Gefährliche Stoffe in der Lebensmittelverpackung: Eine unterschätzte Gefahr?

Die langfristige Lagerung von Lebensmitteln in bestimmten Kunststoffen birgt potenzielle Gesundheitsrisiken, die oft erst bei genaueren Untersuchungen zutage treten. Polyvinylchlorid (PVC), ein häufiger Kunststoff in der Lebensmittelverpackung, kann beispielsweise Vinylchloridmonomer (VCM) freisetzen. Dieses Monomer, das bei der Herstellung von PVC verwendet wird, kann sich bei unsachgemäßer Lagerung aus dem Kunststoff herauslösen und in die Lebensmittel übergehen. In Großbritannien schreibt die Gesetzgebung vor, dass der VCM-Gehalt in verpackten Lebensmitteln unter 10 mg pro Kilogramm liegen muss. Besonders gefährdet sind fettige Lebensmittel wie Speiseöle, da diese Substanzen leichter in das Lebensmittel übertreten als bei wasserhaltigen oder weniger fetthaltigen Produkten. Glücklicherweise werden PVC-Flaschen in der Lebensmittelverpackung nur noch selten verwendet.

Neben BPA sind auch Weichmacher in der Lebensmittelverpackung von Interesse. Weichmacher wie Dioctyladipat (DEHA) werden häufig in PVC verwendet, um diesem Material Flexibilität zu verleihen. Diese Substanzen waren in der Vergangenheit ein großes Thema, besonders bei Frischhaltefolien. DEHA wurde in den 1980er Jahren in zahlreichen Lebensmitteln nachgewiesen, was Besorgnis erregte. Dank der Verwendung von Polyethylen (LDPE) für Frischhaltefolien konnte die Menge der Weichmacher in Lebensmitteln deutlich reduziert werden. Phthalate, wie DEHP, die ebenfalls als Weichmacher in Verpackungen verwendet wurden, sind mittlerweile weitgehend aus der Lebensmittelverpackung verschwunden, da sie mit potenziellen hormonellen Störungen in Verbindung gebracht wurden. Es wird vermutet, dass diese Substanzen das männliche Fortpflanzungssystem beeinträchtigen könnten, was in den letzten Jahrzehnten in verschiedenen Tierarten und auch beim Menschen beobachtet wurde.

Die Frage nach der Sicherheit von Kunststoffen in der Lebensmittelverpackung ist jedoch weit komplexer, als es auf den ersten Blick erscheint. Die Vielzahl der heute verwendeten Kunststoffe und deren unerwarteter Einsatz – zum Beispiel bei Glasbehältern mit Kunststoffverschlüssen – stellt eine Herausforderung für die Wissenschaft dar. Umso mehr erfordert es spezielle Expertise, um die Auswirkungen dieser Stoffe auf die Gesundheit und die Umwelt korrekt zu bewerten.

Ein weiterer Aspekt, der zunehmend ins öffentliche Bewusstsein rückt, ist die mögliche Umweltbelastung durch Kunststoffverpackungen. Während einige Kunststoffe, wie Polyethylenterephthalat (PET), für die Verpackung von Lebensmitteln weit verbreitet sind, gibt es mittlerweile Forschungen, die das Potenzial von Mikroorganismen untersuchen, diese Kunststoffe zu depolymerisieren. Sollte dies erfolgreich sein, könnte dies einen wichtigen Fortschritt im Umgang mit den Umweltauswirkungen moderner Verpackungssysteme darstellen.

Neben den Weichmachern und Bisphenol A sind auch Umweltgifte wie Dioxine und polychlorierte Biphenyle (PCBs) ein ernstzunehmendes Problem. Diese Substanzen haben ihren Ursprung meist in der Industrie, etwa bei der Herstellung von Chlorchemikalien oder der Verbrennung von Abfällen. Die toxische Wirkung von Dioxinen und PCBs ist vielfältig und kann zu ernsthaften gesundheitlichen Schäden führen. Es ist jedoch bemerkenswert, dass die toxischen Wirkungen dieser Stoffe in Form von sogenannten Toxizitätsäquivalenten (TEQs) gemessen werden, die eine genauere Einschätzung der Gefährlichkeit erlauben.

Ein zentraler Punkt bei der Betrachtung dieser Gefährdungen ist die Erkenntnis, dass die toxikologische Forschung und das Verständnis von Umweltgiften ständig weiterentwickelt werden müssen. Es ist entscheidend, dass wir nicht nur auf die unmittelbaren Gesundheitsgefahren achten, sondern auch die langfristigen Auswirkungen, die durch die Kombination unterschiedlicher Schadstoffe entstehen können. Lebensmittelchemiker und Umweltwissenschaftler müssen sich kontinuierlich mit diesen Themen befassen, um zukünftige Risiken besser vorhersagen und gegebenenfalls verhindern zu können.

Wie Enzyme von pH, Temperatur und Inhibitoren beeinflusst werden

Das Verständnis dieser Zusammenhänge ist entscheidend für das Verständnis der Enzymaktivität. Ein extremes Abweichen vom natürlichen pH-Wert kann zur Denaturierung des Enzyms führen, was bedeutet, dass die dreidimensionale Struktur des Proteins zerstört wird und es seine katalytische Aktivität verliert. Der Prozess der Denaturierung durch Temperaturerhöhung führt zu einer irreversiblen Inaktivierung des Enzyms. Dies ist häufig der Fall, wenn die Temperatur den Bereich überschreitet, in dem das Organismus, aus dem das Enzym stammt, normalerweise überlebt. Enzyme aus thermophilen Bakterien, die bei extrem hohen Temperaturen aktiv sind, verfügen über stabile strukturelle Merkmale wie Schwefelbrücken und Wasserstoffbrücken, die ihre Proteinstruktur auch bei hohen Temperaturen bewahren.

Ein weiteres Problem stellen die sogenannten "schweren Metalle" dar, die ebenfalls starke Inhibitoren für Enzyme sind. Dazu gehören Schwermetalle wie Silber, Kupfer, Quecksilber und Blei. Diese Metalle reagieren irreversibel mit den Enzymen, indem sie mit deren aktiven Zentren interagieren und die enzymatische Aktivität blockieren. Dies hat nicht nur Auswirkungen auf biologische Prozesse, sondern auch auf industrielle Anwendungen, bei denen Katalysatoren im Laufe der Zeit ihre Wirksamkeit verlieren, etwa bei der Hydrierung von Ölen in der Margarineherstellung. Die Inhibition durch Schwermetalle ist ein weiterer wichtiger Aspekt, den es zu beachten gilt, insbesondere wenn Enzyme in der Lebensmittelchemie oder -analyse eingesetzt werden.

Darüber hinaus ist es von Bedeutung, die Auswirkungen von Inhibitoren nicht nur im Labor, sondern auch in der praktischen Anwendung zu verstehen. Besonders in der Lebensmittelchemie und Biochemie spielen Enzymhemmstoffe eine wichtige Rolle, da sie die Qualität und Sicherheit von Lebensmitteln beeinflussen können. Daher müssen Chemiker und Biotechnologen ein tiefes Verständnis dafür entwickeln, wie verschiedene Inhibitoren die Aktivität von Enzymen beeinflussen können.

Wie entsteht aus der rohen Kakaobohne edle Schokolade?

Der Beginn des Umwandlungsprozesses von Kakaobohnen in Schokolade liegt in der kontrollierten Unterbrechung der Keimung. Während der natürlichen Keimung beginnen enzymatische Prozesse, bei denen Speicherproteine in den Keimblättern abgebaut und freie Aminosäuren freigesetzt werden. Doch durch die steigende Temperatur und das Eindringen organischer Säuren aus dem fermentierenden Fruchtfleisch wird die Keimung frühzeitig gestoppt. Nach dem anschließenden Trocknen, bevorzugt unter Sonnenlicht über etwa eine Woche, sind die Bohnen bereit für den Export und die industrielle Weiterverarbeitung.

Die industriellen Schritte sind das Ergebnis jahrzehntelanger Optimierung und variieren zwischen Herstellern. Ein zentraler Vorgang ist das Rösten der Bohnen bei etwa 140 °C für bis zu einer Stunde. Dabei beginnt die Strecker-Degradation, ein Teilprozess der Maillard-Reaktion, der entscheidend zur Entwicklung des typischen Schokoladenaromas beiträgt. Es entstehen eine Vielzahl von flüchtigen Verbindungen, darunter Aldehyde und heterocyclische Substanzen. Besonders hervorzuheben sind Pyrazine, die bereits in geringsten Konzentrationen intensiv wahrgenommen werden können.

Nach dem Rösten erfolgt das Brechen der Bohnen und das Entfernen der Schalen – das sogenannte „Winnowing“. Die freigelegten Keimblätter, in der Industrie „Nibs“ genannt, werden mit Kristallzucker vermischt und schrittweise auf eine Partikelgröße von unter 30 Mikrometern vermahlen. Diese Feinheit ist entscheidend, da größere Partikel auf der Zunge als unangenehme Körnigkeit wahrgenommen würden. Die beim Mahlprozess entstehende Reibungswärme lässt die in der Bohne enthaltene Kakaobutter schmelzen, wodurch eine zähflüssige Masse entsteht: die sogenannte Kakaomasse oder auch Kakaolikör.

Soll Milchschokolade produziert werden, wird in diesem Stadium Milchpulver hinzugefügt. Die Einführung des Walzentrocknungsverfahrens war hierfür unerlässlich, da auch kleinste Mengen Wasser das Endprodukt ruinieren würden. Nach dem Mischen beginnt das Conchieren, ein Vorgang, der ursprünglich in der Schweiz von Rodolphe Lindt entwickelt wurde. Die Schokoladenmasse wird in beheizten Behältern über Stunden bewegt und gegen temperierte Wände gedrückt. Dabei entweichen unerwünschte flüchtige Substanzen wie Essigsäure, und zugleich verbessert sich die Textur durch gleichmäßige Fettverteilung um die Partikel. Die Verwendung von Emulgatoren, insbesondere Sojalecithin, unterstützt diese Strukturverfeinerung, indem sie hydrophile Oberflächen maskieren.

Für Anwendungen wie das Formen von Hohlfiguren – etwa Osterhasen oder Schokoladeneier – ist eine niedrige Viskosität essenziell. Emulgatoren ermöglichen diese Fließfähigkeit und sorgen für ein homogenes Mundgefühl. Im letzten Produktionsschritt, dem Temperieren, wird das Fett gezielt in eine bestimmte kristalline Form überführt. Kakaobutter kann in sechs verschiedenen polymorphen Zuständen kristallisieren, doch nur eine davon – die sogenannte β-V-Form mit einem Schmelzpunkt von etwa 33,8 °C – verleiht der Schokolade den gewünschten Glanz, das charakteristische „Knacken“ beim Brechen und das saubere Schmelzen im Mund.

Wird dieser Prozess nicht korrekt durchgeführt oder die Schokolade später unkontrollierten Temperaturschwankungen ausgesetzt, bildet sich sogenannter „Fettreif“ – eine matte, graue Schicht, die durch den Übergang von weniger stabilen zu stabileren Fettkristallen an der Oberfläche entsteht. Auch das Austreten von Milchfett oder Fetten aus Nüssen oder Gebäck kann diesen Effekt verstärken. Milchfett wirkt in geringen Mengen als effektiver Inhibitor gegen Reifbildung und wird daher auch in Zartbitterschokolade verwendet.

Im häuslichen Gebrauch ist Kakaobutter ein schwer zu kontrollierendes Fett. Für private Anwendungen und Konditoreien werden daher Ersatzfette eingesetzt – sogenannte Cocoa Butter Replacers, etwa gehärtetes Palmkernöl. Diese besitzen zwar eine stabilere β'-Kristallstruktur und erleichtern den Umgang, doch ihr sensorisches Profil ist minderwertig, da sie eine wachsartige oder fettige Textur aufweisen. Noch weiter gehen sogenannte Cocoa Butter Equivalents (CBEs), deren Triglyceridstruktur der von Kakaobutter stark ähnelt. Diese entstehen durch enzymatische Umstrukturierung pflanzlicher Öle und ermöglichen eine teilweisemischbare Kombination mit echter Kakaobutter. CBEs bieten Vorteile wie erhöhte Stabilität und reduzierte Reifneigung, sind jedoch in der EU seit 2003 nicht mehr für die Schokoladenherstellung zugelassen. In Ländern wie Japan ist ihr Einsatz hingegen weiterhin erlaubt.