Door licht afgebroken eetbare voedselkleurstoffen

Toegang tot veilig drinkwater is een fundamenteel mensenrecht dat wordt erkend door de Verenigde Naties, maar het bereiken van universele toegang in ontwikkelingslanden wordt belemmerd door onvoldoende waterzuiveringsinfrastructuur en gebrek aan langdurig onderhoud. Vanaf 2015 hadden 844 miljoen mensen in lage- en lagere-middeninkomenslanden (LMIC's) geen toegang tot verbeterde drinkwaterbronnen en gebruikten 159 miljoen mensen rechtstreeks onbehandeld oppervlaktewater, wat resulteerde in het verlies van 502 duizend levens per jaar door diarree ziekten door met ziekteverwekkers besmet water. Omdat ongelijkheid in drinkwater en de daarmee gepaard gaande sterfte een onevenredige belasting vormen voor de ontwikkelingslanden op het platteland, is de levering van verbeterde technologieën voor waterbehandeling op het punt van gebruik (POU) die goedkoop en eenvoudig zijn en een minimale infrastructuur vereisen, van cruciaal belang voor het bereiken van alomtegenwoordige toegang tot veilig drinken water.

Verschillende POU-waterbehandelingsmethoden worden momenteel toegepast in LMIC's (bijv. Zonne-desinfectie (SODIS), granulaire media of keramische potfiltratie, chlorering, enz.). Hoewel ze effectief zijn tegen bacteriën, presteren de meeste relatief slecht voor het verwijderen van virussen, en alle POU-technologieën vertonen een lagere werkzaamheid in het veld vanwege de verminderde initiële waterkwaliteit en bediening door relatief ongeschoolde gebruikers. Hoewel POU-technologieën hebben bijgedragen aan de vermindering van bacteriële en parasitaire gastro-enteritis, zijn de gevallen van virale gastro-enteritis niet afgenomen, waarbij virale agentia werden waargenomen bij 43% van de gevallen van diarree in ontwikkelingslanden.

Een POU-technologie in ontwikkeling die potentieel heeft aangetoond voor het inactiveren van virussen in drinkwater, is de toepassing van een eetbare fotosensibiliserende kleurstof op het water voor desinfectie. Bij blootstelling aan zonlicht produceert de fotosensibiliserende kleurstof enkelvoudige zuurstof, een reactieve zuurstofsoort (ROS) die in staat is een breed scala aan virussen te inactiveren. Erythrosine, een door de FDA goedgekeurde kleurstof, heeft bewezen in staat te zijn om drinkwater te desinfecteren, waardoor bacteriofaag MS2 in minder dan 10 minuten wordt geïnactiveerd in minder dan 10 minuten. Bovendien verbleekt de kleurstof bij blootstelling aan licht, en de bijbehorende duidelijke kleurverandering (bijv. andere POU-technologieën. Voor een totaalbedrag van $ 0,002-0,003 per liter behandeld water is het in verschillende ontwikkelingslanden goedkoper dan kokend water en het is een financieel levensvatbare technologie voor waterdesinfectie.

Erythrosine, ook bekend als FD&C Red No. 3 in de VS, is door de FDA goedgekeurd voor gebruik in voedingsmiddelen, medicijnen en cosmetica, met een aanvaardbare dagelijkse inname (ADI) van 2,5 mg/kg lichaamsgewicht/dag. De in de literatuur aanbevolen concentratie voor desinfectie in drinkwater is 5,0 µM erythrosine, ofwel ongeveer 4,4 mg/L. Met de gemiddelde Amerikaan die 2,38 liter drinkwater en dranken per dag consumeert, wordt een dagelijkse blootstelling van 10,5 mg erythrosine/dag verwacht. Ervan uitgaande dat het totale waterverbruik per dag in LMIC's overeenkomt met het Amerikaanse verbruik van 2,38 liter, zou een persoon van 60 kg een dagelijkse dosis erythrosine van 0,17 mg/kg lichaamsgewicht/dag ervaren, ruim onder de vastgestelde FDA ADI.

De motivatie voor het onderzoeken van de effecten van erythrosine op de menselijke gezondheid komt voort uit het onbekende gedrag van de fotodegradatieproducten. Hoewel de moleculaire structuur van erythrosine zal veranderen na oxidatie door singlet-zuurstof, zijn de typische reacties van singlet-zuurstof additiereacties die doorgaans niet leiden tot splitsing van de moleculaire structuur. Dientengevolge wordt niet verwacht dat de absorptiesnelheden van erythrosine significant veranderen bij oxidatieve fotobleking. Deze oxidatieve producten zijn echter niet eerder getest op toxiciteit en moeten worden onderzocht voordat waterdesinfectie op basis van erythrosine verder kan worden ontwikkeld. Recente tests hebben geprobeerd de foto-oxidatieproducten van erythrosine te karakteriseren, maar waren niet doorslaggevend.

Bovendien stelt eerdere literatuur dat ~ 19% van het jodium in de moleculaire structuur van erythrosine wordt vrijgegeven aan de oplossing na blootstelling aan licht en oxidatie door singlet-zuurstof. Als de vorige parameters voor waterbehandeling worden gevolgd (5,0 µM erythrosine, 2,38 l water/dag, 60 kg per persoon), zou de dagelijkse consumptie van jodium dat vrijkomt uit erythrosine 1,1 mg I/dag zijn. Het laagste waargenomen schadelijke effectniveau (LOAEL) en het niet-waargenomen nadelige effectniveau (NOAEL) voor jodium zijn 1,7 mg I/dag en 1,0-1,2 mg I/dag, resulterend in de aanvaardbare bovengrens van de inname (UL) van 1,1 mg I/dag. Als de in de literatuur gerapporteerde afgifte van jodium uit erythrosine correct is, dan zijn de blootstellingen aan de UL voor jodium. Vanwege de slechte opname van erythrosine door het maagdarmkanaal, wordt niet verwacht dat het jodium dat gebonden blijft aan erythrosine een significante invloed zal hebben op de totale jodiumconsumptie. Hoewel niet wordt verwacht dat op erythrosine gebaseerde waterbehandeling tot nadelige resultaten zal leiden als gevolg van blootstelling aan erythrosine-fotoproducten of overmatige blootstelling aan jodium, is het belangrijk om een ​​voorzichtige benadering te volgen en de impact ervan te testen alvorens de verdere ontwikkeling van een technologie toe te staan ​​die zou dagelijks worden geconsumeerd door individuen in de derde wereld.