Environment International 59 (2013)

Environment International 59 (2013) 63–72





Determination of toxic elements (mercury, cadmium, lead, tin and arsenic) in fish and shellfish samples. Risk assessment for the consumers
P. Olmedo a, A. Pla a,b, A.F. Hernández a, F. Barbier c, L. Ayouni c, F. Gil a,⁎
a Department of Legal Medicine and Toxicology, School of Medicine, University of Granada, Spain
b Toxicology Service, San Cecilio University Hospital, Granada, Spain
c Institut des Sciences Analytiques (UMR 5280), Département Service Central d'Analyse, Villeurbanne, France



a r t i c l e i n f o

Article history:
Received 28 January 2013
Accepted 8 May 2013 Available online xxxx

Keywords: Toxic elements Heavy metals Fish
Shellfish
Risk assessment Environmental contamination

a b s t r a c t

Although fish intake has potential health benefits, the presence of metal contamination in seafood has raised public health concerns. In this study, levels of mercury, cadmium, lead, tin and arsenic have been determined in fresh, canned and frozen fish and shellfish products and compared with the maximum levels currently in force. In a further step, potential human health risks for the consumers were assessed. A total of 485 samples of the 43 most frequently consumed fish and shellfish species in Andalusia (Southern Spain) were analyzed for their toxic elements content. High mercury concentrations were found in some predatory species (blue shark, cat shark, swordfish and tuna), although they were below the regulatory maximum levels. In the case of cadmium, bivalve mollusks such as canned clams and mussels presented higher concentrations than fish, but almost none of the samples analyzed exceeded the maximum levels. Lead concentrations were almost negligible with the exception of frozen common sole, which showed median levels above the legal limit. Tin levels in canned products were far below the maximum regulatory limit, indicating that no significant tin was transferred from the can. Arsenic concentrations were higher in crustaceans such as fresh and frozen shrimps. The risk assessment performed indicated that fish and shellfish products were safe for the average consumer, although a potential risk cannot be dismissed for regular or excessive consumers of particular fish species, such as tuna, swordfish, blue shark and cat shark (for mercury) and common sole (for lead).

© 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.




1. Introduction

Fish has been acknowledged as an integral component of a well- balanced diet, providing a healthy source of energy, high-quality pro- teins, vitamins and a wide range of other important nutrients (Pieniak et al., 2010). Moreover, fish is a significant source of omega-3 polyun- saturated fatty acids (PUFAs) whose benefits lowering the risk of coro- nary heart disease and contributing to normal neurodevelopment in children have been widely recognized (Mozaffarian and Wu, 2011; Swanson et al., 2012).
In contrast to the potential health benefits of dietary fish intake, the chemical pollutants contained in these products have emerged as an issue of concern, particularly for frequent fish consumers (Domingo, 2007; Dórea, 2008; Martorell et al., 2011). In this regard, heavy metals contamination is a worldwide-recognized public health hazard because



⁎ Corresponding author at: Departamento de Medicina Legal y Toxicología, Facultad de Medicina, Universidad de Granada, C/Avda. Madrid 11, 18071 Granada, Spain. Tel.: [phone]; fax: [phone].
E-mail address: [e-mail] (F. Gil).


these pollutants are widespread in the environment, including marine ecosystems, from either natural or anthropogenic sources (Lozano et al., 2010). As a consequence, they can be accumulated by marine or- ganisms through exposure to metals present in water and sediments or in the food chain. Thus, diet comprises the main route of exposure to these elements in the general population (Kim and Lee, 2010).
Some of these elements such as mercury, arsenic, cadmium, lead and tin have no known role in biological systems. They are natural trace components of the aquatic environment, but their levels have increased due to industrial, agricultural and mining activities. Even low metal con- centrations may threaten the health of aquatic and terrestrial organ- isms, man included (Sarmiento et al., 2011). Mercury is an element of special concern because its inorganic form is biologically transformed in aquatic environments into methylmercury (MeHg), a lipophilic or- ganic compound that bioaccumulates and biomagnifies as it moves up the aquatic food chain (Carrasco et al., 2011; Gewurtz et al., 2011; Jaeger et al., 2009). As a result, human populations with a traditionally elevated dietary intake have the highest potential exposure to MeHg and are at an increased risk for developing neurotoxic effects. This is a particularly important issue for children, pregnant women and breast-feeding mothers (Jedrychowski et al., 2007; Ramón et al., 2008, 2011).


0160-4120/$ – see front matter © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved. http://dx.doi.org/10.1016/j.envint.2013.05.005



Spain is a country with a relatively high fish consumption in some regions (Welch et al., 2002) with Andalusia (a Southern region of Spain) being a representative example of this situation, as its popula- tion not only consumes but also provides fish for the rest of Spain and even Europe. Although fish has always been perceived as a healthy and nutritive food (Serra-Majem et al., 2007), a recent report of the Spanish Food Safety and Nutrition Agency (AESAN) has raised public concern as it claimed that some heavy metals (mercury and cad- mium) levels in certain fish species make them unsuitable for chil- dren and pregnant women consumption (AESAN, 2011a,b). This debate concerning the benefits and risks of consuming fish has resulted in confusion among consumers who demand further infor- mation on this issue.
Despite the diversity of results found in the scientific literature, no study has addressed so far the biomonitoring of a number of metal elements in a wide variety of fish and shellfish species consumed in Andalusia. Accordingly, there is a need for additional information in order to achieve a better risk assessment from fish and shellfish con- sumption in Andalusia, a geographical area with an increased touris- tic attractive. This article assessed the widest variety of fish and shellfish species ever analyzed for toxic elements in Andalusia and in the rest of Spain where fresh, canned and frozen products have been considered. The specific objectives of this study were (1) to de- termine levels of 4 heavy metals (Hg, Pb and Cd) and one metalloid (As) in samples of fresh, canned and frozen fish and shellfish species currently consumed in Andalusia, (2) to check the possible tin (Sn) transfer into canned food by analyzing this metal in canned fish sam- ples, (3) to determine the amount of MeHg in samples showing the highest concentration of total mercury, (4) to compare the results obtained with those from other studies and with the maximum levels (MLs) set by the European Commission Regulation and (5) to assess the potential human health risks from fish and shellfish consumption in the target area.

2. Material and methods

2.1. Biological samples

A total of 485 samples from fresh, frozen and canned fish and shellfish products were collected for this study (see species distribu- tion in Tables 2 and 3) between years 2009 and 2010. The origin of the fresh and frozen samples was the central market of Granada (Southern Spain) and the canned species were purchased in some of the major supermarkets in the city. A random sampling was carried out using as inclusion criteria: (1) frequent consumption in Andalusia (Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, 2008) and (2) sample collection was conducted during the same season. The exclusion criteria were: (1) uneven size or lengths with respect to the species average and (2) non-fresh samples or expired canned products. All samples, with the exception of canned products, were
stored in a freezer at −32 °C before analysis that was performed in
less than 9 weeks.

2.2. Reagents and material

Atomic absorption spectrometry standard solutions for Hg, Cd, Pb, Sn and As (Titrisol grades from Merck) were used to build up calibration curves. They were prepared from a stock solution of 1000 mg/L for each metal by successive dilutions. Aqueous solutions of reagents and stan- dards were prepared using a Milli-RO 12 plus Milli-Q purification sys- tem for water (Millipore, Bedford, MA). Stock standard solutions of 1000 mg/L methylmercury (Alfa Aesar) and 10 mg/L mercury (SPEX CertiPrep, United Kingdom) were used for mercury speciation analysis. All the chemicals used were of analytical reagent grade. High- quality concentrated (65% w/v) nitric acid (Panreac), (96% w/v) sul- furic acid (Panreac), (37% w/v) hydrochloric acid (Panreac), sodium

borohydride (Panreac), sodium hydroxide (Sigma-Aldrich, Steinheim, Germany), ascorbic acid (Panreac), potassium iodide (Panreac), ammonium dihydrogen phosphate (Merck), magnesium nitrate (Merck), palladium nitrate (Merck), Triton X-100 (Merck), potassium permanganate (Merck), silicone antifoaming agent (Merck), (25% w/w) tetramethylammonium hydroxide (Alfa Aesar), methanol (Sigma- Aldrich), L-cysteine (Sigma-Aldrich), ammonium acetate (Sigma-Aldrich) and 2-mercaptoethanol (Sigma-Aldrich) were used.
Volumetric polyethylene material was used. Syringes (10 mL), syringe filters (with 0.2 μm pore) and 2 mL capped glass vials were required for HPLC sample preparation. The glass material was cleaned by soaking in 20% v/v HNO3 for 24 h. It was finally rinsed with Milli-Q® water and dried in a polypropylene container.

2.3. Sample preparation

Approximately 0.7 g of edible fish/shellfish s

Kết quả (Việt) 1:

Môi trường quốc tế 59 (2013) 63-72Xác định các yếu tố độc hại (thủy ngân, cadmium, chì, thiếc và asen) trong mẫu fish và shellfish. Đánh giá rủi ro cho người tiêu dùngP. Olmedo a, Pla A. a, b, AF Hernández a, F. Barbier c, L. Ayouni c, F. Gil a, ⁎một vùng pháp lý y học và độc chất học, trường y khoa, đại học Granada, Tây Ban Nhab độc chất học dịch vụ, San Cecilio University Hospital, Granada, Tây Ban Nhac Institut des khoa học Analytiques (UMR 5280), vùng dịch vụ trung d'Analyse, Villeurbanne, Pháp r t tôi c l e tôi n f o Bài viết lịch sử:Nhận được 28 tháng 1 / 2013Được chấp nhận 8 tháng 5 năm 2013 có sẵn trực tuyến xxxxTừ khóa: Yếu tố độc hại nặng kim loại cáShellfishĐánh giá rủi ro môi trường ô nhiễm một b s t r một t c Mặc dù fish lượng có tiềm năng lợi y tế, sự hiện diện của các ô nhiễm kim loại hải sản đã tăng mối quan tâm y tế công cộng. Trong nghiên cứu này, mức độ thủy ngân, cadmium, chì, thiếc và asen đã được xác định trong các sản phẩm tươi, đóng hộp và đông lạnh fish và shellfish và so sánh với mức tối đa hiện tại trong lực lượng. Trong một bước xa hơn, tiềm năng rủi ro sức khỏe con người cho người tiêu dùng đã được đánh giá. Tổng số 485 mẫu của 43 thường xuyên nhất tiêu thụ fish và shellfish species thuộc họ (Tây Ban Nha) đã được phân tích cho nội dung yếu tố độc hại của họ. Nồng độ cao thủy ngân đã được tìm thấy ở một số loài ăn thịt (blue cá mập, cá mập mèo, swordfish và cá ngừ), mặc dù họ đã dưới tối đa mức quy định. Trong trường hợp của cadmi, bivalve biển chẳng hạn như trai đóng hộp và trai trình bày các nồng độ cao hơn fish, nhưng hầu như không ai trong số các mẫu phân tích vượt quá mức tối đa. Nồng độ chì đã hầu như không đáng kể với ngoại lệ duy nhất phổ biến đông lạnh, mà cho thấy mức trung bình trên giới hạn pháp lý. Các mức độ thiếc trong sản phẩm đóng hộp đến nay dưới giới hạn quy định tối đa, chỉ ra rằng không có tín significant được chuyển từ có thể. Asen nồng độ đã cao hơn trong động vật giáp xác như tôm tươi và đông lạnh. Đánh giá rủi ro thực hiện chỉ ra rằng sản phẩm fish và shellfish được an toàn cho người tiêu dùng trung bình, mặc dù một rủi ro tiềm năng không thể được miễn nhiệm cho người tiêu dùng thường xuyên hoặc quá nhiều loài fish cụ thể, chẳng hạn như cá ngừ, swordfish, blue cá mập và cá mập mèo (đối với thủy ngân) và phổ biến duy nhất (cho diễn viên chính). © 2013 Elsevier Ltd. Tất cả các quyền. 1. giới thiệuCá đã được công nhận như là một thành phần không thể thiếu của một tốt cân bằng chế độ ăn uống, cung cấp một nguồn khỏe mạnh của năng lượng, chất lượng cao pro-teins, vitamin và một loạt các chất dinh dưỡng quan trọng khác (Pieniak và ctv., 2010). Hơn nữa, fish là một nguồn significant của omega-3 polyun-bão hòa axit béo (PUFAs) có lợi giảm nguy cơ coro - sân bay nary bệnh tim và đóng góp cho neurodevelopment bình thường ở trẻ em đã được công nhận rộng rãi (Mozaffarian và Wu, năm 2011; Swanson et al., 2012).Trái ngược với lợi sức khỏe tiềm năng lượng chế độ ăn uống fish, các chất ô nhiễm hóa chất chứa trong các sản phẩm này đã nổi lên như là một vấn đề quan tâm, đặc biệt là cho người tiêu dùng thường xuyên fish (Domingo, 2007; Dórea, 2008; Martorell et al., năm 2011). Về vấn đề này, ô nhiễm kim loại nặng là một mối nguy hiểm y tế công cộng trên toàn thế giới công nhận bởi vì⁎ Tác giả tương ứng tại: Departamento de Medicina pháp lý y Toxicología, Facultad de Medicina, Universidad de Granada, C/Avda. Madrid 11, 18071 Granada, Tây Ban Nha. Điện thoại: + 34 958 24 35 46, + 34 958 24 99 30; Fax: + 34 958 24 61 07.E-mail địa chỉ: [e-mail] (F. Gil). Các chất ô nhiễm được phổ biến rộng rãi trong môi trường, bao gồm cả hệ sinh thái biển, từ các nguồn tự nhiên hoặc anthropogenic (Lozano và ctv., 2010). Kết quả là, họ có thể được tích lũy của biển hoặc-ganisms thông qua tiếp xúc với kim loại hiện diện trong nước và trầm tích hoặc trong chuỗi thức ăn. Do đó, chế độ ăn uống bao gồm các tuyến đường chính tiếp xúc với các yếu tố trong dân số chung (Kim và Lee, 2010).Một số các yếu tố như thủy ngân, asen, cadmium, chì và điền có không có vai trò nổi tiếng trong hệ thống sinh học. Họ là những thành phần tự nhiên dấu vết của môi trường thuỷ sản, nhưng mức độ của họ đã tăng lên do các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và khai thác mỏ. Thậm chí thấp kim loại côn-centrations có thể đe dọa sức khỏe thuỷ sản và trên mặt đất cơ quan-isms, người đàn ông bao gồm (Sarmiento và ctv., năm 2011). Thủy ngân là một yếu tố quan tâm đặc biệt vì dạng vô cơ sinh học chuyển đổi trong các môi trường thủy vào methylmercury (MeHg), một lipophilic hoặc-nhưng hợp chất mà bioaccumulates và biomagnifies vì nó di chuyển lên dây chuyền thực phẩm thủy sản (Carrasco et al., năm 2011; Gewurtz et al., năm 2011; Jaeger et al., 2009). Kết quả là, các quần thể con người với một lượng chế độ ăn uống truyền thống cao có tiếp xúc tiềm năng cao nhất với MeHg và có một nguy cơ gia tăng để phát triển các hiệu ứng độc thần kinh. Đây là một vấn đề đặc biệt quan trọng đối với trẻ em, phụ nữ mang thai và bà mẹ cho con bú (Jedrychowski et al., 2007; Ramón et al., năm 2008, năm 2011). 0160-4120/$ – see front matter © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved. http://dx.doi.org/10.1016/j.envint.2013.05.005 Spain is a country with a relatively high fish consumption in some regions (Welch et al., 2002) with Andalusia (a Southern region of Spain) being a representative example of this situation, as its popula- tion not only consumes but also provides fish for the rest of Spain and even Europe. Although fish has always been perceived as a healthy and nutritive food (Serra-Majem et al., 2007), a recent report of the Spanish Food Safety and Nutrition Agency (AESAN) has raised public concern as it claimed that some heavy metals (mercury and cad- mium) levels in certain fish species make them unsuitable for chil- dren and pregnant women consumption (AESAN, 2011a,b). This debate concerning the benefits and risks of consuming fish has resulted in confusion among consumers who demand further infor- mation on this issue.Despite the diversity of results found in the scientific literature, no study has addressed so far the biomonitoring of a number of metal elements in a wide variety of fish and shellfish species consumed in Andalusia. Accordingly, there is a need for additional information in order to achieve a better risk assessment from fish and shellfish con- sumption in Andalusia, a geographical area with an increased touris- tic attractive. This article assessed the widest variety of fish and shellfish species ever analyzed for toxic elements in Andalusia and in the rest of Spain where fresh, canned and frozen products have been considered. The specific objectives of this study were (1) to de- termine levels of 4 heavy metals (Hg, Pb and Cd) and one metalloid (As) in samples of fresh, canned and frozen fish and shellfish species currently consumed in Andalusia, (2) to check the possible tin (Sn) transfer into canned food by analyzing this metal in canned fish sam- ples, (3) to determine the amount of MeHg in samples showing the highest concentration of total mercury, (4) to compare the results obtained with those from other studies and with the maximum levels (MLs) set by the European Commission Regulation and (5) to assess the potential human health risks from fish and shellfish consumption in the target area.2. Material and methods2.1. Biological samplesA total of 485 samples from fresh, frozen and canned fish and shellfish products were collected for this study (see species distribu- tion in Tables 2 and 3) between years 2009 and 2010. The origin of the fresh and frozen samples was the central market of Granada (Southern Spain) and the canned species were purchased in some of the major supermarkets in the city. A random sampling was carried out using as inclusion criteria: (1) frequent consumption in Andalusia (Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, 2008) and (2) sample collection was conducted during the same season. The exclusion criteria were: (1) uneven size or lengths with respect to the species average and (2) non-fresh samples or expired canned products. All samples, with the exception of canned products, werestored in a freezer at −32 °C before analysis that was performed inless than 9 weeks.2.2. Reagents and materialAtomic absorption spectrometry standard solutions for Hg, Cd, Pb, Sn and As (Titrisol grades from Merck) were used to build up calibration curves. They were prepared from a stock solution of 1000 mg/L for each metal by successive dilutions. Aqueous solutions of reagents and stan- dards were prepared using a Milli-RO 12 plus Milli-Q purification sys- tem for water (Millipore, Bedford, MA). Stock standard solutions of 1000 mg/L methylmercury (Alfa Aesar) and 10 mg/L mercury (SPEX CertiPrep, United Kingdom) were used for mercury speciation analysis. All the chemicals used were of analytical reagent grade. High- quality concentrated (65% w/v) nitric acid (Panreac), (96% w/v) sul- furic acid (Panreac), (37% w/v) hydrochloric acid (Panreac), sodium
borohydride (Panreac), sodium hydroxide (Sigma-Aldrich, Steinheim, Germany), ascorbic acid (Panreac), potassium iodide (Panreac), ammonium dihydrogen phosphate (Merck), magnesium nitrate (Merck), palladium nitrate (Merck), Triton X-100 (Merck), potassium permanganate (Merck), silicone antifoaming agent (Merck), (25% w/w) tetramethylammonium hydroxide (Alfa Aesar), methanol (Sigma- Aldrich), L-cysteine (Sigma-Aldrich), ammonium acetate (Sigma-Aldrich) and 2-mercaptoethanol (Sigma-Aldrich) were used.
Volumetric polyethylene material was used. Syringes (10 mL), syringe filters (with 0.2 μm pore) and 2 mL capped glass vials were required for HPLC sample preparation. The glass material was cleaned by soaking in 20% v/v HNO3 for 24 h. It was finally rinsed with Milli-Q® water and dried in a polypropylene container.

2.3. Sample preparation

Approximately 0.7 g of edible fish/shellfish s