Exposure assessment of the population in Poland to the toxic effects of arsenic compounds present in rice and rice based products

• Autorzy: Mania M. , Rebeniak M. , Szynal T. , Starska K. , Wojciechowska-Mazurek M. , Postupolski J.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Background. Rice is a staple food for many people in the world and an important ingredient for production of food for infants and young children. According to European Food Safety Authority (EFSA), cereals, primarily rice and rice products, are an important source of human exposure to inorganic arsenic, which has been classified by the International Agency for Research on Cancer (IARC) as group I carcinogen. Arsenic is present in rice and rice products mainly as an inorganic form being more toxic than organic compounds. Objectives. The aim of the study was to determine the total and inorganic arsenic content in rice, rice-based products including food for infants and young children available on the market in Poland and thus to estimate consumer exposure to inorganic arsenic from these groups of foodstuffs. Materials and Methods. A total of 62 samples of rice and rice products from trade, including a group of rice products for infants and young children, were tested. Contents of total and inorganic arsenic were determined by using hydride generation atomic absorption spectrometry (HGAAS), after dry mineralization of samples and reduction of arsenic to arsenic hydride with sodium borohydride. To extract the inorganic arsenic forms, the samples were subjected to hydrolysis in concentrated HCl and then reduced in the presence of hydrobromic acid and hydrazine sulphate after which triple chloroform extractions and triple 1M HCl re-extractions were performed. Exposure of different groups of populations (adults and children), was estimated in relation to the Benchmark Dose Lower Confidence Limit (BMDL05) as set by the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA) that resulted in a 0.5% increase in lung cancer (3.0 μg/kg body weight (b.w.) per day). Results. Mean content of total and inorganic arsenic in investigated rice samples was 0.12 mg/kg (median: 0.09 mg/kg; 90th percentile 0.22 mg/kg) and 0.04 mg/kg (median: 0.03 mg/kg, 90th percentile 0.07 mg/kg). Brown rice was found to be more highly contaminated with both total and inorganic arsenic than white rice. Mean contamination of brown rice with total arsenic and inorganic arsenic was: 0.18 mg/kg (median: 0.12 mg/kg, 90th percentile: 0.32 mg/kg) and 0.05 mg/kg (median: 0.05 mg/kg, 90th percentile: 0.07 mg/kg). In turn for the white rice contamination was lower, mean total arsenic content: 0.10 mg/kg (median: 0.08 mg/kg, 90th percentile: 0.19 mg/kg) and mean inorganic arsenic: 0.03 mg/kg (median: 0.03 mg/kg, 90th percentile: 0.06 mg/ kg). Contamination of rice-based products both total and inorganic arsenic was similar to those reported for rice, except rice wafers (mean: 0.24 mg/kg and 0.13 mg/kg). In the group of products for infants and young children obtained results were low – mean total arsenic content was 0.06 mg/kg and inorganic arsenic 0.02 mg/kg. The estimated average adult and children’s exposure to inorganic arsenic with rice and rice products was less than 1% of the BMDL05. Intake of inorganic arsenic by 12-month-old infants with ricebased products intended for this group of population was at 6% BMDL05. Conclusions. Based on the obtained results, it was found that the content of total and inorganic arsenic in investigated samples of rice and rice products did not pose a health risk even though contamination levels in some individual samples were significant.

PL

Wprowadzenie. Ryż stanowi podstawę wyżywienia wielu ludzi na świecie a ponadto jest ważnym składnikiem wykorzystywanym do produkcji żywności dla niemowląt i małych dzieci. Według Europejskiego Urzędu ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) zboża, przede wszystkim ryż i produkty ryżowe są istotnym źródłem narażenia człowieka na arsen nieorganiczny, który został zaliczony przez Międzynarodową Agencję ds. Badań nad Rakiem (IARC) do grupy I substancji rakotwórczych dla człowieka. Arsen występuje w ryżu i produktach ryżowych głównie w postaci bardziej toksycznych nieorganicznych połączeń w porównaniu z organicznymi połączeniami charakteryzującymi się mniejszą toksycznością. Cel. Celem badań było oznaczenie zawartości arsenu całkowitego i nieorganicznego w ryżu, produktach ryżowych, w tym żywności dla niemowląt i małych dzieci dostępnych w obrocie handlowym w Polsce oraz ocena narażenia konsumentów na pobranie arsenu nieorganicznego z tymi grupami środków spożywczych. Materiał i metody. Zbadano łącznie 62 próbki ryżu oraz produktów ryżowych pochodzących z obrotu handlowego, w tym grupę produktów ryżowych przeznaczonych dla niemowląt i małych dzieci. Zawartości arsenu całkowitego i nieorganicznego oznaczono po suchej mineralizacji próbek metodą absorpcyjnej spektrometrii atomowej z wykorzystaniem generacji wodorków (HGAAS), po uprzedniej redukcji arsenu do arsenowodoru za pomocą borowodorku sodu. W celu wydzielenia nieorganicznych form arsenu próbki przed mineralizacją poddano hydrolizie w środowisku stężonego HCl, a następnie redukcji w obecności kwasu bromowodorowego i siarczanu hydrazyny oraz 3-krotnej ekstrakcji chloroformem i reekstrakcji 1M HCl. Oszacowane narażenie w odniesieniu do różnych grup populacji porównano z wartością najniższej dawki wyznaczającej (Benchmark Dose Lower Confidence Limit) BMDL05 ustaloną przez the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA) powodującą 0,5% wzrost zachorowań na raka płuc (3,0 μg/kg m.c./dzień). Wyniki. Średnia zawartość arsenu całkowitego i nieorganicznego w badanych próbkach ryżu wyniosła 0,12 mg/kg (mediana: 0,09 mg/kg; 90-ty percentyl: 0,22 mg/kg) oraz 0,04 mg/kg (mediana: 0,03 mg/kg, 90-ty percentyl: 0,07 mg/kg). Zanieczyszczenie ryżu brązowego zarówno arsenem całkowitym jak i nieorganicznym było wyższe w porównaniu z ryżem białym. Średnia zawartość arsenu całkowitego w badanych próbkach ryżu brązowego wyniosła 0,18 mg/kg (mediana: 0,12 mg/kg, 90-ty percentyl: 0,32 mg/kg), natomiast arsenu nieorganicznego 0,05 mg/kg, (mediana: 0,05 mg/kg, 90-ty percentyl: 0,07 mg/kg). Zanieczyszczenie ryżu białego arsenem całkowitym i nieorganicznym było niższe, średnia odpowiednio: 0,10 mg/kg (mediana 0,08 mg/kg; 90-ty percentyl 0,19 mg/kg) oraz 0,03 mg/kg (mediana 0,03 mg/kg; 90-ty percentyl 0,06 mg/kg). Zanieczyszczenie produktów ryżowych zarówno arsenem całkowitym jak i nieorganicznym było podobne do stwierdzanego w ryżu z wyjątkiem wafli ryżowych (średnia: 0,24 mg/kg i 0,13 mg/kg). W grupie produktów dla niemowląt uzyskane wyniki były niskie – średnia zawartość arsenu całkowitego wyniosła 0,06 mg/kg, nieorganicznego zaś 0,02 mg/kg. W odniesieniu do dorosłych i dzieci oszacowane średnie narażenie na arsen nieorganiczny dla ryżu i produktów ryżowych wyniosło poniżej 1% najniższej dawki wyznaczającej BMDL05. Pobranie arsenu nieorganicznego przez 12-miesięczne niemowlęta z produktami na bazie ryżu przeznaczonymi dla tej grupy populacji wyniosło 6% BMDL05. Wnioski. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że zawartość arsenu całkowitego i nieorganicznego w zbadanych próbkach ryżu i produktów ryżowych nie stanowi zagrożenia dla zdrowia, pomimo iż zanieczyszczenie pojedynczych próbek było istotne.

Słowa kluczowe

EN

arsenic compound; human exposure; exposure assessment; human population; Poland; toxic effect; rice; rice-based product

• Wydawca: -
• Czasopismo: Roczniki Państwowego Zakładu Higieny
• Rocznik: 2017
• Tom: 68
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.339-346,fig.,ref.

Twórcy

autor

Mania M.

• Department of Food Safety, National Institute of Public Health - National Institute of Hygiene, 24 Chocimska street, 00-791 Warsaw, Poland

autor

Rebeniak M.

• Department of Food Safety, National Institute of Public Health - National Institute of Hygiene, 24 Chocimska street, 00-791 Warsaw, Poland

autor

Szynal T.

• Department of Food Safety, National Institute of Public Health - National Institute of Hygiene, 24 Chocimska street, 00-791 Warsaw, Poland

autor

Starska K.

• Department of Food Safety, National Institute of Public Health - National Institute of Hygiene, 24 Chocimska street, 00-791 Warsaw, Poland

autor

Wojciechowska-Mazurek M.

• Department of Food Safety, National Institute of Public Health - National Institute of Hygiene, 24 Chocimska street, 00-791 Warsaw, Poland

autor

Postupolski J.

• Department of Food Safety, National Institute of Public Health - National Institute of Hygiene, 24 Chocimska street, 00-791 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Al Rmalli S.W., Haris P.I., Harrington C.F., Ayub M.: A survey of arsenic in foodstuffs on sale in the United Kingdom and imported from Bangladesh. Sci. Total Environ. 2005;337:23-30.
• 2. Arnich N., Sirot V., Riviére G., Jean J., Noël L., Guérin T., Leblanc J-Ch.: Dietary exposure to trace elements and health risk assessment in the 2nd French Total Diet Study. Food Chem. Toxicol. 2012;50:2432-2449.
• 3. Banerjee M., Banerjee N., Bhattacharjee P., Mondal D., Lythgoe P.R., Martínez M., Pan J., Polya D.A., Giri A.K.: High arsenic in rice is associated with elevated genotoxic effects in humans. 2013; www.com/scientificreports
• 4. Brulińska-Ostrowska E., Starska K., Wojciechowska-Mazurek M.: Method of determination of arsenic in foodstuffs by using HGAAS technique. Estimation of recovery and final result presentation. Publications of National Institute of Hygiene. Warsaw, Poland 2005.
• 5. Carbonell-Barrachina Á.A., Wu X., Ramírez-Gandolfo A., Norton G.J., Burló F., Deacon C., Meharg A.A.: Inorganic arsenic contents in rice-based infant foods from Spain, UK, China and USA. Environ Pollut. 2012;163:77-83.
• 6. Central Statistical Office. Information and elaborations. Household budget survey in 2015. Warsaw 2016.
• 7. Commission Recommendation (EU) 2015/1381 of 10 August 2015 on monitoring of arsenic in food. OJ L 213, 12.8.2015.
• 8. Commission Regulation (EU) No 231⁄2012 of 9 March 2012 laying down specifications for food additives listed in Annexes II and III to Regulation (EC) No 1333/2008 of the European Parliament and of the Council. OJ L 83, 22.03.2012, as amended.
• 9. Commission Regulation (EU) 2015⁄1006 of 25 June 2015 amending Regulation (EC) No 1881/2006 as regards maximum levels of inorganic arsenic in foodstuffs. OJ L 161, 26.6.2015.
• 10. Commission Regulation (EU) 2016/582 of 15 April 2016 amending Regulation (EC) No 333/2007 as regards the analysis of inorganic arsenic, lead and polycyclic aromatic hydrocarbons and certain performance criteria for analysis OJ L101, 16.4.2007
• 11. Davis M.A., Signes-Pastor A.J., Argos M., Slaughter F., Pendergrast C., Punshon T., Gossai A., Ahsan H., Karagas M.R.: Assessment of human dietary exposure to arsenic through rice. Sci. Total Environ. 2017;586:1237-1244.
• 12. Devesa V., Vélez D., Montoro R.: Effect of thermal treatments on arsenic species contents in food. Food Chem. Toxicol. 2008;46:1-8.
• 13. Food Standards Agency. Food Survey Information Sheets (FSIS). Survey of metals in weaning foods and formulae for infants. Food Survey Information Sheet No. 17/06, 2006.
• 14. French Agency for Food, Environmental and Occupational Health & Safety. Second French Total Diet Study (TDS 2) Report 1. Inorganic contaminants, minerals, persistent organic pollutants, mycotoxins and phytoestrogens. ANSES, 2011, 1-77.
• 15. General Standard for Contaminants and Toxins in Food and Feed (CODEX STAN 193-1995) GSCTFF, 1-44.
• 16. Huang J-H., Ilgen G., Fecher P.: Quantitative chemical extraction for arsenic speciation in rice grains. J. Anal. At. Spectrom. 2010;25:800-802.
• 17. Jorhem L., Åstrand C., Sundström B., Baxter M., Stokes P., Lewis J., Petersson Grawé K.: Elements in rice from the Swedish market: 1. Cadmium, lead and arsenic (total and inorganic). Food Addit. Contam. 2008;25(3):284-292.
• 18. Juhasz A.L., Smith E., Weber J., Rees M., Rofe A., Kuchel T., Sansom L., Naidu R.: In vivo assessment of arsenic bioavailability in rice and its significance for human health risk assessment. Environ. Health Persp. 2006;114(12):1826-1831.
• 19. Książyk J.B., Weker H.: New feeding plan for infants in Poland, since 2007. Pediatr. Współcz. Gastroenterol. Hepatol. Żywienie Dziecka. 2007;9(4):292-297.
• 20. Lynch H.N., Greenberg G.I., Pollock M.C., Lewis A.S.: A comprehensive evaluation of inorganic arsenic in food and considerations for dietary intake analyses. Sci. Total. Environ. 2014;496:299-313.
• 21. Magalhães dos Santos G., Pozebon D., Cerveira C., de Moraes D.P. : Inorganic arsenic speciation in rice products using selective hydride generation and atomic absorption spectrometry (AAS). Microchem. J. 2017;133:265-271.
• 22. Mania M., Rebeniak M., Szynal T., Wojciechowska-Mazurek M., Starska K., Ledzion E., Postupolski J.: Total and inorganic arsenic in fish, seafood and seaweeds - exposure assessment. Rocz Panstw Zakl Hig 2015;66(3):203-210
• 23. Mania M., Szynal T., Rebeniak M., Wojciechowska-Mazurek M., Starska K., Strzelecka A.: Human exposure assessment to different arsenic species in tea. Rocz Panstw Zakl Hig 2014;65(4):281-286.
• 24. Mania M., Wojciechowska-Mazurek M., Starska K., Rebeniak M., Szynal T., Strzelecka A., Postupolski J.: Toxic elements in commercial infant food, estimated dietary intake and risk assessment in Poland. Pol. J. Environ. Stud. 2015;24(6):2525-2536.
• 25. Meharg A.A., Adomaco E., Lawgali Y., Deacon C., Williams P.: Levels of arsenic in rice – literature review. Food Standards Agency contract C101045.
• 26. Meharg A.A., Sun G., Williams P.N., Adomaco E., Deacon C.M, Zhu Y-G., Feldmann J., Raab A.: Inorganic arsenic levels in baby rice are of concern. Environ. Pollut. 2008;152:746-749.
• 27. Meharg A.A., Williams P.N., Deacon C.M., Norton G.J. Hossain M., Louhing D., Marwa E., Lawgali Y., Taggart M., Cascio C., Haris P.: Urinary excretion of arsenic following rice consumption. Environ. Pollut. 2014;194:181-187.
• 28. Moreno-Jiménez E., Meharg A.A., Smolders E., Manzano R., Becerra D., Sánchez-Llerena J., Albarrán Á., López-Piňero A.: Sprinkler irrigation of rice fields reduces grain arsenic but enhances cadmium. Sci. Total Environ. 2014;485-486:468-473.
• 29. Naito S., Matsumoto E., Shindoh K., Nishimura T.: Effects of polishing, cooking and storing on total and arsenic species concentrations in rice cultivated in Japan. Food Chem. 2015;168:294-301.
• 30. Munera-Picazo S., Ramírez-Gandolfo A., Cascio C., Castaňo-Iglesias C., Signes-Pastor A.J., Burló F., Haris P.I., Carbonell-Barrachina Á.A.: Arsenic in Rice-Based Infant Food. In: Ross Watson R., Preedy V.R., Zibadi S. (eds.): Wheat and Rice in Disease Prevention and Health: Benefits, risks and mechanism of whole grains in health promotion. Elsevier, 2014.
• 31. Ordinance of Polish Minister of Health of 29 March 2007 on the quality of water intended for human consumption. Dz. U. No. 61, pos. 417, as amended.
• 32. Ordinance of Polish Minister of Health of 31 March 2011 on the natural mineral waters, spring waters and potable waters. Dz. U. No. 85, pos. 466.
• 33. Pasias I.N., Thomaidis N.S., Piperaki E.A.: Determiantion of total inorganic arsenicand inorganic arsenic species in rice and rice flour by electrothermal atomic absorption spectrometry. Microchem J. 2013;108:1-6.
• 34. Rahman M.A., Hasegawa H., Rahman A.M., Rahman M.M., Majid Miah M.A.: Influence of cooking method on arsenic retention in cooked rice related to dietary exposure. Science of the Total Environment 2006;370:51-60.
• 35. Rahman M.A., Hasegawa H., Rahman A.M., Rahman M.M., Majid Miah M.A., Tasmin A.: Arsenic accumulation in rice (Oryza sativa L.): Human exposure through food chain. Ecotox. Eniviron. Safe. 2008;69:317-324.
• 36. Regulation (EC) No 396/2005 of the European Parliament and of the Council of 23 February 2005 on maximum residue levels of pesticides in or on food and feed of plant and animal origin and amending Council Directive 91/414/EEC. OJ L 70, 16.3.2005, as amended.
• 37. Scientific opinion of the Panel on Contaminants in the Food Chain (CONTAM) on arsenic in food. The EFSA Journal 2009;7(10):1-199.
• 38. Scientific report of EFSA. Dietary exposure to inorganic arsenic in the European population. The EFSA Journal 2014;12(3):1-68.
• 39. Signes-Pastor A.J.,Carey M., Meharg A.A.: Inorganic arsenic in rice-based products for infants and young children. Food Chem. 2016;191:128-134.
• 40. Sun G-X., Williams P.N., Zhu Y-G., Deaacon C., Carey A.M., Raab A., Feldmann J., Meharg A.A.: Survey of arsenic and its speciation in rice products such as breakfast cereals, rice crackers and Japanese rice condiments. Environ Int. 2009;35:473-475.
• 41. Sommella A., Deacon C., Norton G., Pigna M., Violante A., Meharg A.A. : Total arsenic, inorganic arsenic, and other elements concentrations in Italian rice grain varies with origin and type. Environ. Pollut. 2013;181:38-43.
• 42. Starska K., Wojciechowska-Mazurek M., Mania M., Rebeniak M., Karłowski K.: Zanieczyszczenie żywności ołowiem i arsenem. [Contamination of food with lead and arsenic] W: Karłowski K., Rybińska K., Postupolski J.(eds.): Ocena narażenia konsumentów na chemiczne i mikrobiologiczne zanieczyszczenia żywności – programy realizowane w latach 2004-2008. [Exposure assessment to chemical and microbiological food contaminants – programme executed in the years 2004-2008], Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego-Panstwowy Zakład Higieny, Warsaw, 2010, 44-70.
• 43. The GEMS/Food Consumption Cluster Diets, WHO, 2007.
• 44. The Rapid Alert System for Food and Feed. Available from: https://ec.europa.eu/food/safety/rasff/index_en.htm
• 45. Tsuji J.S., Yost L.J., Barraj L.M., Scrafford C.G., Mink P.J.: Use of background inorganic arsenic exposures to provide perspective on risk assessment results. Regul Toxicol Pharm 2007;48:59-68.
• 46. Tsuji J.S., Benson R., Schoof R.A., Hook G.C.: Health effect levels for risk assessment of childhood exposure to arsenic. Regul. Toxicol. Pharm. 2004;39:99-110.
• 47. U.S. Food and Drug Administration. 2016. Arsenic in Rice and Rice Products Risk Assessment Report. Available at https://www.fda.gov/Food/FoodScienceResearch/RiskSafetyAssessment/default.htm https://www.fda.gov/Food/FoodScienceResearch/RiskSafetyAssessment/default.htm
• 48. WHO Technical Report Series: 1989. Evaluation of certain food additives and contaminants (Thirty-third report of the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives), No. 776.
• 49. WHO Technical Report Series: 2011. Evaluation of certain contaminants in food. Seventy-second report of the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, No. 959.
• 50. Wojciechowska-Mazurek M., Mania M., Starska K., Rebeniak M., Postupolski J.: Czy zostaną wprowadzone dopuszczalne poziomy arsenu w żywności? [Will the maximum levels of arsenic in food be introduced?]. Przem Spoż 2012;66(2):10-15.
• 51. Wojciechowska-Mazurek M., Starska K., Mania M., Brulińska-Ostrowska E., Biernat U., Karłowski K.: Monitoring zanieczyszczenia żywności pierwiastkami szkodliwymi dla zdrowia. Część II. Wody mineralne, napoje bezalkoholowe, owoce, orzechy, ryż, soja, ryby i owoce morza. [Monitoring of contamination of foodstuffs with elements noxious to human health. Part II. Mineral waters, soft drinks, fruits, nuts, rice, soybeans, fish and seafood]. Rocz Państw Zakl Hig 2010;61(1):27-35.
• 52. Wong W.W.K., Chung S.W.C., Chan B.T.P., Ho Y.Y. Xiao Y.: Dietary exposure to inorganic arsenic of the Hong Kong population: Results of the first Hong Kong Total Diet Study. Food Chem. Toxicol. 2013;51:379-385.
• 53. Zhu Y-Z., Williams P.N., Meharg A.A.: Exposure to inorganic arsenic from rice: A global health issue? Environ. Pollut. 2008;154:169-171.