Dwutlenek tytanu (E171)

Co to jest dwutlenek tytanu?

Dwutlenek tytanu (E171) to biały barwnik, który jeszcze do sierpnia 2022 roku był stosowany w celu nadania atrakcyjnego, białego koloru wielu produktów spożywczych. Obecnie stosowanie TiO₂ w żywności jest zabronione, niemniej jednak barwnik ten nadal można znaleźć w wielu lekach i kosmetykach.

Dwutlenek tytanu przez wiele lat był pozyskiwany z ilmenitu - minerału znajdującego się w Górach Ilmeńskich na Uralu Południowym w Rosji. Obecnie w tym celu wykorzystuje się także bogate w tytan żużel oraz inne minerały (np. rutyl), powszechnie występujące w skałach.

Szybki rozwój nanotechnologii w ostatnich latach umożliwił wykorzystanie dwutlenku tytanu w formie nanocząsteczek, zwiększając tym samym drastycznie zakres jego zastosowania i obawy związane z ryzykiem narażenia ludzi oraz środowiska . W 2010 roku roczne zużycie TiO₂ sięgało czterech milionów ton, co czyniło go jednym z najczęściej używanych barwników na świecie . Aktualnie nanocząsteczki TiO₂ są jednym z najczęściej wytwarzanych nanomateriałów na świecie .

Dwutlenek tytanu - właściwości i działanie

Dwutlenek tytanu ma postać białego, bezwonnego proszku, który nie rozpuszcza się w wodzie, jest odporny na ciepło, a także nie ulega zmianom podczas przetwarzania żywności.

Barwnik ten okazał się w wielu przypadkach atrakcyjnym rozwiązaniem ze względu na właściwość rozpraszania światła i wysoki współczynnik załamania światła. W efekcie dodatek niewielkiej ilości pigmentu umożliwia uzyskanie białej, nieprzezroczystej powłoki

Właściwości fotokatalityczne nanocząsteczek TiO₂ wpływają na jego działanie przeciwbakteryjne, zdolność do pośredniczenia w fotodegradacji leków, magazynowanie energii oraz oczyszczanie powietrza, wody i żywności .

Dwutlenek tytanu - szkodliwość

W 2021 roku EFSA (Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności) zakazał stosowania dwutlenku tytanu jako dodatku do żywności. Zaktualizowana ocena bezpieczeństwa dla TiO₂, uwzględniająca najnowsze badania, wykazała, że substancja ta może mieć negatywny wpływ na zdrowie. Szczególne obawy dotyczą potencjalnej genotoksyczności nanocząsteczek dwutlenku tytanu, a także ryzyka gromadzenia się ich w organizmie .

Badania wykazały, że szkodliwe działanie dwutlenku tytanu zależy od wielu właściwości fizycznych i chemicznych nanocząsteczek TiO₂, m.in. ich wielkości, struktury, kształtu, czystości, rozpuszczalności czy fotoaktywacji. Im mniejsza wielkość cząsteczek dwutlenku tytanu tym większe ryzyko absorpcji i możliwe niekorzystne oddziaływanie na organizm człowieka  .

Dwutlenek tytanu może dostać się do organizmu czterema drogami:

• pokarmową, poprzez spożycie produktów zawierających TiO₂,
• przez skórę (na skutek aplikacji kosmetyków),
• oddechową, na skutek wdychania proszku z TiO₂, co jest powiązane z największym ryzykiem zdrowotnym,
• poprzez wstrzyknięcie dożylne .

Dwutlenek tytanu zwiększa stres oksydacyjny i uszkadza DNA

W badaniach na zwierzętach wykazano, że ekspozycja na wysokie stężenie nanocząsteczek dwutlenku tytanu prowadzi do uszkodzenia komórek na skutek zwiększonego poziomu stresu oksydacyjnego. Niektóre badania z udziałem zwierząt wskazują, że nanocząsteczki dwutlenku tytanu wywołują efekty genotoksyczne, w tym uszkodzenie DNA .

Dwutlenek tytanu działa immunotoksycznie i neurotoksycznie

Badania na ludzkich liniach komórkowych, a także wstępne badania na zwierzętach sugerują, że ekspozycja na nanocząsteczki TiO₂ jest powiązana ze zmianami w układzie immunologicznym. W zależności od właściwości fizykochemicznych nanocząsteczek są one wychwytywane przez komórki odpornościowe, a następnie mogą wywoływać reakcje zapalną .

Na podstawie badań in vitro naukowcy wykazali, że nanoczątsetczki dwutlenku tytanu mogą powodować stres oksydacyjny w komórkach mikrogleju mózgu i przyczyniać się do uszkodzenia neuronów .

Dwutlenek tytanu może powodować raka płuc

Dwutlenek tytanu może dostać się do organizmu nie tylko drogą pokarmową, ale także poprzez wdychanie. Ryzyko takie dotyczy przede wszystkim osób, które pracują zawodowo podczas produkcji proszków TiO₂ oraz wytwarzania produktów z dwutlenkiem tytanu (np. papieru) .

Badania na zwierzętach wykazały, że wdychane cząsteczki TiO₂ osadzają się na płucach, prowadząc do przewlekłego zapalenia, uszkodzeń tkanki płuc, a nawet wzrostu ryzyka nowotworu płuc .

Dwutlenek tytanu może zwiększać ryzyko chorób

Spożyty dwutlenek tytanu dociera do jelit, skąd zdecydowana jego większość jest wydalana z kałem. Jednak niewielka ilość (<0,1%) zostaje wchłonięta do krwioobiegu, a następnie jest transportowana do ważnych narządów. Narażenie na duże ilości produktów z TiO₂ przyjmowanych drogą pokarmową, może powodować nieodwracalne skutki zdrowotne .

Niektóre badania na gryzoniach wskazują, że podaż dwutlenku tytanu jest powiązana z większym ryzykiem rozwoju zapalenia żołądka i jelit, guzów okrężnicy, martwicy komórek wątroby, uszkodzenia tkanki sercowo - naczyniowej oraz uszkodzeń nerek .

Dwutlenek tytanu - zastosowanie

Dwutlenek tytanu w żywności

Dwutlenek tytanu do 8 sierpnia 2022 roku dodawany był do wielu produktów spożywczych w celu wybielenia i poprawy tekstury. Substancję tą można było znaleźć m.in. w:

• gumach do żucia,
• słodyczach (cukierkach, czekoladkach, ciastkach, lodach),
• lukrze i polewach cukierniczych,
• śmietance do kawy,
• mleku odtłuszczonym,
• sosach i pastach kanapkowych,
• serach twarogowych i mozzarelli,
• suplementach diety.

Badania wykazały, że wchłanianie i biodostępność TiO₂ przez przewód pokarmowy jest bardzo niska. Nie mniej jednak istnieją poważne obawy co do możliwości gromadzenia się go w narządach (nerkach, wątrobie, mózgu i łożysku) na skutek długotrwałej ekspozycji .

Dwutlenek tytanu w lekach

Zgodnie z Rozporządzeniem Komisji (UE) 2022/63 dwutlenek tytanu nadal może być stosowany w produktach medycznych, pod warunkiem braku bezpieczniejszego odpowiednika.

EMA (Europejska Agencja ds. Leków) dnia 8 września 2021 roku przedstawiła analizę naukową dotyczącą technicznego celu stosowania ditlenku tytanu w produktach leczniczych, możliwości jego zastąpienia oraz ram czasowych na znalezienie odpowiedniego zamiennika .

Dwutlenek tytanu stosowany w lekach pełni szeroki zakres funkcji. Przede wszystkim nadaje im barwę, ale także - za sprawą właściwości fotokatalitycznych - chroni światłoczułe składniki leków i wydłuża ich trwałość. Ponadto nanocząsteczki TiO₂ stanowią dobry nośnik dla niektórych substancji aktywnych (np. antybiotyków), a także nie ingerują w ich działanie i właściwości .

Dwutlenek tytanu w kosmetykach

Dwutlenek tytanu jest powszechnie stosowany w kosmetykach (m.in. pastach do zębów, szminkach, cieniach do powiek, podkładach i kremach). Z uwagi na właściwości fotokatalityczne, substancja ta stanowi podstawowy składnik kremów z filtrem, chroniących przed promieniowaniem słonecznym UVA i UVB. Wykazano jego skuteczność w zapobieganiu raka skóry i oparzeniom słonecznym, a także brak działania uczulającego i drażniącego na skórę

Zgodnie z prawodawstwem europejskim jego zawartość w kremach może wynosić do 25%. Zakres wielkości nanocząsteczek TiO₂ w filtrach przeciwsłonecznych wynosi od 5 do 500 nm, przy czym najczęściej zawiera się w przedziale od 10 - 100 nm. Zasugerowano, że optymalna wielkość cząsteczek TiO₂ w filtrach wynosi ok. 50 nm, ponieważ zapewnia dobrą ochronę przed promieniami UV, ale jednocześnie nie pozostawia białej warstwy na skórze .

Biorąc pod uwagę częstość stosowania kremów z filtrami SPF, stopień narażenia ludzi na nanocząsteczki TiO₂ poprzez aplikację na skórę jest bardzo duży. Przeprowadzone do tej pory badania eksperymentalne wykazały, że dwutlenek tytanu nie przenika przez warstwę rogową naskórka, a tym samym nie trafia do żywych komórek skóry, innych tkanek i narządów .

Dwutlenek tytanu w przemyśle

Dwutlenek tytanu jest powszechnie stosowany jako pigment podczas produkcji:

• ceramiki,
• farb i emalii,
• tworzyw sztucznych,
• papieru .

Ze względu na swoje właściwości fotokataliczne TiO₂ jest wykorzystywany w nowoczesnych technologiach, m.in. w produkcji powłok szkieł samoczyszczących i zapobiegających parowaniu, światłowodów, fotokatalizatorów, filtrów do usuwania zanieczyszczeń z wody, czy opakowań do żywności .