Health Risk Assessment of Toxic Metal Accumulation in Pleurotus ostreatus Cultivated on Agricultural Residues Amended with Calcium Carbonate

Technische Samenvatting: Gezondheidsrisicobeoordeling van de accumulatie van toxische metalen in Pleurotus ostreatus geteeld op landbouwresiduen verrijkt met calciumcarbonaat

Probleemstelling
De toenemende hoeveelheid landbouwresiduen vormt een aanzienlijk milieuprobleem, wat vaak leidt tot open veldverbranding die bijdraagt aan vervuiling en klimaatverandering. Hoewel de teelt van paddenstoelen, specifgens de oesterzwam (Pleurotus ostreatus), een duurzame methode biedt voor het recyclen van deze lignocellulosische afvalstoffen tot voedzame voeding, blijft er een kritiek veiligheidsaspect bestaan: de capaciteit van paddenstoelen om toxische zware metalen uit hun substraten te bioaccumuleren. Hoewel essentiële elementen gunstig zijn, vormen niet-essentiële metalen zoals cadmium (Cd), chroom (Cr), nikkel (Ni) en lood (Pb) ernstige gezondheidsrisico's. Er is een gebrek aan uitgebreide gegevens met betrekking tot de specifieke gezondheidsrisico's die gepaard gaan met de consumptie van paddenstoelen geteeld op diverse landbouwafvalsubstraten in Nigeria, en er is beperkt bewijs over hoe substraatverrijking, zoals calciumcarbonaat, de metaalopname kan beperken.

Methodologie
De studie werd uitgevoerd bij de Mushroom Research Station van de Federal University of Agriculture, Abeokuta, Nigeria, onder gecontroleerde omgevingscondities.

• Substraten: Vier landbouwresiduen werden gebruikt: rijststro (PS), katoenstengel (CS), maïsstengel (MS) en cassavepeel (CP). Deze werden individueel en als binaire mengsels (1:1 w/w) getest.
• Experimenteel ontwerp: Een volledig gerandomiseerd ontwerp (CRD) werd toegepast met 40 behandelingencombinaties. Elk substraatmengsel werd verrijkt met calciumcarbonaat (CaCO₃) op vier niveaus: 0, 5, 10 en 15 g per 600 g nat substraat.
• Teelt: De substraten werden gepasteuriseerd bij 100°C gedurende 90 minuten, geïnoculeerd met P. ostreatus spawn, en geïncubeerd tot volledige kolonisatie. Vruchtlichamen werden geoogst over een periode van zeven weken.
• Analyse: Gedroogde paddenstoelmonsters werden gedigesteerd met koningswater (aqua regia). Concentraties van Cd, Cr, Ni en Pb werden gekwantificeerd met behoud van atoomabsorptiespectrofotometrie.
• Risicobeoordeling: Menselijke gezondheidsrisico's werden geëvalueerd met behulp van modellen van de United States Environmental Protection Agency (USEPA). Dit omvatte het berekenen van de geschatte dagelijkse inname (EDI), de target hazard quotient (HQ), de hazard index (HI) voor niet-carcinogene effecten, en het levenslange kankerrisico (CR) voor carcinogene effecten. Parameters omvatten een innamecijfer van 17 g/dag, een lichaamsgewicht van 60 kg en specifieke blootstellingsperioden.

Belangrijkste Bijdragen en Resultaten
De studie stelde vast dat de substraatsamenstelling en de supplementatie met calciumcarbonaat primaire determinanten zijn voor de accumulatie van zware metalen in de geteelde paddenstoelen.

• Patronen van metaalaccumulatie:

  • Rijststro (PS): Substraten gebaseerd op rijststro accumuleerden consistent de hoogste concentraties Cr, Ni en Pb. Onbehandeld PS vertoonde de hoogste Ni-niveaus (21,42 mg kg⁻¹) en significante Pb-niveaus.
  • Cassavepeel (CP): Substraten die cassavepeel bevatten, vertoonden over het algemeen hogere cadmiumconcentraties (Cd), waarbij de hoogste niveaus werden gevonden in onbehandelde PS+CP-mengsels (0,90 mg kg⁻¹).
  • Maïs- en katoenstengels: Substraten gebaseerd op maïsstengels, katoenstengels en hun mengsels resulteerden over het algemeen in een lagere metaalaccumulatie, met name wanneer ze werden verrijkt met CaCO₃.
  • Effect van calciumcarbonaat: Het verhogen van de CaCO₃-supplementatie (tot 15 g) verminderde consistent de accumulatie van alle vier de metalen in de meeste substraatcombinaties. Deze reductie wordt toegeschreven aan een verhoogde substraat-pH, wat de immobilisatie en verminderde biologische beschikbaarheid van toxische metalen bevordert.

• Niet-carcinogene gezondheidsrisico's:

  • Alle behandelingen resulteerden in HQ-waarden voor individuele metalen en cumulatieve HI-waarden onder de USEPA-veiligheidsdrempel van 1,0.
  • Cd en Ni waren de primaire bijdragers aan de HI. In de meeste substraten (CP, MS, CS) was Cd de dominante risicofactor. Echter, in op rijststro gebaseerde substraten werd Ni de belangrijkste factor.
  • De studie concludeert dat de consumptie van paddenstoelen uit deze behandelingen verwaarloosbare niet-carcinogene gezondheidsrisico's vormt.

• Carcinogene gezondheidsrisico's:

  • Het levenslange kankerrisico (CR) varieerde aanzienlijk per substraat. Onbehandeld rijststro en de bijbehorende mengsels (PS, PS+CP, PS+CS) vertoonden de hoogste cumulatieve kankerrisico's, primair gedreven door verhoogde Ni-niveaus.
  • Cd was de dominante carcinogene bijdrager in cassavepeel-, maïsstengel- en katoenstengelgebaseerde substraten vanwege de hoge kankerslope factor, ondanks lagere absolute concentraties vergeleken met Ni in stro.
  • Hoewel sommige onbehandelde substraten (PS, CP, PS+CP, PS+CS) CR-waarden opleverden die de acceptabele limiet van 1 × 10⁻⁴ overschreden, verminderde supplementatie met 10–15 g CaCO₃ deze risico's aanzienlijk, waardoor veel behandelingen binnen het acceptabele bereik kwamen (1 × 10⁻⁶ tot 1 × 10⁻⁴).

Significantie en Claims
Het artikel claimt dat landbouwafval veilig kan worden gebruikt voor de teelt van P. ostreatus, mits de juiste substraten worden geselecteerd en verrijkt met calciumcarbonaat. De studie toont aan dat:

1. Substraatselectie is cruciaal: De keuze van het landbouwresidut bepaalt direct het toxische metaalprofiel van het eindproduct. Rijststro vormt hogere risico's met betrekking tot Ni en Pb, terwijl cassavepeel hogere risico's met betrekking tot Cd vormt.
2. Calciumcarbonaat als mitigatiestrategie: De toevoeging van CaCO₃ is een eenvoudige, kosteneffectieve en milieuvriendelijke strategie om de biologische beschikbaarheid van zware metalen te verminderen. Het verlaagt effectief zowel de niet-carcinogene als de carcinogene risico's, met name bij een supplementatie van 15 g.
3. Voedselveiligheid: Wanneer het correct wordt beheerd met bekalking, vormt de teelt van paddenstoelen op landbouwresiduen geen aanzienlijke gezondheidsrisico's voor de consument, wat de integratie van deze praktijk in duurzame voedselketens en strategieën voor de valorisatie van afval ondersteunt.

De auteurs concluderen dat hoewel de huidige bevindingen het veilige gebruik ondersteunen, toekomstig onderzoek de langetermijneffectiviteit van CaCO₃, de specifieke mechanismen van metaalimmobilisatie en de biobeschikbaarheid van metalen na koken en digestie moet onderzoeken.