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Contribution of ceramic food contact materials to the exposure of consumers to metals in Belgium

par Li, Yan
Président du jury Kauffmann, Jean-Michel
Promoteur Doneux, Thomas
Co-Promoteur Steenhout, Anne
Publication Non publié, 2018-10-24

Thèse de doctorat

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Résumé :

Ceramic articles intended to come into contact with foodstuffs are regulated in Europe through the Directive 84/500/EEC, which sets the permissible limits for lead (Pb) and cadmium (Cd) releasing from ceramic ware and describes the testing conditions to be used in measuring the amounts of Pb and Cd released. Scientific data have shown concern regarding the exposure to lead and cadmium, as well as to other elements, from ceramic ware. A revision of the Directive is expected, towards lowering the permissible limits for lead and cadmium and on extending the regulation to other metals. In the context of this revision of the Directive 84/500/EEC, the present work aims at discussing the content of the Directive in view of providing an efficient protection to the consumers. It comprises an experimental investigation on the release of Pb, Cd and other metals from ceramic articles, an exposure assessment to Pb and Cd, and a risk assessment. On this basis, new migration limits are proposed. In the experimental part, an analytical method enabling the simultaneous quantification of Pb, Cd and up to 17 other elements has been validated. To evaluate how the testing conditions of the Directive are representative of real-use conditions, the influence of a number of parameters on the amounts of metals released from commercial ceramic ware has been studied. More specifically, the nature of the food simulant (acetic acid vs. citric acid), the pH, the temperature or the heating conditions have been investigated, as well as the effect of successive migration tests representing the normal repeated use of real ceramic articles. The current Directive protocol proves to be sufficiently representative of hot filling conditions in the use of ceramic ware. However, the much higher release of metals under cooking conditions suggests an additional leaching test in relation to ceramic articles used for cooking or heating. A possible substitute testing method which can accelerate the migration process at room temperature has been put forward.Based on the migration behavior of ceramic ware, exposure to lead and cadmium from ceramic articles has been estimated with a stepwise approach from screening to refined deterministic and to probabilistic evaluation. This study further assesses the risk of exposure to lead and cadmium taking account other dietary sources. Attention has been paid to vulnerable groups such as children. Referring to the evaluated risk of lead and cadmium from total dietary exposure, the specific migration limits (SMLs) for lead and cadmium from ceramic FCMs are proposed. The specific migration limits of other elements potentially leaching from ceramic articles are subsequently established following certain criteria.Apart from lead and cadmium, it is suggested to add aluminum, barium, iron, nickel, lithium, manganese, cobalt, copper, zinc and chromium in the scope of the Directive, and SMLs are proposed for these elements. Collectively taking account toxicological reference values, exposure from foodstuffs and practical exposure scenario of ceramics, the proposal of SMLs is considered realistic.

Les articles en céramique à vocation alimentaire sont régulés en Europe par la Directive 84/500/EEC, qui établit les limites maximale autorisées de plomb et de cadmium cédées par ces objets en céramiques, sous des conditions d'essai décrites dans la Directive. Depuis 1984, date de la Directive, les données scientifiques concernant les effets néfastes du Pb et du Cd mais aussi d'autres métaux sur la santé se sont accumulés. Une révision de la Directive est donc en discussion, avec pour objectif de réduire les limites autorisée en Pb et Cd, et d'en étendre la portée à d'autres éléments. Dans ce contexte, la présente thèse discute le contenu de la Directive en vue d'une protection adéquate des consommateurs. Ce travail comprend une partie expérimentale dédiée à la cession du Pb, du Cd et d'autres éléments par des objets en céramique, une étude d'exposition au Pb et au Cd, et une analyse de risques. Sur cette base, de nouvelles limites autorisées sont proposées.Dans la partie expérimentale, une méthode analytique permettant la quantification simultanée du Pb, du Cd et jusqu'à 17 autres éléments a été implémentée et validée. Afin d'évaluer à quel point les conditions d'essai de la Directive sont représentatives d'une utilisation réelle des céramiques à usage alimentaire, l'influence de différents paramètres sur la quantité de métaux cédés a été examinée en détail. En particulier, la nature du simulant alimentaire (acide acétique vs. acide citrique), le pH, la température et les modes de chauffage ont été étudiés, de même que des essais de migration successifs, plus à même de représenter l'usage répété des céramiques dans la vie courante. Le protocole de la Directive actuelle est représentatif d'un usage de type remplissage par des liquides chauds (thé, café, soupe). Cependant, pour des usages de type cuisine à plus haute température, les quantités cédées sont beaucoup plus importantes et il est donc suggéré d'établir de nouveaux protocoles représentatif de ces conditions. Un protocole alternatif permettant d'accélérer l'essai de migration à température ambiante est également proposé.A la suite de cette partie expérimentale, une étude d'exposition au Pb et au Cd par le biais d'articles en céramique a été effectuée suivant trois approches incrémentales, à savoir une évaluation par criblage, une évaluation déterministe raffinée, et une évaluation probabiliste. Enfin, une analyse de risque intégrant d'autres sources alimentaires d'ingestion de métaux est développée. Une attention particulière a été accordée aux groupes vulnérables tels que les enfants.Sur base de ce travail, de nouvelles limites maximales autorisées sont proposées pour le plomb et le cadmium. En outre, il est proposé d'intégrer l'aluminium, le barium, le fer, le nickel, le lithium, le manganèse, le cobalt, le cuivre, le zinc, le chrome et l'arsenic dans l'objet de la Directive, et des limites autorisées sont proposées pour ces éléments.