Hvordan planter og biomaterialer kan fjerne tungmetaller fra miljøet og matvarer

Fytoremediering er en lovende metode for å fjerne forurensninger, spesielt tungmetaller, fra miljøet ved hjelp av planter. I 2011 ble mer enn 400 plantearter identifisert som hyperakkumulatorer, som er planter som kan samle opp betydelige mengder tungmetaller i vevet sitt. Hyperakkumulatorer skiller seg fra vanlige planter ved at de kan akkumulere mer enn 1 000 mg/kg av metaller som kobber (Cu), kobolt (Co), krom (Cr), nikkel (Ni) eller bly (Pb), eller mer enn 10 000 mg/kg av mangan (Mn) eller sink (Zn). Bruken av slike planter er et kraftig verktøy for å redusere forurensninger i jord, særlig i områder der tungmetaller er et vedvarende problem.

Reduksjon av den biologiske tilgjengeligheten av tungmetaller i jordsmonnet kan også oppnås gjennom tilsetning av organiske og uorganiske jordforbedringsmidler. Organiske materialer som kompost og husdyrgjødsel er spesielt effektive for å redusere metallinnholdet i jordsmonn med lav kationbyttekapasitet, som finnes i sure jordarter. På den andre siden er uorganiske jordforbedringsmidler som Al-montmorillonitt, zeolitter og kalkstein mer effektive i å redusere den biologiske tilgjengeligheten av metaller som kadmium (Cd), sink (Zn) og nikkel (Ni).

I matvareindustrien kan filtermidler som diatoméjord, perlit og bentonitt inneholde tungmetaller på grunn av deres mineralinnhold. Vask med en løsning av 9,7 % saltsyre har vist seg å være effektiv i å redusere bly (Pb) og arsen (As) i slike filtermidler. Videre har spinat, vasket med en løsning av sitronsyre, vist seg å redusere rester av kvikksølv, bly, sink og arsen med henholdsvis 23 %, 28 %, 54 % og 22 %. Dette viser hvordan plantebaserte løsninger kan benyttes for å redusere farlige tungmetaller i næringsmidler.

En spennende anvendelse av biomaterialer er bruken av alger og gjær. Algebiomasse er effektiv til å adsorbere ioner av metaller som kobber (Cu), bly (Pb), kadmium (Cd) og sink (Zn) fra avløpsvann, og flere studier har vist at S. cerevisiae (bakergjær) kan fjerne et bredt spekter av metaller, inkludert bly, kadmium og kvikksølv. Disse biomaterialene, som er tilgjengelige i store mengder som biprodukter fra mat- og drikkevareindustrien, gir en kostnadseffektiv og miljøvennlig måte å rense forurenset vann og jord på.

I tillegg kan membranfiltrering brukes til å fjerne tungmetaller fra vann og avløpsvann. Keramiske membraner er spesielt nyttige i slike applikasjoner, ettersom de har høy temperaturstabilitet, motstand mot tilsmussing og krever lite vedlikehold. Denne teknologien har vist seg å være effektiv i å fjerne både organiske og uorganiske forurensninger, inkludert tungmetaller, og har dermed et stort potensial for bruk i både industriell og husholdningsvannbehandling.

Når det gjelder kosthold og helse, er kostfiber også kjent for sine evner til å binde tungmetaller. Fiber i matvarer som pektin, hemicellulose og alginat inneholder funksjonelle grupper som kan danne stabile komplekser med metaller som bly (Pb) og kadmium (Cd) gjennom prosesser som chelering, kompleksdannelse og ionebytting. Denne evnen til å binde metaller kan bidra til å redusere tungmetallenes tilgjengelighet i kroppen, og dermed redusere deres toksisitet. Dessuten kan kostfiber bidra til å forbedre helse ved å redusere metallgiftighet og fremme utskillelse av tungmetaller gjennom tarmen.

Agronomiske og matindustriavfall har også blitt utforsket som en potensiell løsning for å fjerne tungmetaller fra miljøet. For eksempel har rester fra soyamelkolje vist seg å være effektive for å fjerne kadmium, sink og bly fra vann. Dette kan tilby en bærekraftig og kostnadseffektiv tilnærming til fjerning av tungmetaller fra både jord og vann, samtidig som det reduserer avfall fra landbruksindustrien.

Hvordan Agent Orange og dioxiner påførte Vietnam og verden: En langvarig miljøkatastrofe

Bruken av kjemiske avfyllingsmidler og plantevernmidler under Vietnamkrigen forlot et enormt miljømessig og helsemessig ettermæle. Den mest kjente og omfattende kjemikalien som ble brukt var Agent Orange, som ble spredd i enorme mengder over jungler, elvebredder og jordbruksområder i Vietnam. Agent Orange var en blanding av to kjemikalier: 2,4-diklorfenokseddiksyre (2,4-D) og 2,4,5-triklorfenokseddiksyre (2,4,5-T). Hovedformålet med denne kjemiske defolianten var å fjerne vegetasjon for å avsløre fiendens posisjoner og hindre tilgang til matressurser.

Imidlertid var ikke de langvarige effektene av disse kjemikaliene på naturen og menneskers helse en del av den opprinnelige planleggingen. Den viktigste faren ved Agent Orange var dioxin (TCDD – 2,3,7,8-tetrachlordibenzo-p-dioxin), som ble ansett som en av de mest giftige forbindelsene kjent for mennesker. TCDD ble funnet i høye konsentrasjoner i Agent Orange, med nivåer mellom 0 og 100 ppm. Det var denne forbindelsen som førte til den største dokumenterte dioxinforurensningen i verdenshistorien.

Kjemikaliene, spesielt TCDD, er ekstremt langsomme til å brytes ned i miljøet, noe som førte til betydelig akkumulering i jord, vann og levende organismer. Dioxiner har en høy affinitet for fett, og de akkumuleres i fettvev hos både mennesker og dyr. På grunn av deres langsomme nedbrytningstid blir disse forbindelsene kontinuerlig mer konsentrerte gjennom biomagnifikasjon langs næringskjeden. Dette har ført til urovekkende nivåer av dioxiner i vietnamesiske jordprøver, dyreliv, samt i menneskelige prøver som serum, fettvev og morsmelk.

Langvarige helseproblemer er et direkte resultat av denne forurensningen. Mange vietnamesere, både sivile og militære, har lidd av kroniske sykdommer som kreft, hudsykdommer, fosterskader og psykiske lidelser som følge av langvarig eksponering for disse giftige stoffene. Effektene har vært så alvorlige at de fortsatt merkes i dag, flere tiår etter at bruken av Agent Orange ble avsluttet. Dette kjemikaliet, opprinnelig designet for å ødelegge vegetasjon og forstyrre fiendens ressurser, har etterlatt en ødelagt arv i både menneskelig helse og natur.

Etter Vietnamkrigen har flere andre alvorlige dioxinforurensningshendelser rystet verden. Blant de mest kjente er Seveso-ulykken i Italia (1976), som førte til omfattende dioxinforurensning, samt flere hendelser i USA, som Times Beach i Missouri og Love Canal i New York. Disse hendelsene har alle bidratt til en økt bevissthet om farene ved kjemiske forurensninger, spesielt dioxiner.

Dioxiner er ekstremt stabile forbindelser som ikke lett brytes ned i miljøet. De kan frigjøres i luften, havet, innsjøene, elvene og jorden gjennom ulike industrielle prosesser som forbrenning, avfallshåndtering og metallurgiske aktiviteter. Når dioxiner slippes ut i disse miljøene, binder de seg til organiske materialer og mineraler i sedimenter og jord, der de kan forbli i lang tid. I akvatiske miljøer kan dioxiner lett binde seg til partikler i vannet, noe som fører til akkumulering langs næringskjeden, først i plankton, deretter i fisk og sjømat, og til slutt i mennesker som spiser disse produktene.

Det er viktig å merke seg at de fleste menneskelige eksponeringene for dioxiner skjer gjennom kosten, og i stor grad gjennom konsum av kontaminert kjøtt, fisk og meieriprodukter. Andre kilder til eksponering, som luft, vann og jord, er mindre betydningsfulle, men kan også bidra til langvarig forurensning. Dioxiner er ikke tilsatt mat med vilje, og de dannes ikke under matbehandling, men de kan være til stede i mat som et resultat av forurensning i produksjonsprosessen.

For å forstå risikoen med dioxiner er det avgjørende å vite at disse kjemikaliene er uoppløselige i vann og svært stabile i miljøet. Dette fører til at de kan spre seg over store avstander før de konsentreres i næringskjeden. Det er også viktig å anerkjenne at eksponering ikke bare er et problem for utviklingsland eller steder som Vietnam, men kan ramme alle nasjoner som står overfor industriell forurensning eller ulovlig avfallshåndtering.

Når vi ser på forurensningens konsekvenser, er det viktig å forstå hvordan globale forsyningskjeder for mat kan bli påvirket av slike hendelser. Dioxiner kan spres gjennom hele matforsyningskjeden, og etterhvert som de akkumuleres i dyrevelferd og fiskeri, kan de ende opp på våre tallerkener. Dette gjør det viktig å sikre at land og selskaper har effektive reguleringer på plass for å forhindre ytterligere spredning av slike skadelige stoffer.