Einsatz in Lebensmitteln

Welche Nanomaterialien im Lebensmittelbereich eingesetzt werden und wie sie nützen können und ob es dazu offene Fragen gibt, kann hier nachgelesen werden.

Natürlich vorkommende Nanomaterialien

In der Natur gibt es viele Teilchen in Nanogröße. Auch in Lebensmitteln können von Natur aus Teilchen in Nanogröße zu finden sein. Das Kasein, ein Eiweiß der Milch, ist zum Beispiel als Nanoteilchen vorhanden. Wird Pudding gekocht, können Nanostrukturen entstehen.
Gegen diese natürlich vorkommenden Nanostrukturen gibt es keine Bedenken. Absichtlich hergestellte und unlösliche Nanomaterialien hingegen könnten unerwünschte Wirkungen haben.

Wie können absichtlich hergestellte Nanomaterialien nützen?

  • Empfindliche Substanzen wie Vitamine können während der Herstellung des Lebensmittels eingekapselt und dadurch besser geschützt werden und nicht so schnell zersetzt werden.
  • Substanzen können an bestimmten Stellen im Körper freigesetzt werden
  • Farbstoffe, die sich normalerweise nicht gut lösen, können lösbar gemacht werden
  • Nicht alle Nährstoffe eines Lebensmittels können vom Körper gleich gut verwertet werden. Durch Nanotechnologie können Stoffe besser verwertet werden (Erhöhung der Bioverfügbarkeit).

Wie kann dies erreicht werden?

Aufbau einer Mizelle

Es gibt mehrere Möglichkeiten, empfindliche Substanzen einzukapseln.
Eine Möglichkeit, wie die Vorteile von Nanomaterialien genützt werden können, sind Mizellen. Mizellen sind Kugeln in einer Größe von 5-100 nm. Sie entstehen, wenn Emulgatoren (Emulgatoren ermöglichen es, Wasser und Öl zu vermischen) in Wasser gelöst werden. Im Inneren der Mizelle können fettliebende Substanzen, z.B. bestimmte Vitamine, eingekapselt und so wasserlöslich gemacht werden.
Eine weitere Möglichkeit sind sogenannte Liposomen, die ähnlich wie Mizellen ausschauen. Liposome bestehen aus Lecithin, das aus Eiern oder Soja gewonnen wird. Ein Unterschied zur Mizelle ist, dass sie eine doppellagige Hülle haben und in ihrem Inneren auch wasserlösliche Stoffe eingekapselt werden können. Sie sind aber sehr empfindlich und finden eher in Kosmetika Verwendung.
Eine Emulsion ist, wenn Öltropfen in Wasser (wie bei Milch) oder Wassertropfen in Öl (Margarine) verteilt werden. Wenn sehr feine Öltröpfchen in Wasser verteilt werden, wird von einer Nanoemulsion gesprochen. Nanoemulsionen sind für die Entwicklung von fettreduzierten Lebensmittel interessant.
Nanokapseln und Nanoemulsionen bestehen aus Stoffen, die für die Lebensmittelherstellung zugelassen und geprüft worden sind. Weiters sind sie löslich und biologisch abbaubar und geben nach derzeitigem Wissen keinen Anlass für gesundheitliche Bedenken.

Beispiele für Nanomaterialien

Bei der Getränkeherstellung kann der Farbstoff Beta-Carotin verwendet werden. Carotine lösen sich normalerweise nur in Fett und nicht in Wasser. Bei der Herstellung des nanoskaligen Farbstoffs, werden die Farbpartikel von einer Hülle aus Stärke umgeben. So können sie auch in wässrigen Lebensmitteln eingesetzt werden und das Getränk gelb-orange färben.
Siliziumdioxid ist als Lebensmittelzusatzstoff erlaubt, um Lebensmittel wie z. B. Kochsalz und Gewürze gut rieseln zu lassen und ein Verklumpen zu vermeiden. Dabei handelt es sich um Nanopartikel der Kieselsäure. Im fertigen Lebensmittel verbinden sich die Nanoteilchen der Kieselsäure zu größeren Teilchen, die über 100 nm groß sind. Diese gelten als unbedenklich für die Gesundheit.

Ist dort, wo "nano" steht, auch wirklich "nano" drin?

Da die Analyse in Lebensmitteln sehr schwierig ist, ist es nicht leicht, verlässliche Daten über die Verwendung von Nanopartikeln in Lebensmitteln zu erstellen. Der Nachweis von Nanopartikeln im Lebensmittel oder in einem anderen Produkt birgt viele Schwierigkeiten. Momentan beschäftigen sich internationale Projekte mit der Erforschung von Analysemethoden von Nanopartikeln in Lebensmitteln. Ein Beispiel ist das Projekt NanoLyse (NANOPARTICLES IN FOOD: Analytical methods for detection and characterisation; www.nanolyse.eu). In diesem Projekt versuchen Wissenschafter (auch aus Österreich) herauszufinden, wie Nanomaterialien in Lebensmitteln nachgewiesen und mengenmäßig bestimmt werden können.
Es ist gut möglich, dass Lebensmittel und andere Produkte zwar als "nano" gekennzeichnet sind oder beworben werden. Aber oftmals ist nicht geklärt, ob es sich dabei wirklich um "nano" handelt. Näheres dazu kann auch unter "Produkte" und "Produktdatenbanken" gelesen werden.
Zukünftig muss auf Lebensmittel in der Zutatenliste ersichtlich sein, ob Substanzen in Nanogröße enthalten sind. Näheres unter "Rechtliches".

Gibt es offene Fragen?

Darüber, was mit absichtlich hergestellten Nanopartikeln passiert, wenn sie durch den Mund in den Körper gelangen, ist noch wenig bekannt. In Studien wurde gezeigt, dass Nanopartikel biologische Schranken überwinden können. Bleiben sie im Körper? Häufen sie sich an? Lösen sie sich auf? Lösen sie chemische Reaktionen aus? Werden sie wieder ausgeschieden? Werden sie verdaut?
Klar ist, dass die Wirkung sehr stark von der Größe, Form und der Oberfläche abhängt. Lösliche und abbaubare Stoffe verhalten sich anders als unlösliche. Lösliche Nanopartikel bleiben nicht in ihrer Nanoform, deshalb gibt es bei diesen Substanzen derzeit weniger Bedenken für die Gesundheit.
Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) beschäftigt sich mit der Sicherheit und den Risiken von Nanomaterialien in Lebensmitteln. Wissenschaftliche Stellungnahmen und ein Leitfaden zur Bewertung wurden veröffentlicht. Die EFSA kommt zu dem Schluss, dass bis jetzt verlässliche Analyseverfahren, Methoden der Risikocharakterisierung sowie Daten zum Verhalten der Nanoteilchen im Körper fehlen. Die EFSA empfiehlt, sich jede Anwendung von Nanomaterialien in Lebensmitteln genau anzuschauen und von Fall zu Fall zu bewerten. Das Gutachten und der Leitfaden der EFSA können hier sowie hier nachgelesen werden.

Gesetzlich geregelt werden Lebensmittel, die Nanomaterialien enthalten, von der Verordnung über Neuartige Lebensmittel ("Novel Foods"). Näheres unter "Rechtliches".

Titandioxid (E 171) als Lebensmittelfarbstoff - Neue Sicherheitsbewertung durch EFSA

Donut - Foto: Innovationsge...
Donut - Foto: Innovationsgesellschaft (CH)

Titandioxid ist ein Weißpigment, das als Lebensmittelfarbstoff seit vielen Jahren zugelassen ist. Im Lebensmittelbereich wird es vor allem für Süßwaren (Bonbons, Kaugummi, etc.), Backwaren (z.B. Glasuren) und Saucen verwendet. Kinder sind demnach jene Bevölkerungsgruppe, die am häufigsten Produkte mit Titandioxid zu sich nehmen. Der Großteil des mit der Nahrung aufgenommenen Pigments wird unverändert ausgeschieden, ein sehr kleiner Anteil (max. 0,1 %) kann vom Darm aufgenommen und in die verschiedenen Organe verteilt werden.

Aufgrund der eingeschränkten Datenlage war das Gremium der EFSA (Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit) nicht in der Lage, eine erlaubte tägliche Aufnahmemenge ("ADI - Acceptable Daily Intake") für Titandioxid festzulegen. Das wäre jene Dosis, die bei einer lebenslangen täglichen Aufnahme als gesundheitlich unbedenklich betrachtet wird. Allerdings wurde eine Sicherheitsmarge ("Margin of Safety") berechnet. Generell gilt eine Sicherheitsmarge von 100 und darüber als für die Gesundheit unbedenklich. Im realistischen Szenario mit Lebenmittel-geeignetem Titandioxid ergab sich bei der EFSA-Bewertung für Kinder mit hohem Konsum eine Sicherheitsmarge von 150. Für die meisten anderen Szenarien waren die Margen um ein Mehrfaches höher. Die Sachverständigen kamen zum Schluss, dass die ernährungsbedingte Exposition keine gesundheitlichen Bedenken aufwirft. Weitere Forschungen wären aber sinnvoll um Datenlücken zu schließen.

Ist Titandioxid in Lebensmittelqualität ein Nanomaterial?

Titandioxid als Lebensmittelfarbstoff ist ein weißes Pulver, das Partikel unterschiedlicher Größen enthält. Während in einer wissenschaftlichen Studie ein Anteil an Partikeln kleiner als 100 nm von etwa 36 % festgestellt wurde, ermittelten die Expertinnen der EFSA einen Wert von etwa 3,2 %. In beiden Fällen entspricht das Material jedenfalls nicht dem Definitionsvorschlag der Europäischen Kommission für Nanomaterialien, wonach mindestens 50 % der Partikel in zumindest einer Dimension unter 100 nm liegen müssen. Titandioxid, das als Lebensmittelfarbstoff zugelassen und verwendet wird, ist nach derzeitiger Definition also kein Nanomaterial.

Nanopartikel und nanostrukturierte Materialien in der Lebensmittelindustrie

Eine Übersicht zu Nano in Lebensmitteln bietet das NanoTrust Dossier Nr. 4, (Mai 2008)

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Nanotechnologie im Bereich Lebensmittel und Ernährung

In dieser Broschüre informiert die AK über natürliche und absichtlich hergestellte Nanostrukturen in Lebensmitteln, über gegenwärtige und zukünftige mögliche Einsatzgebiete der Nanotechnologie bei Lebensmitteln und in der Ernährung sowie über Risiken.

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Nanotechnologie in der Küche und im Einkaufskorb

Die TA-SWISS-Studie zeigt, welche synthetischen Nanomaterialien in Lebensmitteln und Verpackungen verwendet werden, welche Anwendungen absehbar sind und wo Vorsicht geboten ist. Zudem bewertet sie Produkte, die Nanomaterialien enthalten, bezüglich Umweltfragen und Nachhaltigkeit.

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Stellungnahme des deutschen Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR)

Im Dezember 2009 rät das BfR von einer Verwendung von Nanosilber in Lebensmitteln, Textilien und Kosmetika ab:

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Vorsorgestrategien für Nanomaterialien

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Projekt "NanoLyse"

Im Projekt "NanoLyse" werden Analysemethoden von Nanopartikeln in Lebensmitteln erforscht (in englischer Sprache)

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EFSA - Re-Evaluation of Titanium Dioxide (E 171)

as Food additive. EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS). Scientific Opinion. EFSA Journal 2016; 14(9):4545

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EFSA - Lebensmittelfarbstoffe

Titandioxid markiert Meilenstein in der Neubewertung. EFSA Nachrichten (14.9.2016)

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Titanium Dioxide Nanoparticles

in Food and Personal Care Products. Weir A. et al. (2012) - Environ. Sci. Technol. 2012; 46(4): 2242-2250

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