27.02.17TitaniumIV oxidePulverförmiges Titandioxid. Bild: wikipedia

Nanomaterialien werden in Lebensmittelzusatzstoffen unter der Nummer E551 (Siliziumdioxid (SiO2)) und E171 (Titandioxid (TiO2)) bereits seit vielen Jahren konsumiert. Es zeigt sich immer deutlicher, dass solche nanoskaligen Altstoffe mit dem heutigen Wissen untersucht werden müssen, um die allfällige Gefährlichkeit einschätzen zu können.

E171 ist ein Lebensmittelzusatzstoff, der als Farbstoff für die weisse Farbgebung der Lebensmittel dient (etwa zum Aufhellen von Süsswaren, Käse und Saucen). Neben Lebensmitteln wird Titandioxid auch in Medikamenten einsetzt, um den Pillen die weisse Farbe zu verleihen. Auch in Kosmetikartikeln, in Zahnpasta und Pflegeprodukten findet der Farbstoff E171 wegen seiner hohen weissen Deckkraft häufig Anwendung. Ausserdem enthalten Sonnencreme, Fassadenfarbe oder Sport-Shirts Nanopartikel aus Titandioxid.

E551 wird als Trennmittel eingesetzt und kommt zum Beispiel in Salz als Rieselhilfe, in Instant-Kaffee oder Vitamintabletten vor. E551 ist auch als Füllstoff oder Trägerstoff für bestimmte Lebensmittel in begrenzten Mengen zugelassen, so in Würzmitteln, Nahrungsergänzungsmitteln, Käse in Scheiben oder gerieben oder Trockenlebensmitteln in Pulverform.

Oft wird beteuert, dass Siliziumdioxid und Titandioxid als unbedenklich gelten. Doch heute streitet die Wissenschaft darüber, wie gefährlich die nanoskaligen Teilchen in diesen Lebensmittelzusätzen tatsächlich sind. Je nach Einschätzungen enthalten E171 und E511 10% bis 40% Nanopartikel. Diese Nanopartikel haben bezogen auf ihr Volumen eine deutlich grössere Oberfläche, weshalb sie unterschiedlich wirken als grössere Teilchen. Durch diese und andere neuartigen Eigenschaften könnten die Nanopartikel neue Gefahren für Mensch und Umwelt entstehen. Tatsächlich gibt es laufend neue wissenschaftliche Studien, welche Diskussionen über mögliche unerwünschte und gesundheitsgefährdende Effekte auslösen.

Im Dezember 2012 wurde in der Schweiz ein Anmeldeverfahren mit speziellen Anforderungen für Nanomaterialien in der Chemikalienverordnung bei neuen Stoffen und die Meldepflichten für gefährliche alte Stoffe und Zubereitungen eingeführt. Der zweite Bericht des Aktionsplans Nanotechnologie betonte, dass viele Nanomaterialien Altstoffe sind, aus solchen bestehen oder von Herstellern als solche betrachtet werden. E551 und E171 gehören zu diesen Altstoffen.

Folglich sind nur gefährliche alte Stoffe bzw. als gefährlich eingestufte Zubereitungen meldepflichtig. Damit eröffnet der Gesetzgeber eine Problemstelle, da die so genannt alten Nanomaterialien mit dem heute wachsenden Wissen über die speziellen Eigenschaften von Nanomaterialien begutachtet werden sollten, um überhaupt feststellen zu können, ob die alten Nanomaterialien als gefährlich eingestuft werden müssen oder nicht.

Bei den Altstoffen ist Siliziumdioxid vermutlich der prominentste Fall, da immer wieder betont wird, dass Siliziumdioxid (SiO2) in der Lebensmittelindustrie bereits seit langer Zeit als Lebensmittelzusatzstoff unter der Nummer E551 eingesetzt werde und unbedenklich sei. Der Zusatzstoff ist in der Schweiz mit einer Höchstmenge von 10g pro kg des Produkts zugelassen. Heute wird – auf Grund des Stands des Wissens von früher – angenommen, dass E551 im Organismus nicht in den Körper aufgenommen wird, sondern unverändert ausgeschieden wird.

Eine im September 2011 in der Zeitschrift Nanotoxicology publizierte Studie (Dekkers et al. (2011)) untersuchte verschiedene Lebensmittelprodukte auf das Vorkommen, die Partikelgrösse und die Konzentration von nanoskaligem Siliziumdioxid. Für Produkte mit dem Zusatzstoff E551 wurde abgeschätzt, wie viel Nano-Siliziumdioxid durch den Konsumenten aufgenommen wird. Unter den 27 untersuchten E551-haltigen Lebensmittelprodukten (wie Lasagnesaucen, Instantnudeln, Pfannkuchenmischungen oder Käsesaucen) wurde in einer Spargel-Instantsuppe der höchste Gehalt an Siliziumdioxid in Nanoform gefunden. Bezogen auf den total gemessenen Siliziumdioxidgehalt war der Anteil an Nano-Siliziumdioxid 33% Gewichtsprozent. Die Partikelgrössen lagen im Bereich 50 – 200 nm. Die Forscher haben sodann die Exposition der Konsumenten bei der Einnahme von E551-haltigen Produkten bestimmt. Durch den Konsum 1 Spargel-Instantsuppe pro Tag (20g Instantpulver) werden 4.2mg Nano-Siliziumdioxid aufgenommen. Die höchste Expositionsmenge ergab sich für Kaffeecreamer (Kaffeeweisser): Bei 6 Portionen Kaffeecreamer pro Tag beträgt die Aufnahme 33mg Nano-Siliziumdioxid pro Tag. Die Autoren haben zusätzlich eine Art worst-case Szenario des Konsums verschiedenster E551-haltigen Produkte durch einen Menschen erstellt und errechneten dafür eine Aufnahme von 124mg Nano-Siliziumdioxid pro Tag. Dies entspricht bei einer Person von 70kg insgesamt 1.8mg Nano-Siliziumdioxid pro kg Körpergewicht und Tag. In einer (komplizierten) Analyse von vorhandenen Daten und Empfehlungen zeigt sich, dass eine solche Exposition gegenüber Nano-Siliziumdioxid kein gesundheitliches Problem darstellen sollte. Allerdings schliessen die Forscher mit der Feststellung, dass die toxische Wirkung wesentlich davon abhängig ist, ob die Nano-Siliziumdioxid-Partikel im Magen-Darmtrakt aufgelöst oder absorbiert werden. Ihre zentrale Forderung ist denn auch, dass erforscht werden müsse, ob Nano-Siliziumdioxid vom Magen-Darmtrakt absorbiert werden kann oder nicht. In einer Folgestudie betonen Dekker et al. (2013), dass in der Risikobeurteilung überprüft werden muss, inwiefern „alte“ Studien anwendbar seien.

Der Fall von Siliziumdioxid (E551) zeigt deutlich, dass erstens die Diskussion um die Toxizität von Nanomaterialen sehr komplex ist und zweitens der wissenschaftliche Fortschritt zur Risikoforschung an Nanomaterialien neuartige Fragen aufwirft. Die Verwendung von „alten“ Nanomaterialien, die bei ihrer Einführung mit geringem Stand des Wissens beurteilt wurden und deshalb bis heute als unbedenklich gelten, sollten einer Neubeurteilung unterzogen werden. Diese Sicht wird auch durch neuere toxikologische Studien gestützt.

Auch E171 (Titandioxid) ist heute in vielen Produkten vorhanden, es wird aber auch oft als Zusatzstoff in der Lebensmittelindustrie eingesetzt (so zum Beispiel in Süssigkeiten, Schokoladen oder Biscuits). E171 wird nicht als Nanomaterial gekennzeichnet, da es nicht mehr als 50% Nanopartikel enthält (in der Regel enthält es 10% bis 40%).

Nun haben Bettini et al. (2017) Effekte der oralen Aufnahme des Lebensmittelzusatzstoffs Titandioxid (E171) studiert. Ratten wurden oral einer Dosis von 10 Milligramm E171 pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag ausgesetzt, was etwa der Aufnahme des Menschen beim Konsum von Lebensmitteln entspricht.

Sie zeigten zum ersten Mal, dass die Nanofraktion in E171 die Darmschranke in Tieren durchquert und andere Teile des Körpers wie die Leber erreicht. Beobachtet wurden Immun-Funktionsstörungen, welche der nanoskaligen Fraktion von E171 zugeordnet werden konnten. Die Forscher zeigten auch, dass bei 40% der Ratten eine chronische orale Exposition gegenüber E171 spontane Läsionen im Dickdarm auslösten (so genannte präneoplastische Läsionen, die (nicht zwingend) Vorläufer von Karzinomen sein können).

Während der Lebensmittelzusatzstoff eine Rolle bei der Auslösung und dem Fortschritt von frühen Stadien von Krebsentstehung im Darm von Tieren spielen könnte, schränken die Autoren allerdings ein, dass diese Daten nicht zwingend auf den Menschen übertragen werden können. Die Autoren betonen aber, dass die Nano-Titandioxid-haltigen Lebensmittelzusatzstoffe (E117) auf ihr Risiko für den Menschen weiter untersucht werden sollten und E117 als mutmasslicher Faktor für die Entwicklung von Darmkrebs begutachtet werden muss.