环境的影响存在、分配和使用人工甜味剂作为新兴的污染来源

文摘

人造甜味剂对环境构成新的威胁。水生态系统的主要接受者这些新兴污染物。一旦摄入,足量的人造甜味剂逃脱持平于人体和添加到环境。然而,一些添加的形式分解产物通过排泄。人造甜味剂对废水处理过程,因此不断引入水环境。然而,环境行为,命运,和长期ecotoxicological贡献我们水资源的人工甜味剂仍然在很大程度上仍未知。一些人造甜味剂糖精等用作食品添加剂在动物饲料。这也形成了磺酰脲类除草剂的降解产物。所有人造甜味剂进入污水处理厂的工业和家庭。从废水,他们最终驻留到接收环境的身体包括废水、地下水和地表水。 The global production of these sweeteners is several hundred tons annually and is continuously being added into the environment.

1。介绍

人造甜味剂(屁股)所使用的食品添加剂在成千上万的世界各地的食品。在许多食品含有的屁股是食物和饮料,甜点,嚼口香糖,糕点和面包尤其是糖尿病和/或肥胖的人。除此之外,这些也是用于其他个人护理和医药产品1- - - - - -4牙膏和咳嗽糖浆等)。最受欢迎的屁股表现出无数食品化学应用程序是糖精(囊),环己基氨基磺酸(本体),阿斯巴甜(ASP)、安赛蜜(ACE),三氯蔗糖(往下),alitame (ALT),摘要(NEO)和neohesperidine dihydrochalcone (NSDH) [5- - - - - -7]。在药品和卫生产品的使用也被证实(4,8]。

屁股是主要用于低热量食品的处理没有糖在食品工业中。这些甜味剂广泛应用于人类饮食不引起任何血糖效应/一旦摄入胰岛素反应。除此之外,他们不释放任何卡路里和没有任何不利影响牙菌斑微生物区系,与糖(6]。赛克目前最发达的人工甜味剂在氨基磺酸盐中,紧随其后的是囊(8]。饮食软饮料,ASP和ACE-K-k领先品牌,而往下一直是主要的桌面甜味剂市场的领导者。类的污染物进入环境多年,还没有彻底研究到目前为止发生而言,环境命运和毒性评估和/或保护当前全球法规被归类为“新兴污染物”或“新兴污染物”9- - - - - -11]。屁股是一类新发现的环境污染物,因为他们长期存在和普遍的出现在不同的水生生态系统。

相信新兴污染物的数量超过700,被添加到环境在日常生活12]。针对日益增长的污染压力,这些新兴污染物应该探索和解决系统性的方式了解他们的潜在风险对环境和人类健康11]。据报道,屁股的全球消费超过159000吨。这相当于20亿美元的市场价值。中国目前的主要消费最屁股(32%),其次是亚洲/大洋洲(23%)、美国(23%),欧洲(12%)和非洲(7%)(13]。全球食品和饮料产品中使用无营养的屁股表示ASP使用最高1.85万吨,其次是囊(9700吨),ACE-K(6800吨),和往下(3300吨)14]。极高浓度的ASP用于食品工业(高达5602毫克/公斤)在韩国(15]。ASP是最大的人造甜味剂产品全球市场;它在美国是最受欢迎的人造甜味剂和6000多名食品中使用16]。

尽管他们在非常低的浓度,新兴污染物拥有巨大的潜力来触发不良人类和环境影响一些研究者报道在活的有机体内和/或在体外实验室研究在非常低的浓度。因为他们在非常低的浓度(毫克或毫克每千克_dw)环境中,新兴污染物也被称为微量污染物(17,18]。因此,这些污染物几项研究的焦点是由于他们的潜在环境影响归因于对水生和陆生生物毒性(18- - - - - -21]。很大一部分的囊,幕布,ACE-K-k,往下移动从人体摄入后一种不变(22,23),而ASP, ALT, NEO NSHD被更大程度(24]。分析污水入渗和废水的屁股是只发现在五(ACE-K、幕布、囊,往下)的七个屁股积极。污水废水的废水样品(下游)从三个不同的位置进行分析ASP的存在,囊,往下在美国。的五个水样分析,可检测浓度的往下被发现在所有样品在0.8和1.8μg / L。然而,囊检测浓度的5只在一个位置μg / L (25,26]。估计30%的样品检测的一个或多个屁股,表明水的存在源于化粪池污水。同样,2.0到4.7%的地下水渗漏有脓毒性废水1%或更多的贡献(27]。显著影响所展示的洗脱液的类型和屁股上的pH值恢复使用固相萃取(SPE)筒[4]。

最大限度的人造甜味剂定义的卫生和家庭福利、食品安全和印度标准局(28如下所示(表1)。

2。研究搜索和选择标准

文献检索是由像PubMed数据库,搜索PubMed Central,研究闸门,谷歌学者,Medline和科学指引。相关的研究文章的基础上,研究无营养的屁股和环境的影响。文献检索过程中使用的搜索条件包括存在、来源、转移路线,环境影响和评估技术的屁股。研究包括检测技术和区域研究也包含在目前的审查。审查的重点是屁股随着新兴污染物。

2.1。环境影响的屁股

屁股已经被报道在人类和水生生物的负面健康影响。他们以前不为人知的健康的影响由于缺乏标准和指导方针的环境监测和最近才被确认为潜在环境污染物(29日]。屁股的出现最初是在水和土壤中发现(30.]。大量的这些屁股吸收不良(据报道,保持不变,并31日]。出院的屁股从不同来源的废水处理厂(WWTPs)。然而,大多数的屁股逃跑甚至最有效的WWTPs。同时,从这些WWTPs处理过的废水被认为是主要来源的屁股最终找到途径进入环境(32]。屁股在废水的浓度废水被发现没有影响废水处理甚至通过使用毫微克每升(32,33]。

ASP是水解aspartylphenylalanine低于3及以上的pH值6的pH值,转化为5-benzyl-3, 6-dioxo-2哌嗪乙酸(34,35]。溶于水(约ALT。13.1%在25°C w / v)和相对稳定的加热由于其独特的酰胺基。经水解,ALT转化为丙氨酸酰胺、天冬氨酸、b-aspartic异构体,在人类的身体,N葡糖苷酸是主要的代谢产物36]。新是一个N代替ASP导数(37),它的主要降解产物是de-esterified NEO(食品添加剂系列52:NEO (http://www.inchem.org/documents)。Neohesperidin dihydrochalcone被人类anoxically转换3 - (3-hydroxy-4-methoxyphenyl)丙酸或3 - (3 4-dihydroxyphenyl)丙酸(38]。

因此,ASP的主要代谢产物,NEO, ALT, NSHD应该会出现在水生环境中,而不是父母的化合物。囊是一种最古老的屁股。其商业生产开始于1878年。它不是由身体代谢,排泄尿液中不变一旦摄入(39),未被吸收的部分是与粪便排泄40]。囊存在于地下水由于化肥在农业中的应用,磺酰脲类除草剂的降解,老垃圾填埋场,灌溉,土壤水分管理,用污泥的肥料,在管道泄漏。城市废水和污水也发现含有囊。囊被用作电镀光亮剂在工业在少量40]。往下发现了在沿海和海洋水域。这是进一步报道,浓度达到0.21μg / l的囊被发现在中国地表水(41]。ACE-K-k囊,往下,本体作为糖的替代品是最检测食品添加剂/甜味剂在土壤和地下水17,42]。

然而,许多的屁股不降解,也可以引入到土壤环境(43]。ASP是一种二肽l-aspartyl-l-phenylalanine甲酯。对于存储时间更长时间的某些食物,如碳酸和仍然饮料,ASP的稳定水媒体并不令人满意。二肽酯,ASP进行水解和环化反应。在酸性条件下水解的酯和酰胺债券被看好,导致其组成氨基酸的形成与伴随的甜蜜。更多的中性和碱性条件有利于ASP的环化相应的二酮哌嗪(44]。的理化性质和分子结构中的一些屁股有表2和3分别。

屁股被认为是一种新的环境污染因其极端的持久性和无处不在的自然。屁股的不断引入到水生环境是归因于他们的抵抗行为污水处理流程。然而,行为,命运,和长期ecotoxicological屁股在水资源正处在一个大的贡献仍然未知。研究地理/季节性水文ACE-K交互,幕布,囊,往下在一个开放的海岸系统在河口/海洋连接显示更高的ACE-K发生(季节性指数:0.22μg L(−1))和往下(0.05μg L(−1))是在夏天,而囊(0.11μg L(−1))和赛克(0.10μg L(−1))主要是检测到冬天,显示一个强烈的联系与变量不同甜味剂(之间的耐化学性30.,51]。新照片的形成副产品在ACE-K长期紫外线照射是非常可行的,往下化合物被UPLC-ESI透露/女士退化概要文件。光降解的结果显示,光毒性ACE-K产品可能影响水生生态系统(30.,59]。

研究估计输入从农业和家庭,退化,浸出地下水透露,相当浓度的囊可能最终通过液体肥料在土壤。囊,在仔猪饲料添加剂,主要是排泄。囊可能因此最终在土壤与肥料的浓度大量12毫克/ l和稳定两个月的存储。也观察到囊是一种土壤某些磺酰脲类除草剂的代谢产物。与此同时,屁股可能通过灌溉进入土壤wastewater-polluted地表水和污水污泥施肥(1μg / L)或通过下水道漏水。土壤培养实验显示,赛克囊,ACE-K,和往下6降解半衰期为0.4 d, 3 - 12 d, 3-49 d,分别和8 - 124 d。入口通道的相对重要性的研究土壤退化、地下水和浸出显示囊出现在地下水(0.26μg / L)是由于肥料的应用程序。相反,浓度ACE-K (5μg / L)可能是由于wastewater-polluted地表水的渗透河床(23,42,60]。

屁股的广泛存在各种环境样品和恢复效率和准确测定环境依赖于各种外部因素包括固相萃取(SPE)墨盒,缓冲区和pH值,矩阵的影响,样品的稳定性。确定采用的主流方法与LC-ESI-MS SPE。屁股,普遍存在于各种环境媒体,ACE-K往下,浓度和他们的调查中发现了污水处理厂的顺序(WWTPs)地下水地表水入渗> WWTPs废水> > >饮用水;土壤和大气>。作为水平不同地区之间表现出显著差异(61年,62年]。

屁股被确认为新兴环境污染物,可以发现在接收水域,即。、地表水、地下水含水层,饮用水域。屁股的相对毒性研究生物发光活性测定(使用转基因生物荧光细菌大肠杆菌)。毒性观察细菌被暴露于一定浓度的屁股。在生物荧光活性测定,观察两种毒性反应模式,即诱导和抑制发光信号。抑制反应模式中观察到的反应往下,尼欧。此外,生物荧光细菌测试面板可以用于检测环境中,使用一个特定模式的行动模式(63年]。往下越来越多的被用作科学家称之为“指示剂”——物质,可以帮助确定污染来源。这种能力是至关重要的维持水的质量,在地表水和饮用水的供应(https://www.scientificamerican.com)。

新兴污染物主要是工业起源和医疗放电和转移到土壤,土壤和植物,最后消费者的蔬菜,水果等废水处理或未经处理的表面水灌溉。甾体雌激素、bromofen、布洛芬、咖啡因、甲基dihydrojasmonate等一些新兴污染物除了屁股。这些污染物的浓度在农业水用于灌溉已报道的范围从10到500 ng / L。这些污染物的浓度在作物被发现从1到7500 ng /公斤(64年]。地下水污染与屁股有很多不同的直接和间接路线包括渗透土壤含水层处理废水的处理、渗透wastewater-influenced地表水,垃圾填埋场渗滤液,城市污水水库、败血性系统和渗透的肥料在农业用地(8,23,65年,66年]。

屁股包括ASP和囊在100 mg / l的极限浓度检测它们对模式物种的影响浮萍属未成年人,Sinapis alba,大型水蚤- Enchytraeus crypticus, Desmodesmus subspicatus,摘要以。这项研究揭示了统计上的负面影响浮萍属小,而ASP和囊有负面的生殖影响enchytraeids [67年]。

2.2。新兴污染物的来源和途径

污染物进入土壤和水的输入主要是由于人为活动(68年,69年)(图1)。池塘土壤污染的来源、表面和地下水资源包括离散位置、市政污水,污水处理厂,意外泄露和垃圾填埋场。非点源的或扩散源污染的农业和畜牧业,工业污染,废气(工业和车辆),回收,未经处理的废水70年- - - - - -75年]。新兴污染物发现他们的方式进入土壤和水环境中通过source-pathway受体模型,其中一个途径是必要的,这些污染物的运输到这些资源。土壤和水形成通路,而生物体(包括水和土壤)是受体。明显的途径包括故意处置、垃圾填埋场渗滤液污水泄漏,灌溉与治疗/未经处理的废水,动物农场(17,74年,76年- - - - - -78年]。其他包括大气影响植物和动物,植物或土壤表面污染物的沉积,逐渐积累。这些污染物可能会持续多年或扩散到整个土壤剖面最后最终进入地下水,除了偶然的和结构性的泄漏和扩散排放(9]。

检测频率高的屁股在各种环境媒体创造了极大关注。屁股生态毒性研究和可能的消除环境中的路线显示负面影响的屁股比预期更严重,和应该关注慢性代谢毒性的屁股。在各种屁股,本体和囊很容易移除,而往下和ACE-K通常是持久的。潜在的微生物降解的持久性的屁股被报道在一些地区,但澄清的潜在机制有必要增加使用这种方法广泛应用的可能性和令人满意的性能(79年,80年]。新兴污染物(农药及其分解产物、药物、个人护理产品和房子,生活方式的化合物,食品添加剂、工业产品和废物,和纳米材料)已经成为一个关心环境。累计使用这些产品的产业、农业、国内使用,导致了他们的外表和医疗服务在大量土壤、地表和地下水资源,导致无法预料的后果。这些新兴污染物的毒性和生物体内积累的数据是有限的(81年]。

存在的各种新兴污染物包括制药和个人护理产品(PPCPs)地下水主要归因于人为活动的大多数化合物检测水样中合成产品,除了咖啡因(82年]。屁股和PPCPs找到途径进入地下水从不同的来源和途径包括家庭PPCPs,工业废水和医院,药物,含有的食物。合成产品或其分解化合物添加到垃圾填埋场,化粪池,STP废水、污水、土壤和地表水通过牲畜排泄物,固体废物,地表水,厕所,或下沉。这些化合物是最后添加到地下水在不同浓度由于添加PPCPs包含污水水域,泄漏或管理含水层补给从下水道,污水处理厂,化粪池。许多化合物包括抗生素、消炎药、脂质监管机构、精神药物、兴奋剂,昆虫防尘、防晒剂在地下水在不同浓度已报告[83]。

大量的地下水保护政策框架有一个持续的挑战的大部分(约700)新兴污染物从不同的点和扩散源除了常规污染物(82年]。

2.3。生态毒性的屁股

屁股的全球环境分布促使研究人员对评估ecotoxicological这些屁股的影响。根据存在,持久性和生物体内积累潜力,屁股有多种多样的生态系统的毒性作用,植物生长,水生生物(24]。往下一直报道影响生理和机车的行为水蚤麦格纳在0.0001 - 5 mg / L。游泳速度增加,游泳高度改变观察浮游甲壳类动物。此外,时间达到食物和住所被发现长期Gammarid [84年]。然而,水蚤麦格纳和Mysida虾(Americamysis巴伊亚)据报道没有影响的往下≤1800 mg / L和≤93 mg / L的往下,分别在他们的生存,繁殖增长,(85年]。往下的短期影响产蛋,孵化率、食物摄入量和死亡率的两种北极桡足类浓度范围从0到50000 ng / L显示无意义的对这些参数的影响(86年]。最近的一项研究报道,ASP(100毫克/公斤)是有毒的浮萍属未成年人,Sinapis alba,大型水蚤- Enchytraeus crypticus, Desmodesmus subspicatus,和摘要以虽然囊和ASP(100毫克/公斤)中断Enchytraeidae的繁殖67年]。

一项研究调查的相对毒性使用转基因生物荧光细菌从屁股大肠杆菌。生物荧光细菌检测毒物时发冷光。细菌被暴露于不同浓度的屁股研究毒性作用。在这个分析,据报道两种毒性反应模式,即生物发光信号的诱导和抑制。抑制反应模式可能观察到在往下的反应在所有测试菌株:TV1061 (MLIC = 1毫克/毫升),DPD2544 (MLIC = 50毫克/毫升),和DPD2794 (MLIC = 100毫克/毫升)。也观察到在DPD2544 NEO (MLIC = 2毫克/毫升)的压力。然而,感应响应模式可能观察到在其响应囊TV1061 (MLIndC = 5毫克/毫升)和DPD2794 (MLIndC = 5毫克/毫升)菌株,ASP在DPD2794 (MLIndC = 4毫克/毫升)应变和ACE-K DPD2794 (MLIndC = 10毫克/毫升)应变(63年]。

ACE-K毒性的增加和往下中间体生物光解或电解后也被记录在其他几个研究[87年,88年]。ACE-K生态毒性的增加引起的紫外线辐照度被发现后的积累哦•造成强烈的氧化状态即使在浓度为0.1 mg / L在鱼的肝脏89年]。

一项研究表明往下中断基因负责从甘蔗蔗糖的吸收,从而抑制蔗糖在植物的吸收和运输90年]。强烈积极的协会之间观察到往下的浓度(0.0001 - 5毫克/升)和神经系统和氧化的变化可能导致水蚤(亚致死的影响91年]。此外,在适当环境浓度(0.05和155μg / L)与不同的曝光时间(12、24、48、72和96 h),可能SUC-induced毒理学风险鲤属carpio也被评估。结果表明,脂质过氧化作用的内容,氢过氧化物,和蛋白质羰基和抗氧化酶的活性测试物种特别是在鳃,大脑和肌肉明显增加(92年]。囊和本体,也最近发现表现出植物细胞毒性和诱变(洋葱)的影响在允许的水平93年]。

此外,需要注意的是,虽然父母的屁股已经证明是最低限度有害水生栖息地,他们可能会通过不同的途径变成更多的有毒代谢产物。人造甜味剂代谢物的急性毒性计算表明,急性ACE-K-k的抑制效应诉fischeri明显放大照片治疗后EC50 = 125.5 mg / L,可衡量的放大575倍。进一步的研究显示,计算增加毒性(超过99.5%)是由于代谢物积累。这个结果是不寻常的其他持久性有机污染物的自增强因素很少超过20倍,说明大屁股的担忧。研究发现,往下的危险的放大范围从2670毫克/升到156.2 mg / L,可检测放大倍数为16.5。(接近往下的“有害”的标准100 mg / L)。考虑到毒性结果考虑到更持久和有毒的副产品,ACE-K似乎比往下长期生态效应[30.]。

此外,由于多种污染物共存的环境下,作为混合物的毒性作用与其他化学物质在环境中也应该被考虑。咖啡因的顺序分类囊> > ASP >往下,屁股会影响心率、眼密度,和鱼的体长,累积效应观察结合咖啡因(94年]。除此之外,一些发现可能认为,在当前环境水平,屁股显示急性毒性相当低的物种(86年,95年]。

显著进步的发现和量化分析和检测帮助新兴污染物不仅在生物也在各种环境物质。然而,小数据环境暴露在一般人群的副作用(69年]。

3所示。结论

人造甜味剂正在讨论他们的正面和负面健康影响尚未解决。新添加到这个辩论是对环境的负面影响的屁股。这些被称为新兴污染物,这些ecotoxic化合物已经添加到极端负载的其他污染物。双向解决方法需要包含这些新兴污染物的负面影响都影响人类健康以及生态系统的健康。这些观察结果也表明,往下检测到的浓度环境中都远低于所需的是什么引起的影响在淡水或海洋无脊椎动物。然而,同样重要的是,许多的屁股被使用在世界范围内,存在和浓度生态系统和生态毒性变化从一个到另一个地方。因此,几年前观察目前可能不是相同的数量和体积都以非常快的速度增加以及其他环境因素和污染物。日益增加的证据浓度和生态毒性的屁股环境要求完整的风险评估,评估和生态毒性测试,消除这些新兴污染物。审查突出了驴的生态影响及其分解产物最近被列为新兴污染物。屁股的存在及其降解产物在水生系统是一种新的威胁水生生物因其存在显著的浓度。 Besides testing, estimation techniques, sources, and transformation pathways, the review is expected to benefit the scientific community in future prospects for environment safety assessment.

数据可用性

文章中的数据是可用的和它的补充材料

信息披露

还没有收到任何资助这项研究

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

Ab Qayoom奈克概念化的研究和准备。Vinoy k Shrivastava形式分析和审查和编辑的手稿。Ab Qayoom奈克和Tabassum征服者写道,审查和编辑稿件。所有作者已阅读及同意发布版本的手稿。

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