Polycyclic aromatic hydrocarbons in foods and their mitigation, food mutagenicity and children's dietary exposure in Finland

Show simple item record

dc.contributor.author Hokkanen, Mirja
dc.date.accessioned 2022-01-03T05:38:31Z
dc.date.available 2022-01-11
dc.date.available 2022-01-03T05:38:31Z
dc.date.issued 2022-01-21
dc.identifier.uri URN:ISBN:978-952-358-028-2
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/338166
dc.description.abstract Polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) contamination in food poses a potential risk to human health. PAHs are formed primarily as a result of incomplete combustion of organic material and can enter the food chain either from the environment or from food manufacturing processes such as smoking, roasting, drying and grilling. As some of them are known to cause cancer, it is important to reduce the PAH levels in foods as low as is reasonably achievable. The European Food Safety Authority (EFSA) has evaluated the sum of PAH4 compounds (=benzo[a]pyrene (BaP), benz[a]anthracene (BaA), chrysene (CHR) and benzo[b]fluoranthene (BbF)) to serve as a suitable indicator of both the occurrence and toxicity of the PAHs. The primary purpose of this dissertation study was to assess for the first time Finnish children’s potential health risk caused by dietary exposure to PAH4. In order to complete this task, the applied analytical method must be appropriately validated to be able to produce precise occurrence data. In this study, the gas chromatography-tandem mass spectrometry method was successfully validated according to legislative requirements and the occurrence of PAH4 in a wide range of food groups (fish, meat, fat and oil, bread, cereal and muesli) was determined. Generally, the concentrations of PAH4 in foods were low and below the prevailing maximum levels. That being said, in smoked fish and meat products, the variation of the detected PAH4 levels was high, up to 200 μg/kg in smoked ham. It appeared that the smoking process was either controlled or not, and the science-based guidance is required to prevent and reduce contamination of PAHs. Therefore, our goal was to investigate the critical smoking factors that affect the PAH4 formation in fish and meat products in order to provide tools for manufacturers to produce safer smoked products, thereby decreasing human dietary exposure and adverse health effects. Based on our results, indirect smoking, smoking in less than five hours, optimised smoke generation temperature between 400 and 600 °C and distance more than five metres between the food and the smoke source led to reduced PAH4 levels in smoked fish and meat products. This study aimed to gain a better understanding of the potential mutagenicity of the processed foods, and therefore selected fish and meat products were tested by the Ames test in Salmonella TA 100 and TA 98 strains with or without metabolic activation. The outcome was further compared to the chemical PAH4 analyses. The statistically significant mutagenic response was observed in all three lots of smoked Baltic herring, which also indicated higher PAH4 concentrations than other samples. By contrast, the tested meat products were not mutagenic and the corresponding individual PAH4 concentrations were, for the most part, undetectable. Despite the challenges in food mutagenicity testing, our results provided more information on the potential mutagenic activity of various foods. Specifically, based on our findings, a combination of both biological assays and chemical analyses can improve the interpretation of the findings regarding mutagenicity. Lastly, in reference to our primary purpose of considering potential safety concerns of PAH4 in food, Finnish children’s dietary exposure to PAH4 was evaluated by combining the acquired occurrence and food consumption data. Utilising that data, a margin of exposure (MOE) was calculated in order to be used to provide relative indication of the level of health concern and support prioritisation of possible risk management actions. Our results demonstrated that bread, smoked ham, fat and oil and sausage contributed the most to BaP and PAH4 exposure. Even though the mean PAH4 levels in bread were below the limit of detection, its consumption volumes are high, which explains the contribution. Children’s total mean dietary exposure was estimated to BaP 1,500 pg/kg bw/day and to PAH4 8,100 pg/kg bw/day. The total margins of exposure (MOEs) for children were 482,000 for BaP and 42,000 for PAH4. Furthermore, the calculated MOEs for highly exposed children were also above the reference value 10,000, which caused them to be considered of low concern. Taking into account uncertainties and limitations, this study indicated no health risk to Finnish children aged three to six years. en
dc.description.abstract Polysyklisten aromaattisten hiilivetyjen (PAH-yhdisteet) esiintyminen elintarvikkeissa voi aiheuttaa haitallisia vaikutuksia ihmisen terveydelle. PAH-yhdisteitä esiintyy kaikkialla ympäristössä ja niitä muodostuu orgaanisen materiaalin, kuten puun, epätäydellisen palamisen seurauksena. Luonnossa PAH-yhdisteitä syntyy metsäpaloissa ja tulivuorenpurkauksissa, samoin niitä muodostuu teollisuudessa, liikenteessä ja tupakoinnissa. Ravintoketjuun ja elintarvikkeisiin PAH-yhdisteet voivat päätyä ympäristöstä tulevan kontaminoitumisen tai erilaisten elintarvikkeiden valmistusprosessien (savustus, kuivaus, grillaus, paahtaminen) yhteydessä. Tupakoimattomalle henkilölle elintarvikkeet ovat suurin PAH-yhdisteiden lähde. Koska osa PAH-yhdisteistä on syöpävaarallisia ja perimää vaurioittavia, on tärkeää vähentää elintarvikkeiden PAH-pitoisuuksia niin pieniksi kuin on kohtuudella mahdollista. Euroopan elintarviketurvallisuusvirasto (EFSA) on arvioinut niin kutsutun PAH4-yhdisteiden summan (=bentso[a]pyreeni, bents[a]antraseeni, kryseeni ja bentso[b]fluoranteeni) soveltuvan indikaattoriksi PAH-yhdisteiden esiintymiselle ja toksisuudelle elintarvikkeissa. Tämän väitöskirjatutkimuksen ensisijaisena tavoitteena oli arvioida ensimmäistä kertaa suomalaisten lasten ruokavalion kautta tapahtuvaa altistumista PAH4-yhdisteille. Tavoitteen saavuttamiseksi analyyttisen menetelmän on oltava tarkoitukseen sopiva ja validoitu luotettavan pitoisuusdatan tuottamiseen. Tutkimuksessa käytetty kaasukromatografia-tandemmassaspektrometriamenetelmä validoitiin onnistuneesti lainsäädännön vaatimusten mukaisesti ja PAH4-pitoisuudet määritettiin niiden esiintymisen perusteella relevanteista elintarvikeryhmistä (kala, liha, rasva, öljy, leipä, murot ja mysli). Yleisesti PAH4-pitoisuudet elintarvikkeissa olivat pieniä ja alle lainsäädännössä määrättyjen enimmäistasojen. Kuitenkin savustetuissa kala- ja lihatuotteissa PAH4-pitoisuuksien vaihtelu oli huomattavasti suurempi ja korkeimmat PAH4-pitoisuudet määritettiin savustetussa kinkussa. Jotta PAH-yhdisteiden muodostumista savustusprosessissa voidaan vähentää, tavoitteena oli tutkia kriittisiä savustustekijöitä kala- ja lihatuotteissa ja tarjota valmistajille tieteeseen perustuvia keinoja tuottaa turvallisempia savustettuja tuotteita, jolloin myös kuluttajien altistus PAH-yhdisteille pienenee. Tulosten perusteella epäsuora savustus, savustus alle viidessä tunnissa, optimoitu savunmuodostuslämpötila 400-600 °C:n välillä ja yli viiden metrin etäisyys savustettavan tuotteen ja savun lähteen välillä vähensivät savustettujen kala- ja lihatuotteiden PAH4-pitoisuuksia. Lisäksi tässä väitöskirjassa oli tarkoitus tuottaa lisää tietoa elintarvikkeiden mahdollisesta mutageenisestä aktiivisuudesta ja sitä varten mitattiin valittujen kala- ja lihatuotteiden mutageenisyyttä Amesin testillä käyttäen Salmonella TA 100 ja TA 98 kantoja. Samoista näytteistä määritettiin myös PAH4-yhdisteet kemiallisesti. Tilastollisesti merkittävä mutageeninen vaste havaittiin savustetussa silakassa kaikissa kolmessa erässä, joissa myös PAH4-pitoisuudet olivat korkeammat kuin muissa näytteissä. Sen sijaan testatut lihatuotteet eivät olleet mutageenisiä ja PAH4-pitoisuudet olivat suurimmaksi osaksi alle määritysrajan. Havaintojemme perusteella biologisen määrityksen ja kemiallisen analyysin yhdistelmällä voidaan parantaa mutageenisyystulosten tulkintaa. Lopuksi suomalaisten lasten ruokavalion kautta tapahtuvaa altistumista PAH4-yhdisteille arvioitiin yhdistämällä analyysi- ja kirjallisuusdata PAH4-esiintymisestä eri elintarvikkeissa ja lasten kulutustiedot. Tulokset osoittivat, että leipä, savukinkku, rasva ja öljy sekä makkara olivat merkittävimpiä PAH4-yhdisteiden lähteitä. Altistumismarginaalit, bentso[a]pyreenille 482 000 ja PAH4:lle 42 000, ylittivät moninkertaisesti altistumismarginaalille yleisesti käytetyn epävirallisen viitearvon 10 000. Siten voidaan todeta, että ravinnon kautta tapahtuva PAH4-altistuminen ei aiheuta terveydellistä riskiä suomalaisille 3–6-vuotiaille lapsille. . fi
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso eng
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.publisher University of Helsinki en
dc.relation.isformatof URN:ISBN:978-952-358-027-5
dc.relation.isformatof Helsinki: Unigrafia, 2021, Finnish Food Authority Research Reports 2/2021. 2490-0397
dc.relation.ispartof Finnish Food Authority Research Reports 2/2021
dc.relation.ispartof URN:ISSN:2490-1180
dc.rights Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. fi
dc.rights This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. en
dc.rights Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. sv
dc.subject elintarvikekemia
dc.title Polycyclic aromatic hydrocarbons in foods and their mitigation, food mutagenicity and children's dietary exposure in Finland en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Artikkeliväitöskirja fi
dc.type.ontasot Artikelavhandling sv
dc.ths Peltonen, Kimmo
dc.ths Jestoi, Marika
dc.opn Bergman, Åke
dc.type.dcmitype Text
dc.contributor.organization University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Nutrition en
dc.contributor.organization Doctoral Programme in Food Chain and Health en
dc.contributor.organization Finnish Food Authority (Ruokavirasto) en
dc.contributor.organization University of Helsinki, Faculty of Veterinary Medicine, Department of Food Hygiene and Environmental Health en
dc.contributor.organization Helsingin yliopisto, maatalous-metsätieteellinen tiedekunta fi
dc.contributor.organization Ruokaketjun ja terveyden tohtoriohjelma fi
dc.contributor.organization Helsingfors universitet, agrikultur-forstvetenskapliga fakulteten sv
dc.contributor.organization Doktorandprogrammet i livsmedelskedjan och hälsa sv
dc.type.okm 416 Elintarviketieteet fi
dc.type.okm 416 Livsmedelsvetenskap sv
dc.type.okm 416 Food Science en
dc.type.publication doctoralThesis

Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
hokkanen_mirja_dissertation_2022.pdf 1.659Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record