Monitoraggio di metalli pesanti ed oligoelementi in aria, ortofrutta e terreno nella provincia di Catania

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1 Ig. Sanità Pubbl. 2013; 69: SOPRAVVIVENZA ONCOLOGICA ASL VC DI VERCELLI: FOLLOW UP AL 2007 Monitoraggio di metalli pesanti ed oligoelementi in aria, ortofrutta e terreno nella provincia di Catania Margherita Ferrante 1, Maria Fiore 1, Caterina Ledda 1, Francesca Cicciù 1, Elena Alonzo 2, Roberto Fallico 1, Francesco Platania 2, Rosario Di Mauro 3, Lina Valenti 4, Salvatore Sciacca 1 1 Dipartimento G.F. Ingrassia Igiene e Sanità Pubblica, Università degli Studi di Catania 2 SIAN, AUSL 3, Catania 3 L.AG.AM., ESA, Catania 4 SOPAT, Adrano (CT) Parole chiave Metalli, oligoelementi, matrici ambientali Riassunto La contaminazione dei prodotti ortofrutticoli da metalli pesanti può derivare sia da eventi antropici (effluenti rilasciati da auto o industrie, cattiva gestione dei reflui urbani e industriali), sia da eventi naturali (attività vulcanica o matrice geologica del terreno). I metalli pesanti per le loro caratteristiche chimiche e tossicologiche possono avere un impatto sulla salute attraverso diversi meccanismi. Altri metalli, invece, sono essenziali per il mantenimento dei processi fisiologici e biochimici umani, sono fattori protettivi per molte patologie e devono essere presenti nella dieta in quanto l'organismo non è in grado di sintetizzarli. Scopo dello studio è valutare la presenza di metalli pesanti ed oligoelementi nei prodotti ortofrutticoli di più ampio consumo nel territorio della provincia di Catania e nelle diverse matrici ambientali (aria, acqua e terreno) per indagare sulle possibili sorgenti responsabili della loro contaminazione. I prodotti ortofrutticoli presi in considerazione nello studio (pomodori, lattughe, spinaci, melanzane, patate, zucchine, uva, mele e pere) sono stati campionati ( n = 60) nei comuni di Adrano, Biancavilla e Mazzarrone scelti in base alle caratteristiche geomorfologiche, climatiche e di coltivazione. Il contenuto di piombo, cadmio, nichel, rame, zinco, vanadio e selenio nei campioni di ortofrutta, aria ed acqua è stato determinato utilizzando lo spettrometro ad assorbimento atomico con fornetto di grafite AAnalyst 800 Perkin-Elmer, mentre per i campioni di terreno è stato impiegato lo spettrometro ad emissione atomica Optima 2000 DV Perkin-Elmer. Il mercurio è stato determinato tramite spettrofotometria ad assorbimento atomico con la tecnica dei vapori freddi (FIAS). I risultati hanno mostrato una contaminazione generalizzata dei prodotti ortofrutticoli, evidenziando un ruolo importante dei fertilizzanti utilizzati e dell'attività vulcanica. L'unica strategia vincente per garantire la sicurezza alimentare e la tutela della salute dei consumatori è di intervenire in modo completo ed integrato coinvolgendo tutta la catena alimentare per mantenere i contaminanti ai livelli non pericolosi per la salute. LXIX

2 M. FERRANTE, M. FIORE, C. LEDDA, F. CICCIÙ, E. ALONZO, R. FALLICO, F. PLATANIA, R. DI MAURO, L. VALENTI, S. SCIACCA Monitoring of heavy metals and trace elements in the air, fruits and vegetables and soil in the province of Catania (Italy) Key words Metals, trace elements, environmental matrices Summary Contamination of fruits and vegetables with heavy metals can result from anthropogenic events (car or factory emissions, poor management of sewage and industrial waste) or from natural events (volcanic activity and geological soil matrix). The chemical and toxicological characteristics of heavy metals can have an impact on human health through several mechanisms. Other metals, on the other hand, are essential for maintenance of physiological and biochemical human processes, are protective against many diseases and must be present in the diet because they cannot be synthesized by the human body. The purpose of this study was to assess the presence of heavy metals and trace elements both in fruit and vegetable products widely consumed in the province of Catania (Sicily, Italy) and in various environmental matrices (air, water and land), and to investigate possible sources of contamination. Fruit and vegetable products (tomatoes, lettuce, spinach, eggplants, potatoes, zucchini, grapes, apples and pears) were sampled (n = 60) from the towns of Adrano, Biancavilla and Mazzarrone. These locations were selected for their geomorphology, climate and cultivation characteristics. Levels of lead, cadmium, nickel, copper, zinc, vanadium and selenium in fruit, vegetables, air and water samples were determined using atomic absorption spectrometer with graphite furnace Perkin-Elmer AAnalyst 800 while soil samples were evaluated by the atomic emission spectrometer Optima 2000 DV Perkin-Elmer. The presence of mercury was evaluated by atomic absorption spectrometry with cold vapor technique. Study results revealed widespread contamination of fruit and vegetables and mainly due to use of fertilizers and to volcanic activity. A strategy targeting the entire food chain is essential for ensuring food safety and consumer protection and maintaining contaminants at levels which are not hazardous to health. Introduzione I metalli pesanti non sono biodegradabili, hanno una lunga emivita biologica, sono solubili in acqua ed hanno la capacità di accumularsi in differenti tessuti dell organismo (1,2). Sono coinvolti in processi di carcinogenesi, mutagenesi e teratogenesi (3) e aumentano la prevalenza del tumore gastrointestinale (2,4). Perciò la loro presenza può influenzare la sicurezza di varie matrici alimentari costituendo un problema di sanità pubblica. Altri metalli sono, invece, micro-nutrienti essenziali e malgrado siano presenti nell organismo solo in piccolissime quantità, hanno una grande varietà di funzioni biochimiche in tutti gli organismi viventi. Alcuni di essi sono costituenti essenziali di diversi enzimi (5). Tuttavia possono essere tossici se assunti in quantità eccessive (6,7,8). Gli oligoelementi sono essenziali per il mantenimento dei processi fisiologici e biochimici umani (9), sono fattori protettivi per molte patologie e devono essere presenti nella dieta in quanto l organismo non è in grado di sintetizzarli. L eccesso di tali sostanze così come la loro carenza può influire sulla salute dell uomo (10 ). 48 LXIX

3 MONITORAGGIO DI METALLI PESANTI ED OLIGOELEMENTI IN ARIA, ORTOFRUTTA E TERRENO NELLA PROVINCIA DI CATANIA Il Regolamento della Comunità Europea (CE) n. 466/2001 e successive modifiche definisce i tenori massimi di taluni contaminanti presenti nelle derrate alimentari. Al fine di tutelare la sanità pubblica, è essenziale che il tenore dei contaminanti non comporti rischi sanitari. I tenori massimi di metalli pesanti devono essere sicuri e al livello più basso ragionevolmente ottenibile (ALARA = as low as reasonably achievable) sulla base di pratiche corrette di manifattura, di coltivazione e di pesca (11,12). Il regolamento definisce anche i livelli di metalli pesanti nei prodotti ortofrutticoli, il cui consumo è sempre più consigliato alla popolazione, per i noti effetti benefici che derivano dalla loro costante assunzione. Nonostante tali disposizioni mantengano un alto livello di tutela della salute dei consumatori, occorre analizzare e valutare se la costante presenza, anche in piccole concentrazioni, di metalli negli alimenti consumati quotidianamente possa a lungo tempo influire sulla salute dell uomo. La contaminazione degli alimenti da metalli pesanti può derivare sia da eventi antropici, come gli effluenti rilasciati da auto e attività industriali o la cattiva gestione dei reflui urbani e industriali, sia da eventi naturali, quali l attività vulcanica e la matrice geologica del terreno (13,14,15). Scopo dello studio è valutare la presenza di metalli pesanti e micro-elementi nei prodotti ortofrutticoli largamente consumati nel territorio della provincia di Catania e nelle rispettive matrici ambientali (suolo, aria ed acqua) per indagare sulle possibili sorgenti responsabili della contaminazione dei prodotti alimentari. Materiali e metodi Tra i prodotti ortofrutticoli sono stati scelti quelli maggiormente consumati nel territorio della provincia di Catania: pomodori, lattughe, zucchine, melanzane, patate, spinaci, uva, mele e pere. In base alle caratteristiche geomorfologiche, climatiche e di coltivazione sono stati scelti i comuni di Adrano, Biancavilla e Mazzarrone. I comuni di Adrano e Biancavilla si estendono alle pendici sud-occidentali dell Etna. Il comune di Mazzarrone si trova a sud-ovest di Catania, in una zona non vulcanica. Per ogni zona, direttamente in campo, è stato effettuato il campionamento di frutta, verdura, terreno, acqua ed aria, per un totale di 60 campioni. I campioni di ortofrutta sono stati congelati a -20 C. L acqua ed il terreno sono LXIX

4 M. FERRANTE, M. FIORE, C. LEDDA, F. CICCIÙ, E. ALONZO, R. FALLICO, F. PLATANIA, R. DI MAURO, L. VALENTI, S. SCIACCA stati conservati in frigo a 4 C; i filtri a temperatura ambiente. I campioni di aria sono stati prelevati tramite campionamento attivo utilizzando un campionatore portatile Aquaria. Per la determinazione dei metalli piombo, cadmio, nichel, rame, zinco, vanadio e selenio, i campioni di frutta, verdura, terreno ed i filtri utilizzati per il campionamento dell aria sono stati digeriti, dopo l aggiunta di HNO 3 e H 2 O 2, utilizzando un mineralizzatore a microonde Milestone Ethos Touch Control. La concentrazione dei metalli nei campioni di ortofrutta, aria ed acqua è stato determinato utilizzando uno spettrometro ad assorbimento atomico con fornetto di grafite AAnalyst 800 Perkin-Elmer, mentre per i campioni di terreno è stato impiegato uno spettrometro ad emissione atomica Optima 2000 DV Perkin-Elmer. Per la determinazione del mercurio è stato usato il suddetto spettrometro ad assorbimento atomico con la tecnica dei vapori freddi (FIAS). Risultati I livelli di metalli pesanti ed oligoelementi presenti nel terreno, nella frutta, nella verdura, nell acqua e nell aria sono suddivisi per comune e riportati nella tabella 1 con le medie dei valori ottenuti dall analisi dei vari campioni. I risultati hanno permesso di evidenziare una contaminazione generalizzata dei prodotti ortofrutticoli oggetto dello studio. Nichel e piombo sono stati i metalli rilevati più frequentemente nei campioni di ortofrutta, terreno ed aria. In ogni caso, però, i tenori massimi stabiliti dal Regolamento CE n. 466/2001 non sono stati superati in nessuno dei campioni indagati. Inoltre anche se per il nichel ed il mercurio il Regolamento n.466/2001 non fissa i livelli massimi consentiti per i prodotti ortofrutticoli, occorre mantenerli al valore più basso possibile, in quanto entrambi sono metalli potenzialmente tossici se assunti a lungo termine anche in piccole quantità (16). Il piombo è stato rilevato in solo tre dei dieci campioni di aria indagati e sempre in quantità minori del tenore massimo consentito, mentre era costantemente presente in tutti i campioni di terreno. Nei campioni di frutta e verdura, il piombo è stato trovato solo nelle mele e nelle zucchine coltivate nel comune di Biancavilla. Il nichel è stato il metallo pesante più frequentemente rilevato nei campioni d aria. Il cadmio è stato trovato in un solo campione di spinaci ed è assente nelle matrici ambientali. 50 LXIX

5 MONITORAGGIO DI METALLI PESANTI ED OLIGOELEMENTI IN ARIA, ORTOFRUTTA E TERRENO NELLA PROVINCIA DI CATANIA Tabella 1 - Concentrazione media di metalli pesanti ed oligoelementi nei campioni di ortofrutta, terra, aria ed acqua. LXIX

6 M. FERRANTE, M. FIORE, C. LEDDA, F. CICCIÙ, E. ALONZO, R. FALLICO, F. PLATANIA, R. DI MAURO, L. VALENTI, S. SCIACCA Tra gli oligoelementi il rame, lo zinco ed il vanadio sono stati quelli più riscontrati nei prodotti ortofrutticoli, nei campioni di terreno, nell acqua e nell aria. Il selenio è stato rilevato in tutti i campioni di terreno, in pochi campioni di ortofrutta ed acqua e in nessun campione d aria. Il mercurio è stato trovato in tre campioni di mele ed in uno di zucchine e lattuga del comune di Biancavilla ed in pochi campioni di terreno ed acqua. Discussione Dallo studio dei dati trovati nei vari campioni si evidenzia come tutti i campioni di terreno e molti campioni di ortofrutta, di aria e di acqua prelevati dai comuni di Adrano e Biancavilla, risultano contaminati da metalli pesanti, quali nichel e piombo. Verosimilmente la loro presenza può essere dovuta sia alla fertilizzazione del terreno sia a fonti naturali, quali l attività vulcanica dell Etna, che secondo Lantzy et al. (13) contribuisce solo in piccola parte su scala globale all emissione di metalli pesanti nell atmosfera, ma diventa fortemente influente nelle zone caratterizzate da un intensa attività vulcanica. Infatti come già sottolineato precedentemente i comuni di Biancavilla ed Adrano si estendono alle pendici sud-occidentali dell Etna. Inoltre è importante sottolineare che nelle zone vicine alle aree da noi studiate non vi sono attività industriali. Anche per gli oligoelementi, in particolare rame e zinco, che sono quelli rilevati più frequentemente nei prodotti ortofrutticoli, nei campioni di terreno, nell acqua e nell aria si può ipotizzare la stessa origine a sostanze fertilizzanti utilizzate nel terreno o a influenza dell attività vulcanica. I livelli di vanadio e selenio nei prodotti in esame sembrano dipendere nella maggior parte dei casi dalla loro presenza e concentrazione nel terreno. Il mercurio è stato trovato in pochi campioni analizzati e sempre in basse concentrazioni. Conclusione I risultati dello studio hanno evidenziato un ruolo importante dei fertilizzanti utilizzati e dell attività vulcanica sulla contaminazione da metalli dei prodotti ortofrutticoli. L unica strategia vincente per garantire la sicurezza alimentare è intervenire in modo completo ed integrato su tutta la catena alimentare, dall azienda agricola al 52 LXIX

7 MONITORAGGIO DI METALLI PESANTI ED OLIGOELEMENTI IN ARIA, ORTOFRUTTA E TERRENO NELLA PROVINCIA DI CATANIA consumatore, con lo scopo di mantenere i contaminanti a livelli non pericolosi per la salute. Questo tipo di approccio è alla base del principio del Libro bianco sulla sicurezza alimentare pubblicato nel gennaio 2000 dall Unione Europea, che individua 84 azioni prioritarie, distribuite in 19 aree strategiche di intervento (contaminanti, salute animale, igiene, nuovi prodotti alimentari, pesticidi, etichettature, nutrizione ecc.) con lo scopo di proteggere la salute del consumatore controllando l intera catena alimentare. L approccio completo ed integrato porterà ad una politica alimentare più coerente, efficace e dinamica. Bibliografia 1. Alam MGM, Snow ET, Tanaka A Arsenic and heavy metal concentration of vegetables grown in Samta village, Bangladesh. The Science of the Total Environment; 111, Arora M, Kiran B, Rani A, Rani S, Kaur B, Mittal M Heavy metal pollution accumulation in vegetables irrigated with water from different sources. Food Chemistry IARC Cadmium and cadmium compounds. In: Beryllium, Cadmium, Mercury and Exposure in the Glass Manufacturing Industry IARC Monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans. International Agency for Research on Cancer, Lyon, Vol.58, Turkdogan MK, Killicel F, Kara K, Tuncer I, Uygan I Heavy metals in soils, vegetables and fruits in the endemic upper gastrointestinal cancer region of Turkey. Environmental Toxicology and Pharmacology 13, Sommers E The toxic potential of trace metals in food a review. J Food Sci; 39: Copat C, Arena G, Fiore M, Ledda C, Fallico R, Sciacca S, Ferrante M Heavy metals concentrations in fish and shellfish from eastern Mediterranean Sea: Consumption advisories Food Chem Toxicol. Mar;53: Conti G.O, Copat C, Ledda C, Fiore M, Fallico R, Sciacca S, Ferrante M Evaluation of heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Mullus barbatus from sicily channel and risk-based consumption limits. Bull Environ Contam Toxicol. Jun;88(6): Copat C, Bella F, Castaing M, Fallico R, Sciacca S, Ferrante M Heavy metals concentrations in fish from Sicily (Mediterranean Sea) and evaluation of possible health risks to consumers. Bull Environ Contam Toxicol Jan;88(1): Radwan MA, Salama AK. Market basket survey for some heavy metals in Egyptian fruits and vegetables. Food and Chemical Toxicology , LXIX

8 M. FERRANTE, M. FIORE, C. LEDDA, F. CICCIÙ, E. ALONZO, R. FALLICO, F. PLATANIA, R. DI MAURO, L. VALENTI, S. SCIACCA 10. Whitfield JB, Dy V, McQuilty R, Zhu G, Heath AC, Montgomery GW, Martin NG Genetic Effects on Toxic and Essential Elements in Humans: Arsenic, Cadmium, Copper, Lead, Mercury, Selenium and Zinc in Erythrocytes Environ Health Perspect Jan Commission Regulation N 466/2001 of 8 March 2001, OJ L 77, Commission Regulation N 78 of 19 January 2005, OJ L 16, Lantzy JR, Mackenzie FT Atmospheric trace metals: global cycles and assessment of man s impact. Geochim. Cosmochim. Acta 43, Mendiguchìa C, Moreno C, Garcia-Vargas M Evaluation of natural and anthropogenic influences on the Guadalquivir River (Spain) by dissolved heavy metals and nutrients. Chemosphere Varrica D, Aiuppa A, Dongarrà G Volcanic and anthropogenic contribution to heavy metal content in lichens from Mt. Etna and Vulcano island (Sicily). Environmental Pollution 108, Tuzen M. Toxic and essential trace elemental contents in fish species from the Black Sea, Turkey. Food and Chemical Toxicology 47 (2009) Referente: Margherita Ferrante Igiene Generale e Applicata, Dip. Anatomia, Biologia e genetica, Medicina Legale, Neuroscienze, Patologia Diagnostica, Igiene e Sanità Pubblica G.F. Ingrassia Az. Ospedaliero-Universitaria Policlinico - Comparto 10, Via Santa Sofia 87, Tel. 095/ , Fax: 095/ marfer@unict.it 54 LXIX