Cadmium bioaccumulation and gastric bioaccessibility
in cacao: A field study in Ecuador
Dra. Laurence MAURICE, Investigadora IRD (laurence.maurice@ird.fr)
Ecuador, Docente invitada en la UASB (Doctorado y CILAB), EPN y USFQ, en Quito
Personas e instituciones involucradas en la investigación en cadmio:
- Dra. Eva Schreck & Dra. Fiorella Barraza, OMP-GET, Toulouse, Francia
- Dra. Jenny Ruales, DECAB, EPN, Quito
- Dr. Jaime Breilh, Rector UASB, Área de Salud, Quito
Agencia de financiamiento : ANR (Agence Nationale de la Recherche) – 2014- 2018
Programa de investigación MONOIL
Financiamiento adicional : Institut Olga Triballat (2018)
Cacao libre de Cadmio
Taller regional Colombia – Ecuador - Perú
Cali, marzo 12-14, 2018

Objetivos de la investigación
Cacao libre de Cadmio
Taller regional Colombia – Ecuador - Perú
Cali, marzo 12-14, 2018
• Análisis de las concentraciones en metales pesados en suelos y
cultivos del Ecuador
• Papel de las actividades humanas (petroleras y agrícolas) en la
contaminación de suelos y cacao
• Entender los mecanismos de transferencia del Cd del ambiente (aire,
suelos) a las diferentes partes de la planta (cacao) y su
bioacumulación en los granos
• Medición de la bioaccesibilidad gástrica del Cd a partir del consumo
de los granos y de la pasta de cacao
• Calculo de los riesgos sanitarios asociados al consumo de cacao (fino
de aroma y CCN-51)
laurence.maurice@ird.fr

Metodologías y Resultados de investigación sobresalientes (0)
Cacao libre de Cadmio
Taller regional Colombia – Ecuador - Perú
Cali, marzo 12-14, 2018
laurence.maurice@ird.fr

Metodologías (1)
Cacao libre de Cadmio
Taller regional Colombia – Ecuador - Perú
Cali, marzo 12-14, 2018
Muestreos : 2014-2016
Suelos (4 horizontes)
Cacaos
(hojas, mazorcas y
granos)
Aire (PM10) mensual
31 fincas,
4 regiones:
North Amazon
Esmeraldas
South Amazon
Manabí
laurence.maurice@ird.fr; ;
fiorella.barraza@get.omp.eu

Resultados de investigación sobresalientes (2) – Amazonia ecuatoriana
Cacao libre de Cadmio
Taller regional Colombia – Ecuador - Perú
Cali, marzo 12-14, 2018
Cacao leaves
Cacao pod husks
Cacao beans
[Cd] max in dark chocolate
(0.8 mg kg-1, EU Legislation,
January, 1st 2019)
Cacao varieties:
Nacional
CCN-51
Forastero
Native
Zamora
Barraza et al, 2017. Environ. Pollut., 229 (2017) 950-963
Cd in soil: 0-5 cm 0.18 - 2.23
5-20 cm 0.19 - 1.02
20-60 cm 0.16 - 0.64
60-80 cm 0.17 - 0.43
Control area
(Morona-Santiago)
Without oil or mining
activities
mg kg-1
Leaves/Pod husks>beans
Nativo
CCN51
CCN51
Nacional
Fino de aroma
hojas mazorca
granos
Forastero
Amazonia Norte
8.0
6.4
4.8
3.2
1.6
0.8
0
mg Cd kg-1
Cd in cacao
laurence.maurice@ird.fr; fiorella.barraza@get.omp.eu;
eva.schreck@get.omp.eu

Resultados de investigación sobresalientes (2) – Costa del Pacifico
Cacao libre de Cadmio
Taller regional Colombia – Ecuador - Perú
Cali, marzo 12-14, 2018
Cacao leaves
Cacao pod husks
Cacao beans
[Cd] max in dark chocolate
(0.8 mg kg-1, EU Legislation,
January, 1st 2019)
Cacao varieties:
Nacional
CCN-51
Barraza et al, 2017. Environ. Pollut., 229 (2017) 950-963
Cd in soil: 0-5 cm 0.32 - 1.00
5-20 cm 0.27 - 0.77
20-60 cm 0.25 - 1.02
60-80 cm 0.23 - 0.73
Pacifico Sur
mg kg-1
Leaves/Pod husks>beans
CCN51
CCN51
Nacional
Fino de aroma
hojas
mazorca
granos
Pacifico Norte
Agricultural area: experimental farm
Min. Agriculture
8.0
6.4
4.8
3.2
1.6
0.8
0
mg Cd kg-1
Cd in cacao
laurence.maurice@ird.fr; fiorella.barraza@get.omp.eu;
eva.schreck@get.omp.eu

Resultados de investigación sobresalientes (3) – Amazonia ecuatoriana
Cacao libre de Cadmio
Taller regional Colombia – Ecuador - Perú
Cali, marzo 12-14, 2018
Cd (mg.kg-1) en topsoil (0-5 cm; 5-20 cm)
Cd(mg.Kg-1)engranosdecacao
Inputs de agroquimicos
0,8
R² = 0.6542
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Cd suelo vs Cd granos
Topsoil (0-5 cm)
Soil (5-20 cm)
laurence.maurice@ird.fr; fiorella.barraza@get.omp.eu;
eva.schreck@get.omp.eu

Cd- gastric bioaccessibility & Risk Assessment
SAMPLE
Cocoa liquor
(range)
Total Cd content
(mg kg-1)
1.47 - 3.88
Cd bioaccessible
content (mg kg-1)
1.44 - 3.76
Bioaccessible Cd 97 %
Barraza et al, 2017. Environ. Pollut., 229 (2017) 950-963
Sabine Desprats-Bologna
Mujer de 60 kg  limite de 0.15 mg de Cd por semana
Hombre de 75 kg  limite de 0.19 mg de Cd por semana
Riesgo moderado a fuerte para la salud
Cd Provisonal Tolerable Weekly Intake: 0.0025 mg kg-1
body weight
(EFSA, European Food Safety Agency, 2012)
Consumo de chocolate: 100 g por semana
(= 70 g cacao para un chocolate a 70%):
[Cd] chocolate Pacayacu= 3.9 mg Cd kg-1
 0.27 mg de Cd por semana
laurence.maurice@ird.fr; fiorella.barraza@get.omp.eu;
eva.schreck@get.omp.eu

Conclusiones (preliminares) y brechas de conocimiento
Cacao libre de Cadmio
Taller regional Colombia – Ecuador - Perú
Cali, marzo 12-14, 2018
Highlights
 Root uptake appears as the main exposure pathway of Cd in
cacao pods although soil is not highly polluted.
 Cacao beans bioaccumulate Cd with a factor of 4 compared to
soils contents.
 Cadmium sources mainly come from agricultural practices
rather than from other human activities.
 Cadmium gastric bioaccessibility is almost 100 % in cacao
beans and liquors samples.
 Cd levels in cacao beans (50% of Ecuadorian samples) were
above the WHO critical level for chocolate and cacao-derived
products.
laurence.maurice@ird.fr

Ciclo del cadmio – Procesos de transferencia
Cacao libre de Cadmio
Taller regional Colombia – Ecuador - Perú
Cali, marzo 12-14, 2018
Distribution within
plant tissues?
Cd sources in tropical
soils of Andean
countries ?
Fertilizers?
Pesticides?
Cd
Tropical Soil
Acidic pH,
Cd speciation
Bioaccumulation
Root
uptake
Irrigation
water ?
Volcanic
inputs
Long distance
transport ?
Cd
Atmospheric
deposition?
Risk for human
health?
Adapted from Barraza et al, 2017. Environ. Pollut., 229 (2017) 950-963
laurence.maurice@ird.fr; fiorella.barraza@get.omp.eu;
eva.schreck@get.omp.eu

Propuestas de investigación a corto plazo
(Objetivos y Actividades para desarrollar conocimiento o soluciones aplicables al corto plazo)
Cacao libre de Cadmio
Taller regional Colombia – Ecuador - Perú
Cali, marzo 12-14, 2018
Objetivos Actividades
1. Controlar las
fuentes de Cd en
los suelos
• Limitar el uso de fertilizantes
(orgánicos y químicos) enriquecidos
en Cd
• Reducir los aportes de Cd a los 1ros
cm de suelos debido a la
descomposición de las hojas (y
mazorcas) de cacao
2. Controlar la
biodisponibilidad
del Cd en los
suelos
• Controlar el pH de los suelos (hasta la
profundidad de los raíces) limitando su
acidez y el contenido en MO
• Enmendar los suelos utilizando
sorbentes específicos para Cd como
la cal o la zeolita (Carillo et al, 2013 in WASP)
laurence.maurice@ird.fr

Propuestas de investigación a mediano plazo
Cacao libre de Cadmio
Taller regional Colombia – Ecuador - Perú
Cali, marzo 12-14, 2018
Objetivos Actividades
1. Identificar el papel de
las variedades de
plantas que acumulan
más para un mismo suelo
• Control genético de variedades y
cultivares de cacao y comparación
de sus tasas de bioacumulación
de Cd (genes responsables del Cd
uptake, Zn receivers)
• Sembrar especies de otras
plantas híper-acumuladoras de
metales pesados (Cd)
2. Trazar las fuentes y
los procesos de
transferencia y de
bioacumulación entre el
suelo y la planta
• Utilizando marcadores
isotópicos de Cd : identificación
de las huellas isotópicas en las
fuentes (fertilizantes, plaguicidas,
abonos, aguas), los suelos y en
las plantas (hojas, mazorca, grano,
mucílago)
laurence.maurice@ird.fr

CACAO LIBRE DE CADMIO
Taller regional Colombia - Ecuador -
Perú
Cali, 12-14 Marzo 2018
laurence.maurice@ird.fr