Transcript Arsenico Inorganico - Istituto Zooprofilattico Sperimentale del

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Arsenico Inorganico:
stato dell
dell’arte
arte
Andrea Colabucci, Anna Chiara Turco e Laura Ciaralli
EURL for Chemical Elements in Food of Animal Origin
IV Workshop Laboratori Nazionali di Riferimento per Metalli Pesanti negli Alimenti e nei Mangimi e Additivi nei Mangimi
2
Andrea Colabucci: dal 2004 ricercatore EURL-CEFAO, Dipartimento Salute
Pubblica Veterinaria e Sicurezza Alimentare, Istituto Superiore di Sanità.
Anna Chiara Turco: ricercatore EURL-CEFAO
L
Laura
Ci lli direttore
Ciaralli:
di tt
EURL CEFAO
EURL-CEFAO
EURL-CEFAO laboratorio di riferimento dell’Unione Europea per il gruppo B3c
dei residui elencati nella Dir. 96/23/CE (elementi chimici negli alimenti di
origine animale).
animale)
Laboratorio accreditato 17025 - Accredia LAB N° 1282
Laboratorio accreditato 17043 - Accredia PTP N° 0002
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Sorgenti
• 60% naturali (attività vulcanica, degradazione dei minerali)
• 40% antropogeniche (fusione di minerali, combustione del carbone,
uso di pesticidi e promotori della crescita)
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Dieci sostanze chimiche di notevole preoccupazione per la salute pubblica
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Esposizione media all’As Totale nella dieta
5
Cereali
Pesce e altri prodotti ittici
Scientific Opinion on Arsenic in Food - 2009
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Composti organici dell’ Arsenico
6
L arsenico ha una chimica piuttosto complessa specialmente
L’arsenico
nell’ecosistema marino dove più di 50 composti naturali contenenti As sono
stati identificati
Nel pesce e frutti di mare As è bioaccumulato prevalentemente in forma di
Arsenobetaina (AB), specie con scarsa attività tossicologica per l’uomo
Altre specie organoarsenicali sono il metilarsonato (MA), il dimetilarseniato
((DMA),
), l’arsenocolina
a se oco a e lo
o ione
o e ttrimetilarsonio,
et a so o, cche
e so
sono
o ge
generalmente
e a e te
costituenti minori e ritenuti di minimo interesse tossicologico
Gli arsenozuccheri sono i composti predominanti nelle alghe. I dati sulla
tossicità degli arsenozuccheri sono limitati ma indicano bassa tossicità per
l’uomo
Nei pesci “grassi”, gli arsenolipidi sono riportati come specie rilevanti; per
questi ultimi i dati di tossicità sono mancanti
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Composti inorganici
7
AsIII
AsV
O
OH
HO
As
HO
As
HO
OH
OH
L’arsenito è considerato p
più tossico
dell’arseniato anche se la differenza di
tossicità è trascurabile rispetto alla
distinzione tra i-As ed As organico
g
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Scientific Opinion on Arsenic in Food - 2009
8
Più di 100000 dati raccolti di cui ~ il 98% relativo all’ As totale
Essendo, le forme inorganiche più tossiche rispetto a quelle organiche, la
necessità di dati di speciazione è evidente visto che, in particolare nei prodotti
ittici, l’ As è presente prevalentemente nelle forme organiche
Di conseguenza, una valutazione del rischio che non tenga conto delle diverse
specie presenti ma che consideri l’As totale esclusivamente come iAs
porterebbe
t bb ad
d una considerevole
id
l sovrastima
ti
d l rischio
del
i hi relativo
l ti all’esposizione
ll’
i i
all’arsenico attraverso la dieta
Poichè
P
i hè i dati
d ti di speciazione
i i
sono quantitativamente
tit ti
t insufficienti,
i
ffi i ti il CONTAM
Panel non ha potuto definire il tipico rapporto i-As/t-As per gruppo di alimenti
Necessità di metodi validati per la determinazione selettiva dell’ As inorganico
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Scientific Opinion on Arsenic in Food - 2009
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100000 dati raccolti; ~ 98% riguardanti l’arsenico totale
A causa della scarsità di dati di speciazione sull’arsenico vengono ipotizzati:
- differenti scenari (9)
-In
In ogni scenario,
scenario viene assegnato
assegnato, a seconda dell’
dell alimento considerato
considerato, un
valore all’arsenico inorganico fisso o percentuale rispetto al valore di
Arsenico Totale
-La mediana dell’esposizione all’arsenico inorganico tra i 9 diversi scenari è
stata stimata applicando le ipotesi dello scenario 5
SCENARIO 5
Pesce: 0,03
, mg/kg
g g
Altri prodotti ittici: 0,1 mg/kg
Per le altre 7 categorie considerate: 70% As totale
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Stima dell’esposizione media all’ As inorganico - SCENARIO 5
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Cereali i-As = 70% As totale
Pesce i-As = 0.03 mg/kg
g g
Altri prodotti ittici: i-As = 0.1 mg/kg
Altri: i-As
i As = 70% As totale
Scientific Opinion on Arsenic in Food - 2009
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Scientific Opinion on Arsenic in Food - 2009
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CONCLUSIONI
L’esposizione
L
esposizione prolungata all’
all arsenico inorganico può provocare:
• lesioni e cancro della pelle
• cancro dei polmoni, rene, vescica e fegato
La precedente dose settimanale tollerabile provvisoria (PTWI) di 15 μg/kg b.w.
bw
(stabilita dal JEFCA) non è più appropriata ed è sostituita da un criterio di
riferimento di aumento del rischio dell’1% (Benchmark Dose Level BMDL01).
Un valore di BMDL01 compreso tra 0.3 e 8 μg/kg b.w. al giorno è stato
identificato per cancro dei polmoni, pelle e vescica e per lesioni della pelle.
BMDL0.5 = 3 µg/kg bw al giorno (2010): aumento dello 0.5%
dell’incidenza del cancro ai polmoni per un’esposizione di 12 anni
JEFCA: Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives
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SITUAZIONE CORRENTE NELLA LEGISLAZIONE EUROPEA
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Tenori massimi per la
CONCENTRAZIONE TOTALE
dei metalli
- Alimenti
CR 2006/1881/CE
Tenori massimi: Pb
Pb, Cd
Cd, Hg e Sn
Mangimi
Di UE 2002/32/CE
Dir.
Tenori massimi: As, Pb, Cd e Hg
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Direttiva 2002/32/CE
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Primo esempio di
speciazione nella
legislatura UE
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Esempi di tenori massimi di i-As in altri Paesi
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Australia e Nuova Zelanda hanno un Livello
Massimo di 1-2 mg/kg di i-As negli alimenti di
origine marina; 1mg/kg nei cereali
La Cina ha un Livello Massimo di 0.15
mg/kg di i-As per prodotti a base di cereali
In altri Paesi del sud-est asiatico sono fissati tenori massimi
prodotti ittici
di As totale nei p
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Arsenico nei prodotti a base di riso DK - survey
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iAs vs total As
0,600
y = 0,8233x
0 8233x - 0,0099
0 0099
R² = 0,863
Uorganisk As (mg/k
kg)
0,500
105 samples
0 400
0,400
-white
hi rice
i
-brown rice
-red rice
-black rice
-rice
i crackers
k
0,300
0,200
33 samples > 0,15 mg/kg
0,100
iAs vs total As
0,000
0,00
Lineare (iAs vs total As)
0,10
0,20
0,30
0,40
Total As (mg/kg)
0,50
0,60
0,70
-2 parboiled (20%)
-4 brown (50%)
-4 red (50%)
-5 black (71%)
-1 Basmati (10%)
-1 Pudding rice (9%)
-1
1 wild rice (20%)
-15 rice crackers (100%)
Sloth et al, in prep
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Arsenico nei prodotti a base di riso DK - survey
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iAs vs total As
0,600
y = 0,8233x
0 8233x - 0,0099
0 0099
R² = 0,863
Uorganisk As (mg/k
kg)
0,500
105 samples
0 400
0,400
0,300
F t
Future
EU max level
l
l0
0,2
2 mg/kg
/k ??
0,200
-white
hi rice
i
-brown rice
-red rice
-black rice
-rice
i crackers
k
22 samples > 0,2 mg/kg
0,100
iAs vs total As
0,000
0,00
Lineare (iAs vs total As)
0,10
0,20
0,30
0,40
Total As (mg/kg)
0,50
0,60
0,70
-1 parboiled (10%)
-1 brown (12%)
-3 red (37%)
-2 black (28%)
-0 Basmati (0%)
-0 Pudding rice (0%)
0 wild rice (0%)
-0
-15 rice crackers (100%)
Rice cracker mean: 0.31 mg/kg – intake 50 g/day => 15 µg iAs (~1 µg/kg bw @15 kg bw)
> EFSA BMDL01 0.3-8 µg/kg bw/day
Sloth et al, in prep
?
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...but in bivalves high contents in some samples...
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Total As = 13.8 mg/kg
Inorg As = 5.8 mg/kg
Fraction = 42 %
7
Data from 175 blue mussel
(Mytilus edulis) samples
collected along the Norwegian
Coastline
Coastline.
Inorganic As / mg kg-1
6
5
4
3
2
y = 0.51x - 1.51
2
R = 0.9146
1
0
0
2
4
6
8
10
Total As / mg kg
12
14
16
-1
NORWAY
Sloth and Julshamn, 2008, J. Agri.Food Chem., 56, 1269-1273
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Variazioni nella legislazione riguardante i metalli (CR 1881/2006)
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Informazioni raccolte nell’ultimo workshop annuale
NRLs-EURL-CEFAO (Roma, 17 Ottobre 2014)
•
Le discussioni sui tenori massimi riguardanti l’introduzione di tenori
massimi per l’Arsenico Inorganico nel riso e prodotti derivati sono
giunte alla fase finale
•
I tenori massimi dovrebbero essere differenziati
– Riso bianco vs. riso integrale
– Riso bianco parboiled vs. non-parboiled
– Prodotti
P d tti di riso
i soffiato
ffi t ((wafers
f
di riso)
i )
– Riso destinato alla produzione di cibo per neonati e bambini
I tenori massimi potrebbero variare tra 0.1 e 0.3 mg/kg
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ANALISI As INORGANICO
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Tecniche di Estrazione
bagnomaria-microonde
T ~ 90°C
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METODI NORMATI
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ESPERIENZE DELL’ EURL-CEFAO
21
Applicazione del metodo EN 16278:2012 a prodotti ittici freschi e liofilizzati
Il metodo è stato applicato a 3 campioni di mitili provenienti
pro enienti da:
da
Taranto
Olbia
Cile (congelati)
Come valori di confronto sono stati utilizzati i valori ottenuti con HPLC-ICP-MS
(gruppo TraceEl, Rep. tossicologia alimentare e veterinaria, Dip. SPVSA, ISS)
Inoltre sono stati analizzati i campioni 2, 3, 4, 5, 6 utilizzati per la validazione del
metodo EN 16278 confrontando i valori ottenuti con quelli riportati nel metodo
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ESTRAZIONE
• Porzioni pesate 1 g fresco, 0,25 g per liofilizzato
• Soluzione
S l i
estraente
t
t (H2O2 e HCl)
• Riscaldamento a microonde a 90°C
• La specie inorganica è estratta come AsV
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Valutazione dell’efficienza estrattiva
Confronto del dosaggio dell’As totale dopo estrazione e dopo digestione.
In letteratura l’estrazione
l estrazione è considerata efficiente se il rapporto campione
estratto/campione digerito per l’As totale >80% per il liofilizzato e >70%
per il fresco.
I risultati ottenuti dimostrano l’efficienza dell’estrazione
Campione
Rapporto (%)
Olbia fresco
77.9
Olbia liof
90 7
90.7
Cile fresco
82.8
Cile liof
90 9
90.9
Taranto liofilizzato
85.7
I valori di As totale sono stati ottenuti con HG-AAS
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ESTRAZIONE IN FASE SOLIDA
24
1.
2.
2
3.
4.
*
Condizionamento della colonna (solvente organico a
media polarità )
Caricamento del campione (tamponato a pH 6
6.5
5 ± 1)
Lavaggio (solvente di forza intermedia)
Eluizione (HCl diluito)*
l’acidità dell’ HCl nello step di eluizione è stata aumentata rispetto a quella prevista nel
metodo Ciò ha portato ad un sensibile miglioramento sia dal punto di vista della
metodo.
ripetibilità che dal punto di vista del recupero rispetto ai valori del metodo
Prima dell’analisi strumentale l’ Asv è ridotto ad AsIII per la
maggiore
i
efficienza
ffi i
di quest’ultimo
t’ lti
nell generare l’idruro
l’id
(soluzione di KI e acido ascorbico in HCl diluito) .
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RISULTATI OTTENUTI
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CAMPIONI FRESCHI
Campione
SPE-HG-AAS
i-As (mg/kg ± ds)
HPLC-ICP-MS*
i-As (mg/kg ± ds)
Mitili Taranto
0.066 ± 0.005
0.073 ± 0.004
Mitili Olbia
0.013 ± 0.003
0.012 ± 0.001
Mitili Cile
0 004 ± 0.001
0.004
0 001
0 010 ± 0.001
0.010
0 001
* Gruppo TraceEl, Rep. tossicologia alimentare e veterinaria, Dip. SPVSA, ISS
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RISULTATI: CAMPIONI LIOFILIZZATI
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Campione
SPE-HG-AAS
i-As (mg/kg ± ds)
HPLC-ICP-MS
i-As (mg/kg ± ds)
Mitili Taranto Liof
0.433 ± 0.016
0.466 ± 0.003
Campione
SPE-HG-AAS
i-As (mg/kg ± ds)
EN 16278:2012
i-As (mg/kg ± SR)
Campione 2
0.755± 0.019
0.713 ± 0.117
C
Campione
i
3
0 173 ± 0.011
0.173
0 011
0 189 ± 0.006
0.189
0 006
Campione 4
0.991 ± 0.029
1.062 ± 0.140
Campione 5
2.514 ± 0.218
2.643 ± 0.506
Campione 7
0.332 ± 0.027
0.432 ± 0.066
* Gruppo TraceEl, Rep. tossicologia alimentare e veterinaria, Dip. SPVSA, ISS
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Applicazione del metodo 16278:2012 a prodotti a base di riso
In questo caso, è stato variato il solvente nell’eluizione
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ESPERIENZE DELL’ EURL-CEFAO
28
Considerano
C
id
il ruolo
l di supporto
t tecnico
t
i scientifico
i tifi dell’EURL-CEFAO
d ll’EURL CEFAO rispetto
i
tt
agli NRLs, notevoli sforzi sono stati indirizzati allo sviluppo di un metodo “easy
to use” per la speciazione dell’iAs in campioni freschi
Sviluppo metodoto di speciazione con HPLC-ICP-MS
determinare l’iAs in campioni di mitili (campioni freschi) :
per
-studio di diversi approcci presenti in letteratura:
Raber G et all., Food Chemistry (2012)134:524–532
Rasmussen RR et all. Anal Bioanal Chem (2012) 403:2825–2834
Julshamn K et all. Food Additives and Contaminants: Part B (2012) 5(4):229–235
Pétursdóttir Á. H et all. Anal Bioanal Chem (2012) 404:2185–2191
D’Amato M et all. J. Anal At Spectrom (2011) 26:207-213
Pétursdóttir Á.
Á H et all.
all Food Chemistry (2014) 150:353–359
-individuazione di una procedura estrattiva caratterizzata da una resa idonea e
ripetibile
-scelta
scelta di un’appropriata procedura cromatografica dopo verifica di differenti
colonne, fasi mobili e condizioni ottimali
-applicazione di una adeguata procedura di validazione del metodo
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SOMMARIO
29
La chimica dell’ Arsenico è piuttosto complessa
Le forme inorganiche dell
dell’As
As sono le più significative dal punto di vista
della sicurezza alimentare
Tenori massimi di arsenico inorganico per riso e prodotti derivati saranno
a breve introdotti nella legislazione europea
La scarsità di dati specifici sull
sull’ As inorganico è in parte dovuta alla
mancanza di metodi normati
Metodi p
per la determinazione dell’As inorganico
g
sono o stanno p
per essere
pubblicati (alghe, riso, mangimi)
Sono disponibili materiali di riferimento certificati per l’As inorganico nel
riso (BC-211 e NMIJ-CRM 7503-A)
Validazione completa del metodo iAs con HPLC-ICP-MS messo a
punto su campioni freschi e disponibilità del metodo per gli NRLs
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RINGRAZIAMENTI
30
Francesco Cubadda (Supervisor Gruppo TraceEl, Rep. tossicologia alimentare e
veterinaria, Dip. SPVSA, ISS)
Jens J. Sloth (DTU, National Food Institute, Technical University of Denmark)
Anna Chiara Turco (EURL-CEFAO, ISS)
Laura Ciaralli (EURL-CEFAO, ISS)
Un ringraziamento a Francesco Sadori per l’attività analitica svolta
nell’ambito della tesi sperimentale “Sviluppo di una Metodologia per la
Determinazione di Arsenico Inorganico in Prodotti Ittici mediante
Spettrometria di Assorbimento Atomico con Formazione di Idruri (HGd
E t i
Mi
d e Separazione
S
i
i Fase
F
S lid
AAS) dopo
Estrazione
a Microonde
in
Solida
(SPE)”, Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali, Corso di
Laurea Triennale in Chimica, Università di Roma “la Sapienza”.
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