Published January 1, 2024 | Version v1
Publication Open

Artificial sweeteners in surface waters from Asian, African and Middle Eastern countries: Utility as molecular markers and water pollution status in 2010–2019

Creators

  • 1. Tokyo University of Agriculture and Technology
  • 2. Earth Science Institute
  • 3. Ehime University
  • 4. University of the Philippines Diliman
  • 5. Lampung University
  • 6. University of Ghana
  • 7. University of Nairobi
  • 8. Council for Scientific and Industrial Research
  • 9. University of Zululand
  • 10. Nelson Mandela University
  • 11. Eduardo Mondlane University
  • 12. Quality Research
  • 13. Can Tho University
  • 14. University of Malaya
  • 15. Microbial Ecology
  • 16. National Institute of Oceanography
  • 17. Shahid Beheshti University
  • 18. Tokyo University of Foreign Studies

Description

To explore the utility of artificial sweeteners (Acesulfame: ACE; sucralose: SUC; saccharin: SAC; cyclamate: CYC) as molecular markers and to establish a historical benchmark of the water pollution status in the 2010 decade, 272 surface water samples, including river water, sewage, and livestock wastewater, were collected from African (Ghana, Kenya, Mozambique, South Africa), Asian (Vietnam, Indonesia, Thailand, Philippines, Cambodia, Malaysia, India, and Japan) and Middle Eastern (Iran and Lebanon) countries during 2010–2019 and were analyzed for the artificial sweeteners by high performance liquid chromatograph with tandem mass spectrometer coupled with online solid-phase extractor. ACE was most frequently detected (87% of the samples) due to its widespread use and lower detection limit (2 ng/L). SUC was less frequently detected (51%) because of its lower sensitivity and detection limit of 100 ng/L, and less widespread use in some low-income countries, probably due to its higher price. SAC and/or CYC were abundant in surface waters of most countries, despite their biodegradable nature. This was ascribed to intensive usage of SAC and CYC and extensive inputs of untreated sewage to rivers due to limited installation of sewage treatment systems. Concentrations of the sweeteners were higher in urbanized rivers (~1 μg/L to ~100 μg/L) than those in corresponding suburban and rural sites, reflecting spatial patterns of sewage inputs. Furthermore, concentrations of the sweeteners were positively correlated with those of linear alkylbenzenes (LABs) for all countries except Malaysia. These results confirm the utility of artificial sweeteners as indicators of sewage inputs. SAC and CYC could be indicators of untreated sewage inputs. ACE has proved to be the most sensitive and reliable marker to assess inputs of sewage, i.e., both treated and untreated, to surface waters. However, ACE concentrations in secondary effluents and receiving waters in Tokyo decreased two orders of magnitude from 2011 to 2019, while sucralose did not show such a marked decrease. This is probably due to the upgrading of activated sludge treatment, i.e., introducing anaerobic-anoxic-oxic (A2O) treatment and resultant higher removal of ACE. Therefore, the measurement of multiple markers, including SUC, is recommended for long-term monitoring.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

لاستكشاف فائدة المحليات الاصطناعية (أسيسولفام: إيس ؛ سكرالوز: سوك ؛ سكرين: ساك ؛ سيكلامات: سيك) كعلامات جزيئية ولوضع معيار تاريخي لحالة تلوث المياه في عقد 2010، تم جمع 272 عينة مياه سطحية، بما في ذلك مياه الأنهار والصرف الصحي ومياه الصرف الصحي للماشية، من أفريقيا (غانا وكينيا وموزمبيق وجنوب أفريقيا) وآسيا (فيتنام وإندونيسيا وتايلاند والفلبين وكمبوديا وماليزيا والهند واليابان) ودول الشرق الأوسط (إيران ولبنان) خلال الفترة 2010–2019 وتم تحليلها للمحليات الاصطناعية عن طريق الكروماتوغراف السائل عالي الأداء مع مطياف الكتلة الترادفي إلى جانب مستخرج الطور الصلب عبر الإنترنت. تم اكتشاف الإنزيم المحول للأنجيوتنسين في أغلب الأحيان (87 ٪ من العينات) بسبب استخدامه على نطاق واسع وانخفاض حد الكشف (2 نانوغرام/لتر). تم الكشف عن SUC بشكل أقل تكرارًا (51 ٪) بسبب انخفاض حساسيته وحد الكشف البالغ 100 نانوغرام/لتر، واستخدامه على نطاق أقل في بعض البلدان منخفضة الدخل، ربما بسبب ارتفاع سعره. كانت SAC و/أو CIC وفيرة في المياه السطحية لمعظم البلدان، على الرغم من طبيعتها القابلة للتحلل الحيوي. ويُعزى ذلك إلى الاستخدام المكثف لمياه الصرف الصحي غير المعالجة في الأنهار بسبب التركيب المحدود لأنظمة معالجة مياه الصرف الصحي. كانت تركيزات المحليات أعلى في الأنهار الحضرية (~1 ميكروغرام/لتر إلى ~100 ميكروغرام/لتر) من تلك الموجودة في مواقع الضواحي والريف المقابلة، مما يعكس الأنماط المكانية لمدخلات الصرف الصحي. علاوة على ذلك، ارتبطت تركيزات المحليات ارتباطًا إيجابيًا بتركيزات الألكيل بنزين الخطية (LABs) لجميع البلدان باستثناء ماليزيا. تؤكد هذه النتائج فائدة المحليات الاصطناعية كمؤشرات لمدخلات الصرف الصحي. يمكن أن تكون SAC وCYC مؤشرات على مدخلات مياه الصرف الصحي غير المعالجة. أثبت الإنزيم المحول للأنجيوتنسين أنه العلامة الأكثر حساسية وموثوقية لتقييم مدخلات مياه الصرف الصحي، أي المعالجة وغير المعالجة، إلى المياه السطحية. ومع ذلك، انخفضت تركيزات الإنزيم المحول للأنجيوتنسين في النفايات السائلة الثانوية والمياه المستقبلة في طوكيو مرتين من حيث الحجم من عام 2011 إلى عام 2019، في حين لم يظهر السكرالوز مثل هذا الانخفاض الملحوظ. ربما يرجع ذلك إلى ترقية معالجة الحمأة المنشطة، أي إدخال العلاج اللاهوائي لنقص الأكسجين والأكسجين (A2O) وما ينتج عن ذلك من إزالة أعلى لـ ACE. لذلك، يوصى بقياس علامات متعددة، بما في ذلك SUC، للرصد على المدى الطويل.

Translated Description (French)

Pour explorer l'utilité des édulcorants artificiels (acésulfame : ACE ; sucralose : SUC ; saccharine : sac ; cyclamate : CYC) en tant que marqueurs moléculaires et pour établir une référence historique de l'état de la pollution de l'eau au cours de la décennie 2010, 272 échantillons d'eau de surface, y compris l'eau de rivière, les eaux usées et les eaux usées du bétail, ont été collectés dans des pays africains (Ghana, Kenya, Mozambique, Afrique du Sud), asiatiques (Vietnam, Indonésie, Thaïlande, Philippines, Cambodge, Malaisie, Inde et Japon) et du Moyen-Orient (Iran et Liban) au cours de la période 2010–2019 et ont été analysés pour les édulcorants artificiels par chromatographie liquide haute performance avec spectromètre de masse en tandem couplé à un extracteur en phase solide en ligne. L'ECA a été le plus fréquemment détecté (87 % des échantillons) en raison de son utilisation généralisée et de sa limite de détection inférieure (2 ng/L). Le SUC a été moins fréquemment détecté (51 %) en raison de sa sensibilité plus faible et de sa limite de détection de 100 ng/L, et de son utilisation moins répandue dans certains pays à faible revenu, probablement en raison de son prix plus élevé. LE SAC et/ou le CYC étaient abondants dans les eaux de surface de la plupart des pays, malgré leur nature biodégradable. Cela a été attribué à l'utilisation intensive de SAC et de CYC et à des apports importants d'eaux usées non traitées dans les rivières en raison de l'installation limitée de systèmes de traitement des eaux usées. Les concentrations d'édulcorants étaient plus élevées dans les rivières urbanisées (~1 μg/L à ~100 μg/L) que dans les sites suburbains et ruraux correspondants, reflétant les schémas spatiaux des entrées d'eaux usées. De plus, les concentrations des édulcorants étaient positivement corrélées avec celles des alkylbenzènes linéaires (LAB) pour tous les pays sauf la Malaisie. Ces résultats confirment l'utilité des édulcorants artificiels comme indicateurs des apports d'eaux usées. SAC et CYC pourraient être des indicateurs d'entrées d'eaux usées non traitées. L'ACE s'est avéré être le marqueur le plus sensible et le plus fiable pour évaluer les apports d'eaux usées, c'est-à-dire traitées et non traitées, dans les eaux de surface. Cependant, les concentrations d'ECA dans les effluents secondaires et les eaux réceptrices à Tokyo ont diminué de deux ordres de grandeur de 2011 à 2019, tandis que le sucralose n'a pas montré une diminution aussi marquée. Cela est probablement dû à l'amélioration du traitement des boues activées, c'est-à-dire à l'introduction d'un traitement anaérobie-anoxique-oxique (A2O) et à l'élimination plus importante de l'ECA qui en résulte. Par conséquent, la mesure de plusieurs marqueurs, y compris le SUC, est recommandée pour la surveillance à long terme.

Translated Description (Spanish)

Para explorar la utilidad de los edulcorantes artificiales (Acesulfame: ACE; sucralosa: SUC; sacarina: SAC; ciclamato: CYC) como marcadores moleculares y establecer un punto de referencia histórico del estado de contaminación del agua en la década de 2010, se recolectaron 272 muestras de aguas superficiales, incluidas aguas fluviales, aguas residuales y aguas residuales del ganado, de países africanos (Ghana, Kenia, Mozambique, Sudáfrica), asiáticos (Vietnam, Indonesia, Tailandia, Filipinas, Camboya, Malasia, India y Japón) y de Oriente Medio (Irán y Líbano) durante 2010–2019 y se analizaron para los edulcorantes artificiales mediante un cromatógrafo de líquidos de alto rendimiento con espectrómetro de masas en tándem junto con un extractor de fase sólida en línea. La ECA se detectó con mayor frecuencia (87% de las muestras) debido a su uso generalizado y límite de detección inferior (2 ng/L). La SUC se detectó con menos frecuencia (51%) debido a su menor sensibilidad y límite de detección de 100 ng/L, y su uso menos generalizado en algunos países de bajos ingresos, probablemente debido a su mayor precio. SAC y/o CYC fueron abundantes en aguas superficiales de la mayoría de los países, a pesar de su naturaleza biodegradable. Esto se atribuyó al uso intensivo de SAC y CYC y a los extensos aportes de aguas residuales no tratadas a los ríos debido a la instalación limitada de sistemas de tratamiento de aguas residuales. Las concentraciones de los edulcorantes fueron más altas en los ríos urbanizados (~1 μg/L a ~100 μg/L) que en los sitios suburbanos y rurales correspondientes, lo que refleja los patrones espaciales de las entradas de aguas residuales. Además, las concentraciones de los edulcorantes se correlacionaron positivamente con las de los alquilbencenos lineales (Lab) para todos los países excepto Malasia. Estos resultados confirman la utilidad de los edulcorantes artificiales como indicadores de las entradas de aguas residuales. SAC y CYC podrían ser indicadores de entradas de aguas residuales no tratadas. ACE ha demostrado ser el marcador más sensible y confiable para evaluar los aportes de aguas residuales, es decir, tanto tratadas como no tratadas, a las aguas superficiales. Sin embargo, las concentraciones de ACE en efluentes secundarios y aguas receptoras en Tokio disminuyeron dos órdenes de magnitud de 2011 a 2019, mientras que la sucralosa no mostró una disminución tan marcada. Esto se debe probablemente a la mejora del tratamiento de lodos activados, es decir, la introducción de un tratamiento anaeróbico-anóxico-óxico (A2O) y la consiguiente mayor eliminación de ACE. Por lo tanto, se recomienda la medición de múltiples marcadores, incluida la SUC, para el monitoreo a largo plazo.

Files

_pdf.pdf

Files (1.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:8c8a7ad1c7212fcbedcd80a7c32efcd1
1.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
المحليات الاصطناعية في المياه السطحية من دول آسيا وأفريقيا والشرق الأوسط: المنفعة كعلامات جزيئية وحالة تلوث المياه في 2010–2019
Translated title (French)
Édulcorants artificiels dans les eaux de surface des pays d'Asie, d'Afrique et du Moyen-Orient : Utilité en tant que marqueurs moléculaires et état de la pollution de l'eau en 2010–2019
Translated title (Spanish)
Edulcorantes artificiales en aguas superficiales de países de Asia, África y Oriente Medio: Utilidad como marcadores moleculares y estado de contaminación del agua en 2010–2019

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4390870879
DOI
10.5985/emcr.20230006

Is supplement to
https://openalex.org/W4298305040 (Other)
https://openalex.org/W3076496382 (Other)
https://openalex.org/W2908276145 (Other)
https://openalex.org/W2724893504 (Other)
https://openalex.org/W2510323346 (Other)
https://openalex.org/W2319143152 (Other)
https://openalex.org/W2290579920 (Other)
https://openalex.org/W2266868649 (Other)
https://openalex.org/W2192302589 (Other)
https://openalex.org/W2189220061 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Mozambique