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Interview: "Die gesetzliche Regelung bietet viel Raum für Interpretationen.“

Pizza mit Geschmack je nach Temperaturführung, Süßigkeiten, die in der Sonne nicht schmelzen, fettabsorbierende Nano-Kügelchen für Abnehmwillige – die Visionen für die Einsatzmöglichkeiten von Nanopartikeln in Lebensmitteln waren vor zehn Jahren gewaltig. Mit Dr. Ralf Greiner vom Max Rubner-Institut (Karlsruhe) sprachen wir über die Realität im Lebensmittelsortiment, vielversprechende Ideen und die Folgen ungenauer Definitionen.

Nanoportal-bw.de: Die Pizza mit wechselndem Geschmack gibt es noch nicht. Welche Nanomaterialien sind denn heute in Lebensmitteln enthalten und was ist ihre Aufgabe?

Dr. Ralf Greiner:    Einige der Zukunftsvisionen waren eher Wunschvorstellungen ohne realen Hintergrund. Wie im Fall der Pizza, deren Geschmack sich – dank Nanoteilchen – je nach Watt-Zahl der Mikrowelle ändern sollte. Dazu hatten wir von Anfang an eine klare Meinung: das wird nie Realität werden. Die geringen Unterschiede in der Energiezufuhr können kaum unterschiedliche Geschmackseindrücke hervorrufen.

Wo wir gerade genau stehen in der Entwicklung ist schwer zu sagen. Ein Grund für die Unsicherheit ist, dass die rechtlich bindende Definition von Nanomaterialien nicht eindeutig ist, sondern viel Raum für Interpretationen bietet. Weltweit spielen Nanomaterialien im Lebensmittelsektor aber vor allem bei den Kontaktmaterialien, also bei den Verpackungen eine Rolle. Eine Anwendung direkt im Lebensmittel ist eher die Ausnahme.
 

Dr. Ralf Greiner ist Chemiker und leitet das Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik am Max Rubner-Institut, dem Bundesforschungsinstitut für Ernährung und Lebensmittel in Karlsruhe. (Foto: MLR / Magali Hauser)
Siliziumdioxid und Titandioxid sind nur zwei Stoffe, aber sie werden in sehr vielen Lebensmitteln eingesetzt. Kann man da von Ausnahmen sprechen?

Wir diskutieren in Europa vor allem über die beiden Stoffe Siliziumdioxid (Anm.: E 551) als Antiklumpmittel, z.B. in Salz und über Titandioxid (Anm.: E 171), das verwendet wird, um ein strahlendes Weiß zu erzeugen. Über beide Stoffe liest man immer wieder in der Presse. Angewendet wird Titandioxid zum Beispiel in Kaugummis oder in der weißen Hülle von Dragees, die dann wiederum gefärbt werden können. Derzeit ist zudem Talk (Anm.: E 553b, Talkum) als Trennmittel in Lebensmitteln aktuell.

Allerdings wurden diese drei Materialien nie gezielt in Nanogröße hergestellt. Es handelt sich vielmehr um Materialien, die schon lange auf dem Markt waren – bevor man überhaupt angefangen hat, über das Thema Nano zu reden. Darum werden diese Substanzen – und Anwendungen – erst durch die neuen gesetzlichen Regelungen und Definitionen als „Nanomaterialien“ diskutiert.
 

Gerade im Bereich der Nahrungsergänzungsmittel ist häufig die Rede von Nano-Carriern bzw. Nano-Käfigen. Was ist das?

Nano-Käfige sind nanoskalige Hohlkörper aus lebensmitteltauglichem Material, also aus Fett, Kohlenhydraten oder Proteinen. Ich baue, vereinfacht gesagt, Kügelchen mit dieser Fett- oder Kohlenhydrat- oder Proteinhülle auf und fülle sie dann mit Substanzen, zum Beispiel mit Vitaminen, Mineralstoffen, bioaktiven Substanzen. Angedacht ist, diese befüllten Hohlkörper Lebensmitteln zuzusetzen. Sie sollen im Magen möglichst stabil bleiben und ihre Ladung erst im Dünndarm freisetzen. Das hat den Zweck, die Substanzen zu stabilisieren, in manchen Fällen auch die Interaktion mit der Lebensmittelmatrix zu verhindern oder Geschmackserlebnisse zu verändern.

Ein Beispiel aus Australien: Da wurde ein Brot mit Omega-3-Fettsäuren angereichert, also mit Fischöl. Allerdings hat das Brot dann einen leichten Geschmack nach Fisch – eher ungünstig bei einem Marmeladenbrot. Also hat man diese Fettsäuren verkapselt. Die Kügelchen gehen im Darm auf, ohne dass der fischige Geschmack wahrgenommen wird  und die Fettsäuren konnten gut aufgenommen werden. Dieses Produkt ist allerdings meines Wissens nicht mehr auf dem Markt.
 

Gelten die Nano-Regeln des Lebensmittelrechts auch für diese Verkapselungen?

Die gesetzlichen Vorgaben für Nanomaterialien in Lebensmitteln gelten auch für Nanokäfige. Inwieweit diese zu den kennzeichnungspflichtigen Nanomaterialien zählen, ist allerdings Auslegungssache. Hier sind mehrere Aspekte relevant, die Größe des Materials, aber auch seine Beschaffenheit. Die Größe wird von der Definition für Nanomaterialien auf „ein bis einhundert Nanometer in mindestens einer Dimension“ festgelegt. Wenn die nanoskaligen Eigenschaften erhalten bleiben, können dies auch Aggregate oder Agglomerate, also Häufchen eines Materials sein, in dem die Partikel mehr oder weniger starke Wechselwirkungen eingehen. Relevant für die Kennzeichnungspflicht ist aber auch die Frage, ob es sich bei dem Material um „Partikel“ handelt. Ein Partikel wird als „sehr kleines Teilchen mit festen physikalischen Grenzen“ definiert. Und hier wird es schwierig, weil Nano-Käfige zu den Soft-Nanomaterialien zählen, das heißt, sie sind nicht hart, sondern verändern sich in ihrer Form. Für mich als Kolloid-Chemiker sind das dennoch „feste Grenzen“, nur nicht im Sinne von unveränderbar fest. Aber genau dazu gibt es in einem Fragen-und-Antwort-Dokument, dass die EU-Kommission für die genauere Auslegung der gesetzlichen Regeln anbietet, die Aussage, dass solche Nanomaterialien nicht gekennzeichnet werden müssen.
 

Auch der Begriff "absichtlich" ist ja Auslegungssache.

In der Definition von technisch hergestellten Nanomaterialien wird nicht ausgeführt, ob sich der Begriff „absichtlich“ auf den Größenbereich. also zwischen 1 und 100 nm bezieht oder darauf, dass durch die Herstellung eine bestimmte Funktion im Lebensmittel erzielt wird. Titandioxid wird zum Beispiel nicht „absichtlich“ im Nano-Bereich hergestellt. Ein bestimmter Teil dieser Teilchen liegt dennoch im Größenbereich unter hundert Nanometer, ein Großteil liegt aber darüber. In der Definitionsempfehlung der EU Kommission wird ausgeführt, dass ein Nanomaterial vorliegt, wenn mindestens 50% der Partikel kleiner als 100 nm sind. Bei Titandioxid liegt im Allgemeinen weniger als die besagten 50 Prozent im Bereich unter 100 Nanometer, weil die Substanz ja dazu verwendet wird, ein Lebensmittel weiß zu färben. Damit wäre es aber – laut Definitionsempfehlung – kein Nanomaterial und müsste nicht gekennzeichnet werden.

Ein Gedankenspiel: Ich habe drei Partikel Titandioxid in einem Lebensmittel. Zwei sind kleiner als 100 nm – das sind mehr als 50 Prozent und ich müsste es als „nano“ kennzeichnen. In einem anderen Lebensmittel sind ein paar Millionen Partikel enthalten und davon sind einige zehntausend Partikel kleiner als 100 nm – somit weniger als 50 Prozent. Dieses Lebensmittel müsste nicht mit „nano“ gekennzeichnet werden. Das ist dem Verbraucher nicht zu vermitteln.
 

Foto: MLR / Magali Hauser
Wie sicher kann man sein, dass keine Nano-Materialien verwendet werden?

Die gesetzlichen Regelungen, so wie sie im Moment ausgeführt sind, machen wenig Sinn. Dadurch, dass man dem Rechtsrahmen nicht wirklich folgen kann und nicht sicher sein kann, wie er angewendet werden soll, halten sich die Hersteller eher zurück. Neben dem, Rechtsrahmen ist auch der analytische Nachweis von technisch hergestellten Nano-Materialien in Lebensmitteln zumindest eine Herausforderung. Im Grunde genommen sind in allen Lebensmittel nanoskalige Bestandteile nachweisbar. Gleichzeitig die Größe und die chemische Beschaffenheit analytisch erfasster Nanopartikel zu ermitteln, ist zurzeit routinemäßig nicht möglich. Außerdem kann analytisch der Nachweis nicht geführt werden, ob es sich um ein technisch hergestelltes oder ein natürlich vorkommendes Nano-Material handelt. Des Weiteren ist die Nachweisgrenze der analytischen Systeme zu berücksichtigen. Diese liegt im Femtogramm-Bereich, also 10 hoch minus 15 Gramm. Das sind im Nanobereich noch immer zehn hoch vier oder zehn hoch fünf Partikel, das heißt die Nachweisgrenze liegt bei 10.000 bis 100.000 Partikel. Wenn ich in einem Vortrag sage, „Wir können bis zu 10 hoch minus 15, also 0,000000000000001 Gramm nachweisen, und wenn wir in einem Lebensmittel nichts nachweisen können, dann ist es weniger als das“ dann sagen die Zuhörer oft „ach, das ist ja gar nichts“. Aber im Nanobereich geht es genau um dieses „gar nichts“ – hier wird alles auf Partikel zurückgeführt. Wenn ich in dem Zusammenhang dann sage, das entspricht 10.000 bis 100.000 Partikel, dann ist die Reaktion eine ganz andere. So unterschiedlich ist die Wahrnehmung je nach Zusammenhang.
 

Werden durch die Zurückhaltung der Hersteller vielleicht tolle Chancen nicht genutzt?

Es gibt Anwendungsbereiche, da würde ich sagen "nice to have" – wenn es kommt, ist es nicht schlecht, aber wir haben nicht unbedingt einen Vorteil davon. Man muss auch berücksichtigen, dass wir mit  Entwicklungen im Lebensmittelbereich oft Produkte auf den Markt bringen, die unsere falsche Ernährungsweise unterstützen. Wir könnten daher sicherlich vieles selbst auffangen, was Technologien zu lösen versuchen, wenn wir uns anders verhalten würden. Andererseits möchte die Lebensmittelindustrie grundsätzlich sichere, qualitativ hochwertige Produkte auf den Markt bringen. Und diese sollen erschwinglich sein und sie sollen auch schmecken. Technologien können dabei helfen, wenn man zum Beispiel die mikrobiologische Belastung sieht. Aber das was momentan an Nanomaterialien auf dem Markt ist, woran für den Einsatz in Lebensmitteln geforscht wird, das könnte auch durch andere Technologien und Materialien gelingen. Wir bräuchten die Nanomaterialien nicht notwendigerweise.
 

Welche Nano-Anwendungen im Lebensmittelbereich könnten wirklich sinnvoll sein?

Die Anwendung von Nano-Materialien kann zum Beispiel bei der Oberflächenstrukturierung von Maschinen sinnvoll sein. Ein Problem in der Lebensmittelindustrie ist, dass die Oberflächen ein Nährboden für Keime, Bakterien, Pilze sein können. Durch Strukturierung kann ich den Vorteil hinbekommen, dass so eine Oberfläche weniger mit Keimen besiedelt wird. Bekanntermaßen werden Nano-Materialien bereits auf Fliesen für den verbesserten Ablauf von Wasser eingesetzt – damit trocknen Oberflächen schneller ab, auch dies kann für die Entwicklung von Keimen relevant sein.

Auch in Verpackungen kann die Verwendung von Nanomaterialien Vorteile bringen. Weniger die in der Öffentlichkeit vieldiskutierten antimikrobiellen Verpackungen mit Silber. Hier sehe ich eher den Nachteil, dass den Verbrauchern eine falsche Sicherheit suggeriert wird. Dagegen sind Nanoton-Plättchen in Kunststoffverpackungen, die den Gasaustausch erschweren, so dass ich zum Beispiel Bier in Plastikgefäßen transportieren kann, oder Limonaden länger haltbar sind, weil das Kohlendioxid nur langsam entweicht, für mich schon Vorteile. Auch umwelttechnisch betrachtet: Wenn ich ein leichteres Verpackungssystem habe und das transportieren muss, brauche ich dafür weniger Energie. Durch das Einführen der Nanoton-Plättchen und den dadurch behinderten Gasaustausch kann man bei gleichem Gasaustausch die Verpackungsmaterialien nur halb so dick machen, was Plastik einsparen würde. Wenn man die Definition von nano etwas weiter fasst, gibt es auch Nanosensoren, die man auf die Verpackungen aufbringen kann, die z.B. über den Frischezustand des Packgutes informieren können. Auch Rückverfolgbarkeitslabels auf den Verpackungen würden Sinn machen.

Es gibt einige Studien, die zeigen, dass viele Verbraucher Lebensmittel wegwerfen wenn das Mindesthaltbarkeitsdatum erreicht ist – ohne zunächst die Qualität des Inhalts zu prüfen. Wenn man eine objektive Methode hätte, um den Zustand des Lebensmittels in der Packung zu bestimmen, wäre das von Vorteil. Solche Systeme für „intelligente Verpackungen“ gibt es und die werden auch immer weiter entwickelt. Auch Rückverfolgbarkeitslabels auf den Verpackungen könnten eine sinnvolle Anwendung sein.
 

Die Stoffe, aus denen Micellen oder Liposomen aufgebaut werden können, sind doch längst als Lebensmittelzusatzstoffe zugelassen. Sind Nano-Kapseln also vielleicht längst schon da?

Mikrokapseln gibt es in Lebensmitteln schon lange. Micellen, natürliche Bestandteile der Milch, sind quasi Mikrokapseln. Nanokapseln, die im Gegensatz zu Mikrokapseln stabilisiert werden müssen, haben aus meiner persönlichen Sicht, im Sinne der Risikoabschätzung, möglicherweise einen Nachteil gegenüber Mikrokapseln: Mikrokapseln geben im Darm ihren Inhalt ab, können aber selbst nicht aus dem Darm aufgenommen werden. Nanokapseln könnten dagegen, ohne dass sie ihre Ladung freigeben, absorbiert werden.

Das heißt: Wenn ich eine bioaktive Substanz aufnehme, gibt es im Körper normalerweise zahlreiche Mechanismen und Kreisläufe, die dafür sorgen, dass sie dort landet, wo sie im Idealfall gebraucht wird – oder zumindest keinen Schaden anrichtet. Wenn ich eine bioaktive Substanz aber verkapsele und die Kapsel selbst aufgenommen wird, dann umgehe ich diese Mechanismen für den Inhalt der Kapsel. Sie orientieren sich dann an dem Hüllmaterial der Nanokapsel. Die Verteilung der bioaktiven Substanz innerhalb des Körpers würde jetzt somit erstmal durch die Hülle bestimmt. Die Inhaltsstoffe könnten dann also irgendwo landen, wo wir sie nicht brauchen oder nicht wollen. Dieses Gedankenspiel zeigt: Wir können nicht alle Erfahrungen, die wir mit der Mikroverkapselung haben, 1:1 auf die Nanoverkapselung übertragen. Diese Fragestellung wird von Forschergruppen weltweit aufgeworfen.
 

Und weiß man schon, ob Nanopartikel Wege gehen können, die sie nicht sollten?

Die Forschung steht hier noch ganz am Anfang. Die Caseinmicelle in der Milch ist ein natürliches nanoskaliges System, das für die Physiologie des Menschen großen Nutzen hat. Es gibt auch anorganische nanoskalige Systeme, die im Darm entstehen, wie etwa Calciumphosphat. Letztendlich ist beispielsweise selbst eine Sauce Hollandaise nanostrukturiert. Es ist also nicht so, dass wir überhaupt keine Berührung mit nanoskaligen Systemen hätten und unser Körper gar keine Erfahrung mit Materialien in Nano-Größe hat. Nano heißt  somit auch nicht per se „Gefahr“, die Bewertung kann sich nur jeweils auf das jeweilige Nanomaterial beziehen. Für die aktuell in der Entwicklung befindlichen Nano-Käfige und andere technisch hergestellte Nano-Materialien gibt es noch wenig Erfahrung, in welchem Umfang diese aufgenommen werden und wie sie sich im Körper verhalten.
 

Dr. Ralf Greiner befasst sich seit vielen Jahren mit den Einsatzmöglichkeiten von Nanomaterialien in Lebensmitteln, ihrer möglichen Wirkung im Organismus und ihrem sicheren Nachweis in Lebensmitteln. (Foto: MLR / Magali Hauser)
Wieso nicht?

Das Problem, das wir bei den Untersuchungen haben, ist, dass wir es fast immer mit Materialien zu tun haben, die sowieso im Lebensmittel und damit im Körper vorkommen. Nanopartikel oder Nanomaterialien aus den Lebensmitteln im Körper irgendwo nachzuweisen, ist deswegen extrem schwierig. Bei der Sicherheitsforschung ist man zunächst so vorgegangen, dass man Substanzen nanoskalig in die Lebensmittelmatrix eingearbeitet hat, die normalerweise nicht im Lebensmittel bzw. Körper vorkommen, wie etwa Silber oder Iridium. Dadurch kann man sie vergleichsweise einfach im Körper nachverfolgen. Aber da es kein festes Verhalten für verschiedene Nanomaterialien gibt, sie können z.B. agglomerieren oder nicht, sich an andere Substanzen binden oder nicht, in Geweben oder Organen akkumulieren oder nicht, ist die Frage, welche Schlüsse man aus diesen Untersuchungen ziehen kann. Das Kernproblem der Forschung mit Nanomaterialien ist, dass die Größe der Partikel eben nur ein Merkmal des Materials ist, selbstverständlich sind die chemische Zusammensetzung, die Form, die Oberflächenchemie, die Oberflächenladung und vieles mehr ebenso relevant.

In Asien wurde beispielsweise ein Tierversuch durchgeführt, bei dem Kupfer-Nanopartikel dem Futtermittel zugesetzt wurden. In Spuren ist Kupfer für den Organismus notwendig, in größeren Mengen ist es giftig. Bei dem Versuch hat man herausgefunden, dass dieses Nano-Kupfer schon in kleineren Mengen toxischer wirkt als Mikrokupfer. Aber die Frage ist doch: Wie ist der Mechanismus? Liegt es tatsächlich an den Nanoteilchen oder liegt es daran, dass die Nanoteilchen im Magen und Darm oxidativ in Lösung gehen, wir also Kupfer-Ionen vorliegen haben, die relativ leicht aufgenommen werden? Wenn man Nano- und Mikrokupfer in gleicher Menge in so ein System gibt, setzt die Nanoform pro Zeiteinheit viel mehr Ionen frei, einfach weil die Oberfläche sehr viel größer ist. Inwieweit Nanokupfer absorbiert wurde, wurde nicht untersucht. Ist also die Beobachtung der Nanoskaligkeit geschuldet oder wurde nur nochmals belegt, dass es für Kupfer eine toxische Dosis gibt, die von Nanopartikeln wegen der höheren Verfügbarkeit schneller erreicht ist?
 

Die Nano-Forschung dauert doch schon über zehn Jahre. Wieso gibt es noch immer so wenig Klarheit?

Bei der Forschung zu Nanomaterialien haben wir bei Null angefangen. Das liegt daran, dass wir erstmal analytische Systeme brauchten, mit denen man überhaupt in den Nanobereich vorstoßen konnte. erst die Elektronenmikroskopie schaffte das. Nanomaterialien, die natürlichen und die technisch hergestellten, gibt es ja zum Teil schon tausende von Jahren. Die Farben für die Kirchenfenster sind ein Beispiel dafür, ebenso die sehr scharfen Schwerter – beides beinhaltet Nanomaterialien. Das wussten die Handwerker damals nicht, sie haben sie aber trotzdem hergestellt. Und so war es bis zum Beginn der Nanoforschung: Wir haben unwissentlich Materialien hergestellt, die wir heute als Nanomaterialien bezeichnen würden. Diese wurden eingesetzt, ohne uns über etwaige nanospezifische Risiken Gedanken zu machen. Dies erleben wir auch bei anderen Themen, so kennen wir etwa die große Gefahr, die von Pilzgiften ausgeht erst wirklich, seit wird diese Mycotoxine selbst nachweisen können. Ebenso ist der Nachweis von Giftstoffen in zum Beispiel unserem Trinkwasser oder in Lebensmittel zuallererst eine Frage der vorhandenen Analytik. Für mich gibt es im Bereich der Nano-Forschung zwei große Arbeitsgebiete: Das eine ist die Frage: Ist der Effekt, den ich beobachte, wirklich auf die Nanoskaligkeit zurückzuführen? Bei einem Zellsystem könnte ich ja einfach mal spekulieren: Die große Oberfläche der Nanoteilchen ist relativ reaktiv. Wenn ich ein Zellsystem in einem Nährmedium hätte und die Nanoteilchen würden einen Nährstoff, den die Zellen unbedingt brauchen, binden, so dass er den Zellen nicht mehr zur Verfügung stünde, dann sterben die Zellen. Beschreibe ich diesen Effekt nur, sage ich: Je mehr Nanoteilchen im System vorliegen, desto mehr Zellen sterben. Das ist aber eigentlich kein Nanoeffekt. Die Zellen nehmen das Nanoteilchen ja gar nicht auf, sie haben gar keinen direkten Kontakt mit dem Nanoteilchen und trotzdem sehe ich diesen Effekt. Solche komplexen indirekten Wirkungen muss man zunächst erkennen und von den direkten Wirkungen trennen.

Der zweite Aufgabenbereich ist es, sozusagen Kategorien von Nanomaterialien zu bilden, die sich ähnlich verhalten und damit auch toxikologisch ähnlich eingestuft werden können. Immerhin sind wir heute in der Lage, selbst gezielt Nanopartikel herzustellen. Das ermöglicht uns, anders als früher, diese Materialien eingehend zu charakterisieren. Es ist die Frage, was wir über ein Nanomaterial wissen müssen, bevor wir Rückschlüsse ziehen können. Leider erkennen wir immer besser, dass wir, um konkrete Vorhersagen über das Verhalten des Nanomaterials treffen zu können, ihre physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften kennen müssen – das macht die Forschung ungemein komplex und aufwendig. Die Eigenschaften eines Nanopartikels hängt von vielen Faktoren ab, nicht zuletzt auch davon, in welches Medium der Partikel eingebracht wird, weil sie dadurch seine Oberfläche ändert. Je nachdem welcher Lebensmittelmatrix, Nanoteilchen zugesetzt werden, ändert sich die Oberflächenchemie- und -physik und damit hat das Gesamtsystem andere Eigenschaften. Und dann wird es noch komplexer: Das Lebensmittel wird gegessen – das heißt, ich habe das Nanomaterial zunächst im Mund dann im Magen und dann im Darm – jedes Mal eine grundsätzlich andere Umgebung als zuvor. Das alles zu simulieren und Rückschlüsse zu ziehen, ist schon schwierig. Wenn man das verstanden hat, wird sicherlich auch Verbraucherinnen und Verbrauchern klar, warum die Forschung auf diesem Gebiet nicht so schnell voranschreitet, wie man es sich wünschen würde.
 

Wie ist unter diesen Umständen eine Risikoabschätzung möglich?

Die Risikobewertung von Nanomaterialien erfolgt genau nach den gleichen Paradigmen wie für andere Stoffe auch, u.a. ist die Exposition zu bestimmen und das Risiko zu charakterisieren. Dann kommt eine weiter entscheidende Frage: Gibt es zusätzliche Risiken, die wir bei größerskaligen Lebensmittelinhaltsstoffen oder Molekülen bisher nicht berücksichtigen mussten? Gibt es etwas nano-spezifisches Effekte, das wir in den Testbatterien die wir haben, nicht untersucht haben? Wir fragen uns also: Soll man die Testbatterien modifizieren und wenn ja wie, um nanospezifische Risiken abzudecken. Gerade im Lebensmittelbereich besteht, wie schon ausgeführt, bereits das Problem, die nanospezifischen Eigenschaften zu definieren, d.h.  welche nanospezifischen Eigenschaften gibt es im Lebensmittel? Um es zu verdeutlichen: Nanomaterialien spielen überall eine Rolle: Im Computer, in Kameras, die neuen Leuchtmittel, Elektronik, Magneten. Bei den dort verwendeten Materialien hat man im Nanobereich irgendwo eine sprunghafte Änderung der Eigenschaften, das ist typische für Nanomaterialien. Elektrische, optische, magnetische Eigenschaften, der Schmelzpunkt – das alles ändert sich tatsächlich sprunghaft bei einer bestimmten Partikelgröße. Bei den bisher für den Lebensmittelbereich beforschten Nanomaterialien ist das nicht so. Da haben Sie eine kontinuierliche Veränderung der Eigenschaften. Deshalb ist es so schwer, nanospezifische Eigenschaften zu fassen. Und wenn ich die nicht fassen kann, ist es natürlich auch sehr schwer, sich im Gedankenmodell zu fragen, was sie bewirken.
 

Foto: MLR / Magali Hauser
Im Zuge der Neubewertung der Zusatzstoffe hat die EFSA für eine Reihe pulverförmiger Zusatzstoffe festgestellt, dass sie zwar einen kleinen Anteil Nanopartikel enthalten keine technisch hergestellten Nanomaterialien im Sinne des Gesetzes sind. Sie erteilte dennoch den Auftrag, ihre Partikelgröße, als Teil ihrer zulässigen Eigenschaften in die gesetzlichen Spezifikationen aufzunehmen. Das ist bisher aber nicht passiert. Wieso?

Letztlich müssen die Hersteller die Spezifikationen angeben .Aber wir haben sicherlich hier ein Problem mit der Analytik. Die EU-Regulierung gibt vor, die Partikelgrößenverteilung anzugeben. Es gibt aber ein ganzes Portfolio an Methoden, die verwendet werden können, um die Partikelgrößenverteilung zu ermitteln. Unglücklicherweise ergeben diese Methoden aber, weil sie unterschiedliche physikalische Parameter erfassen, selten direkt die Größe. Sie erfassen physikalische Eigenschaften, die die Software, die in diesen Maschinen steckt, in eine Größenverteilung umrechnet. Durch die Nutzung unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften zur Größenermittlung hängt das Ergebnis davon ab, welche Methode man einsetzt. Eine weitere Varianz ergibt sich durch die Probenvorbereitung, die einen wesentlichen Einfluss auf die Ergebnisse hat. Die EU hat nicht vorgeschrieben, welche Methoden zu benutzen sind. Das könnte die EU als Gesetzgeber durchaus tun, aber es sind ja nicht nur zwei oder drei EU-Staaten und die müssen sich alle einigen. Jeder EU-Staat hat eine andere Philosophie, einen anderen Druck diverser Stakeholder. Nicht zuletzt müssen die Vorgaben am Ende auch so sein, dass sie von den Industrien auch umgesetzt werden können. Das alles macht es sehr, sehr anspruchsvoll, klare Vorgaben zu entwickeln. Und es gibt weitere grundsätzliche analytische Probleme: Die Partikelgrößenverteilung ist in Rohmaterialien noch verhältnismäßig einfach zu bestimmen. Unsere Aufgabe am Max Rubner-Institut ist aber, das Vorliegen von Nanomaterialien direkt in der Lebensmittelmatrix zu erfassen. Und da kann ich im Moment nur anorganische Materialien messen, z.B. mit dem Elektronenmikroskop und einer sehr guten Image-Software. Um zu einer Partikelgrößenverteilung zu kommen, muss man auf den Bildern einzelne Partikel auszählen. Da stellt sich natürlich die Frage, wieviele Partikel ich auszählen muss, um eine statistische Aussage machen zu können? Auch für die Elektronenmikroskopie ist die Probenvorbereitung von großem Einfluss. Mit der Elektronenmikroskopie gelingt es auch gleichzeitig die Größe und die chemische Identität anorganischer Nanopartikel zu bestimmen. Mit den meisten der zur Verfügung stehenden analytischen Verfahren kann aber nicht gleichzeitig die Größenverteilung und die chemische Identität ermittelt werden. Ich bestimme entweder die Größenverteilung der Partikel im Lebensmittel und weiß nicht, was chemisch dahinter steckt, oder ich sehe mir die chemische Identität an und weiß eigentlich nichts über die Größe.

Die EU-Empfehlung bezeichnet ein Material als Nanomaterial wenn 50 Prozent der Partikel kleiner als 100 nm sind. Aber das bezieht sich ja auf Partikel derselben chemischen Identität. Wenn nur ein Nanomaterial im Lebensmittel vorliegt, könnte eine quantitative Erfassung möglich sein, beim Vorliegen von zwei oder drei unterschiedlichen Nanomaterialien, geht das nicht. Außerdem müsste man den gesamten Bereich von 1 nm bis in den Millimeterbereich analytisch erfassen können und unter 30 nm können wir kaum messen. Ich kann auch nicht unterscheiden, ob es ein technisch hergestelltes Nanomaterial ist, das ich kennzeichnen müsste oder ob es unabsichtlich entstanden ist, das ich ebenso wenig kennzeichnen müsste, wie ein natürliches Nanomaterial. Wir haben erhebliche Interpretationsprobleme im System. Deshalb kommt es auch immer wieder zu höchst unterschiedlichen Ergebnissen bei der Untersuchung von Lebensmittel auf Nanopartikel und entsprechenden Meldungen in der Presse: Da ist zum Beispiel die Rede von 20 Lebensmitteln, die Nanomaterialien enthalten. Für die Verbraucherinnen und Verbraucher ist das vielleicht eine Nachricht, aber um die Aussage bewerten zu können, müsste man wissen, welche Nanomaterialien das sind, wieviele Partikel nanoskalig vorliegen und ob es technisch hergestellte sind. Und diese Informationen sind nur selten zu bekommen.
 

Foto:  MLR / Magali Hauser
Das MRI ist stark in die Reduktionsstrategie der Bundesregierung einbezogen, es erforscht die Möglichkeiten, wie die Reduktion von Zucker, Fett, Salz usw. in der Praxis gelingen kann. Spielen dabei Nanomaterialien eine Rolle?

Es gibt Ansätze. Ein großer Vorteil der Nanopartikel ist ihre sehr große Oberfläche im Verhältnis zur Masse der Teilchen. Wenn ich eine große Oberfläche habe, habe ich auch eine sehr große Kontaktfläche. Bei Salz und Zucker wird dieser Effekt genutzt. Nanoskaliges Salz geht sehr schnell in Lösung und erzeugt bei Kontakt mit den Geschmacksknospen aufgrund der hohen lokalen Konzentration ein intensives „Salzgefühl“. Ich kann also den Salzgehalt im Lebensmittel dadurch absolut gesehen senken, ohne das Salzempfinden zu verringern. Oder ich nehme ein nanoskaliges Trägersystem und belege die große Oberfläche mit Salz. Da habe ich dann zwar wenige „Salz-Nester“ im System, aber trotzdem ein intensives Salzerlebnis auf der Zunge und kann den Salzgehalt absolut reduzieren. Ob diese Ansätze sie in Zukunft wirklich vermarktet werden, ist schwer vorherzusehen. In anderen Bereichen, in denen es um Geschmack geht, gibt es in den USA schon Anwendungen, z.B. „Slim Shakes“ zum Abnehmen. Die haben den Aromastoff auf Siliziumdioxid-Partikel aufgezogen, um ein intensives Geschmackserlebnis zu erzeugen.
 

Vielen Dank.

(Dezember 2018)

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