Критичний огляд оцінки безпеки наноструктурованих добавок діоксиду кремнію в харчових продуктах
Анотація
Передумови
Рекомендація Європейської Комісії визначає наноматеріали як такі, що мають один розмір, що не перевищує 100 нм [6]. Однак немає твердої наукової підстави для висунення суворої межі розміру, а префікс "нано" не робить речовину автоматично шкідливою. Тим не менше, нанорозмірна шкала змінює характеристики матеріалу порівняно з більшими частинками або тією ж речовиною в розчиненому стані. Нанорозмірні матеріали мають підвищене відношення поверхні до маси, що підвищує їх реакційну здатність порівняно з великими структурами [7, 8]. Крім того, нанорозмірні частинки легко проникають через неушкоджені клітинні мембрани, тим самим надаючи потенціал для торгівлі через біологічні бар'єри, включаючи епітелій шлунково-кишкового тракту [9–13]. До цього часу вплив наночастинок на здоров’я вивчався головним чином у зв'язку із захопленням дихальних шляхів [14]. Однак, враховуючи їх широке використання, пов’язане з харчовими продуктами, існує нагальна потреба переглянути придатність оральної токсичності та дослідження оцінки ризику, що стосуються довгострокової безпеки наноструктурованого діоксиду кремнію.
Синтетичний аморфний діоксид кремнію
Кремній (Si) - це металоїд, що має атомну масу 28. Терміни "кремній" та "кремній" стосуються природних або антропогенних матеріалів, що складаються з діоксиду кремнію (SiO2), який виступає у двох основних формах, тобто кристалічній та аморфній . Синтетичний аморфний діоксид кремнію (SAS) широко застосовується до оброблених харчових продуктів та зареєстрований ЄС як харчова добавка з кодом E 551 [15]. Основною метою частинок SAS у харчовій промисловості є запобігання поганому потоку або “злежуванню”, особливо у порошкоподібних продуктах. Частинки SAS додатково використовуються як загусник у пастах або як носій ароматизаторів, а також для освітлення напоїв та контролю піноутворення [16–18].
Частинки діоксиду кремнію існують у великій кількості в природі, і визнано, що вони були дієтичними складовими протягом усієї еволюції людини. Однак оцінка ризику діоксиду кремнію, про яку йдеться в цьому огляді, обмежується штучними матеріалами, що вводяться як харчові добавки. У 1942 р. Гаррі Клоепфер (хімік, що працює в Degussa, нині Evonik) винайшов процедуру Aerosil для виробництва частинок SAS, призначених для харчової промисловості [19, 20]. Після стандартного пірогенного процесу, також відомого як полум’яний гідроліз, тетрахлорид кремнію спалюють у водневому полум’ї при температурах 1000–2500 ° C, утворюючи наночастинки кремнезему діаметром
10 нм [21]. Цей матеріал позначається пірогенним або димистим діоксидом кремнію з посиланням на вищезазначений спосіб виробництва. В якості альтернативного мокрого шляху синтезу наноструктуровані частинки SAS, позначені як обложений діоксид кремнію, силікагель або водний діоксид кремнію, отримують із силікатів лужних металів, розчинених у воді та реагуючих із сірчаною кислотою. В ЄС в якості харчової добавки дозволяються лише синтетичні частинки, отримані цими пірогенними або вологими процесами [15]. Усі продукти SAS агрегуються у більші частинки з розмірами близько 100 нм, які в подальшому агломератують, утворюючи мікрономні структури [14, 22]. Термін "заповнювач" описує сукупність частинок, утримуваних разом сильними силами, такими як ковалентні або металеві зв'язки. “Агломерати” частинок з’являються як наслідок слабких сил, таких як взаємодія Ван-дер-Ваальса, водневий зв’язок, електростатичні притягання або зчеплення поверхневим натягом. Матеріали SAS гідрофільні, але їх можна зробити гідрофобними, зменшуючи таким чином поглинання вологи шляхом подальших модифікацій поверхні.
Дослідження оральної токсичності з використанням частинок SAS
Синопсис досліджень на тваринах, присвячених пероральній безпеці частинок SAS, був опублікований Європейським центром екотоксикології та токсикології хімічних речовин (ECETOC) [23], а нещодавно і Організацією економічного співробітництва та розвитку (OECD) [24]. ]. Жодної смертності чи несприятливих ознак не виникало внаслідок гострого впливу одноразового перорального введення гідрофільних частинок SAS гризунам у дозах до 5000 мг на кг маси тіла. Було проведено підгостре (28-денне) дослідження шляхом перорального введення гідрофільних частинок SAS щурам Wistar. Добові дози становили від 100 до 1000 мг/кг маси тіла. Жодна з контрольованих кінцевих точок (клінічні ознаки, споживання їжі, маса тіла, поведінкові тести, гематологія, параметри клінічної хімії, ваги органів, макроскопічна патологія та гістологічні дослідження) не виявила жодних відхилень від речовин [25].
Підводячи підсумок, критичний аналіз існуючих пероральних досліджень багаторазових доз на гризунах виявляє прогалини в даних та невизначеності, що обмежують їхню прогнозну цінність для оцінки ризику впливу харчової дієти на людину. Деякі дослідження базувались на погано охарактеризованих частинках з точки зору складу, домішок або фізико-хімічних властивостей, і в більшості звітів не було оцінки розподілу розміру частинок.