Extractable Pollutants from Microplastics to Vegetables: Incorporation to the Food Chain

Význam tématu

V posledních letech vzrůstá zájem o výzkum mikroplastů (MP) a jejich aditiv v životním prostředí, zejména v mořských ekosystémech. Doposud však chybějí podrobné studie zaměřené na migraci a akumulaci těchto organických zbytků v zemědělské půdě a následně v plodinách. Šíření toxických látek z aditiv plastů do půdy a rostlin může ovlivnit kvalitu potravin a představuje riziko pro lidské zdraví. Tato aplikace ukazuje, jak lze metodou statické headspace GC/MS sledovat štěpné produkty plastů v zelenině a vyhodnotit tak šíření těchto kontaminantů potravním řetězcem.

Cíle a přehled studie

Hlavní cíle této studie byly:

• Vyvinout a validovat cílenou (targeted) i necílenou (untargeted) analytickou metodu pro detekci organických zbytků spojených s mikroplasty ve vzorcích zeleniny.
• Kvantifikovat vybrané plastové aditivní a degradační sloučeniny ve vzorcích zeleniny s jedlými a nejedlými kořeny.
• Zhodnotit rozdíly v úrovni kontaminace mezi zeleninou s jedlými a nejedlými kořeny pomocí chemometrie.
• Naznačit možnosti transportu a akumulace těchto zbytků v potravním řetězci.

Použitá metodika a instrumentace

Pro extrakci těkavých organických látek z homogenizovaných vzorků zeleniny (3 g) byla využita statická headspace technika (35 min při 130 °C). Vzorky byly připraveny ve skleněných nádobách, přidány interní standardy (toluene, naphthalene) a poté automaticky injikovány (2 mL, split 10:1) do GC/MS systému.
Využitá instrumentace:

• Agilent 8890 GC s UPC Ultimate Union a Agilent 5977B MSD (EI zdroj, full scan 35–500 m/z).
• Gerstel MPS multipurpose sampler pro přímou a headspace injekci.
• Agilent J&W HP-5ms kolony (15 m × 0,25 mm i.d., 0,25 µm film).
• GC program: 40 °C (5 min) → 130 °C (3 °C/min) → 250 °C (6 °C/min) → 280 °C (20 °C/min, 1 min).

Hlavní výsledky a diskuse

Necílenou analýzou (MS-DIAL, RI, dekonvoluce) bylo v 38 vzorcích zeleniny identifikováno 92 sloučenin (score > 70 %). Mezi nimi byly:

• Produkty degradace a aditiva plastů: chlorované parafiny, alkylfenoly, xyleny, styreny, cumene, fenylacetaldehyd aj.
• Syté a nenasycené uhlovodíky, aldehydy a ketony, část z nich může pocházet i z rostlinného metabolizmu.

Pomocí OPLS-DA a PCA bylo prokázáno, že zelenina s jedlými kořeny akumuluje vyšší hladiny plastových kontaminantů než zelenina s kořeny nejedlými. Nejvíce přispěly k diferenciaci 2,4-di-tert-butylfenol, cumene, 2-tert-butyl-4-methylfenol a 2,4-dimethylfenol, typické pro polystyren a polykarbonát.
Metoda byla validována: limity detekce 0,03–15 ng/g, limity kvantifikace 0,1–50 ng/g, RSD < 13 %, recovery 90–110 %.

Přínosy a praktické využití metody

Tato SHS-GC/MS metoda nabízí:

• Rychlý, plně automatizovaný a nízkonákladový přístup k monitoringu mikroplastových zbytků ve vodě a potravinách.
• Vysokou citlivost a spolehlivost kvantifikace plastových aditiv a degradantů ve stopových koncentracích.
• Možnost rozlišení kontaminace mezi různými typy potravních surovin (např. kořenová versus listová zelenina).

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry dalšího výzkumu:

• Rozšíření necílených přístupů (HRMS, GC×GC) pro detekci širšího spektra plastových zbytků.
• Integrace výsledků s biotestováním pro hodnocení rizika toxicity pro člověka.
• Standardizace protokolů pro rutinní monitoring mikroplastů v potravinářských surovinách.
• Širší využití chemometrie k predikci úrovní znečištění na základě geografických a zemědělských parametrů.

Závěr

Vyvinutá SHS-GC/MS metoda pro Agilent 8890 GC a 5977B MSD prokázala efektivní detekci a kvantifikaci plastových aditiv a degradačních produktů ve vzorcích zeleniny. Výsledky naznačují významnou kontaminaci potravin mikroplastovými zbytky, zejména v kořenové zelenině. Tato studie přispívá k pochopení šíření mikroplastů v zemědělství a poskytuje metodologii pro hodnocení jejich vlivu na potravní řetězec.

Reference

• Peñalver R. M.; Arroyo-Manzanares N.; López-García I.; Hernández-Córdoba M. An Overview of Microplastics Characterization by Thermal Analysis. Chemosphere. 2020;242:125170.
• Zhang Y.; Kang S.; Allen S.; Allen D.; Gao T.; Sillanpää M. Atmospheric Microplastics: A Review on Current Status and Perspectives. Earth-Science Reviews. 2020;203:103118.
• Revel M.; Châtel A.; Mouneyrac C. Micro(Nano)Plastics: A Threat to Human Health? Current Opinion in Environmental Science & Health. 2018;1:17–23.
• Da Costa J. P. Micro- and Nanoplastics in the Environment: Research and Policymaking. Current Opinion in Environmental Science & Health. 2017;1:12–16.
• Hale R. C.; Seeley M. E.; La Guardia M. J.; Mai L.; Zeng E. Y. A Global Perspective on Microplastics. JGR Oceans. 2020;125(1).
• Sridharan S.; Kumar M.; Saha M.; Kirkham M. B.; Singh L.; Bolan N. S. The Polymers and their Additives in Particulate Plastics: What Makes Them Hazardous to the Fauna? Sci Total Environ. 2022;824:153828.
• Liu S. S.; Chen Y.; Wang Y. H.; Gao L. L.; Ke F. Y.; Wang C. S.; Wang H. P. Determination of Volatile Organic Compounds in Recycled PET Fibers by HS-GC-FID. Mater Sci Forum. 2020;993:1511–1517.
• Liu W.; Zhao Y.; Shi Z.; Li Z.; Liang X. Ecotoxicoproteomic Assessment of Microplastics and Plastic Additives in Aquatic Organisms. Comp Biochem Physiol D. 2020;36:100713.
• Oliveri Conti G.; Ferrante M.; Banni M.; Favara C.; Nicolosi I.; Cristaldi A.; Fiore M.; Zuccarello P. Micro- and Nano-Plastics in Edible Fruit and Vegetables. Environ Res. 2020;187:109677.
• Guo W.; Pan B.; Sakkiah S.; Yavas G.; Ge W.; Zou W.; Tong W.; Hong H. Persistent Organic Pollutants in Food: Contamination Sources, Health Effects and Detection Method. Int J Environ Res Public Health. 2019;16(22):4361.
• El-Shahawi M. S.; Hamza A.; Bashammakh A. S.; Al-Saggaf W. T. An Overview on Persistent Organic Pollutants Monitoring. Talanta. 2010;80(5):1587–1597.
• Hendrickson E.; Minor E. C.; Schreiner K. Microplastic Abundance and Composition in Western Lake Superior. Environ Sci Technol. 2018;52(4):1787–1796.