Zeptejte se přírodovědců - Proč se umělá sladidla nedaji odstranit v ČOV, a dostávají se tak do řek?

Náhradou cukerné složky nebo její části umožňují výrazně snížit kalorickou hodnotu potravin, čímž přispívají ke snížení indexu tělesné hmotnosti (BMI, Body Mass Index) u populace. Jejich spotřeba stále stoupá. Mezi roky 1995 a 2005 vzrostla v EU u sacharinu o 36 %, u aspartamu o 86 % a u cyklamátu o 160 %, při celkové spotřebě kolem 13 tisíc tun. (U hodnocení spotřeby musíme dát pozor na typ údaje, protože některé hmotnosti jsou udávány v takzvaném ekvivalentu sladivosti, což je zjednodušeně řečeno množství cukru, které by dosáhlo stejného vjemu sladkosti.)

Vjem sladkosti je u těchto látek obrovský: sukralóza je 600krát sladší než cukr, sacharin a steviosid 300krát, acesulfam K 200krát, aspartam 180krát. V lidském organismu jsou některá sladidla částečně metabolizována - třeba cyklamát na cyklohexylamin. Často používaný sacharin nebo acesulfam K se ale prakticky totálně vylučují močí v původní formě. Uvedené sloučeniny tak putují do komunálních odpadních vod a s nimi do čistíren.

Molekula Acesulfamu K. Zdroj Wikimedia Commons, autor NZLS11, licence Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication. Černě atomy uhlíku, bíle vodíku, červeně kyslíku, modře dusíku, žlutě síry. Fialově je znázorněn kation draslíku.

Čistírny odpadních vod (ČOV) pracují klasickou metodou mechanicko-biologického čištění. Organické sloučeniny jsou zpracovávány v biologickém stupni, kdy se využívá biotransformačních schopností komplexu mikroorganismů, takzvaného aktivovaného kalu. Některé organické sloučeniny jsou odbourány na oxid uhličitý a vodu, jiné mohou být enzymatickými pochody pouze pozměněny. Část sloučenin či jejich upravených molekul (metabolitů) může být rovněž zachycena na povrchu kalu.

Musíme si uvědomit, že enzymy v mikroorganismech jsou přednostně nastaveny na zpracování svých přírodních substrátů v rámci odpovídajících metabolických drah. Přeměny cizorodých látek využívají nižší specifity některých enzymů - tedy určité nedokonalosti v procesu rozpoznávání substrátu či schopnosti enzymu zpracovat látky strukturně podobné těm přirozeným. Určitou roli také hraje schopnost přizpůsobení metabolických pochodů vnějšímu působení xenobiotik (cizorodých látek, nevyskytujících se přirozeně v ekosystému).

Je však zřejmé, že účinnost aktivovaného kalu, který obsahuje hlavně fekální bakterie, je u nepřírodních látek nižší. V případě umělých sladidel se efektivita ČOV výrazně liší podle typu sladidla. Cyklamát je odstraňován s účinností až 99 %, množství sacharinu je během čištění redukováno asi o 93 %. U ostatních je situace bohužel horší, a sloučeniny se tak z výpustí čistíren dostávají do povrchových vod. Postupným průnikem do potravinových řetězců pak kontaminují prakticky celý ekosystém.

Pohled na čistírnu odpadních vod v Praze. Zdroj Wikimedia Commons, autor Aktron / Wikimedia Commons, licence Creative Commons Uveďte autora-Zachovejte licenci 3.0 Unported.

Posouzení vlivu na životní prostředí je zde komplikované, neboť jde o dlouhodobé působení nízkých koncentrací látek. Nejedná se tedy o akutní toxicitu (tedy okamžité poškození), která se dá stanovit poměrně snadno, ale o toxicitu chronickou, navíc v malých dávkách. Stanovit tento typ biologického efektu je ovšem nesmírně složité, pokud je to do důsledku vůbec možné.

V případě umělých sladidel zatím nevypadá situace až tak dramaticky, pokud ji srovnáme s některými jinými skupinami látek. Přes ČOV proniká do povrchových vod řada dalších běžně používaných sloučenin, jako jsou třeba léčiva či mošusové látky (vonné komponenty mycích prostředků, pracích prášků a podobně). Tyto chemikálie rovněž nejsou odstraňovány s dostatečnou účinností. Jejich průnik do ekosystému způsobuje změny v zooplanktonu, ovlivňuje vodní organismy a přes potravní řetězce má prokazatelný efekt na endokrinní (hormonální) systémy divoce žijících zvířat i lidí.

Z výše uvedených faktů vyplývá logická otázka: Jak zlepšit účinnost čištění komunálních odpadních vod, a omezit tak vstup nežádoucích látek do životního prostředí? Dnes se vyvíjí a experimentálně testuje řada postupů pro dočišťování vod. Jsou založeny buď na takzvaných pokročilých oxidačních procesech (Fentonova reakce, použití nanočástic), fyzikálně-chemických procesech (sorpce, ultrafiltrace) či postupech rostlinné biotechnologie, které využívají schopnosti vyšších rostlin přijímat organické látky a hromadit je ve svých pletivech.

Model molekuly umělého sladidla sukralózy. Zdroj Wikimedia Commons, autor Benjah-bmm27, volné dílo (Public Domain). Černě atomy uhlíku, bíle vodíku, červeně kyslíku, zeleně chloru.

odpovídal: doc. Ing. Stanislav Smrček, CSc., Katedra organické chemie PřF UK

Zdroj: www.prirodovedci.cz/zeptejte-se-prirodovedcu