Tracking trace elements from soil to Lebanese bread and Populations Exposure
Suivi des éléments traces du sol au pain Libanais et exposition des populations
Résumé
In Lebanon, the agri-food industry represents 18% of the industrial sector and yet food safety remains a major problem. In this interdisciplinary thesis, we followed the Trace Elements (TEs) in the Lebanese white bread sector "from farm to fork" based on the reality on the ground, and on two links in the sector: (i) the geogenic or anthropogenic origin of TEs present in the soil and their transfer to the wheat grain, for which 10 plots cultivated in wheat, covering the diversity of soils, irrigation practices and anthropogenic environments of the central Bekaa were chosen ; (ii) the exposure of populations to TEs present in bread, for which a survey of consumption habits across Lebanon was carried out on 992 individuals (children, adolescents, women and men) and the quantification of TEs present in bread from the 3 biggest bakeries.A new microwave digestion with H2SO4 + H2O2 combined with flame - Atomic Absorption Spectrometry measurement was validated with Certified Reference Material and after comparison with Hydrofluoric-based digestion. It allows routine but accurate quantification of TEs As, Cd, Cu, Co, Cr and Pb, “green” and inexpensive, suitable for calcareous or calcium-saturated Mediterranean soils.In soils, the total TE contents and the bioavailable quantity by DTPA extraction are not correlated. Thus, the B5 and B8 sites have the highest total contents, probably of geogenic origin, but B8 is richer in bioavailable forms linked to industrial activities. Likewise, the B3 and B9 sites, which have low to medium total TE contents, have on the contrary the highest bioavailable TE contents of anthropogenic origin.In wheat, the level of Cd, As and Pb was studied in roots, stems, leaves and grains. The As contents in grains are high and correlate with the DTPA-extractable As in soil, while the Pb contents in the grain are very low. The Cd content in grains is close to the threshold values. Root Cd content correlates with extractable Cd and translocation factors are often greater than 1, showing that Cd is easily transferred to grain. The high Cd content (20 mg kg-1) of phosphate fertilizers imported into Lebanon is the plausible source of this contamination, hence the importance of its monitoring.The Lebanese bread consumption survey showed that white bread is consumed the most and men the greatest consumers (282 g d-1). Arsenic, Cd, Co, Cr, Hg, Ni and Pb have been analyzed in white bread from the 3 most consumed brands. There is no health risk with respect to the elements Hg, Cd, Cr and Co, with the exception of the 95th percentile of 6-9 years old children. Exposure to nickel, on the other hand, showed an excess of total food intake up to 4 times for the most exposed populations (95th percentile). There are food safety issues related to As and Pb because the exposure margins are very low.Given the current crisis in Lebanon where it will be necessary to rely more on local production, it is important to monitor the levels of As, Cd and Pb in wheat, the relationships with the soil and environmental factors, to assess the risks to human health and identify ways to limit potential exposure to metals and metalloids. To our knowledge, this is the first time that exposure to Arsenic has been studied in the Lebanese population. These observations need to be confirmed, and there is an urgent need to determine the speciation of inorganic arsenic forms in bread.
Au Liban, l’industrie agro-alimentaire représente 18% du secteur industriel et cependant la sécurité sanitaire reste un problème majeur. Dans cette thèse interdisciplinaire, nous avons suivi les Éléments Traces (ÉTs) dans la filière du pain blanc libanais « de la fourche à la fourchette » en se basant sur la réalité du terrain, et sur deux maillons de la filière : (i) l’origine géogénique ou anthropique des ÉTs présents dans le sol et leur transfert dans le grain de blé, pour lequel 10 parcelles cultivées en blé, couvrant la diversité des sols, des pratiques d’irrigation et des environnements anthropiques de la Békaa centrale ont été choisies ; (ii) l’exposition des populations aux ÉTs présents dans le pain, pour laquelle une enquête sur les habitudes de consommation sur tout le Liban a été réalisée sur 992 individus (enfants, adolescents, femmes et hommes) et la quantification des ÉTs présents dans le pain des 3 plus grandes boulangeries.Une nouvelle méthode d’extraction et de quantification des ÉTs basée sur une digestion par micro-ondes avec l’acide sulfurique et le peroxyde d'hydrogène et combinée à la spectrométrie d’absorption atomique par flamme a été validée avec des matériaux de références certifiés et après comparaison avec la digestion « totale » basée sur une attaque à l’acide fluorhydrique. Elle permet une quantification de routine des ÉTs As, Cd, Cu, Co, Cr et Pb, « verte » et peu coûteuse, adaptée aux sols méditerranéens calcaires ou saturés en calcium.Dans les sols, la teneur totale en ÉTs et la quantité biodisponible par extraction DTPA ne sont pas corrélées. Ainsi les sites B5 et B8 présentent les teneurs totales les plus élevées probablement d’origine géogénique, mais B8 est plus riche en formes biodisponibles liés aux activités industrielles. De même les sites B3 et B9 qui présentent des teneurs totales en ÉTs faible à moyenne, présentent au contraire les teneurs en ÉTs biodisponibles les plus fortes d’origine anthropique.Dans le blé, le niveau de Cd, As et Pb a été étudié (racines, tiges, feuilles et grains). Les teneurs en As dans le grain sont élevées et corrélées à l'As du sol DTPA-extractible au, tandis que les teneurs en Pb dans le grain sont très faibles. La teneur en Cd des grains est proche des valeurs seuils. La teneur en Cd des racines est corrélée au Cd extractible et les facteurs de translocation sont souvent supérieurs à 1, montrant que le Cd est facilement transféré dans le grain. La teneur en Cd élevée (20 mg kg-1) des engrais phosphatés importés au Liban est la source plausible de cette contamination, d’où l’importance de sa surveillance.L’enquête sur la consommation du pain libanais a montré que le pain blanc est le plus consommé et les hommes les plus grands consommateurs (282 g j-1). L’Arsenic, le Cd, le Co, le Cr, le Hg, le Ni et le Pb ont été analysés dans le pain blanc des 3 marques les plus consommées. Il n'y a pas de risque sanitaire vis-à-vis des éléments Hg, Cd, Cr et Co, à l'exception du 95ecentile des 6-9 ans. L'exposition au nickel par contre a montré un excès de l’apport alimentaire total jusqu'à 4 fois pour les populations les plus exposées (95epercentile). Il y a des problèmes de sécurité liés à l'As et au Pb car les marges d'exposition sont très faibles.Compte tenu de la crise actuelle au Liban où il faudra s'appuyer davantage sur la production locale, il est important de suivre les teneurs en As, Cd et Pb dans le blé, les relations avec le sol et les facteurs environnementaux, pour évaluer les risques pour la santé humaine et identifier les moyens de limiter l'exposition potentielle aux métaux et métalloïdes. A notre connaissance, c'est la première fois que l'exposition à l'Arsenic est étudiée dans la population libanaise. Il faut confirmer ces observations, et il est urgent de déterminer la spéciation des formes d'arsenic inorganique dans le pain.
Origine : Version validée par le jury (STAR)