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Ratgeber: Nanotechnologie

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vom 13.08.2010

Ratgeber: Nanotechnologie

Zwerge im Salat

Winzig kleine Nanopartikel sollen als Zusatzstoff, Transportvehikel und Bakterienkiller Lebensmittel wirksamer, haltbarer und besser handhabbar machen. Doch die neue Technologie birgt Risiken. Zukünftig müssen Nanozusätze darum auf den Prüfstand, bevor sie in die Salatsauce oder den Ketchup gerührt werden.

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13.08.2010 | Es sieht aus wie ein ganz normales Salatöl: goldgelb, ölig, dickflüssig. Doch Canola Active Oil des israelischen Anbieters Shemen ist anders. Denn in dem Öl sind winzig kleine Vehikel enthalten, die Mineralstoffe, Vitamine sowie Phytosterole transportieren - pflanzliche Substanzen also, die helfen, den Cholesterinspiegel zu senken. Die Transporter, auch Mizellen oder Nanodrops genannt, funktionieren so ähnlich wie Liposome, die man aus der Kosmetik kennt: Sie schleusen Stoffe in den Körper ein, strotzen der Magensäure und bringen sie direkt ins Blut, wo sie ihre Wirkung entfalten.

Das Produkt Slim Shake Chocolate verspricht hingegen Kakaogenuss ohne Reue. Entwickelt wurde es von der US-Firma RBC Life Sciences vor dem Hintergrund, dass Kakaobohnen zwar viele gesunde sekundäre Pflanzenstoffe enthalten, denen eine herzschützende Wirkung zugeschrieben wird. Um Kakaobohnen genießbar zu machen, müssen normalerweise aber größere Zuckermengen beigegeben werden. Das Unternehmen konzentrierte die Wirkstoffe aus dem Kakao nun in sogenannten Cocoa Clusters. Das sind Nanopartikel, die nur die sekundären Stoffe aus dem Kakao in sich aufnehmen und direkt in die Körperzellen transportieren. Slim Shake Chocolate ist ein Drink, der zum Abnehmen empfohlen wird und zugleich gesunde Nährstoffe liefert.

Die beiden Lebensmittel sind Ergebnis der Nanotechnologie. Dahinter verbirgt sich eine Wissenschaft, die neben der Gen-Technik als Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts gilt. Sie arbeitet mit winzig kleinen Teilchen, die kleiner als feinste Staubteilchen und weder mit dem bloßen Auge erkennbar sind noch unter einem üblichen Mikroskop. Ein Nanometer - der Name ist abgeleitet von dem griechischen Wort für Zwerg - entspricht einem Millionstel Millimeter. Ein durchschnittlich großes Nanoteilchen hat somit in etwa die Größe eines Fußballs im Verhältnis zur Erde. In der Nanotechnologie finden heute meist Stoffpartikel unter 100 Nanometern Verwendung, auch wenn es noch keine gültige Definition und Festlegung gibt.

Ihr Vorteil: Als ultrafeine Teilchen verhalten sich Stoffe chemisch und physikalisch ganz anders als in gröberem Format. Denn sie haben eine im Verhältnis zum Volumen gigantisch große Oberfläche und sind darum äußerst reaktionsfreudig. Nanopartikel reagieren heftiger mit Substanzen in der Umgebung als grobe Teilchen, ändern ihre Farbe, wirken plötzlich magnetisch oder erweisen sich als elektrische Leiter. Sie kommen in Form von Nanoröhren, Nanolinien, Kristallen, Poren, Molekülen, Kapseln, Mizellen und, wie der Slim Shake Chocolate, als Cluster daher.

Ein riesiger Markt?

Beim Deutschen Patent- und Markenamt sind insgesamt 18 Produkte eingetragen, die hierzulande direkt oder indirekt für den Einsatz im Lebensmittelbereich gedacht sind, so die Umweltorganisation BUND, die kürzlich zusammen mit ihrer Partnerorganisation Friends of the Earth in Australien, Amerika und Europa eine umfassende Studie über den Einsatz der Nanotechnologie im Lebensmittelbereich veröffentlicht hat. Eingetragen ist hier unter anderem ein Inulinstoff in Nanogröße, der als Süßungsmittel in Diätlebensmitteln Einsatz finden könnte, da er im Körper ohne Insulin abgebaut wird und darum für Diabetiker interessant ist. Des Weiteren findet sich hier ein Patent für beschichtete Nanoteilchen, die es ermöglichen, Geschmacks- und Aromastoffe, Fette und Enzyme einzukapseln, sodass sie länger z.B. in Tiefkühllebensmitteln oder Fertigkost wirken. Das Weltmarktvolumen für Nanoprodukte für den Bereich Nahrungsmittel wird bis zum Jahr 2010 auf über 20 Milliarden US-Dollar geschätzt, so die amerikanische Lebensmittelbehörde FDA. Das sind knapp 15 Milliarden Euro.

Ob die Nanotechnologie tatsächlich schon bei Lebensmitteln in größerem Umfang eingesetzt wird, ist unklar. "Lebensmittel für Endverbraucher mit neuartigen Nanomaterialien als Zutaten gibt es aktuell im EU-Markt nicht. In den Medien häufig kolportierte Nanolebensmittel sind Fiktion", heißt es in einer Stellungnahme des Bund für Lebensmittelrecht und Lebensmittelkunde. Hingegen hat die BUND-Studie 93 Produkte zusammengetragen, in denen Nanos bei Nahrungsmitteln in irgendeiner Form zum Einsatz kommen. Diätprodukte wie Slim Shake Chocolate eben, Getränke und Lebensmittel wie das Canola Active Oil, zahlreiche Zusatzstoffe und jede Menge Nahrungsergänzungsmittel. Darin kommt meist der Spurenstoff Silicium in Nanogröße zum Einsatz, der "Gesundheit, Schönheit und Jugendlichkeit" bringt, so Hersteller Life Light. Die Aufzählung sei aber vermutlich nur die Spitze des Eisbergs, so die Studie, da die meisten Hersteller nicht offenlegen, ob und welche Nanozwerge sie einsetzen. Schätzungsweise 600 Nanolebensmittel seien weltweit auf dem Markt.

Die unterschiedlichen Einschätzungen kommen unter anderem dadurch zustande, dass die einen strikt die Nanogrenze bei 100 Nanometern ziehen und die anderen auch größere Gebilde bis zu 300 Nanometer dazuzählen. Auch fallen Nanokapseln oder Mizellen streng genommen nicht in den Bereich "neuartige" Nanos, da sie keine wirklich neuen Eigenschaften mit sich bringen, sondern es sie in ähnlicher Form bereits seit Längerem gibt, z.B. Liposomen bei Kosmetika, die ähnlich arbeiten wie Nanokapseln und Mizellen bei Nahrungsmitteln.

Nanozusätze in aller Munde

Das gilt auch für die Zusatzstoffe, die derzeit vermutlich den größten Anteil aller Nanoanwendungen bei Lebensmitteln ausmachen. Bereits in den 40er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts stellte die Chemiefirma Degussa (heute Evonik Industries) extrem feine Kieselsäure unter dem Markennamen Aerosil her. Sie besteht aus Siliciumdioxid im Nanogrößenbereich. Ursprünglich als Füllstoff für Autoreifen entwickelt, sorgt sie heute dafür, dass Speisesalz, Gemüseinstantbrühe oder Tomatenpulver im Streuer oder in der Tüte nicht verklumpen. Siliciumdioxid ist ein anerkannter Zusatzstoff, der unter der E-Nummer E 551 geführt wird.

Auch fettlösliche Vitamine wie die Carotinoide werden seit Langem in Nanokapseln Lebensmitteln beigemengt. Ein US-amerikanisches Patent zur Vitaminverkapselung wurde bereits im Jahr 1956 erteilt. Carotinoide lösen sich nicht nur in Wasser auf, sondern sind auch empfindlich gegen Licht und Sauerstoff. In Fruchtsäften und Multivitamintabletten werden sie darum verkapselt in eine Emulsion aus Zucker und Hilfsstoffen wie Gelatine und Stärke verpackt. Erst im Magen zerfallen sie und werden schließlich resorbiert. Erzeugt werden solche Carotinoidpulver vor allem von den Chemieunternehmen BASF in Deutschland, der Firma Chr. Hansen in Dänemark und DMS in den Niederlanden, so der Bericht des Schweizer Zentrums für Technologiefolgenabschätzung vom Januar 2009, der vom Freiburger Öko-Institut erstellt wurde.

Black Box

Wo überall Nanoteilchen drinstecken, ist für Verbraucher jedoch nicht nachvollziehbar. Denn speziell deklariert werden Zusätze, die irgendwie mit der Nanotechnologie zu tun haben, bisher nicht. Zwar schreibt der Gesetzgeber vor, dass die Zusatzstoffe selbst in der Zutatenliste auf dem Etikett ausgewiesen werden müssen. Doch ob es sich um Nanosubstanzen handelt, wird nicht angegeben. Schon bei der Zulassung von Zusatzstoffen spielt die Partikelgröße keine Rolle. Ob das Titandioxid, das als Farbstoff für Kaugummis, Dragees und Überzüge aller Art eingesetzt wird, eine Größe von 20 oder 200 Nanometer hat, ist also unerheblich. Bisher ging man nämlich davon aus, dass die Partikelgröße keine Rolle bei der Sicherheit von Zusatzstoffen spielt. Im Mittelpunkt der Beurteilung stand allein der Stoff. Zunehmend mehren sich aber Hinweise, dass auch die Partikelgröße von Bedeutung ist. Denn winzig kleine Substanzen können leichter als größere etwa Schleimhautschichten durchwandern und in Organe eindringen. Darum kommt zukünftig auch die Partikelgröße auf den Prüfstand.

Beispiel Kupfer: Je nach Größe wirkt der Stoff völlig unterschiedlich auf den Organismus. Als Spurenelement ist Kupfer ein wichtiges Metall, das Enzyme reguliert und damit an zahlreichen Transport- und Schaltvorgängen im Körper beteiligt ist. Versuche an Mäusen zeigen: Verabreicht man den Tieren Kupferpartikel in Mikrometergröße, also als Spurenelement, gibt es keine Veränderungen an den Organen. Erhalten die Tiere hingegen Kupfer als Partikel in einer Größe von 23 Nanometern, also als Zwerg, kommt es zu Schäden an der Leber, Milz und an den Nieren. "Die Daten demonstrieren, dass nicht toxische Substanzen nicht unbedingt nicht toxisch bleiben, wenn Partikel verkleinert werden", sagt Professor Alfonso Lampen, Leiter der Abteilung Lebensmittelsicherheit beim Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR).

Auf eine weitere Beobachtung wies die Forscherin Miranda Lomer vom Londoner Rayne-Institut schon vor einigen Jahren hin. Sie verabreichte Patienten mit der Darmerkrankung Morbus Crohn eine mehrmonatige Diät ganz ohne Zusatzstoffe. Eine zweite Gruppe von Patienten mit Morbus Crohn erhielt eine übliche Kost mit nanohaltigen Zusatzstoffen wie Titandioxid und Aluminiumsilikat. Bei den Personen, die das Essen ohne Zuätze erhielten, besserten sich die Symptome der Krankheit merklich. Einen Zusammenhang zwischen dem Auftreten von Morbus Boeck, einer wie auch Morbus Crohn entzündlichen Krankheit mit erblicher Komponente, und Nanopartikeln sieht zudem der Pathologe Dennis Heffner in einer Veröffentlichung im Fachmagazin Annals of Diagnostic Pathology. Er vermutet, dass Morbus Boeck unter anderem durch eine Reaktion des Immunsystems auf Nanopartikel verursacht wird." Dies ließe sich vielleicht auch auf Morbus Crohn übertragen", sagt Professor Jan-Olaf Gebbers, der Leiter des Instituts für Umweltmedizin am Kantonspital Luzern.

Antibiotikaresistenz durch Nanosilber

Auch nanohaltige Silberpartikel auf Verpackungen, Trinkflaschen für Babys und Kühlschränken müssen kritisch gesehen werden. Anders als Nano im Essen ist die Nanotechnologie bei Verpackungen bereits gang und gäbe. Die winzig kleinen Silberpartikel können Bakterien unschädlich machen und sorgen somit für keimfreie Trinkflaschen, Socken, Oberflächen von Kühlschränken, Toilettensitzen und Kinderspielzeug. Doch das wahllose Ausschalten von Bakterien könne dazu führen, dass das Immunsystem gestört wird. Denn die Bakterienkiller töten nicht nur die bösen Mikroorganismen, sondern alle Bakterien. "Wenn wir die guten Bakterien killen, wird das Öko-System kollabieren", warnt die schwedische Universitätsprofessorin Åsa Melhus. Die Dozentin für Mikrobiologie hatte bereits vor zwei Jahren einen ersten silberresistenten Bakterienstamm entdeckt. Die wahllose Anwendung könne zur Folge haben, dass nicht nur das Nanosilber auf Dauer nicht mehr wirkt, sondern dass die Bakterien auch gegen Antibiotika aller Art resistent werden.

Wohl weil die Risiken unklar sind und es auch etwas Neues ist, dessen Wirkung man noch nicht einschätzen kann, wollen die Verbraucher keine Nanotechnologie im Essen. Nur ein Fünftel der Bevölkerung würde Lebensmittel mit Nanopartikeln kaufen, so eine repräsentative Befragung des Bundesinstituts für Risikobewertung von 2008. Auch Fachleuten von Behörden, Hochschulen, Verbraucherverbänden und Wirtschaft, die im vergangenen Jahr an einem BfR-Forum zur Nanotechnologie teilnahmen, sind die Zwerge im Essen nicht geheuer. Auf die Frage, "Welches Produkt, in dem Nanotechnologie enthalten ist, würden Sie am ehesten kaufen", nannten mehr als 75 Prozent der Teilnehmer Produkte zur Oberflächenversiegelung und -pflege, wie beispielsweise Lacke und Farben, 15,5 Prozent Kleidung und 6 Prozent Kosmetik. Lediglich 0,9 Prozent der Befragten meinten, dass sie Nanolebensmittel kaufen wollten.

Gefährliches Undercover

Bisher waren Partikel in Nanogröße bei der Prüfung und Zulassung von Zusatzstoffen kein Thema.

Mit Gültigkeit der neuen EU-Verordnung über Zusatzstoffe am 20. Januar 2010 müssen Zusätze, die im Vergleich zum herkömmlichen Zusatz erheblich geändert oder eben hinsichtlich der Partikelgröße verändert sind, neu bewertet werden. Gegebenenfalls wird auch eine Neuzulassung notwendig, wenn sich die Eigenschaften komplett ändern. Erfolgt ein neuer Eintrag in die Gemeinschaftsliste der EU-Zusatzstoffe, gibt es auch eine neue E-Nummer. "Eine spezifische Kennzeichnung von Lebensmittelzusatzstoffen, die in nanoskaliger Form verwendet werden sollen, ist aber in der Verordnung nicht vorgesehen", sagt Sandra Pabst, die stellvertretende Pressesprecherin des Verbraucherschutzministeriums.

Verpackungen

Breite Anwendung finden Nanomaterialien schon bei Verpackungen. Siliciumdioxid in Nanogröße kann das Eindringen von Sauerstoff und anderen Gasen reduzieren, wodurch sich die Haltbarkeit erhöht. Anbieter von Durethan KU 2-2601 ist Bayer.

Nano auf dem Acker

Lavagesteinsmehl und Silikat sind die Materialien eines Bodenhilfsstoffs, der dafür sorgt, dass Wasser im Boden gespeichert wird, statt durchzusickern. Hersteller ist die deutsche Firma Geohumus International. Auch im Angebot: der Wachstumsregulator Primo Maxx mit einer Größe von 100 Nanometern. Die Teilchen sorgen dafür, dass sich die Wirksamkeit des Präparats erhöht und die Einsatzmenge reduziert werden kann. Hersteller ist der US-Konzern Syngenta, der auch Gen-Saatgut anbietet.

Nanosensoren

Zukunftsmusik sind Nanopartikel, die schädliche Mikroorganismen, Allergene oder Pestizide aus Lebensmitteln herausfiltern oder ihr Vorhandensein "melden", sodass ein verunreinigtes Produkt gemieden werden kann.

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