grown in conventional and organic farming systems at 6 locations, and the second used 5 nitrogen rates (0, 40, 80, 120 and 160 kg N ha-1) at 2 locations. Regardless of wet cold summer occurring in Finland during 1998, the concentrations of Fusarium toxins were lowest during this 3 year monitoring period. More mycotoxins were produced during the warm, dry summers of 1997 and 1999 than in 1998. In all, 55% of the oat samples in the official variety trials contained deoxynivalenol (DON) within the range of 50– 896 µ g kg-1. The differences in DON concentrations between organic and conventional cultivation were small. The results showed also that the use of various nitrogen fertilization levels only slightly affected the trichothecene concentrations. The contents of trichothecenes in Finnish grains appeared to be similar to or lower than those reported earlier in the Northern Hemisphere

Selenium content of Finnish oats in 1997-1999: effect of cultivars and cultivation techniques

Se-supplemented fertilization is the main factor affecting the selenium (Se) contents of cereals in Finland. Soil and climatic conditions determine the activity of selenate added to soils and bioavailability to plants. In the present study the Se contents and its variation in Finnish oats, the differences between oat cultivars and cultivation techniques were examined. The selenium (Se) contents of oats (Avena sativa L.) in Finland were examined during 1997-1999 in 3 types of trial: official variety, organic cultivation variety and organic vs. conventional cultivation trials. Farm samples were also examined. The mean Se contents of oats in official variety trials were 0.110, 0.120 and 0.160 mg kg-1 dry weight (dw) range 0.016-0.460 mg kg-1dw in 1997-1999, respectively. The mean Se contents in farm samples were 0.050 and 0.130 mg kg-1dw in 1998 and 1999, ranging between < 0.010 and 0.330 mg kg-1 dw. Considerable regional and seasonal variations existed. The Se contents of oats were significantly higher in 1999 probably due to the combined effect of not increased fertilizer level (from 6 to 10 mg Se kg-1 fertilizer) and very low precipitation in 1999. The Se contents of oats were significantly lower in organic cultivation, due to the absence of Se-supplemented fertilization. Significant (P < 0.001) cultivar differences were detected in official variety trials. The cultivars Veli and Leila showed higher levels of Se

Fusarium toxins in oats in Finland since 1999

vo

Suorakylvö vaikuttaa viljasadon sienilajistoon

Suorakylvö ei ole kahden vuoden tutkimusjakson aikana lisännyt kauran ja ohran punahomeita ja mykotoksiinimääriä. Sen sijaan maan muokkauksesta luopuminen on muuttanut punahomeita aiheuttavien Fusarium-sienten lajistoa sadossa. Ohra- ja kauralajikkeiden välillä on kuitenkin suuria eroja homeiden ja toksiinien esiintymisessä.vo

Oikeat lajikkeet ja harkittu viljelytekniikka takaavat kauran terveysominaisuudet

Pohjoismaisen kauran laatu tunnustetaan maailman parhaaksi. Suomalaisen kauran valttina on vaaleus ja korkea laatu. Kauraa on käytetty pääasiassa rehuksi elintarvikekäytön ollessa vähäistä. Laadukasta suomalaista kauraa on viety elintarvikkeeksi ja rehuksi sekä USA:han että EU:n alueelle. Kauralla on merkitystä myös terveystuotteena, sillä Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto (FDA) on hyväksynyt kauran terveysväittämän. Sen mukaan runsaasti kauralesettä ja/tai kaurahiutaleita sisältävä vähärasvainen ja -kolesterolinen ruokavalio voi alentaa sydäntautiriskiä. Kauran laatua on tutkittu vuonna 1998 alkaneessa kolmivuotisessa maa- ja metsätalousministeriön ja teollisuuden rahoittamassa projektissa "Kauraraaka-aineen laadunohjausjärjestelmä". Tavoitteena on selvittää kauran monipuolista ravitsemuksellista laatua ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Lisäksi etsitään kauralajikkeita, viljelytekniikoita ja -oloja, jotka tuottavat teollisuuden käyttöön ravitsemuksellisesti ja teknologisesti parhaiten soveltuvaa laadukasta kauraa. Kauran viljelyoloja seuraamalla pyritään hallitsemaan riskitekijät, kuten mykotoksiinit ja kadmium, jotta kaura täyttää raaka-aineena elintarviketurvallisuuden ja viennin laatuvaatimukset. Tutkimuksen huipentumana on rakentaa kertyneen viljelypaikka- ja laatutiedon sekä säätietojen perusteella kauraraaka-aineen laadunohjausjärjestelmä.VokKV