From pipe material leaching to human exposure: phytotoxicity, bioaccumulation and risk apportionment in edible sprouts

Materials used in drinking water distribution systems (DWDSs) such as epoxy resin linings and elastomeric gaskets, can release organic contaminants into tap water. Among these, emerging contaminants, including bisphenols (BPs), such as bisphenol A (BPA) and bisphenol F (BPF), and nitrosamines (NAs), such as N-nitrosodimethylamine (NDMA) and N-nitrosomorpholine (NMOR), are of particular concern due to their endocrine-disrupting potential and carcinogenic risk. While their occurrence in drinking water has been documented, limited attention has been given to indirect exposure pathways, such as the use of contaminated water for the cultivation of edible sprouts. This study investigated the phytotoxicity, bioaccumulation, and potential human exposure associated with these contaminants using an integrated experimental and risk-based approach. A Design of Experiments (DoE) framework was applied to alfa alfa (Medicago sativa) and radish (Raphanus sativus) sprouts grown for seven days under controlled conditions using contaminated water. The study included a screening phase to identify critical compounds and an optimization phase to evaluate the interaction between BPA and NDMA. Phytotoxic effects were assessed using morphological endpoints, and bioaccumulation was analytically determined. Results showed that phytotoxicity was mainly associated with bisphenols, particularly BPA, while bioaccumulation varied across compounds and plant species and was frequently below the analytical limit of quantification (LOQ). Alfa alfa sprouts were the only matrix showing detectable accumulation above the limit of LOQ during screening. Based on these findings, a deterministic risk assessment was conducted to explore combined exposure through drinking water and sprouts, complemented by a conservative scenario based on LOQ to evaluate the adequacy of analytical detection limits. Overall, the results highlight the importance of accounting for multiple and indirect exposure pathways when assessing emerging contaminants, as combined exposures may substantially increase risk even at very low concentrations.

I materiali utilizzati nei sistemi di distribuzione dell’acqua potabile, come i rivestimenti in resina epossidica e le guarnizioni elastomeriche, possono rilasciare contaminanti organici nell’acqua di rubinetto. Tra questi, i contaminanti emergenti, inclusi i bisfenoli (BPs), come il bisfenolo A (BPA) e il bisfenolo F (BPF), e le nitrosammine (NAs), quali la N-nitrosodimetilammina (NDMA) e la N-nitrosomorfolina (NMOR), destano particolare preoccupazione per il loro potenziale di interferenza endocrina e per il rischio cancerogeno. Sebbene la loro presenza nell’acqua potabile sia stata ampiamente documentata, alle vie di esposizione indirette, come l’utilizzo di acqua contaminata per la coltivazione di germogli edibili, è stata finora dedicata un’attenzione limitata. Questo studio ha analizzato la fitotossicità, il bioaccumulo e la potenziale esposizione umana associati a tali contaminanti attraverso un approccio integrato sperimentale e di valutazione del rischio. È stato applicato un framework di Design of Experiments (DoE) a germogli di alfa alfa (Medicago sativa) e ravanello (Raphanus sativus), coltivati per sette giorni in condizioni controllate utilizzando acqua contaminata. Lo studio ha previsto una fase di screening finalizzata all’identificazione dei composti più critici e una fase di ottimizzazione volta a valutare l’interazione tra BPA e NDMA. Gli effetti fitotossici sono stati valutati mediante parametri morfologici, mentre il bioaccumulo è stato determinato analiticamente. I risultati hanno mostrato che la fitotossicità è risultata principalmente associata ai bisfenoli, in particolare al BPA, mentre il bioaccumulo ha evidenziato una marcata variabilità tra composti e specie vegetali ed è risultato frequentemente inferiore al limite analitico di quantificazione (LOQ). I germogli di alfa alfa hanno rappresentato l’unica matrice in cui è stato osservato un accumulo rilevabile al di sopra del LOQ durante la fase di screening. Sulla base di tali evidenze, è stata condotta una valutazione deterministica del rischio per analizzare l’esposizione combinata attraverso acqua potabile e germogli, affiancata da uno scenario conservativo basato sui valori di LOQ per valutare l’adeguatezza dei limiti analitici di rilevabilità. Nel complesso, i risultati sottolineano l’importanza di considerare vie di esposizione multiple e indirette nella valutazione dei contaminanti emergenti, poiché esposizioni combinate possono determinare un aumento significativo del rischio anche a concentrazioni molto basse.