Sladidlá, nová environmentálna záťaž
Vzhľadom na rastúci počet civilizačných ochorení je trendom znižovať obsah rafinovaného cukru v strave, ktorého nadmerný príjem je jedným z činiteľov ovplyvňujúcim nárast obezity, následne kardiovaskulárnych chorôb a diabetes mellitus typu II. Odporúčanie WHO je príjem sacharidov 10% z celkovej energie, teda pri príjme 2000 kcal zodpovedá max. hranica 50 g cukru.
Podľa American Heart Association sa odporúča pre mužov 37,5 g cukru/osobu a deň, a ženy 25 g cukru/osobu a deň. V SR je spotreba cukru a výrobkov z cukru 31,2 kg na osobu a rok (Spotreba potravín v SR v roku 2020).
Moderným trendom znižovania spotreby rafinovaného cukru je jeho náhrada za sladidlá na umelej, alebo prírodnej báze. Sladidlá patria do skupiny potravinárskych prídavných látok a teda ich využitie podlieha legislatívnym požiadavkám v NARIADENÍ EURÓPSKEHO PARLAMENTU A RADY (ES) č. 1333/2008. Pri hodnotení zdravotnej neškodnosti sladidiel sa využíva hodnota ADI, čo je denná odporúčaná dávka na kilogram hmotnosti a deň, ktorú je možné konzumovať každý deň po celú dĺžku života a predstavuje iba jednu stotinu maximálnej dávky, ktorá nemala žiadne preukázané účinky pri pokusoch na zvieratách. Tab. 1 uvádza zoznam sladidiel povolených v EU a tab. 2 sladidlá v EU nepovolené.
Tab. 1: Sladidlá povolené v EÚ v NARIADENÍ EURÓPSKEHO PARLAMENTU A RADY (ES) č. 1333/2008.
Tab. 2: Sladidlá v EÚ doposiaľ nepovolené a ich sladivosť vzhľadom na sacharózu.
Požívanie sladidiel sa rozšírilo najmä v dôsledku snahy o zníženie hmotnosti, alebo zo zdravotných dôvodov. Sladidlá môžu ovplyvniť metabolizmus glukózy, citlivosť na inzulín, zmeny zloženia črevnej mikroflóry, alebo paradoxne vedú ku zvýšenému príjmu potravy v dôsledku neurologických zmien týkajúcich sa pocitu nasýtenia, čo v konečnom dôsledku spôsobuje nárast hmotnosti, a to dokonca vyšší v porovnaní s konzumáciou rafinovaného cukru. Vplyv sladidla na zdravotný stav jedinca je však vysoko individuálny.
Spojitosť medzi rizikom vzniku zdravotných ťažkostí a konzumáciou sladidiel je diskutovaná už od prvých štúdií so sacharínom. Staršie štúdie uvádzajú, že sacharín spôsoboval rakovinu močového mechúra u potkanov v nadmerných dávkach, ale novšie štúdie túto možnosť vylučujú. Sacharín zostáva však kontroverzným sladidlom, nakoľko novšie štúdie sa zaoberajú skúmaním ovplyvnenia črevnej mikroflóry. Podávanie sacharínu ovplyvnilo črevnú mikroflóru, čo v konečnom dôsledku sa spájalo so zvýšením prozápalových faktorov a zmenou metabolických dráhach spojených s glukózovou toleranciou a dysbiózou u ľudí. V roku 2016 vydala United States Environmental Protection Agency (EPA) prehlásenie, že konzumácia sacharínu v odporúčanej dávke max 5 mg/ kg hmotnosti za deň nemá súvislosť s toxickými, karcinogénnymi, mutagénnymi ani teratogénnymi účinkami.
Sacharín bol prvým sladidlom a teda a je aj najviac preskúmaný, novšie sladidlá podliehajú experimentálnym štúdiám a výsledky štúdií sú kontroverzné. Spotreba sladidiel však napriek tomu každoročne vzrastá, a to v súvislosti nielen s individuálnymi potrebami jedinca, ale vzrastá aj využitie sladidiel na výrobu potravín s nízkou energiou, resp. potravín bez pridaného cukru.
V roku 2017 bola svetová produkcia sladidiel 159 000 t a každoročne narastá o 2 – 3%. Najviac sa vyrobí aspartámu (18,5 tis. Ton), sacharínu (9,7 tis. Ton), acasulfámu (6,8 tis. Ton) a sukrolózy (3,3 tis. Ton). Najviac sladidiel sa spotrebuje v Číne (32%), v Ázii a Oceánii (23%), v USA (23%), v Európe (12%) a v Afrike 7%. Sladidlá sú vysokorozpustné vo vode a ich široké používanie a zvyšovanie produkcie potravín bez pridaného cukru kontaminuje odpadové vody. Štúdie zaoberajúce sa detekciou sladidiel v odpadovej vode identifikovali sukralózu, acesulfám, aspartám a cyklamát. Vďaka vysokej perzistencii boli tieto sladidlá navrhnuté ako indikátory znečistenia. Využitie splaškového kalu z ČOV (čistiareň odpadových vôd), ktorý sa bežne uplatňuje ako hnojivo do pôd, spôsobuje že sa sladidlá dostávajú do pôdy a z pôdy cez korene rastlín do listov.
Acesulfám (ACE)
Acesulfám sa nemetabolizuje v ľudskom tele. Viac ako 99% sa vylučuje do 24 h z tela v nezmennej forme. Úroveň jeho degradácie závisí od spôsobov čistenia odpadových vôd. Účinnosť odbúrania acetsulfámu je nižšia ako 35%. Bolo zistené, že acetsuflám je degradovateľný fotokatalýzou a ozonifikáciou. Biodegradácia ACE v komposte s obsahom 9µg.kg-1 nebola zistená, ale v zriedenom odpade z čistiarne odpadových vôd sa začala biodegradácia po 17 dňoch a ACE z odpadu vymizol po 28 dňoch. ACE nie je pre vodné mikroorganizmy akútne toxický, ale bolo zistené, že v prítomnosti oxidantov a dezinfekčných prostriedkov pri rozpade Acesulfámu vznikajú degradačné produkty ktoré sú toxickejšie.
V prípade chlórovania vody je acesulfám prekurzorom pre tvorbu rôznych chlórových zlúčenín. Je málo dôkazov, že by sa acesulfám akumuloval vo vodných živočíchoch, môže však spôsobiť oxidačný stres, čo však v súčasnosti nie je jednoznačne potvrdené. Existujú dôkazy o bioakumulácii ACE v rastlinách, a to koncentráciách od 51 do 100 µg.kg-1 sušiny. Prítomnosť acesulfámu bola preukázaná najmä v pobrežných vodách, riekach aj v studniach a dokonca v dažďových vodách. Vyšší obsah acesulfámu bol zistený v odpadových vodách z veľkých miest a obsah ACE bol v priamej súvislosti s ročným obdobím, teda v lete sa jeho obsah značne v odpadových vodách zvyšuje. V súčasnosti nie je možné preukázať jednoznačné poškodenie životného prostredia acesulfánom, ale je možné predpokladať, že tento problém vznikne v blízkej budúcnosti.
Aspartám (ASP)
Aspartám v gastrointestinálnom trakte sa rozkladá na aminokyseliny ktoré sú takmer úplne absorbované. Stabilita je silne závislá na pH a vlhkosti. V prípade, že vlhkosť je viac ako 8%, sa aspartám rozkladá, vo vodných roztokoch pri pH 7 dochádza ku fotorozkladu, v tme sa rozklad spomalí. Do čističiek odpadových vôd sa aspartám dostáva priamo z potravinárskych výrob. Degradácia ASP pri 25 °C a pH 5 je 245 dní, pH 6 je 120 dní, pri pH 7 1 deň. Doposiaľ nebola preukázaná kontaminácia pôdy aspartámom.
Sukralóza
Sukralóza je vysoko stabilná a v suchom stave má polčas rozpadu niekoľko rokov. Má obmedzený potenciál reagovať s inými potravinárskymi prísadami. Po skladovaní roztokov sukralózy s rôznymi potravinárskymi chemikáliami (vrátane zásad, oxidačných a redukčných činidiel, aldehydov a ketónov a rôznych solí kovov) sa zo všetkých roztokov získalo 98 % sukralózy. Vo vodných systémoch je sukralóza stabilná v širokom rozsahu hodnôt pH. Pri pH 3 alebo nižšom dochádza k hydrolýze za vzniku chlórnych zlúčenín, ale proces je veľmi pomalý. Pri pH 4–7,5 a teplote 30 °C sa prakticky žiadna sukralóza nedegraduje počas jedného roka. Sukralóza je tepelne stabilná zlúčenina vhodná na použitie v pečive, aj sýtených nápojoch. Hoci sa sukralóza vyrába z cukru, telo ju nepozná ako cukor a väčšina skonzumovanej látky sa nevstrebáva (85 – 92 %), ale vylučuje sa nezmenená najmä stolicou s menšími stratami močom. V moči boli zistené dva metabolity (glukuronidové konjugáty sukralózy), ktoré predstavujú menej ako 2 % z konzumovanej sukralózy.
Stabilita sukralózy má za následok, že sa sukralóza dostáva do odpadových vôd v nezmennej forme. Existujú aj ďalšie potenciálne zdroje sukralózy, ktoré sa tiež s najväčšou pravdepodobnosťou dostanú do čistiarne odpadových vôd, napríklad produkty osobnej hygieny, ako sú zubné pasty a ústne vody. Sladidlo bolo zistené v koncentráciách od 110 µg l-1 do 360µg l-1v odpadových vodách. Účinnosť systémov čistenia odpadových vôd pri odstraňovaní sukralózy z odpadu je obmedzená. Sukralóza sa považuje za odolnú voči mikrobiálnej degradácii v čistiarňach odpadových vôd. Vo všeobecnosti je účinnosť odstraňovania sukralózy nižšia ako 50 % a v niektorých prípadoch je oveľa nižšia. Existuje však niekoľko efektívnejších procesov. Napríklad hydrolýza môže byť účinná, ale vyžaduje si vysoké pH, vysokú teplotu a dlhý reakčný čas. Výsledkom procesu je vznik 1,6-dichlór-1,6-dideoxy-d-fruktózy (1,6-DCF) a 4-chlór-4-deoxy-d-galaktózy (4-CG). Sukralózu je možno efektívne mineralizovať (až 90 %) za 120 minút. Tento proces však môže byť dosť energeticky náročný. Vyššie rýchlosti odstraňovania, až 70 %, možno dosiahnuť pomocou kombinovaného 14-dňového chemického a biologického čistenia odpadových vôd v bioreaktoroch s hematitovým železom.
Okrem čistiarne odpadových vôd je v prírodných povrchových vodách rýchlosť degradácie sukralózy tiež pomalá. Nakoniec sa degraduje, ale niektoré štúdie uvádzajú, že polčas rozpadu (DT50) je niekoľko rokov. Skríningovou štúdiou vo Švédsku sa zistilo, že vo švédskych povrchových vodách iba 1,2 % sukralózy sa mineralizovalo za 42 dní. Neexistujú žiadne dôkazy o tom, že by sa sukralóza za normálnych podmienok prostredia hydrolyzovala. V rámci environmentálne relevantného rozsahu podmienok pH (4-8) a 5 dní sukralóza nehydrolyzovala bez ohľadu na teplotu, neboli identifikované žiadne produkty hydrolýzy. Avšak tam, kde boli podmienky extrémnejšie, t.j. pri pH 10 a zvýšených teplotách (37 a 65 °C), došlo k významnej degradácii.
Pomocou testu biologickej odbúrateľnosti Organizácie pre hospodársku spoluprácu a rozvoj (OECD) výskumníci zistili, že sukralózu nemožno klasifikovať ako ‚ľahko biologicky odbúrateľnú“. V tejto súvislosti výraz „ľahko biologicky odbúrateľný“ znamená, že zlúčenina má prirodzenú schopnosť biologického odbúrania najmenej o 60 % za 28 dní, keď je vystavená slnečnému žiareniu, vode a mikrobiálnej aktivite.
Existuje určitý potenciál pre sukralózu na znečistenie suchozemského prostredia. V EÚ nie je povolená na používanie ako kŕmna doplnková látka (EK, 2018), čo by pomohlo minimalizovať riziko aspoň v rámci EÚ, ale ak sa kontaminovaná voda používa v systémoch chovu dobytka, napríklad na čistenie, existuje určitý potenciál aby sa kontaminoval hnoj a močovka. Kontaminácia pôdy sa môže realizovať tak ako aj pri iných sladidlách aplikáciou sedimentu z ČOV na hnojenie pôdy. Zistilo sa, že polčas rozpadu v pôde (DT50) sukralózy je medzi 14 a 30 dňami za aeróbnych podmienok Rýchlosť degradácie bola o niečo pomalšia za anaeróbnych podmienok po 30-65 dňoch.
Cyklamát
Kyselina cyklámová vo forme sodnej alebo vápenatej soli je jedným z najpoužívanejších umelých sladidiel v potravinách a liečivách a je schválená na použitie vo viac ako päťdesiatich krajinách vrátane EÚ, Nového Zélandu a Austrálie. Cyklamáty však nie sú schválené na použitie na mnohých kľúčových trhoch vrátane USA, Japonska, Mexika a Južnej Kórey. Základom týchto výrazných rozdielov v regulačnom schválení je do značnej miery toxický metabolit, cyklohexylamín. Napriek tomu sa cyklamátové sladidlá široko používajú v potravinách a nápojoch vrátane spracovaného ovocia (napríklad ovocné šťavy, džemy, konzervy a konzervované ovocie), žuvačiek a cukroviniek, pečiva a mliečnych výrobkov; grilované jedlá, cestoviny, ryža, raňajkové cereálie a iné koreniny. Používajú sa aj na maskovanie chuti bežne používaného octu, aby pomohli vyvážiť celkovú chuť kyslých uhoriek, šalátových dresingov, lahôdkových šalátov, dochucovacích omáčok a marinovaných rýb. Najmä cyklamát sodný sa používa vo farmaceutických prípravkoch, najmä pri výrobe cukrových obalov piluliek a kapsúl, sladení sirupov a ako náhrada cukru pre pacientov s cukrovkou, vysokým krvným tlakom alebo srdcovými chorobami. Cyklamát sodný sa používa aj v množstve produktov osobnej starostlivosti, ako sú zubná pasta, ústna voda, a iná kozmetika. U väčšiny ľudí sa skonzumovaný cyklamát len pomaly a neúplne vstrebáva z gastrointestinálneho traktu, pričom väčšina sa vylučuje v nezmenenej forme močom. Avšak v relatívne malej časti populácie (<10%) je cyklamát metabolizovaný mikroflórou prítomnou v hrubom čreve za vzniku cyklohexlamínového metabolitu. Cyclamát je však dobre mikrobiálne odbúrateľný v čističke odpadových vôd. Po 15 dňoch sa rýchlo sa rozkladá aj v kontaminovanej pôde. Rastliny sú schopné využívať cyklamát z pôdy. Cyklamát bol zistený v zelenine v koncentráciách od 56,7 do 275 μg.kg-1 v sušine. Degradačným produktom cyclamátu je cyclohexalamin, u ktorého sa pozorovala 75 % degradácia po 10 dňoch a 92 % v priebehu 20 dní. Možno teda usúdiť, že látka je ľahko biologicky odbúrateľná. Existuje však dostatok dôkazov, že cyklamáty napriek dobrej degradácii v čističkách odpadových vôd, kontaminujú životné prostredie. Nachádzajú sa v povrchových a morských vodách, aj podzemných aj keď je to vo všeobecnosti na nižšej úrovni ako iné umelé sladidlá, napr. sukralóza a acesulfám.
Poďakovanie
Tento príspevok bol vytvorený vďaka podpore v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra pre projekt: „Dopytovo-orientovaný výskum pre udržateľné a inovatívne potraviny“, Drive4SIFood, 313011V336 (aktivita 313V33600009), ktorý je spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.
Literárne zdroje
- Gultekin F, at col.: Food additives and microbiota. North Clin Istanb. 2019;7(2):192-200, 2019. doi:10.14744/nci.2019.92499
- Adam Tepler at col.: Intake of artificial sweeteners among adults is associated with reduced odds of gastrointestinal luminal cancers: a meta-analysis of cohort and case-control studies, Nutrition Research, Volume 93, 87-98, 2021. //doi.org/10.1016/j.nutres.2021.07.007.
- Ruiz-Ojeda, Francisco Javier at. Col.: T1 Effects of Sweeteners on the Gut Microbiota: A Review of Experimental Studies and Clinical Trials. Advances in Nutrition , 2019. DO 10.1093/advances/nmy037
- Andrea M. Dietrich, at col.: Mini review: Will artificial sweeteners discharged to the aqueous environment unintentionally “sweeten” the taste of tap water?, Chemical Engineering Journal Advances, Volume 6, 2021. doi.org/10.1016/j.ceja.2021.100100.
- Andreas Eisenreich at.col.: Heating of food containing sucralose might result in the generation of potentially toxic chlorinated compounds,Food Chemistry,Volume 321,2020. doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.126700.
- Shayan Shahriar at. col.: Aspartame, acesulfame K and sucralose- influence on the metabolism of Escherichia coli, Metabolism Open, Volume 8, 2020.doi.org/10.1016/j.metop.2020.100072
