Have a personal or library account? Click to login
Barwniki karmelowe w świetle badań naukowych, ze szczególnym uwzględnieniem ich toksyczności Cover

Barwniki karmelowe w świetle badań naukowych, ze szczególnym uwzględnieniem ich toksyczności

Open Access
|Apr 2021

Figures & Tables

Ryc. 1

Wzory chemiczne HMF (5-hydroksymetylofurfural), SMF (5-sulfooksymetylofurfural) i CMF (5-chlorometylofurfural) [opracowanie własne z użyciem Chem Draw Professional 16.0, wg 31]
Wzory chemiczne HMF (5-hydroksymetylofurfural), SMF (5-sulfooksymetylofurfural) i CMF (5-chlorometylofurfural) [opracowanie własne z użyciem Chem Draw Professional 16.0, wg 31]

Ryc. 2

Wzory chemiczne izomerów metyloimidazolu [opracowanie własne z użyciem Chem Draw Professional 16.0, wg 15]
Wzory chemiczne izomerów metyloimidazolu [opracowanie własne z użyciem Chem Draw Professional 16.0, wg 15]

Ryc. 3

Wzory chemiczne 2-acetylo-4-tetrahydroksy-butyloimidazol i jego tautomer – 2-acetylo-5-tetrahydroksy-butyloimidazol [opracowanie własne z użyciem Chem Draw Professional 16.0, wg 32]
Wzory chemiczne 2-acetylo-4-tetrahydroksy-butyloimidazol i jego tautomer – 2-acetylo-5-tetrahydroksy-butyloimidazol [opracowanie własne z użyciem Chem Draw Professional 16.0, wg 32]

Podstawowe badania toksyczności karmeli [wg 8, 26, 34, 60]

Rodzaj karmeluMateriał i metody badańWyniki
Toksyczność podprzewlekła
El 50aSzczury Wistar (samice);Droga doustna (pasza);Czas: 12 tygodni (narażenie: 8 tyg.; rekonwalescencja: 4 tyg.);Dawki: 0, 15 i 30 g/kg mc.Odnotowano: przebarwienie krezkowych węzłów chłonnych, bieaunki, wzrost masy stolca – wszystkie zmiany zmniejszyły się lub ustąpiły w okresie rekonwalescencji
Szczury Crl: CD (SD) (obie płci);Czas: 28 dni;Droga narażenia: doustna (z wodą);Dawki: 0, 0, 5, 1 i 2 ml/kg mc/dzień.Odnotowano: spadek wartości APTT, wzrost liczby limfocytów i znaczący spadek liczby neutrofili; zmiany histopatologiczne m.in. w nerkach.Wniosek: odnotowane zmiany nie były związane z ekspozycją na karmele; nietoksyczna dawka E150a to co najmniej 2,66 g /kg mc/dzień
E150bSzczury Fischer F 344 (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas narażenia: 90 dni;Dawki: 0, 4, 8, 12, 16 g/kg mc/dzień.Odnotowano: zmniejszenie obiętości i obniżenie pH moczu, wzrost ciężaru właściwego moczu, wzrost bezwzględnej i względnej masy nerek i jelita ślepego; zmniejszenie masy ciała oraz spożycia pokarmów i płynów; zmiany pigmentacyjne w przewodzie pokarmowym i krezkowych węzłach chłonnych (zależne od dawki)Wniosek: zmniejszenie przyrostu masy ciała i wzrost masy nerek były skutkiem zmniejszonego spożycia pokarmu i płynów, prawdopodobnie wynikającego z obniżonych walorów smakowych wody ze względu na obecność karmelu. Pigmentacja krezkowych węzłów chłonnych i powiększenie kątnicy nie miały znaczenia toksykologicznego; NOAEL=16g/kg mc/dzień
E150cSzczury Sprague Dawley (obie płci);Droga: doustna (pasza);Czas narażenia: 13 tygodni;Dawki: 0, 4, 8, 16 g/kg mc/dzień.Odnotowano zmniejszenie przvrostu masy ciała, zmnieijzoną masę grasicy i śledziony; wzrost względnej masy wątroby i nerek; zmniejszenie stężenia hemoglobiny (od 6 tygodnia); limfopenia (obserwowana we wszystkich dawkach).Brak zmian histopatologicznych powiązanych ze spożyciem karmeliWniosek: obserwowane zmiany nie zostały uznane za przejaw działania toksycznego karmeli.
Toksyczność przewlekła
E150cSzczury Wistar (obie płci);Droga: doustna (pasza);Czas narażenia:2 lata;Dawki: 0, 0.5, 1.5, 3 g/kg mc/dzień.Odnotowano: znaczący Spadek masy ciała i spożycia pokarmu. nasilający się ze wzrostem dawki (nieistotne statystyczne), istotne różnice w względnej masie mózgu, tarczycy i nerek w porównaniu z grupą kontrolną; limfopenia przy dawkach: 1,5 i 3 g/kg mc/dzień (u obu płci).Wniosek: obserwowane zmiany byłys nieistotne z toksykologicznego punktu widzenia. W opinii JECFA odnotowano, że limfopenia była wynikiem obecności THI.
E150cSzczury Fischer F-344 (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas narażenia: 90 dni;Dawki E150c: 0, 10, 15, 20 g/kg mc/dzieńZawartość THI: 15 mg / kg karmelu w postaci stałej (próbka A; dla wszystkich dawek E150c) i 295 mg / kg karmelu w postaci stałej (próbka B; wyłącznie dla dawki E150c=20 g/kg mc/dzień)Zawartość pirydoksyny w diecie: >10 mg/kgOdnotowano zmniejszenie przyrostu masy ciała (we wszystkich dawkach), zmniejszone spożycie pokarmu i wody; zmniejszenie obiętości i zwiększenie ciężaru właściwego moczu; leukopenia,w tym limfopenia zależna od dawki (istotna statystycznie w przypadku próbki BTHI) - powrót parametrów do normy po zakończeniu badań; nagromadzenie karmelu E150c w przewodzie pokarmowym i krezkowych węzłach chłonnych (bez uszkodzenia tkanki); zmniejszenie bezwzględnej masy grasicy-konsekwencja zmniejszenia masy ciała.Wniosek: Wpływ na przyrost masy ciała był częściowo spowodowany zmniejszonym poborem wody spowodowanym gorszymi walorami smakowymi wody pitnej, a nie toksycznym wpływem karmelu; NOAEL=20 g/kg mc/dzień
E150dSzczury Fischer F-344 (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas narażenia: 13 tygodniDawki: 0, 15, 20, 25, 30 g/kg mc/dzień.Odnotowano: zmniejszenie przyrostu masy ciała oraz przyjmowania pokarmu i wody (nasilające się ze wzrostem dawki): zmniejszenie objętości i zwiększenie ciężaru właściwego moczu; niższe poziomy azotu mocznikowego, fosfatazy alkalicznej oraz białka całkowitego we krwi (niezależnie od dawki); zmiana masy narządów m.in. grasicy, śledziony, mózgu, wątroby, nerek (bez zmian histopatologicznych); nagromadzenie pigmentu w krezkowych węzłach chłonnych, wraz z pogrubieniem błony śluzowej jelita ślepego i mięśni brzusznych kątnicyWnioski: większość zmian była wynikiem zmniejszonego przyjmowania pokarmu (prawdopodobnie na skutek nieodpowiedniego smaku roztworów karmelu); zmiany morfologiczne w obrębie jelita były niespecyficznymi konsekwencjami podania dużych ilości karmelu; NOAEL=30 g/kg mc/dzień
Toksyczność przewlekła ze szczególnym uwzględnieniem działania rakotwórczego
E150cSzczury Fischer F-344 (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas narażenia:2 lata;Dawki E150c: 0, 0, 5 i 2 g/kg mc/dzień;Zawartość THI :< 25 mg/kg;Zaobserwowano częstsze występowanie nowotworów przysadki mózgowei u samców przyjmujących najwyższą dawkę karmelu.Wniosek: Występowanie nowotworów w grupie badanej nie było znacząco wyższe niż w grupie kontrolnej (występowania nowotworów przysadki zostało przypisane częstszemu występowania tego typu guza u szczurów F344); NOAEL=2 g/kg mc/dzień
Myszy B6C3F1 (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas: 2 lata (narażenie: 96 tyg.; rekonwalescencja: 8 tyg.);Dawki E150c:0, 2, 1 i 8, 4 g/kg mc/dzień;Zawartość THI: <25 mg/kg;Zawartość pirydoksyny w diecie: nieokreślonaU samców zaobserwowano statystycznie istotne zwiększenie całkowitej liczby leukocytów, ale uznano, że mieszczą się w prawidłowym zakresie dla myszy B6C3F1; większa śmiertelność samców, przyjmujących najwyższą dawkę karmelu obserwowana od 100 tygodnia do końca badania;Wnioski: Brak istotnych różnic w częstósci występowania nowotworów w porównaniu z grupą kontrolną
Toksyczność rozrodcza i rozwojowa
E150cCiężarne samice: myszy CD-1, szczury Wistar i króliki holenderskie;Droga: doustna ((z użyciem zgłębnika);Czas narażenia: wybrany okres trwania ciąży (6–15 dzień ciąży – myszy i szczury;6–18 dzień ciąży – króliki);Dawki: 0, 16, 74, 345, 1600 mg/kg mc/dzieńWnioski: Liczba nieprawidłowości tkanek miękkich lub szkieletowych w grupach testowych nie różniła się od tych występujących spontanicznie w grupie kontrolnej; nie odnotowano zmian masy płodu
E150dSzczury Wistar (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas narażenia: 100 dni (F0) +100 dni (F1)Dawki: 0 i 10% roztwory.Wnioski: Brak wdływu E150d na konsumpję, wzrost i zmiany histopatologiczne oraz na liczbę żywych miotów i liczbę osobników w miocie
Szczury Wistar (obie płci);Droga: doustna (z paszą);Czas narażenia: 12 tygodni (pokolenie F0)Dawki E150d (o pojedynczej i podwójnej sile barwienia): 2–15% w diecie.Zawartość 4(5)-Mel: 200–850 mg/kg E150dOdnotowano: niewielki wzrost śmiertelności przy urodzeniu.Wnioski: brak niekorzystnego wpływu E150d na płodność samic, wielkość miotu, średną masę ciała i wzrost młodych oraz liczbę miejsc implantacji lub proporcje płci młodych; brak zaburzeń rozwojowych
Szczury Fischer F-344 (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas narażenia: od 21 dnia przed skojarzeniem do laktacjiDawki: 8–28 g/kg mc/dzieńOdnotowano: zmniejszenie przyrostu masy ciała w pokoleniu F0 i F1 (zależne od dawki): łysienie i gorszą kondycę młodych w ostatnich 7 dniach karmienia (częstsze przy najwyższej dawce) - uznano, że było to wynikiem braku pielęgnacji zwierząt w tym okresie; zwiększenie bezwzględnej i względnej masy wątroby, nerek i jelita ślepego (zależne od dawki); zmiany błony śluzowej dolnej części jelita i krezkowych węzłów chłonnych.Wnioski: nie stwierdzono zmian we wskaźnikach płodności i ciąż, a także istotnych zmian hematologicznych
Genotoksyczność i cytotoksyczność
Sacharoza poddana karmelizacji (180°C, 90 min)Test Ames Salmonella Typhimurium TA-98Wynik negatywny
* Test Ames Salmonella Typhimurium TA-100* Analiza konwersji genów (Saccharomyes cerevisiae);* Test aberracji chromosomowych (linia komórkowa CHO – komórki jajnika chomika chińskieqo)Wynik pozytywny (preinkubacia z frakcją S9 zmniejszała mutagenne działanie karmelizowanej sacharozy)W teście aberracji chromosomowych (z wykorzystaniem skarmelizowanej sacharozy poddanej frakcjonowaniu na związki lotne i nielotne) stwierdzono, że nielotne składniki skarmelizowanej sacharozy wykazywały najwyższą aktywność klastogenną.
E150aTest Ames [Salmonella Typhimurium);Dawka: 0–20 mg/płytkęWynik negatywny
Test Ames (Salmonella Typhimurium);Dawka: 0–10mg/płytkęWynik negatywny
Test aberracji chromosomowych (linia komórkowa CHO)Dawka: 0–10mg/mlWynik pozytywny (znaczny wzrost uszkodzenia chromosomów jedynie przy najwyższei dawce bez aktywacja frakcją S9: brak zmian przy niższych dawkach)
Mutacje komórkowe (in vitro) (linia komórkowa L5178Y – komórki chłoniaka myszy);Dawka: 0–9 mg/mlWynik pozytywny (wzrost częstotliwości mutacji bez aktywacji wraz ze wzrostem dawki; aktywacja metaboliczna eliminowała mutacje)
Test mikrojąder (in vivo) (erytrocyty myszy CD-I)Dawka: 0–5000 mg/kg mcWynik negatywny
E150bTest Ames (Salmonella Typhimurium);Wynik negatywny
Test aberracji chromosomowych (linia komórkowa CHO);Dawka: 0–5 mg/mlWynik negatywny
El50cTest Ames (Salmonella Typhimurium);Dawka: 0–20 mg/płytkęWynik negatywny
Test Ames (Salmonella Typhimurium);Dawka: 0–50 mg/płytkęWynik negatywny
Analiza konwersji genów (Saccharomyes cerevisiae);Dawka: 0–20 mg/płytkęWynik negatywny
Test aberracji chromosomowych (linia komórkowa CHO);Dawka: 0–5 mg/mlWynik negatywny
Test aberracji chromosomowych (linia komórkowa CHO);Dawka: 0–5 mg/mlWynik pozytywny (znaczący wzrost uszkodzeń chromosomowych bez aktywacji metabolicznej frakcją S9; zniesiony w obecności frakcji S9)
Test mikrojąder (in vivo) (erytrocyty myszy CD-1)Dawka: 1,05 i 3,5 mg/kg mcWynik negatywny
E150dTest Ames (Salmonella Typhimurium);Dawka: 0–10 mg/płytkęWynik negatywny
Test Ames (Salmonella Typhimurinm);Dawka: 0–50 mg/płytkęWynik negatywny
Analiza konwersji genów (Saccharomyes cerevisiae);Dawka: 0–20 mg/płytkęWynik negatywny
Test aberracji chromosomowych (linia komórkowa CHO);Dawka: 0–5 mg/mlWynik negatywny (bez aktywacji metabolicznej frakcją S9)
Test u Drosophila melanogaster Dawka: 0, 0,03, 0, 125 i 0.25 mg/mlWynik negatywny
Test fragmentacji DNA,Test kometowy (linia komórkowe HL-60 – komórki białaczki ludzkiej)Dawka: 0, 0,03, 0, 125 i 0.25 mg/ml.Wynik negatywny
Test modulacji epigenetycznej - status metylacji regionów: LINE-1, Alu-M4, Sat-α (linia komórkowe HL-60).Dawka: 0, 12 i 4 mg/mlWynik pozytywny (hipometylacja przy dawce 4 mg/ml – może mieć znaczenie w kancerogenezie, w zależności od regionu, którego dotyczy – autorzy podkreślają potrzebę przeprowadzenia dalszych badań)

Rodzaje i charakterystyka karmeli [wg 8, 15, 22, 47, 60, 61]

Karmel klasy IKarmel klasy IIKarmel klasy IIIKarmel klasy IV
NazwaKarmel zwykły; kaustyczny, prostyKarmel siarczynowyKarmel amoniakalny, karmel piekarniczy, cukier piwnyKarmel amoniakalno-siarczynowy, karmel napojów bezalkoholowych
SymbolE150aE150bE150cE150d
TypCP-1CP-2CCS-1AC-1AC-2AC-3SAC-1SAC-2SAC-3SAC-4
Reagenty użyte do produkcjitylko kwasy i zasadykwasy i zasady; związki siarczynowekwasy i zasady; związki amonowekwasy i zasady; związki amonowe i siarczynowe
Zastosowaniezboża, batony, ciastka ryżowe, grzanki i farsze, Whiskey i inne alkohole wysokoprocentowe, pieczywo, lody, jogurtyalkohole destylowane np. koniak, niektóre octy, fermentowane napoje mlecznepiwo, pieczywo, wyroby cukiernicze, polewy, herbatniki, płatki zbożowe, sosy (ostrygowy, sojowy), marynatynapoje bezalkoholowe (np. typu cola), piwa typu porter, wypieki, przekąski, wyroby cukiernicze, płatki zbożowe, brązowy sos do mięs
ADI (EFSA)300 mg/kg mc/dzień (łącznie dla wszystkich klas)300 mg/kg mc/dzień (łącznie dla wszystkich klas)100 mg/kg mc/dzień300 mg/kg mc/dzień (łącznie dla wszystkich klas)
ADI (JECFA)brak160 mg/kg mc/dzień200 mg/kg mc/dzień (łącznie z klasą IV200 mg/kg mc/dzień (łącznie z klasą III)
Dopuszczalne poziomy wg Rozporządzenia Komisji UE nr 231/2012
4-MeInieokreślonynieokreślony200 mg/kg1250 mg/kg1
THInieokreślonynieokreślony10 mg/kg1nieokreślony
Azot amoniakalnynieokreślonynieokreślony<0,3%1<0,6%1
Dwutlenek siarkinieokreślony<0,2%1nieokreślony<0,2%1
Dopuszczalne poziomy wg JECFA 2011
4-MeInieokreślonanieokreślona200 mg/kg1250 mg/kg1
THInieokreślonanieokreślona25 mg/kg1nieokreślona
Azot amoniakalnynieokreślonynieokreślony<0,4%<2,8%
Dwutlenek siarkinieokreślony<0,2%nieokreślony<0,5%
Pozostałości wybranych związków (odnotowane w badaniach)
5–HMF700–27300 mg/kg3300–33700 mg/kg10–3900 mg/kg4900–21400 mg/kg
4–MeIbrak danych; nie powinien być obecnybrak danych; nie powinien być obecny0,025–463 mg/kg0–1276 mg/kg
THIbrak danych; nie powinien być obecnybrak danych; nie powinien być obecny1,0–74,3 mg/kgnie potwierdzono obecności
Language: English
Page range: 246 - 264
Submitted on: May 10, 2020
Accepted on: Sep 3, 2020
Published on: Apr 23, 2021
Published by: Hirszfeld Institute of Immunology and Experimental Therapy
In partnership with: Paradigm Publishing Services
Publication frequency: 1 times per year

© 2021 Marta Buczkowska, Kamila Paciorek, Anna Kapcińska, Michał Górski, published by Hirszfeld Institute of Immunology and Experimental Therapy
This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 License.