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Nanomaterialien in Lebensmitteln

Bestimmte Nanomaterialien können zu verschiedenen Zwecken auch in Lebensmitteln eingesetzt werden. In Form von zugelassenen Lebensmittelzusatzstoffen verändern sie Eigenschaften wie Geschmack, Aussehen oder Haltbarkeit der Nahrungsmittel. Sie dienen auch zur Verkapselung von wichtigen Spurenstoffen, die dadurch stabiler werden und besser vom Menschen aufgenommen werden können. Aktuell kommen aber Nanomaterialien meist nur als Nebenprodukte in unser Essen.

 

Lebensmittelzusatzstoffe

lollipop © woverwolf - stock.adobe.comDie Lebensmittelindustrie verwendet Lebensmittelzusatzstoffe, um die Eigenschaften von Nahrungsmitteln gezielt zu beeinflussen, also Haltbarkeit, Verarbeitbarkeit, Geschmack oder Aussehen zu optimieren. Dazu zählen Farbstoffe, Konservierungsmittel, Antioxidantien, Süßungsmittel, Stabilisatoren, Geschmacksverstärker und weitere Stoffe. Solche Zusatzstoffe dürfen in der Europäischen Union erst nach ihrer Zulassung gemäß Verordnung (EG) Nr. 1333/2008 eingesetzt werden und es gilt eine Kennzeichnungspflicht für verpackte und lose angebotene Lebensmittel in Form der E-Nummern [1].

Nanomaterialien müssen, wenn sie Lebensmitteln absichtlich zugesetzt werden, seit dem 13. Dezember 2014 mit dem Zusatz „Nano“ gekennzeichnet werden (EU Verordnung Nr. 1169/2011) [2]. Dabei ist es auch wichtig, dass dieser Zusatzstoff in Nanogröße für diesen Zweck absichtlich hergestellt wird und neuartig ist. Nach aktuellem Stand von November 2019 werden in der EU keine absichtlich hergestellten Nanomaterialien als Lebensmittelzusätze eingesetzt und daher gibt es auch keine mit „Nano“ gekennzeichneten Lebensmittel. Als nicht gezielt zugesetzte Nanomaterialien und damit auch nicht kennzeichnungspflichtig bezeichnet man solche, die im Herstellungsprozess von Lebensmittelzusatzstoffen auftreten können.

 

Einsatz von Nanomaterialien in Lebensmitteln

Wie oben erwähnt, werden in der EU aktuell keine absichtlich hergestellten Nanomaterialien als Lebensmittelzusätze verwendet. Dennoch sind Nanomaterialien in Lebensmitteln nachweisbar, da sie zum einen bei der Herstellung von Lebensmittelzusatzstoffen als Nebenprodukte entstehen und zum anderen aus natürlichen Quellen stammen können. Dagegen werden Nanomaterialien in Lebensmittelverpackungen bereits eingesetzt.

Materialien, die Nanopartikel enthalten können und in Lebensmitteln eingesetzt werden, können in zwei Gruppen unterteilt werden: (1) Anorganische Verbindungen, wie z.B. Siliziumdioxid, Eisenoxide oder Silber und (2) Organische Verbindungen basierend auf Eiweißen, Fetten oder Zuckern.

 

Anorganische Verbindungen

Prominenteste Vertreter dieser Gruppe sind Siliziumdioxid (E 551), Eisenoxide (E 172) und Silber (E 174) . Diese werden allerdings nicht als Nanomaterial hergestellt, sondern erfüllen ihren Zweck meist in deutlich größeren Abmessungen. Jedoch kann bei der Produktion nicht verhindert werden, dass auch ein gewisser Anteil an Partikeln entsteht, die als Nanomaterial gelten können. Diese Materialien sind aber nur für bestimmte Lebensmittelgruppen zugelassen und dürfen nicht uneingeschränkt allen Lebensmitteln zugesetzt werden [3-10]. Zusätzlich gelten Obergrenzen für die zugesetzten Mengen, z.B. für Siliziumdioxid in Käse max. 10g/kg = 10 Promille.

Am häufigsten verwendete Lebensmittelzusatzstoffe, die anteilig Nanomaterialen enthalten können © DaNa Team

Bis August 2022 war Titandioxid als E 171 für verschiedene Anwendungen in Lebensmitteln zugelassen. Eine Neubewertung der Studien zur Toxizität des TiO2 unabhängig von der Größe der Partikel führte jedoch dazu, wegen einiger Bedenken die Verwendung auszusetzen [15].

Die in Deutschland zuständige Einrichtung für Lebensmittelsicherheit ist des Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR).

 

Organische Nanomaterialien in Lebensmitteln

Eine weitere Gruppe bilden organische Materialien, sowie Kombinationen aus organischen und anorganischen Stoffen, die nanoskalig vorliegen können und die v.a. in der Modifizierung von Oberflächen Verwendung finden [3]. Vorbild für organische Nanomaterialien für den Einsatz in Lebensmitteln sind körpereigene Stoffe wie Eiweiße, Fette oder Zucker. Diese Stoffe können als nanoskalige Kapselmaterialien verwendet werden, um die kontrollierte Freisetzung von z.B. Vitaminen oder Mineralstoffen zu ermöglichen (z.B. Verkapselung von Menthol durch Amylose) [3, 9]. Als liposomalen Strukturenverbessern sie die Löslichkeit z.B. von Vitaminen oder Omega-3-Fettsäuren [3]. Trotz der zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten von Nanomaterialien, sind Verkapselungsstoffe in Europa jedoch nicht zugelassen.

 

Auswirkungen von Nanomaterialien in Lebensmitteln auf den Menschen

Alle Stoffe die über den Nahrungsweg aufgenommen werden gelangen in den Darm. Dort werden sie entweder absorbiert oder von der Darmschleimhaut zurückgehalten und ausgeschieden. Die Darmschleimhaut stellt eine Barriere dar, durch die im Normalfall nur nahrungsrelevante Stoffe hindurch gelangen (vgl. Körperbarrieren – Nanopartikel und der Magen-Darm-Trakt). Aufgrund ihrer geringen Größe besteht für Nanomaterialien, die Lebensmitteln zugesetzt werden, die Möglichkeit durch die Darmschleimhaut hindurch zu wandern. Weiterhin können nanoskalige Partikel die im Darm vorhandenen Darmbakterien beeinflussen. Um ein Gesundheitsrisiko auszuschließen, werden hier in vitro Studien mit verschiedenen Zellstämmen zur Untersuchung des jeweiligen Nanomaterials durchgeführt (vgl. Querschnittsthemen – In vitro Tests im Dienste der Nanosicherheit). Weiterhin dienen in vivo Studien mit Kleinsäugetieren wie Mäusen oder Ratten dazu, Rückschlüsse auf den menschlichen Körper zu ziehen.

Synthetisches amorphes Siliziumdioxid weist in Studien an Ratten unabhängig von der Größe der Partikel, also nano- bzw. mikroskalig, kein größeres Gesundheitsrisiko auf. Jedoch ist die Datenlage für nanoskaliges Siliziumdioxid unvollständig und die lokale Wirkung auf den Verdauungstrakt wurde noch nicht untersucht. Die EFSA weist daher darauf hin, dass weitere toxikologische Untersuchungen für das nanoskalige Siliziumdioxid notwendig sind. Nichtsdestotrotz reichen die vorhandenen Studien aus, um eine toxische Wirkung von Siliziumdioxid E551, wie es derzeit zugelassen ist, auszuschließen [7].

Für die Lebensmittelzusatzstoffe Silber (E 174) und Gold (E 175) kann von der EFSA keine abschließende Risikobewertung der Toxizität abgegeben werden. Dies wird mit fehlenden Informationen zu den auftretenden Partikelgrößen begründet [6, 8,]. In vitro Studien zeigen, dass Silber Nanopartikel (bzw. die daraus gebildeten Silber-Ionen) durch die Darmwand wandern und Entzündungsreaktionen hervorrufen können [10,11]. Wegen solcher und ähnlicher Befunde sind beide Edelmetalle nur für ganz wenige spezielle Anwendungen zugelassen wie z.B. als Überzug von Süßwaren.

 

Behördengrundlage

law ©vegefox.com – stock.adobe.comDie Zulassung von Lebensmittelzusatzstoffen in der EU regelt die Verordnung (EU) Nr. 234/2011 sowie für neuartige Lebensmittel die Verordnung (EU) 2015/2283. Die Verordnung für neuartige Lebensmittel beschreibt die festgelegten Kriterien für die einzureichende Risikobewertung (z.B. toxikologischen Daten, Partikelgröße oder Herstellungsprozess). Außerdem muss ein Antragssteller auflisten, welche Vor- und Nachteile des Zusatzstoffs für den Verbraucher entstehen. Weiterhin beinhaltet die Verordnung (EU) Nr. 1169/2011 eine genaue Auflistung, wie Lebensmittel und Zusatzstoffe für den Verbraucher beschriftet werden müssen. Nanomaterialen müssen laut Artikel 18 der Verordnung mit dem Zusatz (Nano) gekennzeichnet werden, sollte es sich um „technisch hergestellte Nanomaterialien“ handeln. Hiervon sind im Herstellungsprozess anfallende Nanomaterialien ausgeschlossen [2,12,13].

2018 hat die EFSA einen Leitfaden mit Richtlinien zur Risikobewertung von Nanotechnologie bzw. technisch hergestellten Nanomaterialien in Lebens- und Futtermitteln veröffentlicht. Den Herstellern wird ein Kriterienkatalog bereitgestellt, mit denen die Nanomaterialien eingeordnet werden können. Darauf aufbauend werden notwendige Charakterisierungsmethoden sowie toxikologische Tests aufgelistet, die zur Bestimmung des Risikos notwendig sind [14].

 

Lebensmittel können Nanomaterialien enthalten. In Europa kommen zurzeit keine gezielt hergestellten Nanomaterialien zum Einsatz, es handelt sich um Nebenprodukte bei der Herstellung von zugelassenen Lebensmittelzusatzstoffen. In Asien und Nordamerika hingegen werden Nanomaterialien zielgerichtet in Lebensmitteln eingesetzt, z.B. zur Verkapselung von Vitaminen. Grundsätzlich sieht die Mehrheit der vorhandenen Studien kein gesundheitliches Risiko für den Menschen.


Literatur

  1. Verordnung (EG) Nr. 1331/2008 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 16. Dezember 2008 über ein einheitliches Zulassungsverfahren für Lebensmittelzusatzstoffe, -enzyme und -aromen (Text von Bedeutung für den EWR). ABl. L 354 vom 31.12.2008, S. 1–6.
  2. Verordnung (EU) Nr. 1169/2011 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 25. Oktober 2011 betreffend die Information der Verbraucher über Lebensmittel und zur Änderung der Verordnungen (EG) Nr. 1924/2006 und (EG) Nr. 1925/2006 des Europäischen Parlaments und des Rates und zur Aufhebung der Richtlinie 87/250/EWG der Kommission, der Richtlinie 90/496/EWG des Rates, der Richtlinie 1999/10/EG der Kommission, der Richtlinie 2000/13/EG des Europäischen Parlaments und des Rates, der Richtlinien 2002/67/EG und 2008/5/EG der Kommission und der Verordnung (EG) Nr. 608/2004 der Kommission Text von Bedeutung für den EWR. ABl. L 304 vom 22.11.2011, S. 18–63, pp. 18-63.
  3. Peters, RJB et al. (2016), Trends Food Sci Tech 54 155-164.
  4. Yang, Y et al. (2016), Sci Total Environ, 565 902-912.
  5. EFSA ANS Panel (EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources Added to Food), Younes, M et al. (2018), EFSA Journal, 16(1): 5088, 70 pp.
  6. EFSA ANS Panel (EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources Added to Food), Younes, M et al. (2016), EFSA Journal, 14(1):4364, 64 pp.
  7. Zimmermann, MB et al. (2011), Nanoscale, 3(6): 2390-2398.
  8. EFSA ANS Panel (EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources Added to Food), Younes, M et al. (2016), EFSA Journal, 14(1): 4362, 43 pp.
  9. Joye, IJ (2019), Trends Food Sci Tech, 83 1-11.
  10. Boehmert, L et al. (2014), Nanotoxicology, 8(6): 631-642.
  11. Gaiser, BK et al. (2013), Toxicol Sci, 131(2): 537-547.
  12. Verordnung (EU) Nr. 234/2011 der Kommission vom 10. März 2011 zur Durchführung der Verordnung (EG) Nr. 1331/2008 des Europäischen Parlaments und des Rates über ein einheitliches Zulassungsverfahren für Lebensmittelzusatzstoffe, -enzyme und -aromen Text von Bedeutung für den EWR. OJ L 64, 11.3.2011, p. 15–24.
  13. Verordnung (EU) 2015/2283 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 25. November 2015 über neuartige Lebensmittel, zur Änderung der Verordnung (EU) Nr. 1169/2011 des Europäischen Parlaments und des Rates und zur Aufhebung der Verordnung (EG) Nr. 258/97 des Europäischen Parlaments und des Rates und der Verordnung (EG) Nr. 1852/2001 der Kommission (Text von Bedeutung für den EWR). OJ L 327, 11.12.2015, p. 1–22.
  14. EFSA Scientific Committee, Hardy, A et al. (2018), EFSA Journal 2018;16(7):5327, 95 pp.
  15. Younes, M et al. (2021), EFSA J, 19(5): e06585
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