Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs) en yerba mate (Ilex paraguariensis St. Hil.) de origen argentino: influencia del procesamiento y contenido en las diferentes formas de consumo

Abstract

Durante las dos primeras etapas del procesamiento de la yerba mate (I. paraguariensis St. Hil.) (zapecado y secado, respectivamente), las ramas de I. paraguariensis entran en contacto directo con una mezcla de aire y gases de combustión provenientes del quemado de biomasa forestal. Si bien en la etapa de zapecado existe bastante uniformidad en los equipos utilizados, durante el secado, el tiempo de contacto entre el material y los gases de combustión varían de acuerdo al tipo de secadero. Muchos contaminantes químicos se forman durante la combustión incompleta de la materia orgánica utilizada como combustible en el procesado de los alimentos. Entre los ejemplos se encuentran los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs), agentes potencialmente mutagénicos y carcinogénicos para el hombre. Este hecho ha despertado un gran interés por estos compuestos como contaminantes alimentarios, y en el año 2008, la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) determinó que la caracterización del riesgo de exposición a los HAPs a través de los alimentos, puede realizarse en base a los 8 compuestos sobre los cuales existe información relativa a su carcinogenicidad por vía oral, denominados en conjunto, PAH8. Los HAPs que integran el grupo PAH8 son: benzo[a] antraceno (BaA), criseno (Chry), benzo[b] fluoranteno (BbF), benzo[k] fluoranteno (BkF), benzo[a] pireno (BaP), dibenzo[a,h] antraceno (DaA), benzo[g,h,i] perileno (BPe) e indeno[c,d-1,2,3] pireno (IcP). En el año 2011, la Comunidad Europea legisló lo límites máximos permitidos para los HAPs en diversos alimentos. Estos requerimentos se expresan en términos de BaP, único HAP considerado carcinogénico para el hombre, y PAH4 (suma de BaA, Chry, BbF y BaP), marcador de presencia y toxicidad por HAPs en los alimentos. La presencia de HAPs en yerba mate ha sido reportada en algunos trabajos. Sin embargo, no existen estudios sobre los niveles de HAPs durante las diferentes etapas del proceso de elaboración de la yerba mate argentina, como tampoco reportes referentes al contenido de HAPs en las formas tradicionales de consumo del producto (mate caliente, mate frío y mate cocido). Los principales objetivos del presente trabajo de tesis fueron: a) desarrollar y validar un método analítico para la detección y cuantificación de PAH8 en muestras de yerba mate y en las infusiones tradicionalmente preparadas con yerba mate; b) determinar la presencia de PAH8 en la yerba mate durante el proceso de manufactura e identificar la(s) etapa(s) donde se incorporan al producto; c) estudiar la ocurrencia de PAH8 en muestras comerciales de yerba mate elaborada y yerba mate envasada en saquitos y d) determinar el contenido de PAH8 en las principales formas de consumo de la yerba mate (mate caliente, mate frío y mate cocido). Para la extracción de los compuestos de interés a partir de la yerba mate y de las infusiones se desarrollaron procedimientos de extracción asistida por ultrasonido (UAE) y extracción líquido-líquido (LLE), respectivamente, utilizando ciclohexano como disolvente de extracción, con una posterior etapa de purificación de los extractos por extracción en fase sólida (SPE) con cartuchos comerciales de silica. Para la identificación y cuantificación de los HAPs extraídos de las muestras, se desarrolló y validó una metodología por cromatografía líquida de alta resolución en fase reversa con detección de fluorescencia (RP-HPLC-FLD). La técnica analítica desarrollada fue evaluada teniendo en cuenta los siguientes parámetros de validación: linealidad, exactitud (ensayos de recuperación), precisión, límites de detección y límites de cuantificación. El contenido de PAH8 de la yerba mate sin procesar osciló entre no detectable y 7,7 μg/kg de la materia seca, mientras que en la yerba mate zapecada y canchada (secada) los niveles de PAH8 variaron entre no cuantificable y 408,8 y 10,6 y 478,6 μg/kg de la materia seca, respectivamente. En los establecimientos en los que se utilizaron métodos de secado directo en la manufactura de la yerba mate , se observó que el producto fue incrementando el contenido de HAPs de manera significativa (p<0,05) a lo largo del procesamiento (yerba mate sin procesar < yerba mate zapecada < yerba mate secada). Se estudiaron dos establecimientos en los que la yerba mate fue secada utilizando aire caliente (secado indirecto). En estos casos, se observó una reducción del contenido total de HAPs luego de la etapa de secado. Los resultados indican que los tratamientos térmicos directos aplicados a la materia prima son los responsables de la incorporación de HAPs al producto. Se analizó el contenido de PAH4 y BaP en 10 muestras comerciales de yerba mate elaborada (las 10 marcas más vendidas en Argentina). La concentración de PAH4 varió entre 27,6 y 231,6 μg/kg de la materia seca, mientras que el contenido de BaP, osciló entre 4,1 y 57,3 μg/kg de la materia seca. Asimismo, se analizaron 5 muestras comerciales de yerba mate envasada en saquitos (las 5 marcas más vendidas en Argentina). Las muestras analizadas mostraron valores de PAH4 entre 74,0 y 251,0 μg/kg de la materia seca, y contenidos de BaP que variaron entre 7,6 y 59,5 μg/kg de la materia seca. La mayoría de los productos comerciales analizados (14/15) superaron los límites máximos de PAH4 y BaP establecidos por la Comunidad Europea para diversos alimentos. Con respecto a las formas de consumo habituales, la concentración total de los ocho HAPs analizados varió entre 371,2 y 2.438,8 ng/L en las muestras de mate y entre 19,2 y 937,3 ng/L en las muestras de tereré. El contenido de BaP en las muestras de mate y tereré varió entre 37,0 y 373,9 ng/L y 7,0 y 92,1 ng/L, respectivamente. Los niveles de PAH8 hallados en las muestras de mate cocido variaron entre no cuantificable y 91,3 ng/L y los niveles de BaP oscilaron entre no cuantificable y 23,2 ng/L. Ninguna de las muestras analizadas superó el límite máximo sugerido por la Organización Mundial de la Salud para BaP en agua de consumo (700 ng/L).

During the first two stages of the manufacturing process of yerba maté (I. paraguariensis St. Hil.) (zapecado and drying, respectively), freshly harvested branches of I. paraguariensis come into direct contact with hot air and combustion gases from the burning of different types of forest biomass. While there is considerable uniformity in the equipment used for zapecado, during the drying step, the contact time between the material and the combustion gases according to the design of the drying device. Many pollutants are formed during the incomplete combustion of organic matter used as fuel during food processing, including the polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) that are characterized by their hazardous mutagenic and carcinogenic potential. This fact increased the interest of PAHs as food contaminants. In 2008, the CONTAM (Contaminants in the Food Chain) Panel of the European Food Safety Authority (EFSA) concluded that the risk characterization of dietary exposure to PAHs should be based upon the eight compounds for which oral carcinogenicity has been documented. Thereby, the experts defined a group of eight PAHs, named PAH8, as well as a subset of four PAHs, named PAH4, both suitable indicators for the occurrence and toxicity of PAHs, that should be monitored in food products. The PAH8 compounds are benz [a] anthracene (BaA), chrysene (Chry), benzo [b] fluoranthene (BbF), benzo [k] fluoranthene (BkF), benzo [a] pyrene (BaP), dibenz [a,h]anthracene (DaA), benzo [g,h,i] perylene (BgP) and indeno [1,2,3-c,d] pyrene (IcP). The PAH4 subset consists of BaA, Chry, BbF and BaP. In 2011, the European Communities fixed maximum values for PAHs in different types of food, expressed as BaP and PAH4. The presence of PAHs in yerba maté has been widely reported. However, there are no studies reporting the levels of PAHs throughout the processing stages of Argentinean yerba maté or studies concerning the content of PAHs in hot and cold traditional yerba maté infusions (hot mate, cold mate and mate cocido). The main objectives of this thesis were: a) to develop and validate an analytical method for the detection and quantification of PAH8 in yerba maté samples and traditional yerba maté infusions; b) to determine the PAH8 content of yerba maté samples throughout the processing stages of its manufacture, and to identify the stage (s) in which these compounds are incorporated into the product; c) to study the occurrence of PAH8 in commercial brands of Argentinian yerba maté and yerba maté packaged in bags; and d) to determine the content of PAH8 in hot and cold traditional infusions (hot mate, cold mate and mate cocido) prepared with commercial brands of yerba maté from Argentina. A method using reverse phase high performance liquid chromatography with fluorescence detection (RP-HPLC-FLD) was developed and validated for the simultaneous determination of 8 PAHs in yerba maté and yerba maté infusions. The sample preparation included an ultrasound assisted extraction (UAE) for yerba maté samples and a liquid-liquid extraction (LLE) for the yerba maté infusions samples, using in both cases cyclohexane as extraction solvent, followed by a clean-up step with silica solid phase extraction (SPE) cartridges. The proposed method was validated for linearity, accuracy (recovery tests), precision, limits of detection and limits of quantification. PAH8 content of fresh yerba maté ranged from non-detectable to 7.7 μg / kg of the dry matter, while PAH8 content of partially dried and dried yerba maté (zapecada and canchada, respectively) ranged between non-quantifiable and 408.8 μg / kg of the dry matter and 10.6 and 478.6 μg / kg of the dry matter, respectively. In industries where direct drying methods were used for yerba maté manufacture, it was found that PAHs content was increasing significantly (p <0.05) throughout the processing stages of the product (fresh yerba maté < partially dried yerba maté <dried yerba maté). Two of the studied industries used hot air to dry the branches of yerba maté (indirect method). A reduction in total PAH content after the drying step was observed in dried yerba maté from these industries. These results indicate that the direct heat treatments applied to the raw material are responsible for the incorporation of PAHs into the product. The PAHs contamination level of 10 commercial samples of yerba maté (the 10 leading brands in Argentina) and 5 commercial samples of yerba maté packaged in bags (the 5 leading brands in Argentina) were determined. In yerba maté samples, PAH4 contents varied between 27.6 and 231.6 μg / kg of the dry matter, while the BaP levels ranged from 4.1 to 57, 3 μg / kg of the dry matter. The PAH4 contents of yerba maté packaged in bags were between 74.0 and 251.0 μg / kg of the dry matter, while the BaP levels ranged between 7.6 and 59, 5 μg / kg of the dry matter. Most of the commercial samples tested (14/15) exceeded the maximum limits for PAH4 and BaP established by the European Community for certain foods. The concentration of PAH8 in yerba maté hot infusions (mate) analyzed ranged from 371.2 to 2438.8 ng / L. BaP was found in all mate samples at levels between 37.0 and 373.9 ng / L. For cold infusions (tereré), PAH8 levels varied from 19.2 to 937.3 ng / L, and BaP contents were between 7.0 and 92.1 ng / L. PAH8 found in hot infusions prepared using yerba maté packaged in bags (mate cocido) varied between non-quantifiable and 91.3 ng / L, while BaP levels ranged from non-quantifiable to 23.2 ng / L. Although, the eight PAHs studied were identified and quantified in most of the samples, the content of BaP, the most harmful PAH, did not exceed the maximum level suggested by the World Health Organization for drinking water (700 ng / L) in any of the infusions studied.