Novembre 2007 Compte rendu finaln° 17 07 32 024 DépartementTechniquesd’Elevage etQualité Service Qualité desViandes Jérôme NORMAND Les résidus toxiques générés lors de la cuisson de la viande bovine Synthèse bibliographique Novembre 2007 Compte rendu final n° 17 07 32 024 Département Techniques d’Elevage et Qualité Service Qualité des Viandes Jérôme NORMAND L ES RESIDUS TOXIQUES GENERES LORS DE LA CUISSON DE LA VIANDE BOVINE Synthèse bibliographique Etude réalisée avec le soutien financier d’INTERBEV et de l’Office de l’Elevage Collection Résultats Opération n° T0455 SOMMAIRE Page Résumé 4 1 – Contexte et attendus de l’étude 6 2 – Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) 8 2.1 – Données générales sur les HAP 8 2.2 – Sources d’exposition aux HAP 8 2.2.1 – Les HAP dans l’atmosphère 9 2.2.2 – Les HAP dans les aliments 10 2.3 – Exposition des populations aux HAP 17 2.3.1 – Estimation de l’apport alimentaire 17 2.3.2 – Contribution des différents aliments à l’ingestion de HAP 25 2.3.3 – Estimation des autres sources d’exposition aux HAP 26 2.4 – Toxicité 27 2.4.1 – Génotoxicité et cancérogenèse 27 2.4.2 – Autres effets 29 2.4.3 – Données épidémiologiques 29 2.5 – Recommandations pour maîtriser la contamination par les HAP 31 2.6 – Conclusions 32 3 – Les Amines Hétérocycliques (AH) 34 3.1 – Données générales sur les AH 34 3.2 – Conditions de formation des AH 35 3.2.1 – Dans les systèmes de modélisation 35 3.2.2 – Dans les aliments cuits 38 3.3 – Exposition des populations aux AH 41 3.3.1 – Quantité de AH dans les aliments cuits 41 3.3.2 – Estimation du niveau d’ingestion de AH 44 3.4 – Toxicité 44 3.5 – Stratégies pour limiter la formation des AH 47 3.6 – Conclusions 48 4 – Conclusions 50 Bibliographie 52 3 RÉSUMÉ La consommation de viande grillée au barbecue est en plein essor alors que dans le même temps, les messages nutritionnels concernant ces viandes, et plus généralement les viandes grillées, sont souvent alarmants. Il est aujourd’hui connu que la cuisson des viandes – notamment lors d’un chauffage sévère – génère des molécules potentiellement toxiques qui ont un pouvoir cancérogène. Dans ce contexte, la présente synthèse bibliographique a pour objectif de fournir à la filière des données actualisées sur les résidus toxiques formés lors de la cuisson des viandes. Deux principaux types de molécules sont formés au cours de la cuisson des viandes : les hydrocarbures aromatiques polycycliques et les amines hétérocycliques. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques sont essentiellement formés au cours des processus de pyrolyse de la matière organique. Ils sont émis dans l’environnement par de nombreuses sources naturelles (feux de forêts, éruption volcanique) ou anthropiques (chauffage, transport routier, cokerie…), ou sont formés au cours de la transformation des aliments (cuisson, séchage, fumage). Chez les non-fumeurs, les deux sources d’exposition aux HAP sont l’inhalation de l’air ambiant et l’ingestion alimentaire de produits contaminés, cette dernière étant toutefois largement prépondérante (environ 90 % de l’exposition au benzo[a]pyrène, HAP particulièrement cancérogène utilisé comme marqueur d’une contamination par les HAP). Les aliments peuvent être contaminés soit par les HAP présents dans l’environnement, soit durant la cuisson ou la transformation. Bien qu’ayant généralement des teneurs en HAP relativement élevées, les viandes grillées ou fumées ne contribuent guère à l’exposition de la population aux HAP (moins de 5 % des apports en benzo[a]pyrène) en raison de leur faible consommation. Certaines de ces molécules présentent des effets génotoxiques et cancérogènes et sont classées comme « cancérogène pour l’homme » (groupe 1), « probablement cancérogène » (groupe 2A) ou « peut-être cancérogène » (groupe 2B) par le Centre International de Recherche sur le Cancer. Il est donc recommandé de limiter, autant que possible, l’exposition aux HAP. En se basant sur les données de différentes enquêtes européennes, l’exposition maximale au benzo[a]pyrène via l’alimentation serait estimée à environ 6 ng/j/kg de poids corporel, ce qui est 5 à 6 fois plus faible que les doses journalières permettant d’induire des tumeurs chez les animaux. La réduction des apports de HAP via l’alimentation, passe à la fois par un contrôle continu des émissions environnementales de HAP et par une information des professionnels de l’agroalimentaire et des consommateurs. Par exemple, il est recommandé d’éviter de faire couler les graisses fondues sur la source de chaleur, de ne pas consommer les parties charbonneuses des grillades ni les exsudats de cuisson… Les amines hétérocycliques se forment dans la partie périphérique des viandes, lors du chauffage. Elles sont générées à partir de composés naturellement présents dans les viandes : créatine, acides aminés, sucres… La formation de ces composés est sous la dépendance de nombreux facteurs : température et durée de cuisson, mode de cuisson, composition de la viande… 4 Les amines hétérocycliques sont des substances mutagènes très puissantes. Plusieurs amines hétérocycliques se sont révélées cancérogènes dans les études animales de longue durée chez les rongeurs et les primates. De nombreuses études épidémiologiques chez l’homme suggèrent une relation entre la consommation de viandes bien cuites et l’apparition de cancers. Le Centre International de Recherche sur le Cancer a classé les amines hétérocycliques dans les groupes 2A et 2B. De ce fait, il est recommandé de limiter leur ingestion. Les viandes et poissons cuits, ainsi que les exsudats de cuisson, sont les principales sources d’exposition aux AH. Sur la base de plusieurs études étrangères, l’exposition des populations aux AH varierait de plusieurs nanogrammes à quelques microgrammes par jour en fonction des habitudes alimentaires et des modes de cuisson utilisés. Ces quantités restent très largement en dessous (1 000 à 10 000 fois) des doses de AH nécessaires pour induire des tumeurs chez les animaux. Les amines hétérocycliques ne pourraient donc pas expliquer à elles seules le développement de cancer en lien avec l’ingestion de viande. Plusieurs stratégies visant à réduire la consommation d’amines hétérocycliques sont possibles via des adaptations du mode de cuisson (température/temps, pré-traitement au four à micro-ondes…) ou des ajouts dans la recette d’ingrédients ayant un effet inhibiteur sur la formation ou le métabolisme des AH (antioxydants, tomate, sel, oignon…). 5 1 – Contexte et attendus de l’étude Depuis de nombreuses années, les consommateurs français et plus généralement des pays industrialisés, sont de plus en plus sensibles à la valeur santé des aliments qu’ils consomment. La viande n’échappant pas à ce phénomène, ils sont en attente d’informations claires et détaillées sur les atouts et les risques liés à sa consommation (CSA, 2005). En effet, au delà des idées reçues, la méconnaissance des consommateurs est importante sur le sujet. De plus, le discours diététique ambiant est plutôt négatif pour la viande bovine, il est empreint d’ambiguïté et de flou (absence de preuves, de certitudes, informations contradictoires) particulièrement déstabilisants et culpabilisants pour le consommateur. Parallèlement, la consommation de viande grillée est plébiscitée par le consommateur français. Ceci est particulièrement vrai lors de la période estivale avec le développement de l’utilisation du barbecue. Plusieurs raisons contribuent à l’essor de ce mode de cuisson : les qualités gustatives qu’il développe, une offre importante et variée en produits carnés à griller, la rapidité de préparation, la convivialité qu’il favorise, la faible teneur en matière grasse comparée à la friture en poêle ou à des préparations en sauce ou mijotées… Or, s’agissant des viandes cuites au barbecue et plus généralement des viandes grillées, les messages nutritionnels sont souvent alarmants. Il est aujourd’hui connu que la cuisson des viandes – notamment lors d’un chauffage sévère tel que la cuisson grillée – génère des molécules potentiellement toxiques comme les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) ou les Amines Hétérocycliques (AH) qui ont un pouvoir cancérogène. Dans ce contexte, et pour être en phase avec le consommateur qui veut manger sain, tout en préservant le plaisir de manger, il a semblé important à la filière d’actualiser ses connaissances sur les résidus toxiques formés lors de la cuisson des viandes. Tel est précisément l’objet de cette synthèse bibliographique. Pour cela, les points suivants sont abordés : • identification et quantification des différentes molécules toxiques générées au cours de la cuisson des viandes, • synthèse de ces molécules, • facteurs de variation (durée et température de cuisson notamment), • évaluation du risque causé par ces molécules, • méthodes permettant de diminuer la formation de ces composés. La présence de substances carcinogènes dans les aliments a été rapportée pour la première fois en 1939 par un scientifique suédois, le Professeur Widmark de l’Université de Lund. Il a montré que chez la souris, des extraits de viande de cheval rôtie induisaient des tumeurs mammaires lors d’applications cutanées régulières (Widmark (1939) cité par Skog (1993)). Durant les dernières décennies, plusieurs classes de molécules carcinogènes ont alors été identifiées dans les aliments cuits ou ayant subi un traitement thermique. En 1964, Lijinsky et Shubik ont identifié des hydrocarbures aromatiques polycycliques à la surface de steaks grillés au barbecue (Lijinsky et Shubik, 1964). L’équipe japonaise de Sugimura a mis en évidence, au moyen du test de mutagénicité sur bactéries de Ames (Ames et al., 1975) des activités mutagènes très élevées dans la partie carbonisée de viandes et de poissons grillés à la flamme nue ou au charbon de bois, que la seule teneur en hydrocarbures aromatiques polycycliques ne pouvait expliquer (Nagao et al., 1977 ; Sugimura et al., 1977a). Peu après, d’autres études ont montré que des substances mutagènes apparaissaient dans des viandes cuites dans des conditions domestiques classiques (Commoner et al., 1978 ; Kasai et al., 1981). Dès lors, de nombreux travaux ont été entrepris, notamment par plusieurs équipes japonaises pour identifier ces substances mutagènes, tout d’abord à partir de pyrolysats d’acides aminés, puis de protéines (viandes 6 et poissons) soumises à des processus de cuisson divers (grill, rôtissage, cuisson bouillie). Ils ont abouti à la découverte d’environ 20 amines hétérocycliques hautement mutagènes (Felton et al., 1986 ; Sugimura et al., 1993 ; Wakabayashi et al., 1992). Cette bibliographie est donc centrée sur les deux principales familles de molécules formées lors de la cuisson des viandes : les hydrocarbures aromatiques polycycliques et les amines hétérocycliques. Les lipides de la viande peuvent également s’altérer lors des opérations de chauffage pour donner des monomères cycliques, des oxydes de cholestérol ou des peroxydes toxiques. Cependant, ces composés étant encore assez peu étudiés dans la littérature, ces phénomènes ne seront pas développés ici. De même, le problème des nitrosamines n’est pas abordé ici, puisque dans la viande fraîche, il n’y a généralement ni nitrite, ni amines en quantité suffisante pour la production de nitrosamines (Honikel, 1999). 7 2 – Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) 2.1 – Données générales sur les HAP Les HAP représentent une famille de plus d'une centaine de molécules organiques comportant au moins deux cycles aromatiques. Ils sont divisés en deux catégories : les composés de faible poids moléculaire comportant moins de 4 cycles aromatiques et les composés de haut poids moléculaire comportant 4 cycles ou plus. Parmi les plus connus figurent le benzo[a]pyrène, l’anthracène, le benzo[b]fluoranthène, etc. (figure 1). Ils sont présents dans l’environnement sous forme de mélanges complexes difficiles à caractériser et à mesurer. Le benzo[a]pyrène (B(a)P) est la molécule actuellement utilisée comme indicateur d’une pollution aux HAP, bien que la pertinence du maintien de cet unique critère soit étudiée car son seul dosage conduirait dans le cas général à une sous-estimation de la contamination totale. Les HAP ont plusieurs origines. Ils peuvent se former lors de la genèse des roches (origine diagénétique) ou du pétrole (origine pétrogénique). De ce fait, les dérivés du charbon et les produits pétroliers en contiennent des teneurs variables. Mais les HAP d’origine pyrolytique sont largement prédominants dans l’environnement. Les mécanismes de formation ne sont pas encore totalement connus, mais deux principaux phénomènes sont impliqués : la pyrolyse et la pyrosynthèse (condensation). A haute température, les composés organiques (charbon, bois, fioul, déchets…) sont fragmentés en composés de petite taille, essentiellement des radicaux libres, qui peuvent ensuite se condenser pour former des composés aromatiques polynucléaires stables, les HAP. Les quantités et la nature des HAP formés dépendent du type et de la nature du combustible, de la température et de la durée de combustion ainsi que de la disponibilité en oxygène. Par exemple, lorsque la température est inférieure à 400°C, la quantité de HAP formés reste relativement faible, puis elle augmente linéairement entre 400 et 1000°C (Lijinsky, 1991). Les propriétés physiques et chimiques des HAP varient selon leur poids moléculaire et leur structure. On peut retenir qu’ils sont peu solubles dans l’eau et qu’ils ont un important potentiel d'adsorption sur les particules en suspension dans l'air ou dans l'eau et de bioconcentration dans les organismes. Ils sont chimiquement stables : leur demi-vie est très variable, de quelques mois à plusieurs années. 2.2 – Sources d’exposition aux HAP Du fait de leurs origines, les HAP sont omniprésents dans l’environnement que ce soit dans l’air, dans l’eau ou dans le sol, ainsi que dans les aliments. L’inhalation de l’air et l’ingestion alimentaire étant les deux principales sources d’expositions aux HAP chez l’homme, elles sont détaillées ci-après. 8 Figure 1 : Structure chimique de quelques hydrocarbures aromatiques polycycliques 2.2.1 – Les HAP dans l’atmosphère La contamination de l’environnement par les HAP trouve sa source tant dans des phénomènes naturels comme les feux de forêts ou les éruptions volcaniques que dans les activités de l’homme (transports, brûlages divers, chauffage…). La pollution par les hydrocarbures pétroliers est également à l’origine d’une pollution environnementale. Dans une étude de la société Lalonde, Girouard, Letendre et Associés (LGL, 1993) citée dans un rapport d’évaluation du gouvernement canadien (anonyme, 1994), les émissions atmosphériques de HAP ont été estimées à partir de l’examen de sources ponctuelles et diffuses de 45 secteurs du Canada en 1990. Dans ce travail, les incendies de forêt 9 représentaient l’émission atmosphérique de HAP la plus importante avec environ 2010 tonnes de HAP libérées dans l’atmosphère, soit 47 % des émissions atmosphériques totales répertoriées. L’activité industrielle (l’aluminerie essentiellement, la sidérurgie, la pétrochimie…) constituait la deuxième source d’émissions de HAP, comptant pour près de 22 % des émissions (environ 960 t). Parmi les autres sources importantes de rejets de HAP dans l’air ambiant, figuraient le chauffage domestique (notamment chauffage au bois avec environ 500 t, soit 12 % des émissions), les brûlages agricoles (360 t, soit 8 %), l’incinération des résidus de bois par les scieries (250 t, soit 6 %) les transports (notamment le diesel, avec 200 t environ, soit près de 5 %). En France, le Centre Interprofessionnel Technique d’Etudes de la Pollution Atmosphérique (CITEPA) qui publie chaque année un inventaire des émissions de polluants atmosphériques, a évalué les émissions de HAP pour l’année 2005, à 25 ou 93 tonnes en fonction des HAP retenus (CITEPA, 2007). En ne prenant en compte que les 4 HAP retenus par la Commission Economique pour l’Europe des Nations Unies, soit le benzo[a]pyrène, le benzo[b]fluoranthène, le benzo[k]fluoranthène et l’indeno[1,2,3-cd]pyrène, les émissions de l’ensemble de ces 4 HAP atteignaient 24,7 tonnes et provenaient essentiellement de deux secteurs : le chauffage résidentiel (chauffage au bois notamment) pour 77 % et le transport routier (en particulier les véhicules diesel) pour 18 %. Les secteurs de la transformation d’énergie, de l’industrie manufacturière et de l’agriculture/sylviculture contribuaient aux émissions pour moins de 2 % chacun. En considérant les 8 HAP pris en compte dans la réglementation française relative aux installations de combustions soumises à déclaration ou autorisation, c’est à dire les 4 HAP précédents auxquels s’ajoutent le benzo[g,h,i]pérylène, le fluoranthène, le benzo[a,h]anthracène et le benzo[a]anthracène, les émissions s’élevaient à 93,1 t, dont 70 % pour le secteur résidentiel/tertiaire et 23 % pour le transport routier (tableau 1 et figure 2). Le fluoranthène est le composé le plus émis des 8 HAP (avec environ 57 % des émissions totales), suivi du benzo[a]anthracène (11 %) et du benzo[b]fluoranthène (8,6 %). Ces émissions sont globalement en baisse sur les 15 dernières années (-39 % depuis 1990). Cette baisse est observée essentiellement dans le secteur résidentiel (-59 %, liée à la diminution des consommations de bois et charbon pour le chauffage et à l’amélioration des équipements fonctionnant au bois) alors que les émissions provenant du transport routier augmentaient de 75 % dans le même temps(+2 t). 2.2.2 – Les HAP dans les aliments Les HAP contenus dans les aliments peuvent soit provenir d’une contamination par les HAP présents dans l’environnement soit se former lors de traitements thermiques (séchage, fumage, cuisson…). 2.2.2.1 – Contamination par les HAP environnementaux Les aliments peuvent être contaminés par les HAP présents dans l’air (par dépôt), dans l’eau (par dépôt et transfert) ou dans le sol (par transfert). Dans les zones éloignées de l’activité urbaine ou industrielle, le niveau de HAP mesuré sur les aliments crus est généralement faible et reflète la contamination de fond relevant d’une dissémination par le vent des particules contaminées et des émissions naturelles (feux de forêts…). En revanche, dans le voisinage de certains secteurs industriels ou le long des routes, les contaminations des végétaux peuvent être 10 fois plus élevées qu’en milieu rural (revue de Bories, 1986 ; Larsson et Sahlberg (1982) cité par SCF (2002)). 10