Fotonedbrutte spiselige matfargestoffer

Tilgang til trygt drikkevann er en grunnleggende menneskerettighet anerkjent av FN, men å oppnå universell tilgang i utviklingsland har blitt hindret av utilstrekkelig vannbehandlingsinfrastruktur og mangel på vedvarende vedlikehold. Fra 2015 hadde ikke 844 millioner individer i lav- og lavmiddelinntektsland (LMICs) tilgang til forbedrede drikkevannskilder og 159 millioner mennesker brukte direkte ubehandlet overflatevann, noe som resulterte i tap av 502 tusen liv årlig på grunn av diaré. sykdommer fra patogenforurenset vann. Fordi ulikhet i drikkevann og den tilhørende dødeligheten uforholdsmessig belaster utviklingslandene på landsbygda, er tilbudet av forbedrede vannbehandlingsteknologier (POU) som er lave kostnader, enkle og krever minimal infrastruktur avgjørende for å oppnå allestedsnærværende tilgang til sikker drikking vann.

Flere POU-vannbehandlingsmetoder brukes for tiden i LMIC-er (f.eks. soldesinfeksjon (SODIS), granulære medier eller keramiske pottefiltrering, klorering, etc.). Selv om de er effektive mot bakterier, fungerer de fleste relativt dårlig for virusfjerning, og alle POU-teknologier viser lavere effektivitet i felten på grunn av kompromittert innledende vannkvalitet og drift av relativt ufaglærte brukere. Mens POU-teknologier har bidratt til reduksjon av bakteriell og parasittisk gastroenteritt, har forekomster av viral gastroenteritt ikke avtatt, med virale midler observert i 43 % av diarétilfellene i utviklingsland.

En POU-teknologi under utvikling som har vist potensial for inaktivering av virus i drikkevann, er påføringen av et spiselig fotosensibiliserende fargestoff på vannet for desinfeksjon. Når det utsettes for sollys, produserer det fotosensibiliserende fargestoffet singlett oksygen, en reaktiv oksygenart (ROS) som er i stand til å inaktivere et bredt spekter av virus. Erythrosine, et FDA-godkjent fargestoff, har bevist sin evne til å desinfisere drikkevann, og oppnår 4-log inaktivering av bakteriofag MS2 på under 10 minutter med sollys. Videre fotoblekes fargestoffet ved eksponering for lys, og den medfølgende distinkte fargeendringen (f.eks. fra erytrosinrød til gjennomsiktig) skjer med en hastighet som kan sammenlignes med desinfeksjonen, noe som gir en sikkerhetsindikasjon på at desinfeksjonen er fullført, en sårt tiltrengt funksjon som mangler i andre POU-teknologier. Til en total kostnad på $0,002-0,003 per liter behandlet vann er det billigere enn kokende vann i flere utviklingsland og er en økonomisk levedyktig vanndesinfeksjonsteknologi.

Erythrosine, også kjent som FD&C Red No. 3 i USA, er godkjent av FDA for bruk i matvarer, legemidler og kosmetikk, med et akseptabelt daglig inntak (ADI) på 2,5 mg/kg kroppsvekt/dag. Konsentrasjonen anbefalt av litteraturen for desinfeksjon i drikkevann er 5,0 µM erytrosin, eller ca. 4,4 mg/L. Med en gjennomsnittlig amerikaner som inntar 2,38 L drikkevann og drikker per dag, forventes en daglig eksponering på 10,5 mg erytrosin/dag. Forutsatt at det totale vannforbruket per dag i LMIC-er samsvarer med det amerikanske forbruket på 2,38 L, vil et individ på 60 kg oppleve en daglig erytrosindose på 0,17 mg/kg kroppsvekt/dag, godt under den etablerte FDA ADI.

Motivasjonen for å undersøke de menneskelige helseeffektene av erytrosin stammer fra den ukjente oppførselen til fotonedbrytningsproduktene. Mens den molekylære strukturen til erytrosin vil endres ved oksidasjon av singlett oksygen, er de typiske reaksjonene til singlet oksygen addisjonsreaksjoner som vanligvis ikke fører til spaltning av molekylstrukturen. Som et resultat forventes det ikke at absorpsjonshastighetene til erytrosin endres vesentlig ved oksidativ fotobleking. Disse oksidative produktene er imidlertid ikke tidligere testet for toksisitet og bør undersøkes før de tillater at erytrosinbasert vanndesinfeksjon videreutvikles. Nylige tester har forsøkt å karakterisere fotooksidasjonsproduktene til erytrosin, men de var usikre.

Videre sier tidligere litteratur at ~19 % av jod i molekylstrukturen til erytrosin frigjøres til løsningen etter eksponering for lys og oksidasjon med singlett oksygen. Hvis de tidligere vannbehandlingsparametrene følges (5,0 µM erytrosin, 2,38 L vann/dag, 60 kg individ), vil det daglige forbruket av jod frigjort fra erytrosin være 1,1 mg I/dag. Det laveste observerte bivirkningsnivået (LOAEL) og ikke-observert bivirkningsnivå (NOAEL) for jod er 1,7 mg I/dag og 1,0-1,2 mg I/dag, noe som resulterer i tolerabelt øvre inntaksnivå (UL) på 1,1 mg I/dag. Hvis den litteraturrapporterte frigjøringen av jod fra erytrosin er korrekt, er eksponeringen ved UL for jod. På grunn av dårlig absorpsjon av erytrosin i mage-tarmkanalen, forventes det ikke at jodet som forblir bundet til erytrosin vil påvirke det totale jodforbruket betydelig. Selv om det ikke forventes at erytrosinbasert vannbehandling vil resultere i uønskede utfall på grunn av eksponering for erytrosinfotoprodukter eller overeksponering for jod, er det viktig å følge en forsiktig tilnærming og teste for virkningen før man åpner for videreutvikling av en teknologi som ville bli konsumert daglig av individer i utviklingsland.