# Distribution du cadmium et du déoxynivalénol dans le grain de blé dur et ses produits

Marie-françoise Samson, Elodie Canaguier, Cecile Barron, Valérie

Lullien-Pellerin

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Marie-françoise Samson, Elodie Canaguier, Cecile Barron, Valérie Lullien-Pellerin. Distribution du cadmium et du déoxynivalénol dans le grain de blé dur et ses produits. Industries des Céréales, 2020, 215, pp.24-26. [hal-04142274](https://hal.inrae.fr/hal-04142274v1)

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# Distribution du cadmium et du déoxynivalénol dans le grain de blé dur et ses produits

Par Marie-Françoise Samson, Elodie Canaguier, Cécile Barron, Valérie Lullien-Pellerin. (1)

La qualité sanitaire des produits à base de blé dur est menacée par la possible contamination des grains par un métal lourd, le cadmium (Cd), ainsi que par des mycotoxines de type déoxynivalénol (DON) produites par des champignons qui infestent les grains. Les teneurs de ces contaminants dans les grains commercialisés pour un usage en alimentation humaine sont réglementées par la Commission Européenne et pourraient encore diminuer. De plus, la présence concomitante possible de ces deux contaminants interroge sur les effets conjoints potentiels. Dans le cadre d'un projet ANR (CaDON, 2016-20), la répartition du Cd et du DON dans plusieurs échantillons de grains et leurs produits de mouture a été analysée. Les résultats préliminaires montrent que le Cd est réparti de manière relativement homogène dans le grain comparativement à d'autres minéraux et aux mycotoxines. La contamination des semoules est donc directement liée à la contamination des grains et les procédés conventionnels, qui séparent les différentes parties du grain, sont inopérants pour diminuer de manière préférentielle la contamination des produits utilisés pour la consommation humaine.

## Le blé dur sensible à l'accumulation du cadmium

Le cadmium (Cd) et les mycotoxines sont des contaminants qui impactent la sécurité des produits alimentaires dérivés des céréales (ANSES, 2011). Le blé dur est particulièrement sensible à l'accumulation de cadmium dans ses grains (Erdem et al., 2012 ; Jafarnejadi et al., 2011). Il est aussi plus sensible à la contamination des grains par des champignons de type Fusarium (Prat et al., 2014) qui dans certaines conditions synthétisent du déoxynivalénol (DON) encore appelée vomitoxine rappelant les effets sur la santé qu'elle provoque (Pestka, 2007). La présence possible de ces deux contaminants dans les produits céréaliers pose question au regard de la santé humaine et est à l'étude dans le cadre du projet CaDON.

Le Cd est un oligo-élément naturellement présent ou ajouté aux sols par

les dépôts atmosphériques naturels et industriels ou par les intrants agricoles. Il est facilement absorbé par les racines du blé et transporté vers les grains. La contamination des céréales par le DON est principalement causée par le champignon Fusarium graminearum qui se développe sur les cultures lorsque les conditions climatiques lui sont favorables. La législation européenne a fixé les valeurs limites de concentration en Cd et en DON tolérées dans les grains de blé dur commercialisés pour la consommation humaine. A ce jour elles sont égales respectivement à 0,2 mg/kg et 1750 µg/kg (EC N° 1881/2006 et 856/2005). Certaines années près de 10 % de la production française de grains de blé dur dépasse la valeur seuil européenne de 1750 µg/kg et entre 2011 et 2013, près de 30 % des récoltes françaises de blé dur présentaient des teneurs en Cd supérieures à 0,1 mg/kg (données des enquêtes annuelles d'Arvalis-Institut du Végétal et de France

Agrimer). Ces taux maximaux tolérés par la législation pourraient encore baisser et être fixés à 0,15 mg/kg, voir 0,1 mg/kg, pour le Cd et à 1250 µg/kg pour le DON.

De précédents travaux ont montré que le DON est réparti préférentiellement dans les enveloppes du grain ce qui permet de l'éliminer majoritairement par des étapes de décorticage, contrairement aux procédés de mouture qui participent à la contamination des semoules par le biais des particules fines (Rios et al., 2009a, 2009b). Dans le cadre du projet CaDON, les chercheurs ont étudié la distribution du Cd dans les différentes fractions de mouture ou de décorticage du blé dur et comparé leurs effets par rapport au DON. La répartition du Cd a également été comparée à la distribution d'autres minéraux comme le phosphore (P) et le magnésium (Mg) connus pour être localisés préférentiellement dans les tissus périphériques des grains, et notamment la couche à aleurone (Lott et Spitzer, 1980 ; Pomeranz, 1988).

> « Le Cadmium est réparti de manière plus homogène dans les grains de blé que le DON »

## Différentes variétés observées

Des échantillons de blé dur (Triticum turgidum L. ssp. durum Desf.) issus de différentes variétés, cultivées en France, par Arvalis, sur différents lieux et années de culture ont été collectés. Tous les
<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 1: Pourcentages de P, Mg, Cd et DON total du grain de blé dur récupérés dans les différentes fractions de mouture (moyenne des échantillons)</figcaption></figure>

échantillons présentaient des teneurs en DON en dessous de la norme réglementaire (1750 µg/kg) alors que, pour le Cd, quelques échantillons présentaient des valeurs égales à 0,2 mg/kg ou proches de 0,25 mg/kg.

Les lots de grains ont été nettoyés sur un nettoyeur-séparateur (Pektus). Les grains (2,5 kg) ont ensuite été conditionnés à 17 % d'humidité et transformés sur un moulin Bülher MLU202. Les farines de broyage et les gros sons ont été isolés, tandis que les semoules vêtues sont traitées sur un désagrégeur Chopin. Des semoules fines ont ainsi été récupérées, tandis que la fraction grosse a été purifiée à l'aide d'un sasseur Corneloup. Les semoules issues de cette étape de sassage ont été mélangées aux semoules fines obtenues précédemment et la fraction restante (refus) conservée telle quelle. Après mouture, 4 fractions sont donc analysées : semoules, farines, gros sons et refus de sassage.

Des grains (700 g) ont été décortiqués par abrasions successives sur un blanchisseur-décortiqueur Satake testing mill TM-05C, (Satake, Stockport, UK). Différents temps de passage ont été appliqués jusqu'à obtenir un temps cumulé de 30 minutes. A chaque passage, la fraction fine de décorticage est récupérée par tamisage (tamis 1,4 mm) et les grains décortiqués réutilisés pour le décorticage suivant.

La quantification du DON dans les grains et les produits de mouture a été réalisée selon Rios et al. (2009a). Les teneurs en Cd ont été mesurées par ICP-MS (CV=8%) après hydrolyse acide des échantillons (Universidad del País

Vasco à Leioa, Espagne). Le magnésium (Mg) et le phosphore (P) ont été dosés après hydrolyse acide par ICP-AES (CV espectifs de 8 et 6%).

## Répartition du Cd et du DON, dans les fractions de mouture en comparaison du P et du Mg

En moyenne, sur les différents lots de grains analysés, les proportions des différentes fractions de mouture variaient peu. La proportion de semoules récupérée était de 63% (±2,0) de la masse totale des grains. Les farines quant à elles représentaient 7,5% (±1,0), les gros sons 15,2% (±1,3) et les refus 14,4% (±2,8).

La distribution dans les fractions de mouture du DON, Cd et autres minéraux (P, Mg) contenus dans les grains a été calculée en prenant en compte les concentrations de ces composés et les proportions de chaque fraction de mouture (cf. Figure 1). La figure 1 montre que la proportion de Cd et de DON est plus forte dans les semoules, fraction de mouture la plus importante en masse. La proportion de Mg et de P, minéraux qui sont majoritairement présents dans la couche à aleurone, est retrouvée à 45-50% dans les gros sons, alors que la proportion de cette fraction par rapport au grain est de seulement 15%.

Afin d'estimer la co-localisation des différents éléments minéraux, la teneur en Mg dans les différentes fractions de mouture a été exprimée en fonction de celle du P (cf. Figure 2a) et de celle du Cd (cf. Figure 2b). Une corrélation nette

entre les teneurs en Mg et P confirme leur co-localisation dans les différents tissus du grain, avec une concentration plus importante dans les gros sons. A l'inverse, aucune corrélation entre les concentrations en Mg et en Cd n'a été mise en évidence, ce qui suggère une distribution différente entre ces deux composés. La teneur en Cd des différentes fractions apparaît plus reliée à la concentration en Cd des grains.

## Effet du décorticage sur la contamination en DON et en Cd des blés durs

Un décorticage progressif a été réalisé sur les grains des différents lots étudiés. Les teneurs en Mg, P, Cd et DON des produits d'abrasion récoltés successivement ont été mesurées (cf. Figure 3). La comparaison des pertes en Cd, P, Mg et DON au cours du décorticage fait apparaître une perte plus importante du P, du Mg et du DON (>80 %), alors que les pertes en Cd sont plus modérées (seulement 60 % éliminé pour 50 % de matière sèche enlevée). Le décorticage étant un processus d'élimination progressif de l'extérieur vers l'intérieur du grain, l'élimination précoce du P, Mg et DON peut s'expliquer par leur localisation dans les tissus les plus périphériques. La perte de Cd étant directement liée à la masse de grain éliminé (avec un facteur proche de 1), cet élément semble donc distribué de manière homogène dans le grain. Dans ce cas, le décorticage est inadapté pour réduire le taux de contamination.
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 2: (a) concentration en P en fonction de la concentration en Mg; (b) concentration en Mg en fonction de la concentration en Cd dans les différentes fractions de mouture du blé dur.</figcaption></figure>

Comme montré précédemment (Rios et al., 2009b) le décorticage est un bon moyen pour diminuer le DON majoritairement accumulé dans les parties périphériques du grain. A l'inverse, la répartition du Cd parait plus homogène dans le grain, expliquant le faible impact de la mouture et du décorticage sur la réduction du Cd dans les semoules qui contiennent toujours en moyenne 40-50 % de ce métal lourd. Il est donc capital de réduire la contamination en Cd des grains comme recommandé par la législation ce qui nécessite de sélectionner des variétés faiblement accumulatrices et/ou une modification des pratiques culturales.

Du fait des effets différenciés des procédés sur ces deux contaminants majeurs, il sera donc d'intérêt d'analyser en quoi leurs concentrations respectives modifient la toxicité des composés pris séparément, ce qui est un des objectifs du projet CaDON.

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Figure 3: Pertes, exprimées en %, en Mg, P, Cd et DON au cours du décorticage des grains (moyenne des échantillons)</figcaption></figure>

## Bibliographie

Anses. 2011. Étude de l'alimentation totale française 2 (EAT 2) - Tome 1 - Contaminants inorganiques, minéraux, polluants organiques, persistants, mycotoxines, phytoestrogènes, rapport d'expertise, 305 p.

Erdem H., Tosun, Y.K., Ozturk M. 2012. Effect of cadmium-zinc interactions on growth and Cd-Zn concentration in durum and bread wheats. Fresenius Environ Bull, 21, 1046-1051.

Jafarnejadi A.R., Homaee M., Sayyad G., Bybordi M. 2011. Large scale spatial variability of accumulated cadmium in the wheat farm grains. Soil and Sediment Contamination, 20, 98-113.

Lott J. N. A., Spitzer E. 1980. X-ray analysis studies of elements stored in protein body globoid crystals of Triticum grains. Plant Physiology, 66, 494-99.

Pestka J. J. 2007. Deoxynivalenol: Toxicity, mechanisms and animal health risks. Animal feed science and technology, 137, 283-298.

Prat N., Buerstmayr M., Steiner B., Robert O., Buerstmayr H. 2014. Current knowledge on resistance to Fusarium head blight in tetraploid wheat. Molecular Breeding, 34, 1689-1699.

Pomeranz, Y. 1988. Chemical composition of kernel structures. In Wheat: Chemistry and Technology. Y. Pomeranz. St Paul, AACC, 4, 97-158. Rios G., Zakhia-Rozis N., Chaurand M., Richard-Forget F., Sansom M.-F.,

Abecassis J., Lullien-Pellerin V. 2009a. Impact of durum wheat milling on the deoxynivalenol distribution in the outcoming fractions. Food Additives and Contaminants, 26, 487-495.

Rios G., Pinson-Gadais L., Abecassis J., Zakhia-Rozis, N., Lullien-Pellerin V. 2009b. Assessment of dehulling efficiency to reduce deoxynivalenol and Fusarium level in durum wheat grains. Journal of Cereal Science, 49, 387-392.

<footnote>(1) IATE, INRAE, CIRAD, Institut Agro, Univ Montpellier, Montpellier, France - Remerciements: Ce travail a bénéficié d'une aide de l'Etat gérée par l'Agence Nationale de la Recherche dans le cadre du projet CaDON (2016-2020).</footnote>