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Cadmium bioaccumulation and gastric bioaccessibility in cacao: A field study in Ecuador

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El taller ‘Cacao libre de cadmio’, organizado por el CIAT, CIRAD, y la AFD, se lleva a cabo del 12 al 14 de marzo en la sede del CIAT en Palmira,y tiene como objetivo integrar un consorcio de actores y disciplinas claves de la región, así como elaborar un proyecto de investigación aplicada que dé respuesta a este problema que afecta a los cacaoteros de Colombia, Perú y Ecuador. http://ow.ly/J43p30iU0UZ

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Cadmium bioaccumulation and gastric bioaccessibility in cacao: A field study in Ecuador

  1. 1. Cadmium bioaccumulation and gastric bioaccessibility in cacao: A field study in Ecuador Dra. Laurence MAURICE, Investigadora IRD (laurence.maurice@ird.fr) Ecuador, Docente invitada en la UASB (Doctorado y CILAB), EPN y USFQ, en Quito Personas e instituciones involucradas en la investigación en cadmio: - Dra. Eva Schreck & Dra. Fiorella Barraza, OMP-GET, Toulouse, Francia - Dra. Jenny Ruales, DECAB, EPN, Quito - Dr. Jaime Breilh, Rector UASB, Área de Salud, Quito Agencia de financiamiento : ANR (Agence Nationale de la Recherche) – 2014- 2018 Programa de investigación MONOIL Financiamiento adicional : Institut Olga Triballat (2018) Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018
  2. 2. Objetivos de la investigación Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 • Análisis de las concentraciones en metales pesados en suelos y cultivos del Ecuador • Papel de las actividades humanas (petroleras y agrícolas) en la contaminación de suelos y cacao • Entender los mecanismos de transferencia del Cd del ambiente (aire, suelos) a las diferentes partes de la planta (cacao) y su bioacumulación en los granos • Medición de la bioaccesibilidad gástrica del Cd a partir del consumo de los granos y de la pasta de cacao • Calculo de los riesgos sanitarios asociados al consumo de cacao (fino de aroma y CCN-51) laurence.maurice@ird.fr
  3. 3. Metodologías y Resultados de investigación sobresalientes (0) Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 laurence.maurice@ird.fr
  4. 4. Metodologías (1) Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 Muestreos : 2014-2016 Suelos (4 horizontes) Cacaos (hojas, mazorcas y granos) Aire (PM10) mensual 31 fincas, 4 regiones: North Amazon Esmeraldas South Amazon Manabí laurence.maurice@ird.fr; ; fiorella.barraza@get.omp.eu
  5. 5. Resultados de investigación sobresalientes (2) – Amazonia ecuatoriana Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 Cacao leaves Cacao pod husks Cacao beans [Cd] max in dark chocolate (0.8 mg kg-1, EU Legislation, January, 1st 2019) Cacao varieties: Nacional CCN-51 Forastero Native Zamora Barraza et al, 2017. Environ. Pollut., 229 (2017) 950-963 Cd in soil: 0-5 cm 0.18 - 2.23 5-20 cm 0.19 - 1.02 20-60 cm 0.16 - 0.64 60-80 cm 0.17 - 0.43 Control area (Morona-Santiago) Without oil or mining activities mg kg-1 Leaves/Pod husks>beans Nativo CCN51 CCN51 Nacional Fino de aroma hojas mazorca granos Forastero Amazonia Norte 8.0 6.4 4.8 3.2 1.6 0.8 0 mg Cd kg-1 Cd in cacao laurence.maurice@ird.fr; fiorella.barraza@get.omp.eu; eva.schreck@get.omp.eu
  6. 6. Resultados de investigación sobresalientes (2) – Costa del Pacifico Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 Cacao leaves Cacao pod husks Cacao beans [Cd] max in dark chocolate (0.8 mg kg-1, EU Legislation, January, 1st 2019) Cacao varieties: Nacional CCN-51 Barraza et al, 2017. Environ. Pollut., 229 (2017) 950-963 Cd in soil: 0-5 cm 0.32 - 1.00 5-20 cm 0.27 - 0.77 20-60 cm 0.25 - 1.02 60-80 cm 0.23 - 0.73 Pacifico Sur mg kg-1 Leaves/Pod husks>beans CCN51 CCN51 Nacional Fino de aroma hojas mazorca granos Pacifico Norte Agricultural area: experimental farm Min. Agriculture 8.0 6.4 4.8 3.2 1.6 0.8 0 mg Cd kg-1 Cd in cacao laurence.maurice@ird.fr; fiorella.barraza@get.omp.eu; eva.schreck@get.omp.eu
  7. 7. Resultados de investigación sobresalientes (3) – Amazonia ecuatoriana Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 Cd (mg.kg-1) en topsoil (0-5 cm; 5-20 cm) Cd(mg.Kg-1)engranosdecacao Inputs de agroquimicos 0,8 R² = 0.6542 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Cd suelo vs Cd granos Topsoil (0-5 cm) Soil (5-20 cm) laurence.maurice@ird.fr; fiorella.barraza@get.omp.eu; eva.schreck@get.omp.eu
  8. 8. Cd- gastric bioaccessibility & Risk Assessment SAMPLE Cocoa liquor (range) Total Cd content (mg kg-1) 1.47 - 3.88 Cd bioaccessible content (mg kg-1) 1.44 - 3.76 Bioaccessible Cd 97 % Barraza et al, 2017. Environ. Pollut., 229 (2017) 950-963 Sabine Desprats-Bologna Mujer de 60 kg  limite de 0.15 mg de Cd por semana Hombre de 75 kg  limite de 0.19 mg de Cd por semana Riesgo moderado a fuerte para la salud Cd Provisonal Tolerable Weekly Intake: 0.0025 mg kg-1 body weight (EFSA, European Food Safety Agency, 2012) Consumo de chocolate: 100 g por semana (= 70 g cacao para un chocolate a 70%): [Cd] chocolate Pacayacu= 3.9 mg Cd kg-1  0.27 mg de Cd por semana laurence.maurice@ird.fr; fiorella.barraza@get.omp.eu; eva.schreck@get.omp.eu
  9. 9. Conclusiones (preliminares) y brechas de conocimiento Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 Highlights  Root uptake appears as the main exposure pathway of Cd in cacao pods although soil is not highly polluted.  Cacao beans bioaccumulate Cd with a factor of 4 compared to soils contents.  Cadmium sources mainly come from agricultural practices rather than from other human activities.  Cadmium gastric bioaccessibility is almost 100 % in cacao beans and liquors samples.  Cd levels in cacao beans (50% of Ecuadorian samples) were above the WHO critical level for chocolate and cacao-derived products. laurence.maurice@ird.fr
  10. 10. Ciclo del cadmio – Procesos de transferencia Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 Distribution within plant tissues? Cd sources in tropical soils of Andean countries ? Fertilizers? Pesticides? Cd Tropical Soil Acidic pH, Cd speciation Bioaccumulation Root uptake Irrigation water ? Volcanic inputs Long distance transport ? Cd Atmospheric deposition? Risk for human health? Adapted from Barraza et al, 2017. Environ. Pollut., 229 (2017) 950-963 laurence.maurice@ird.fr; fiorella.barraza@get.omp.eu; eva.schreck@get.omp.eu
  11. 11. Propuestas de investigación a corto plazo (Objetivos y Actividades para desarrollar conocimiento o soluciones aplicables al corto plazo) Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 Objetivos Actividades 1. Controlar las fuentes de Cd en los suelos • Limitar el uso de fertilizantes (orgánicos y químicos) enriquecidos en Cd • Reducir los aportes de Cd a los 1ros cm de suelos debido a la descomposición de las hojas (y mazorcas) de cacao 2. Controlar la biodisponibilidad del Cd en los suelos • Controlar el pH de los suelos (hasta la profundidad de los raíces) limitando su acidez y el contenido en MO • Enmendar los suelos utilizando sorbentes específicos para Cd como la cal o la zeolita (Carillo et al, 2013 in WASP) laurence.maurice@ird.fr
  12. 12. Propuestas de investigación a mediano plazo Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 Objetivos Actividades 1. Identificar el papel de las variedades de plantas que acumulan más para un mismo suelo • Control genético de variedades y cultivares de cacao y comparación de sus tasas de bioacumulación de Cd (genes responsables del Cd uptake, Zn receivers) • Sembrar especies de otras plantas híper-acumuladoras de metales pesados (Cd) 2. Trazar las fuentes y los procesos de transferencia y de bioacumulación entre el suelo y la planta • Utilizando marcadores isotópicos de Cd : identificación de las huellas isotópicas en las fuentes (fertilizantes, plaguicidas, abonos, aguas), los suelos y en las plantas (hojas, mazorca, grano, mucílago) laurence.maurice@ird.fr
  13. 13. CACAO LIBRE DE CADMIO Taller regional Colombia - Ecuador - Perú Cali, 12-14 Marzo 2018 laurence.maurice@ird.fr

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