Prosjektnummer
901521
Rent hav – plast: Kvantifisering av mikroplast i filet og organer av oppdrettslaks – Sammenlikning av deteksjonsgrenser og analysemetoder (SalmoDetect)
Viktig dokumentasjon av metodikk for bedre å kunne detektere mikroplast i matvarer
Main findings
• The results show that the methods are sufficient to detect and identify synthetic polymers in salmonid tissues.
• The results suggest that MP is present in both wild and farmed salmon as well as wild mountain lake trout. The levels of MP in both muscle and liver were higher as compared to control samples.
• The results show that the methods are sufficient to detect and identify synthetic polymers in salmonid tissues.
• The results suggest that MP is present in both wild and farmed salmon as well as wild mountain lake trout. The levels of MP in both muscle and liver were higher as compared to control samples.
• Particles of 10-50 µm are the most prevalent sizes.
• The most frequently detected polymer types are PS, PP and PE, some of which are also detected in wild trout from remote mountain lakes. Thus, the results support the omnipresence of MP, and the possibility of distribution by atmospheric fallout. The dominant polymers are not found in control samples to the same degree or with the same size distribution as in tissue samples, and for py-GCMS the control samples had MP below LOQ.
• The observation of MP occurrence is considered reliable, yet the actual concentrations still carry uncertainty.
• The methods are more likely to underestimate than overestimate the concentrations, based on loss of material during extraction/filtration and low analytical sensitivity.
• The presence of MP was found in control samples for µFTIR analyses suggesting contamination during the procedure, or from reagents. For py-GCMS the level of contamination in controls were below LOQ.
• Py-GCMS and µFTIR are methods that show different aspects of the same situation, and one cannot be considered more accurate than the other. There was a significant correlation between the results, and the methods are currently complementary.
• The application of GC/HRMS (Orbitrap) supplements existing methods by its potential to determine additives originating from MPs.
• There are no observed differences between MP in liver and muscle tissues, per 100 grams, and as target tissue for MP exposure it is not possible to recommend one over the other. For monitoring purposes, muscle samples are routinely obtained, and may therefore be a suitable candidate for further investigation of the occurrence of MP in fish. Muscle samples may also be used for investigation of the correlation between exposure and uptake of MP.
• The most frequently detected polymer types are PS, PP and PE, some of which are also detected in wild trout from remote mountain lakes. Thus, the results support the omnipresence of MP, and the possibility of distribution by atmospheric fallout. The dominant polymers are not found in control samples to the same degree or with the same size distribution as in tissue samples, and for py-GCMS the control samples had MP below LOQ.
• The observation of MP occurrence is considered reliable, yet the actual concentrations still carry uncertainty.
• The methods are more likely to underestimate than overestimate the concentrations, based on loss of material during extraction/filtration and low analytical sensitivity.
• The presence of MP was found in control samples for µFTIR analyses suggesting contamination during the procedure, or from reagents. For py-GCMS the level of contamination in controls were below LOQ.
• Py-GCMS and µFTIR are methods that show different aspects of the same situation, and one cannot be considered more accurate than the other. There was a significant correlation between the results, and the methods are currently complementary.
• The application of GC/HRMS (Orbitrap) supplements existing methods by its potential to determine additives originating from MPs.
• There are no observed differences between MP in liver and muscle tissues, per 100 grams, and as target tissue for MP exposure it is not possible to recommend one over the other. For monitoring purposes, muscle samples are routinely obtained, and may therefore be a suitable candidate for further investigation of the occurrence of MP in fish. Muscle samples may also be used for investigation of the correlation between exposure and uptake of MP.
Results achieved
The project team investigated three analysis methods for the characterization of microplastic (MP) in fillet and liver of farmed and wild Atlantic salmon and wild mountain trout. Vibrational spectroscopy-microscopy and thermal degradation mass spectrometry were successfully applied to detect and quantify MP in the fish tissues. High-resolution mass spectrometry (HRMS-Orbitrap) was successful in quantifying phthalates and organophosphorus flame retardants pointing towards possible plastic contamination in tissues. Quantification by µFTIR and py-GCMS correlated significantly.
This project is the first to investigate the size distribution of MP in farmed and wild salmonids. MP in the size range from 10 to >200 µm were detected in both liver and fillet at all stations in all but one investigated individual. Smaller MP of <50µm were more frequent than larger ones. Quality controls indicated that these results were not due to external contamination of the samples although contamination was detected by control samples. There was no statistical difference in the measured overall concentrations of MP in muscle and liver. The present results indicate that muscle and liver may both be appropriate candidate tissues for MP analyses.
This study is a step forward in methodological development. However, higher sample numbers with quality assurance and controls are needed to conclude on the exact levels of MP in the fillet and liver of salmonids, and the correlation between exposure to and concurrent levels of MP in edible tissues. No biological effects were evaluated within the study, and this study alone cannot conclude on health risks associated with MP exposure for fish or humans.
The project team investigated three analysis methods for the characterization of microplastic (MP) in fillet and liver of farmed and wild Atlantic salmon and wild mountain trout. Vibrational spectroscopy-microscopy and thermal degradation mass spectrometry were successfully applied to detect and quantify MP in the fish tissues. High-resolution mass spectrometry (HRMS-Orbitrap) was successful in quantifying phthalates and organophosphorus flame retardants pointing towards possible plastic contamination in tissues. Quantification by µFTIR and py-GCMS correlated significantly.
This project is the first to investigate the size distribution of MP in farmed and wild salmonids. MP in the size range from 10 to >200 µm were detected in both liver and fillet at all stations in all but one investigated individual. Smaller MP of <50µm were more frequent than larger ones. Quality controls indicated that these results were not due to external contamination of the samples although contamination was detected by control samples. There was no statistical difference in the measured overall concentrations of MP in muscle and liver. The present results indicate that muscle and liver may both be appropriate candidate tissues for MP analyses.
This study is a step forward in methodological development. However, higher sample numbers with quality assurance and controls are needed to conclude on the exact levels of MP in the fillet and liver of salmonids, and the correlation between exposure to and concurrent levels of MP in edible tissues. No biological effects were evaluated within the study, and this study alone cannot conclude on health risks associated with MP exposure for fish or humans.
Studien har nytte utover sjømatnæringen da den gjør det mulig å bestemme mikroplast (MP) i mat og dyr. Det vil være mulig å gå videre med å dokumentere om man finner MP og hvilke typer man eventuelt finner.
-
Final report: Quantification of Microplastic in Fillet and Organs of Farmed and Wild Salmonids – A Comparison of Methods for Detection and Quantification (SalmoDetect)
NORCE Norwegian Research Centre, Institute of Marine Research (IMR), and NILU – Norwegian Institute for Air Research. Report 8-2020. July 2020. By Alessio Gomiero (NORCE), Marte Haave (NORCE), Ørjan Bjorøy (IMR), Dorte Herzke (NILU), Tanja Kögel (IMR), Vladimir Nikiforov (NILU), and Kjell Birger Øysæd (NORCE).
Mengden plast i miljøet øker og finnes nå i alle deler av verden. Nedbrytning av plastprodukter danner mikroplast og nanoplast (<5mm til nanometer størrelse) som kan tas opp av organismer og er påvist i flere vevstyper, også i matfisk. Det er bekymring for om plast går inn i og akkumulerer i næringskjeden via sjømat, om sjømatorgansimene skades, og om mennesker kan innta og akkumulere skadelige mengder plast gjennom maten. Det er vist eksperimentelt at partikler på 5µm–110 µm tas opp i vev, men videre utskillelse eller akkumulering ved kronisk eller lav eksponering er ikke undersøkt.
Det er et uttalt behov for dokumentasjon for å informere forbrukere og eventuelt gjøre tiltak for å begrense plasteksponering. For å kunne utføre en risikoanalyse og informere forbrukere, må det først undersøkes hvorvidt plast tas opp og hvor mye plast som forekommer i ulike vev i oppdrettsfisk. Per i dag er analyser av plastkonsentrasjoner i vev en relativt ny metode. Rutinemessige analyser for dokumentasjon av mattrygghet krever kunnskap om hvilke vev og organer som bør testes for å påvise plast. Dette krever igjen metoder som man har dokumentert at kan fange opp lave plastkonsentrasjoner.
Å teste metodene i eksperimentelt eksponert fisk vil derfor være et viktig ledd i metodeutviklingen, fordi man må vite 1) om fisk faktisk tar opp plast i vevet, og i hvilke vev 2) at metodene for deteksjon av plast i fiskeprodukter fungerer for lave konsentrasjoner. Dette er en videreføring av en pågående pilot med Lerøy Seafood, der det undersøkes mikroplast (og nanoplast) i fiskefilet etter standard oppdrettsvilkår. Piloten ser først og fremst på filet, og analysen som benyttes er variasjoner av en kjent metode for lave konsentrasjoner (pyrolyse GC/MS). Man vet imidlertid ikke om forekomsten av plast i oppdrettsfisk er høy nok til å komme over deteksjonsgrensene.
Uni Research (som ble innfusjonert i NORCE fra oktober 2018, dvs. etter prosjektstart) hadde som målsetting å bidra til verdiskapning gjennom kunnskap, og i den sammenheng er trygg og bærekraftig produksjon av sjømat sentralt. Både Uni Research Miljø og International Research Institute of Stavanger (IRIS) (i NORCE) har akvakultur og mikroplast som viktige faglige og strategiske områder. Havforskningsinstituttet (inkl. tidligere NIFES) legger vekt på trygg sjømat og fremmedstoffer i sitt mandat. Norsk institutt for luftforskning (NILU) er involvert i nasjonale og internasjonale prosjekter om mattrygghet og human eksponering, og har lang erfaring med analyser av ultralave konsentrasjoner. Temaet plast i oppdrettsfisk og mat er derfor svært nærliggende område for utvikling for alle partnerne.
Prosjektet er ett av fire prosjekter innenfor utlysningen Rent hav – plast (våren 2018). Utlysningen tar som helhet sikte på å få økt kunnskap om hvordan sjømatnæringen kan redusere utslipp av plast og økt kunnskap om mikroplast og nanoplast i fisk.
Det er et uttalt behov for dokumentasjon for å informere forbrukere og eventuelt gjøre tiltak for å begrense plasteksponering. For å kunne utføre en risikoanalyse og informere forbrukere, må det først undersøkes hvorvidt plast tas opp og hvor mye plast som forekommer i ulike vev i oppdrettsfisk. Per i dag er analyser av plastkonsentrasjoner i vev en relativt ny metode. Rutinemessige analyser for dokumentasjon av mattrygghet krever kunnskap om hvilke vev og organer som bør testes for å påvise plast. Dette krever igjen metoder som man har dokumentert at kan fange opp lave plastkonsentrasjoner.
Å teste metodene i eksperimentelt eksponert fisk vil derfor være et viktig ledd i metodeutviklingen, fordi man må vite 1) om fisk faktisk tar opp plast i vevet, og i hvilke vev 2) at metodene for deteksjon av plast i fiskeprodukter fungerer for lave konsentrasjoner. Dette er en videreføring av en pågående pilot med Lerøy Seafood, der det undersøkes mikroplast (og nanoplast) i fiskefilet etter standard oppdrettsvilkår. Piloten ser først og fremst på filet, og analysen som benyttes er variasjoner av en kjent metode for lave konsentrasjoner (pyrolyse GC/MS). Man vet imidlertid ikke om forekomsten av plast i oppdrettsfisk er høy nok til å komme over deteksjonsgrensene.
Uni Research (som ble innfusjonert i NORCE fra oktober 2018, dvs. etter prosjektstart) hadde som målsetting å bidra til verdiskapning gjennom kunnskap, og i den sammenheng er trygg og bærekraftig produksjon av sjømat sentralt. Både Uni Research Miljø og International Research Institute of Stavanger (IRIS) (i NORCE) har akvakultur og mikroplast som viktige faglige og strategiske områder. Havforskningsinstituttet (inkl. tidligere NIFES) legger vekt på trygg sjømat og fremmedstoffer i sitt mandat. Norsk institutt for luftforskning (NILU) er involvert i nasjonale og internasjonale prosjekter om mattrygghet og human eksponering, og har lang erfaring med analyser av ultralave konsentrasjoner. Temaet plast i oppdrettsfisk og mat er derfor svært nærliggende område for utvikling for alle partnerne.
Prosjektet er ett av fire prosjekter innenfor utlysningen Rent hav – plast (våren 2018). Utlysningen tar som helhet sikte på å få økt kunnskap om hvordan sjømatnæringen kan redusere utslipp av plast og økt kunnskap om mikroplast og nanoplast i fisk.
1. Å kvantifisere mikroplast i laks, med delmålene:
a. Å bestemme deteksjonsgrense for mikroplast i laksevev med våre metoder med “spikede prøver” (tilsatt kjente mengder plast).
b. Å kvantifisere nivåene av mikroplast i villaks, fjellørret og vanlig slakteklar oppdrettslaks.
c. Å sammenligne de ulike kvantifiseringsmetodene for mikroplast i forskjellige vev i forhold til deteksjonsgrenser, fordeler og ulemper, tidsbruk og kostnad. Dette for å finne hensiktsmessige og effektive analysemetoder.
Etterprøvbare delmål: Å sammenlikne deteksjonsgrenser, effektivitet og kostnad ved de ulike metodene.
2. Å etablere målorganer for plastopptak i laks, med delmålene:
a. Å analysere fordeling av mikroplasten i ulike vevstyper (fra AP1 og AP2).
b. Å avklare hvilke organer som er målorgan for opptak og akkumulering. Hvordan er fordelingen av opptaket mellom organene?
c. Å granske om et av de undersøkte vevene kan være egnet som indikator for mikroplasteksponering. Er et bestemt vev egnet for å påvise nivået av plasteksponering?
Etterprøvbart delmål: Å få oversikt over innhold av mikroplast i ulike vev, og anbefaling for vev til analyse.
a. Å bestemme deteksjonsgrense for mikroplast i laksevev med våre metoder med “spikede prøver” (tilsatt kjente mengder plast).
b. Å kvantifisere nivåene av mikroplast i villaks, fjellørret og vanlig slakteklar oppdrettslaks.
c. Å sammenligne de ulike kvantifiseringsmetodene for mikroplast i forskjellige vev i forhold til deteksjonsgrenser, fordeler og ulemper, tidsbruk og kostnad. Dette for å finne hensiktsmessige og effektive analysemetoder.
Etterprøvbare delmål: Å sammenlikne deteksjonsgrenser, effektivitet og kostnad ved de ulike metodene.
2. Å etablere målorganer for plastopptak i laks, med delmålene:
a. Å analysere fordeling av mikroplasten i ulike vevstyper (fra AP1 og AP2).
b. Å avklare hvilke organer som er målorgan for opptak og akkumulering. Hvordan er fordelingen av opptaket mellom organene?
c. Å granske om et av de undersøkte vevene kan være egnet som indikator for mikroplasteksponering. Er et bestemt vev egnet for å påvise nivået av plasteksponering?
Etterprøvbart delmål: Å få oversikt over innhold av mikroplast i ulike vev, og anbefaling for vev til analyse.
Sjømatnæringen har strenge krav til dokumentasjon av mattrygghet og innhold av fremmedstoffer. Dersom metodene ikke er grundig validert vil svarene som fremkommer mangle troverdighet som dokumentasjon for trygg sjømat. Dokumentasjonskrav vil sannsynligvis komme til å omfatte plast, og medføre krav om analysemetoder som er validerte for påvisning av plastmengder under tolerable inntaksgrenser. Det er derfor viktig å forstå opptak, transportveier og målorganer for eventuell akkumulering i fisken, som et utgangspunkt for hvilke vev som skal tas prøver av for å påvise nivået av plast. Dersom det påvises mikroplast i organer og filet etter eksponeringsforsøk er det viktig at tiltak og senere analyser gjøres basert på kunnskap om opptaksveier, overføring og akkumulering i vevet. Slik kunnskap vil være basis for å utvikle dokumentasjonsmetoder og kvalitetskontroll med høy grad av troverdighet. Trygghet i valg av metoder og kunnskap om hvilke prøver som skal tas er ytterst viktig informasjon for oppdrettere, som møter kontinuerlige dokumentasjonskrav knyttet til mattrygghet, og som trenger standardiserte og etterprøvbare målemetoder med høy grad av pålitelighet.
Forbrukere trenger på sin side pålitelig dokumentasjon på at maten er trygg. Med pålitelige metoder av høy standard vil også den utbredte oppfatningen at sjømat er mer utsatt for plast enn annen mat kunne testes. Ved at opptaksveien er kjent, kan eventuell påvirkning av laksens helse og konsumentens trygghet avbøtes med målrettede tiltak.
Forbrukere trenger på sin side pålitelig dokumentasjon på at maten er trygg. Med pålitelige metoder av høy standard vil også den utbredte oppfatningen at sjømat er mer utsatt for plast enn annen mat kunne testes. Ved at opptaksveien er kjent, kan eventuell påvirkning av laksens helse og konsumentens trygghet avbøtes med målrettede tiltak.
Prosjektpartnere er Uni Research (som ble innfusjonert i NORCE etter prosjektstart), Lerøy, International Research Institute of Stavanger (IRIS) (også innfusjonert i NORCE), Havforskningsinstituttet (HI), og Norsk institutt for luftforskning (NILU). Veterinærinstituttet bidrar med kunnskap og eventuelt materiale for analyser. Prosjektet vil teste metoder og målorganer for påvisning og kvantifisering av plast i laks, ned til lave konsentrasjoner.
Prosjektet omfatter tre arbeidspakker (AP-er). Arbeidspakkene utføres av flere partnere sammen, beskrevet under:
AP1 (HI og IRIS): Undersøkelse av opptak i vev (µFT-IR og Py-GC/MS)
Fisken fra slakteklar oppdrettsfisk og fjellørret leveres hel, avlivet og frosset. Man forventer det høyeste innholdet av plast i vev som lever og nyre. Vevene analyseres ved HI og IRIS ved to metoder: pyrolyse gasskromatografi/massespektrometri (py-GC/MS) og Focal Plane Array – micro FTIR (FPA-µFTIR) (metoder er beskrevet under).
For testing av deteksjonsgrenser vil man tilsette en fortynningsrekke med kjent mengde mikroplastpartikler til (antatt lite eksponert) fjellørret, for testing av ekstraksjonsmetode, kvantifisering og deteksjonsgrenser. En vil også kunne benytte fjellørret for å undersøke forskjeller mellom oppdrettsfisk og antatt ren fisk. Fjellørret er anskaffet av Uni Research fra fjellvann gjennom samarbeid med andre prosjekter ved Uni Research LFI (Laboratorium for
ferskvannsøkologi og innlandsfiske) til en svært lav kostnad.
AP2 (HI og IRIS): Analyser av vev fra ordinær oppdrettslaks (µFT-IR og Py-GC/MS)
Fullvoksen, slakteklar fisk leveres frossen. Videre disseksjon av fisken foregår i ren-lab ved HI, utført av øvet tekniker. Her gjøres også pakking og fordeling av prøvemateriale til NORCE, HI og NILU for analyser av sannsynlige målorganer og filet.
AP3 (NILU, HI og IRIS): Sammenlikning av deteksjonsgrenser og konsentrasjoner ved bruk av kjemisk analyse med Orbitrap, pyrolyse GC/MS og µFTIR imaging
NILU vil også gjøre et sett med analyser av oppdrettslaks for å teste sin kjemisk ultrafølsomme metode for kvantifisering av svært små plastpartikler (også under 10 µm). Resultatene vil bli sammenlignet med data fra AP 2 og man vil evaluere bruksområdet og supplerende karakter av hver metode. Både HIs og NILUs arbeid med metodesammenlikninger gjøres utenom prosjektets budsjett (in-kind), og kan derfor anses som en bonus som vil medføre metodeutvikling og kostnadseffektivitet for analyser og videre arbeid med dokumentasjon av plast i laks.
Stor offentlig oppmerksomhet rundt plastproblematikken medfører mulighet for flere populærvitenskapelige så vel som vitenskapelige publikasjoner. Partnerne vil kommunisere prosjektresultater og planer gjennom sine nettsider (www.norceresearch.no og www.imr.no). Det vil også skrives en til to kronikker i aviser som Bergens tidende, Stavanger Aftenblad og Aftenposten Viten. Prosjektpartnerne vil også bidra med artikler og intervjuer i fagbladet Fiskeribladet. Man vil avholde et arbeidsmøte (workshop) ved prosjektavslutning der vitenskapelige fagfeller og interessegrupper inviteres. (Miljødirektoratet, Folkehelseinstuttet, Mattilsynet, Sjømat Norge, NCE Seafood, Fylkesmannen i Hordaland og Hordaland fylkeskommune.
Videre bidrar forskere ved partnerne med innlegg på Forskning.no, med foredrag og stand ved Forskningsdagene i Bergen og kan bidra på formidlingsarenaer som Universitetsmuseets “Vin&Viten” og andre aktuelle populærvitenskapelige fora.
I etterkant av prosjektet vil kvalitetssikrede publiserbare resultater presenteres på vitenskapelige konferanser av relevans, som for eksempel Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC), International Symposium on Persistent and Toxic Substances (ISPTS), Havbrukskonferansen, Aqua Nor, Norwegian Environmental Toxicology Symposium (NETS), MICRO2019 m.fl.
Videre bidrar forskere ved partnerne med innlegg på Forskning.no, med foredrag og stand ved Forskningsdagene i Bergen og kan bidra på formidlingsarenaer som Universitetsmuseets “Vin&Viten” og andre aktuelle populærvitenskapelige fora.
I etterkant av prosjektet vil kvalitetssikrede publiserbare resultater presenteres på vitenskapelige konferanser av relevans, som for eksempel Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC), International Symposium on Persistent and Toxic Substances (ISPTS), Havbrukskonferansen, Aqua Nor, Norwegian Environmental Toxicology Symposium (NETS), MICRO2019 m.fl.
-
Final report: Quantification of Microplastic in Fillet and Organs of Farmed and Wild Salmonids – A Comparison of Methods for Detection and Quantification (SalmoDetect)
NORCE Norwegian Research Centre, Institute of Marine Research (IMR), and NILU – Norwegian Institute for Air Research. Report 8-2020. July 2020. By Alessio Gomiero (NORCE), Marte Haave (NORCE), Ørjan Bjorøy (IMR), Dorte Herzke (NILU), Tanja Kögel (IMR), Vladimir Nikiforov (NILU), and Kjell Birger Øysæd (NORCE).