Bestimmung von estrogen-aktiven Nonylphenolen und Octylphenol in Säuglings- und Kleinkindernahrung sowie in Biofilmen

Abstract

Es sollten die Gehalte an 4-Nonylphenolen (NP) und 4-tert.-Octylphenol (OP) isomerenspezifisch in Säuglings- und Kleinkindernahrung, incl. Muttermilch, quantifiziert werden. Anschließend wurden daraus die täglichen Aufnahmemengen über die Nahrung, die so genannten ’daily-intakes’, mit Hilfe der so genannten DONALD-Studie (Dortmund Nutritional and Anthropometric Longitudinally Designed-Studie) abgeschätzt. Diese Abschätzung sollte speziell für Säuglinge und Kleinkinder durchgeführt werden, da sich die Ernährung von Säuglingen und Kleinkindern sowohl quantitativ als auch qualitativ von der der Erwachsenen unterscheidet. Zusätzlich besitzen sie eine größere Empfindlichkeit gegenüber Störungen von hormonell-aktiven Substanzen, da sie sich noch in der Entwicklungsphase befinden. Zusätzlich sollten die Gehalte von NP und OP isomerenspezifisch in Biofilm- und Flusswasserproben bestimmt werden. Dafür wurden sowohl benthische als auch epilithische Biofilm- und Flusswasserproben in Flüssen aus NRW gesammelt, um erstmalig Gehalte in Biofilmen zu bestimmen und Akkumulationsfaktoren berechnen zu können. <br /> Nach der entsprechenden Probenvorbereitung und der Zugabe der entsprechenden internen Standards wurden die Analyten mit einer Wasserdampfdestillation mit gleichzeitiger Flüssig-Flüssig-Extraktion aus der Probe extrahiert. Diese Extrakte wurden mittels Normalphasen-HPLC mit Fluoreszenz-Detektion aufgereinigt und danach mit MTBSTFA derivatisiert. Die Quantifizierung erfolgte mittels GC-MS unter Verwendung eines Large-Volume-Injektors. Die NP-Isomere konnten in elf Peaks aufgetrennt werden, wobei OP nur aus einem einzigen Molekül besteht. Nach diesem Verfahren sollten die Verteilungsmuster der NP-Isomere und OP in den Proben untersucht werden, um evt. Unterschiede in den NP-Isomerenverteilungen feststellen zu können. Dies war wichtig, da es Unterschiede in der estrogenen Aktivität verschiedener Isomere gibt.<br /> Die Lebensmittelproben wiesen NP-Gehalte von bis zu 13,0 µg/kg und Gehalte von bis zu 616,4 ng/kg für OP auf. Dabei schwankte das Verhältnis von OP zu NP so stark, dass aus dem Gehalt des einen 4-Alkylphenols (AP) nicht auf den Gehalt des anderen geschlossen werden konnte. Für NP lagen die daraus berechneten ’daily-intakes’ für Maximalverzehrer bei Säuglingen und Kleinkindern je nach Alter und Geschlecht zwischen 0,15 und 0,66 µg/Tag·kg Körpergewicht. Wenn man in Betracht zieht, dass sie empfindlicher als Erwachsene auf hormonelle Wirkungen von Umweltchemikalien reagieren können und die abgeschätzten ’daily-intakes’ bezogen auf kg Körpergewicht ähnlich hohe Werte wie für einen Erwachsenen liefern, dann muss für Säuglinge ein wesentlich höheres Gefährdungspotential angenommen werden. Die Isomerenverteilungen differierten je nach Probe unterschiedlich stark von der NP-Standardlösung. Für OP ergaben die entsprechenden Berechnungen der ’daily-intakes’ Werte zwischen 6,1 und 22,5 ng/Tag·kg Körpergewicht. Ein Vergleich des ’daily-intakes’ für OP zwischen Erwachsenen und Säuglingen bzw. Kleinkindern war nicht möglich, da für Erwachsene bisher kein Wert für den ’daily-intake’ von OP existiert. <br /> In den Biofilmproben lagen die NP-Gehalte zwischen 0,25 und >> 40 µg/kg und für OP zwischen 28,1 und 1779,6 ng/kg bezogen auf das Feuchtgewicht. Bezogen auf die Trockenmasse ergaben sich NP-Gehalte von 0,6 bis 191,57 µg/kg TM und von 56,8 bis 9416,6 ng/kg TM für OP. Die Flusswasserproben wiesen NP-Gehalte von bis zu 0,25 µg/kg und von bis zu 13,4 ng/kg für OP auf. Dabei schwankte das NP/OP-Verhältnis so stark, dass wie bei den Lebensmittelproben aus dem Gehalt des einen AP nicht auf den Gehalt des anderen geschlossen werden konnte. Wenn man die ermittelten Gehalte in Flusswasser- und Biofilmproben mit den LOEC-Werten für die verschiedensten aquatischen Lebewesen verglich, stellte sich heraus, dass die Gehalte in den Flusswasserproben keine estrogenen Effekte ausüben können. Durch die Bioakkumulation in Biofilme, die als Lebensraum für die verschiedensten aquatischen Lebewesen angesehen werden können, werden teilweise Konzentrationen erreicht, die für viele den LOEC-Wert überschreiten. Für vier Probenpaare konnten Akkumulationsfaktoren zwischen 74 und 1388 berechnet werden. Damit lagen sie im Bereich der üblicherweise in der Literatur zitierten Werte für aquatische Lebewesen. Ebenfalls differierten, wie bei den Lebensmitteln, die Isomerenverteilungen je nach Probe unterschiedlich stark von der NP-Standardlösung. Für einige Isomere wurde festgestellt, dass sie im Verhältnis mehr in den Biofilmproben vorkamen und andere Isomere dagegen höhere Werte in den Flusswasserproben aufwiesen. Dies zeigte, dass eine isomerenspezifische Analytik der AP sehr wichtig für eine toxikologische Bewertung der Gehalte ist, da sich die estrogene Aktivität der einzelnen Isomere stark unterscheidet.

<strong>Determination of estrogen-active nonylphenols and octylphenol in baby and toddlers food as well as in biofilms</strong><br /> An isomer-specific determination of the estrogenic-active 4-nonylphenols (NP) and 4-tert.-octylphenol (OP) has been undertaken in baby and toddlers food, including breast milk. According to the data of the DONALD-Study (Dortmund Nutritional and Anthropometric Longitudinally Designed-Study) the daily-intakes for babies and toddlers could be estimated. Additionally benthic and epilithic biofilm- and river water samples were collected, in order to determine 4-alcylphenols (AP) in biofilms and to calculate bioaccumulation factors for the first time. <br /> With the following method the isomer pattern was analyzed: After sample preparation and the adding of the internal standards a water steam distillation with simultaneous liquid-liquid-extraction was done. A clean-up with normal-phase-HPLC with fluorescence-detection followed, before the analytes were derivatisated with MTBSTFA. The quantification was performed with GC-MS. OP and eleven NP-isomers could be separated bei GC and detected with MS.<br /> The NP amounts in the food samples were up to 13.0 µg/kg and of OP up to 616.4 ng/kg. The percentage of NP/OP in the food samples varied so much, so that you weren’t able to conclude from the amount of an AP to the amount of the other AP. The calculated daily-intakes of NP ranged between 0.15 to 0.66 µg/day·kg body weight for maximum consumers by babies and toddlers according to age and sex. Compared with daily-intakes for adults these data show, that there is a higher risk for babies than for adults, because the daily-intakes are as high as those for adults and babies can be more sensitive to disturbances of estrogenic-active compounds. The isomer pattern varied differently high compared to the NP standard solution, according to each food sample. The calculated daily-intakes of OP ranged between 0.15 to 0.66 µg/day·kg body weight for maximum consumers. A comparison of these these values with adults ones couldn’t be done, because no data for adults exists.<br /> The NP amounts of the biofilm samples ranged between 0.25 and >> 40 µg/kg and between 28.1 and 1779.6 ng/kg for OP, according to wet weight. Converted to dry weight the NP amounts ranged between 0.6 and 191.6 µg/kg and 56.8 and 9416.6 ng/kg for OP, respectively. The determination of the water samples resulted in NP amounts up to 0.25 µg/kg and 13.4 ng/kg OP, respectively. The percentage of NP/OP in the biofilm- and water samples varied as much as those of the food samples. In comparison of these amounts to LOEC you can see, that only the amounts in the biofilm samples could exert estrogenic effects in many aquatic living beings. Bioaccumulation factors of 74 up to 1388 could be calculated, due to these data. Compared to literature these factors achieve values in the same range, citied for aquatic living beings elsewhere. The isomer pattern of the biofilm and food sample varied differently high compared to the standard solution. Addiotionally some of the isomers had higher amounts in all biofilm samples and other isomers had higher amounts in all water samples. This demonstrated, that an isomer-specific determination is very important for a toxicology evaluation, because of the different estrogenic activity of the each isomer.