Fotodegradowane jadalne barwniki spożywcze

Dostęp do bezpiecznej wody pitnej jest podstawowym prawem człowieka uznanym przez Organizację Narodów Zjednoczonych, jednak osiągnięcie powszechnego dostępu w krajach rozwijających się jest utrudnione przez niewystarczającą infrastrukturę uzdatniania wody i brak stałej konserwacji. Według stanu na 2015 r. 844 mln osób w krajach o niskich i średnio-niskich dochodach (LMIC) nie miało dostępu do ulepszonych źródeł wody pitnej, a 159 mln osób bezpośrednio korzystało z nieoczyszczonych wód powierzchniowych, co powodowało śmierć 502 tys. choroby z wody zanieczyszczonej patogenami. Ponieważ nierówność wody pitnej i związana z nią śmiertelność nieproporcjonalnie obciążają rozwijające się obszary wiejskie, zapewnienie ulepszonych technologii uzdatniania wody w punktach poboru (POU), które są tanie, proste i wymagają minimalnej infrastruktury, ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia wszechobecnego dostępu do bezpiecznego picia woda.

Obecnie w LMIC stosuje się kilka metod uzdatniania wody POU (np. dezynfekcja słoneczna (SODIS), filtracja z użyciem granulatu lub naczynia ceramicznego, chlorowanie itp.). Chociaż są skuteczne przeciwko bakteriom, większość z nich stosunkowo słabo radzi sobie z usuwaniem wirusów, a wszystkie technologie POU wykazują niższą skuteczność w terenie ze względu na pogorszenie początkowej jakości wody i obsługę przez stosunkowo niewykwalifikowanych użytkowników. Podczas gdy technologie POU przyczyniły się do zmniejszenia bakteryjnego i pasożytniczego zapalenia żołądka i jelit, przypadki wirusowego zapalenia żołądka i jelit nie zmniejszyły się, a czynniki wirusowe zaobserwowano w 43% przypadków biegunki w krajach rozwijających się.

Jedną z opracowywanych technologii POU, która wykazała potencjał inaktywacji wirusów w wodzie pitnej, jest zastosowanie jadalnego barwnika fotouczulającego do wody w celu dezynfekcji. Pod wpływem światła słonecznego barwnik fotouczulający wytwarza tlen singletowy, reaktywne formy tlenu (ROS) zdolne do dezaktywacji szerokiej gamy wirusów. Erytrozyna, barwnik zatwierdzony przez FDA, udowodniła swoją zdolność do dezynfekcji wody pitnej, osiągając 4-log inaktywację bakteriofaga MS2 w mniej niż 10 minut ekspozycji na światło słoneczne. Co więcej, barwnik ulega fotowybielaniu pod wpływem światła, a towarzysząca temu wyraźna zmiana koloru (np. z erytrozynowej czerwieni na przezroczystą) zachodzi w tempie porównywalnym z dezynfekcją, zapewniając bezpieczną wskazówkę, że dezynfekcja została zakończona, bardzo potrzebna funkcja, której brakuje inne technologie POU. Przy całkowitym koszcie 0,002-0,003 USD na litr uzdatnionej wody jest tańsza niż gotowanie wody w kilku krajach rozwijających się i jest opłacalną technologią dezynfekcji wody.

Erytrozyna, znana również w USA jako FD&C Red No. 3, została zatwierdzona przez FDA do stosowania w żywności, lekach i kosmetykach, przy dopuszczalnym dziennym spożyciu (ADI) wynoszącym 2,5 mg/kg masy ciała/dzień. Stężenie zalecane w literaturze do dezynfekcji wody pitnej wynosi 5,0 µM erytrozyny, czyli około 4,4 mg/L. Przy przeciętnym Amerykaninie spożywającym 2,38 l wody pitnej i napojów dziennie, oczekuje się, że dzienna ekspozycja na erytrozynę wyniesie 10,5 mg. Zakładając, że całkowite dzienne spożycie wody w LMIC odpowiada 2,38 l w Ameryce, wówczas osoba o masie ciała 60 kg doświadcza dziennej dawki erytrozyny wynoszącej 0,17 mg/kg mc./dobę, znacznie poniżej ustalonego przez FDA ADI.

Motywacja do zbadania wpływu erytrozyny na zdrowie człowieka wynika z nieznanego zachowania produktów fotodegradacji. Chociaż struktura cząsteczkowa erytrozyny zmieni się po utlenieniu tlenem singletowym, typowe reakcje tlenu singletowego to reakcje addycji, które zazwyczaj nie prowadzą do rozszczepienia struktury cząsteczkowej. W rezultacie nie oczekuje się, że szybkości wchłaniania erytrozyny zmienią się znacząco po fotowybielaniu oksydacyjnym. Jednak te utleniające produkty nie były wcześniej testowane pod kątem toksyczności i powinny zostać zbadane przed zezwoleniem na dalszy rozwój dezynfekcji wody na bazie erytrozyny. Ostatnie testy próbowały scharakteryzować produkty fotoutleniania erytrozyny, ale były niejednoznaczne.

Ponadto, dotychczasowa literatura podaje, że ~19% jodu w strukturze molekularnej erytrozyny jest uwalniane do roztworu po ekspozycji na światło i utlenieniu tlenem singletowym. Przy zachowaniu dotychczasowych parametrów uzdatniania wody (5,0 µM erytrozyny, 2,38 l wody/dzień, 60 kg osobnika) dzienne spożycie jodu uwolnionego z erytrozyny wyniosłoby 1,1 mg I/dzień. Najniższy poziom obserwowanego działania niepożądanego (LOAEL) i poziom, przy którym nie obserwuje się działania niepożądanego (NOAEL) dla jodu to 1,7 mg I/dobę oraz 1,0-1,2 mg I/dzień, co daje górny tolerowany poziom spożycia (UL) wynoszący 1,1 mg I/dzień. Jeśli podane w literaturze uwalnianie jodu z erytrozyny jest prawidłowe, wówczas narażenie na jod jest na poziomie UL. Ze względu na słabą absorpcję erytrozyny w przewodzie pokarmowym nie oczekuje się, aby jod, który pozostaje związany z erytrozyną, miał znaczący wpływ na całkowite spożycie jodu. Chociaż nie oczekuje się, że uzdatnianie wody na bazie erytrozyny przyniesie niekorzystne skutki z powodu narażenia na fotoprodukty erytrozyny lub nadmiernego narażenia na jod, ważne jest, aby zastosować ostrożne podejście i przetestować jego wpływ, zanim pozwoli się na dalszy rozwój technologii, która byłaby spożywana codziennie przez osoby w krajach rozwijających się.