Arsenverbindungen in Nahrungsmitteln

Zum Schutze der menschlichen Gesundheit sind zulässige Maximalkonzentrationen für eine Reihe von Chemikalien in Nahrungsmitteln behördlich festgelegt. Im Fall von Arsen beträgt diese Maximalkonzentration 1 mg/kg Feuchtgewicht und basiert auf der Annahme, dass das Arsen in Form von arseniger Säure vorliegt. Arsenige Säure ist eine sehr toxische Arsenverbindung. Sie kommt in der Umwelt und in Nahrungsmitteln vor, wenn auch in den meisten Fällen nur in geringen Konzentrationen. Neben anorganischen Arsenverbindungen findet man in der Umwelt und in Nahrungsmitteln auch organische Arsenverbindungen. Organische Arsenverbindungen sind die dominierenden Arsenverbindungen in biologischen Materialien. Eine Reihe von Nahrungsmitteln enthalten hohe Arsenkonzentrationen, welche in vielen Fällen die zulässige Maximalkonzentration überschreiten. Trotzdem ist ein gefahrloser Genuss dieser Nahrungsmittel möglich, da die enthaltenen organischen Arsenverbindungen nach heutigem Wissen ungiftig sind. Mit modernen analytischen Methoden ist es möglich, die verschiedenen Arsenverbindungen, welche z.B. in Nahrungsmitteln vorhanden sind, zu unterscheiden und zu bestimmen. Diese Methoden können aber nur zur Untersuchung von wässrigen Extrakten von z.B. Nahrungsmitteln eingesetzt werden und liefern daher nur Informationen über die wasserlöslichen Arsenverbindungen. Ein beträchtlicher Teil des Arsens in Nahrungsmitteln (bis zu 50%) ist jedoch wasserunlöslich und konnte bis heute noch nicht identifiziert und damit auf seine chemischen und toxikologischen Eigenschaften hin untersucht werden. Thema des Projektes ist die Untersuchung dieser wasserunlöslichen Arsenverbindungen mit besonderem Augenmerk auf jenen, welche in der menschlichen Nahrung vorkommen. Im Projekt dienen Organismen mit einem hohen Anteil an wasserunlöslichen Arsenverbindungen als "Quelle" für die wasserunlöslichen Arsenverbindungen. Die lipidlöslichen Arsenverbindungen, eine Untergruppe dieser wasserunlöslichen Verbindungen, werden aufgereinigt und mit spektroskopischen Methoden identifiziert. Das Vorhandensein, die Bedeutung sowie die Eigenschaften anderer wasserunlöslicher Arsenverbindungen werden ebenfalls untersucht. Nach der Charakterisierung der wasserunlöslichen Arsenverbindungen werden diese in einer Reihe von Nahrungsmitteln bestimmt. Dieses Projekt ermöglicht die erste vollständige Analyse aller Formen von Arsen in Nahrungsmitteln. Die Ergebnisse der Untersuchungen bilden eine solide Basis für die wissenschaftliche Abschätzung der Bedeutung von Arsen in der Nahrung für die menschliche Gesundheit.

Es ist seit langem bekannt, dass erhöhte Konzentrationen von anorganischem Arsen im Trinkwasser Krebs auslösen können. Aus diesem Grund wurde in vielen Ländern der Grenzwert mit 10 g Arsen pro Liter festgelegt. Der Mensch nimmt aber auch über die Nahrung Arsen zu sich. Einige Nahrungsmittel sind bekannt dafür, dass Arsen in erhöhten Konzentrationen vorliegt. Trotzdem gibt es bisher aber keinerlei gesetzliche Regelungen über die höchst zulässige Arsenkonzentration in unserer Nahrung. Ziel des Projektes war es, die in unseren Nahrungsmitteln vorkommenden Arsenverbindungen zu bestimmen. Diese Informationen sollen den Ernährungswissenschaftern, Toxikologen und Gesundheitsbehörden eine entsprechende Datenbasis zur Erarbeitung notwendiger Grenzwerte liefern. Im Projekt konnten drei große Forschritte erzielt werden. Als Erstes wurden Methoden zur Bestimmung von Arsenlipiden entwickelt. Arsenlipide sind in fetten Nahrungsmitteln, vor allem aber in Fischölen zu finden. Die entwickelten Methoden erlauben es, die Hauptformen der Arsenlipide aufzutrennen und deren Gesamtarsen-konzentration zu bestimmen. Eine eindeutige Identifizierung dieser Arsenlipide ist bislang aber noch nicht gelungen. Im Projekt wurden die Arsenlipide in Fischölkapseln, welche häufig als Quelle für omega-3-Fettsäuren eingenommen werden, erstmalig bestimmt. In einer weiteren Studie wurden von Probanden Dorschleber und Dorschleberöl verzehrt und die im Urin ausgeschiedenen Arsen- Metaboliten bestimmt. Die in der Dorschleber und im Dorschleberöl vorkommenden Arsenlipide wurden quantitativ im menschlichen Verdauungstrakt aufgenommen. Ein Großteil des Arsens wurde als Dimethylarsinsäure ausgeschieden. Diese Arsenverbindung ist auch die dominierende Arsenverbindung im menschlichen Urin nach Konsum von arsenhaltigem Wasser. Daneben konnten auch einige bislang unbekannte Arsenverbindungen identifiziert werden. Aus diesen Ergebnissen geht klar hervor, dass für eine Risikobewertung auf Grund von erhöhten Arsenkonzentrationen im Trinkwasser, das in der Nahrung vorkommende Arsen keinesfalls ignoriert werden darf. Als Zweites konnte im Projekt eine neue Gruppe von Schwefel-Arsensverbindungen identifiziert werden. Diese schwefelhaltigen Arsenverbindungen wurden erstmals in Konservenmuscheln gefunden. Mittlerweile wurde von uns und anderen Forschungsgruppen gezeigt, dass diese Arsenverbindungen in einer Vielzahl von Nahrungsmitteln marinen Ursprungs vorhanden sind. Um die Schwefel-Arsenverbindungen besser bestimmen zu können, wurden neue Methoden entwickelt, welche in der Zwischenzeit als Standard auch von anderen Forschergruppen eingesetzt werden. Einige dieser Schwefelarsenverbindungen wurden in unserem Labor in größeren Mengen für toxikologische Studien an Humanzellen hergestellt. Als Drittes wurde eine Methode basierend auf der Hydrid-Generation zur Bestimmung der toxischen Arsenverbindungen (anorganisches Arsen, Methylarsonsäure, und Dimethylarsinsäure) in Nahrungsmittelextrakten entwickelt. Es konnte gezeigt werden, dass die bisher als sehr selektiv geltende Methode nicht nur die vier toxischen Arsenverbindungen erfasst, sondern auch Arsenzucker mitbestimmt werden. Das bisher gültige Dogma wurde damit widerlegt. Auf Grund dieser Ergebnisse liegt der Schluss nahe, dass Studien welche die toxischen Arsenverbindungen mittels der Hydridtechnik bestimmt haben, zu hohe Konzentrationen bestimmt haben.