Dlouhodobý výskyt a expozice umělých sladidel v globálním životním prostředí

Bc. Magda Jandusová

Master's thesis

Long term environmental occurence and exposure to artificial sweeteners in the global environment

Abstract:

Jedním z cílů této diplomové práce bylo shromáždění informací o nejvýznamnějších umělých sladidlech a přezkoumat znalosti o jejich využití, výskytu v životním prostředí a jejich riziku. Některá umělá sladidla, včetně sukralózy (SCL) a acesulfamu K (ACS) nejsou metabolizovány v lidském těle a jsou odolné vůči degradaci v čistírnách odpadních vod. Jsou také persistentní v životním prostředí, s poločasem rozpadu ve vodě v řádu několika let. S ohledem na jejich fyzikálně-chemické vlastnosti je předpokládána jejich kumulace v mořských vodách. SCL a ostatní umělá sladidla jsou v současnosti nejčastějšími antropogenními kontaminanty, které byly naměřené v odpadních vodách, řekách a jezerech. Ohledně jejich výskytu v mořských vodách je však k dispozici jen omezené množství informací. Na základě těchto úvah byly formulovány další cíle práce: - Poskytnout odhady celkových emisí z různých oblastí světa: - Analyzovat možné budoucí emisní scénáře (např. pro další dvě desetiletí) - Aplikovat jednoduchý model osudu vybraných umělých sladidel za účelem odhadu očekávaných úrovní expozice v mořských vodách pro současnost a pro další dvě desetiletí. Veškeré dostupné informace o výskytu umělých sladidel (zejména SCL) v odpadních vodách a jejich hladině v řekách byly kriticky analyzovány a použity k odvození současných scénářů emisí v různých oblastech světa. Byl získán globální odhad emisí pro SCL v hodnotě 2160 T/rok, která je v souladu s dostupnými údaji z průmyslových reportů.Nedostatek údajů z několika oblastí světa (např. Severní a Jižní Amerika a Afrika) neumožnil vytvořit podrobné regionální posouzení emisí SCL. Byl použit jednoduchý multimediální box model globálních oceánů (implementovaný v programu MatLab) k předpovědi současných a budoucích koncentrací v mořském prostředí. Podle realistického scénáře budou koncentrace SCL nadále růst i v průběhu dalšího století a dosáhnou úrovně v rozmezí desetin ng·L-1 v povrchových vodách tropického a mírného pásma. Jedná se o úrovně, které jsou v současné době měřené v řekách.Navzdory tomu, že uvedené koncentrace nejsou dostatečně vysoké, aby představovaly ekologické riziko, akumulace těchto odpadních produktů ve světových oceánech nabádá ke kritickému pohledu na management chemických látek.

Abstract:

One aim of this diploma thesis was to compile information on several artificial sweeteners and review the current knowledge on their usage, occurrence in the environment and risk. Some artificial sweeteners including sucralose (SCL) and Acesulfame K (ACS) are not metabolized in the human body and are resistant to degradation in waste water treatment plants. They are also persistent in the environment with degradation half lives in water of range of several years. Regarding their physical-chemical properties it is believed they will accumulate in marine waters. SCL and other artificial sweeteners (AS) are currently the most abundant anthropogenic contaminants ever measured in waste water, river and lakes. Very little information is available on their occurrence in marine waters. Based on these considerations the other aims of the thesis were: - To provide estimates of total emissions from different regions of the world - To analyse possible future emission scenarios (e.g. for the next 2 decades) - To use a simplified multimedia fate model on AS in order to assess expected exposure levels in marine waters for the present and the next 2 decades. All available data on occurrence of artificial sweeteners and in particular SCL in wastewater and its level in river water was critically analysed and used to derive current emission scenarios in different geographic areas. We obtained a global emission estimate for SCL of 2160 T·y-1, which is consistent with data available from an industrial report. Lack of data from several regions of the world (e.g. North and South America and Africa) prevented a detailed regional assessment of SCL emissions. We used a simple multimedia box model of the global oceans (implemented in MatLab software) to forecast present and future concentrations in the marine environment. Under realistic emission scenario, SCL concentrations will continue to grow during the next century, reaching levels in surface water of tropical and temperate environments in the range of tenths of ng·L-1. These are the levels which are currently measured in rivers. Despite these are considered to be far from the levels of concern for ecological effects, the accumulation of this waste product in the global oceans shed a critical light on the current level of chemical management

Keywords

Artificial sweeteners, water pollution, global environment, MatLab, GIS Umělá sladidla, vodní polutanty, globální životní prostředí, GIS

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 5. 6. 2015
• Supervisor: PhD. Luca Nizzetto

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Environmental Chemistry