Fotonedbrudte spiselige fødevarefarvestoffer

Adgang til rent drikkevand er en grundlæggende menneskeret anerkendt af FN, men alligevel er opnåelsen af ​​universel adgang i udviklingslandene blevet forhindret af utilstrækkelig vandbehandlingsinfrastruktur og mangel på vedvarende vedligeholdelse. Fra 2015 havde 844 millioner individer i lav- og lavere mellemindkomstlande (LMIC'er) ikke adgang til forbedrede drikkevandskilder, og 159 millioner mennesker brugte direkte ubehandlet overfladevand, hvilket resulterede i tab af 502 tusinde liv årligt som følge af diarré sygdomme fra patogenforurenet vand. Fordi ulighed i drikkevand og den tilhørende dødelighed uforholdsmæssigt belaster udviklingslandene i landdistrikterne, er leveringen af ​​forbedrede point-of-use (POU) vandbehandlingsteknologier, der er billige, enkle og kræver minimal infrastruktur, afgørende for at opnå allestedsnærværende adgang til sikker drikkevare vand.

Adskillige POU-vandbehandlingsmetoder anvendes i øjeblikket i LMIC'er (f.eks. soldesinfektion (SODIS), granulært medium eller keramisk pottefiltrering, klorering osv.). Selvom de er effektive mod bakterier, klarer de fleste sig relativt dårligt til virusfjernelse, og alle POU-teknologier viser lavere effektivitet i marken på grund af kompromitteret indledende vandkvalitet og drift af relativt ufaglærte brugere. Mens POU-teknologier har bidraget til reduktionen af ​​bakteriel og parasitisk gastroenteritis, er tilfælde af viral gastroenteritis ikke faldet, med virale agenser observeret i 43 % af udviklingslandenes diarrétilfælde.

En POU-teknologi under udvikling, der har vist potentiale til at inaktivere vira i drikkevand, er påføringen af ​​et spiseligt fotosensibiliserende farvestof til vandet til desinfektion. Når det udsættes for sollys, producerer det fotosensibiliserende farvestof singlet oxygen, en reaktiv oxygenart (ROS), der er i stand til at inaktivere en lang række vira. Erythrosin, et FDA-godkendt farvestof, har bevist sin evne til at desinficere drikkevand og opnår 4-log inaktivering af bakteriofag MS2 på under 10 minutters eksponering for sollys. Ydermere fotobleges farvestoffet ved udsættelse for lys, og den medfølgende tydelige farveændring (f.eks. fra erythrosinrød til gennemsigtig) sker med en hastighed, der kan sammenlignes med desinfektionen, hvilket giver en sikkerhedsindikation på, at desinfektionen er afsluttet, en tiltrængt funktion, der mangler i andre POU-teknologier. Til en samlet pris på $0,002-0,003 liter behandlet vand er det billigere end kogende vand i flere udviklingslande og er en økonomisk levedygtig vanddesinfektionsteknologi.

Erythrosin, også kendt som FD&C Red No. 3 i USA, er godkendt af FDA til brug i fødevarer, lægemidler og kosmetik med et acceptabelt dagligt indtag (ADI) på 2,5 mg/kg lgv/dag. Den koncentration, der anbefales i litteraturen til desinfektion i drikkevand, er 5,0 µM erythrosin eller ca. 4,4 mg/L. Med den gennemsnitlige amerikaner, der indtager 2,38 L drikkevand og drikkevarer om dagen, forventes en daglig eksponering på 10,5 mg erythrosin/dag. Hvis det antages, at det samlede vandforbrug pr. dag i LMIC'er svarer til det amerikanske forbrug på 2,38 L, så vil et individ på 60 kg opleve en daglig erythrosin-dosis på 0,17 mg/kg lgv/dag, et godt stykke under den etablerede FDA ADI.

Motivationen for at undersøge de menneskelige sundhedseffekter af erythrosin stammer fra fotonedbrydningsprodukternes ukendte adfærd. Mens den molekylære struktur af erythrosin vil ændre sig ved oxidation af singlet oxygen, er de typiske reaktioner af singlet oxygen additionsreaktioner, der typisk ikke fører til spaltning af molekylstrukturen. Som et resultat forventes det ikke, at absorptionshastighederne for erythrosin ændrer sig væsentligt ved oxidativ fotoblegning. Disse oxidative produkter er dog ikke tidligere testet for toksicitet og bør undersøges, før de tillader erythrosin-baseret vanddesinfektion at blive videreudviklet. Nylige tests har forsøgt at karakterisere fotooxidationsprodukterne af erythrosin, men var inkonklusive.

Ydermere angiver tidligere litteratur, at ~19% jod i erythrosin's molekylære struktur frigives til opløsningen efter eksponering for lys og oxidation med singlet oxygen. Hvis de tidligere vandbehandlingsparametre følges (5,0 µM erythrosin, 2,38 l vand/dag, 60 kg individ), ville det daglige forbrug af jod frigivet fra erythrosin være 1,1 mg I/dag. Det laveste niveau for observeret bivirkning (LOAEL) og niveau for ikke-observeret bivirkning (NOAEL) for jod er 1,7 mg I/dag og 1,0-1,2 mg I/dag, hvilket resulterer i det tolerable øvre indtagsniveau (UL) på 1,1 mg I/dag. Hvis den litteraturrapporterede frigivelse af jod fra erythrosin er korrekt, er eksponeringen ved UL for jod. På grund af den dårlige absorption af erythrosin i mave-tarmkanalen forventes det ikke, at det jod, som forbliver bundet til erythrosin, har en væsentlig indvirkning på det samlede jodforbrug. Selvom det ikke forventes, at erythrosin-baseret vandbehandling vil resultere i uønskede resultater på grund af eksponering for erythrosin-fotoprodukter eller overeksponering for jod, er det vigtigt at følge en forsigtig tilgang og teste for dens virkning, før der gives mulighed for yderligere udvikling af en teknologi, der ville blive indtaget dagligt af individer i udviklingslandene.