English Title: The influence of high hydrostatic pressure on moulds and on the synthesis of the mycotoxin Patulin

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Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Auswirkungen von hohem hydrostatischem Druck auf Konidiosporen der Schimmelpilze Aspergillus fumigatus, Botrytis cinerea, Cladosporium herbarum und Penicillium expansum sowie auf die Syntheserate des Mycotoxins Patulin durch Penicillium expansum. Die Hochdruckinaktivierung von Konidiosporen verläuft in den meisten Fällen zweipha-sig. Diese Inaktivierungskurven können in guter Näherung durch eine Überlagerung zweier Reaktionen 1. Ordnung beschrieben werden. Bei tiefen Temperaturen (4 °C) werden die Spo-ren vollständig abgetötet, während bei höheren Temperaturen (25-55 °C) bei einem kleinen Teil der Sporen Druckresistenz auftreten kann. Behandlungstemperaturen oberhalb der opti-malen Wachstumstemperatur führen immer zu druckresistenten Fraktionen von Sporen. Eine Druckerhöhung reduziert den Anteil der stabilen Fraktion. Die Freisetzung von Patulin durch P. expansum wurde in Apfelsaft untersucht. Das Ana-lyseverfahren mittels HPLC wurde neu entwickelt. Durch diese Methode läßt sich Patulin vollständig von 5-Hydroxymethylfuraldehyd (5-HMF), einem in Apfelsaft vorkommenden Zersetzungsprodukt von Kohlenhydraten, trennen. Die Wiederfindungsrate beträgt bei Patulin > 96 , bei 5-HMF ~ 80 Die Nachweisgrenze beider Substanzen ist 2 µg/l. Die Syntheserate von Patulin ist abhängig von dem Verkeimungsgrad des Apfelsaftes. Bei 103 Keimen/ml Saft wird mehr Patulin freigesetzt als bei 106 Keimen/ml. Druckbehandlungen können in Abhängigkeit von Druckhöhe und Temperatur die Patulinsynthese fördern oder hemmen. Die höchste Patulinkonzentration von 122,1 mg/l wurde nach einer Druckbehand-lung bei 40 °C mit 350 MPa gemessen. Eine Zugabe von Cystein reduziert die Toxizität von Patulin. Diese Adduktbildung wird durch Druck gefördert. Die Aktivierungsenergien und die Aktivierungsvolumina dieser Reak-tion wurden im Druckbereich von 0,1 bis 500 MPa bei 4 °C, 25 und 40 °C bestimmt.

Translation of abstract (English)

Fungal spores from Aspergillus fumigatus, Botrytis cinerea, Cladosporium herbarum and Penicillium expansum can be inactivated by high hydrostatic pressure. The pressure resistance depends on the species. Simple first order inactivation is only found at low temperatures. At high temperatures the inactivation is not complete, a pressure stable fraction remains. A new method for the simultaneous detection of patulin and 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde (5-HMF) was developed using HPLC. A simple extraction procedure was used giving recoveries of about 80 for 5-HMF and > 96 for patulin. The detection limit is 2 µg/l for both, patulin and 5-HMF. Using this method, the production of patulin by Penicillium expansum in apple juice at 24 °C was investigated. Patulin reached a maximal value of 144 mg/l after 20 days of incubation, then a slow decrease set in. An accumulation of 5-HMF was observed during storage of apple juice from 0.9 mg/l in the beginning up to 16 mg/l after 78 days. The influence of high hydrostatic pressure on the adduct formation of patulin with cysteine was investigated using different pressure/temperature combinations. The reaction was found to be promoted by pressure. The activation energies were calculated for 0.1, 400 and 500 MPa and the activation volumes at 4, 25 and 40 °C were determined.