Vom Erzeuger zum Verbraucher: Die Bedeutung von Nitrosamintests für die Lebensmittelsicherheit

Von Andrew James

März 24, 2020
• Kategorien:Konformität, Lebensmittellabore, Lebensmittelherstellung, Nachhaltigkeit

N-Nitroso-Verbindungen (NOC) oder Nitrosamine haben wieder einmal für Schlagzeilen gesorgt, da ihr Vorkommen in einigen Arzneimitteln in den Vereinigten Staaten zu hochkarätigen Produktrückrufen geführt hat.1 Nitrosamine können krebserregend und genotoxisch sein und in der Lebensmittelindustrie die Qualität und Sicherheit von Lebensmitteln beeinträchtigen. Insbesondere ein Nitrosamin, N-Nitrosodimethylamin (NDMA), ist ein hochwirksames Karzinogen, das in Lebensmitteln in Spuren nachgewiesen wird und als Indikator für das Vorhandensein von Nitrosaminen verwendet werden kann.2

NOCs können auf verschiedene Weise in die Nahrungskette gelangen, unter anderem Über Pflanzenschutzmittel, die zur Maximierung der landwirtschaftlichen Erträge eingesetzt werden; über Natrium- und/oder Kaliumsalz, das zur Konservierung bestimmter Fleischsorten vor bakterieller Verunreinigung zugesetzt wird; als Ergebnis des Direkttrocknungsverfahrens bei bestimmten Lebensmitteln; und über den Verzehr von Nitraten in der Nahrung (die aufgrund natürlicher Mineralablagerungen im Boden in vielen Gemüsesorten enthalten sind), die mit Bakterien und Säuren im Magen reagieren und Nitrosamine bilden.3

Die Pflanzenschutzmittel- und die Lebensmittelindustrie sind bestrebt, sicherzustellen, dass die Nitrosamingehalte in Lebensmitteln minimal und sicher sind. Die Nachweistechnologie zur Quantifizierung der Nitrosaminmenge (ppm-Gehalt) in einer Probe hat sich seit fast 40 Jahren nicht weiterentwickelt – bis vor kurzem. Jetzt wird ein thermischer Energieanalysator (TEA) – ein empfindlicher und spezifischer Detektor – eingesetzt, um den Akteuren in der gesamten Lebensmittelversorgungskette eine schnelle und empfindliche Analyse zu ermöglichen.

Regulierungslandschaft

Nicht nur NDMA, sondern auch das Nitrosamin N-Nitrososodiethylamin (NDEA) wurden von nationalen und internationalen Regulierungsbehörden als „wahrscheinlich krebserregend für den Menschen“ eingestuft.3 Insbesondere NDMA ist das bei weitem am häufigsten vorkommende Mitglied dieser Gruppe von Verbindungen.7

In den Vereinigten Staaten gibt es Grenzwerte für NDMA oder Gesamtnitrosamine in Speck, Gerstenmalz, Schinken und Malzgetränken, doch in der EU gibt es derzeit keine gesetzlichen Grenzwerte für N-Nitroso-Verbindungen (NOC) in Lebensmitteln.7

Die Entwickler von Pflanzenschutzmitteln müssen das Nichtvorhandensein von Nitrosaminen nachweisen oder die Menge in ppm-Werten quantifizieren, um sicherzustellen, dass sie innerhalb der akzeptierten Richtlinien liegen.

Pflanzenschutz

Das Vorhandensein von Nitrosaminen muss auf dem gesamten Weg des Lebensmittels vom Bauernhof bis auf den Tisch zurückverfolgt und mit einem Risikomanagement versehen werden. Das Problem betrifft die Prüfung von Anfang an – insbesondere auf der Stufe des Pflanzenschutzes, der eine der am stärksten regulierten Branchen der Welt ist. Ohne Pflanzenschutz könnten die Ausgaben für Lebensmittel und Getränke um bis zu 70 Millionen Pfund pro Jahr steigen, und 40 % der weltweit erzeugten Lebensmittel würden nicht existieren.7

Die Entwicklung eines neuen Pflanzenschutzmittels (Herbizid, Fungizid, Insektizid oder Saatgutbehandlung) umfasst mehrere Schritte: Entdeckung und Formulierung des Produkts, Versuche und Feldentwicklung, Toxikologie, Umweltauswirkungen und schließlich die Zulassung. Bei der Zulassung eines neuen Produkts muss die Sicherheit für die Umwelt, die Arbeitnehmer, die zu schützenden Pflanzen und die verzehrten Lebensmittel nachgewiesen werden. Dazu müssen umfassende Risikobewertungen durchgeführt werden, die auf den Daten zahlreicher Sicherheitsstudien und dem Verständnis der guten landwirtschaftlichen Praxis (GAP) beruhen.

Ein weltweit tätiger Hersteller von Agrochemikalien verwendet eine kundenspezifische Version der TEA, um das Nichtvorhandensein von Nitrosaminen nachzuweisen oder die Menge an Nitrosaminen (ppm-Werte) in seinen Wirkstoffen zu quantifizieren. Der LC-TEA ermöglicht eine hohe Selektivität für Nitro, Nitroso und Stickstoff (bei Betrieb im Stickstoffmodus), so dass nur die interessierenden Verbindungen sichtbar werden. Darüber hinaus bietet sie eine sehr hohe Empfindlichkeit (<2pg N/sec Signal zu Rauschen 3:1), was bedeutet, dass sie in der Lage ist, Verbindungen von Interesse in extrem niedrigen Konzentrationen zu erkennen. Um diese hohe Empfindlichkeit und Spezifität zu erreichen, beruht es auf einer selektiven thermischen Spaltung der N-NO-Bindung und dem Nachweis des freigesetzten NO-Radikals durch das Chemilumineszenzsignal, das durch die Reaktion mit Ozon erzeugt wird.

Das kundenspezifische System verwendet auch eine andere Schnittstelle mit einem Ofen anstelle des Standard-Pyrolyseurs, um die zusätzlich benötigte Energie und Rohre mit größerem Durchmesser für die Arbeit mit einer flüssigen Probe anstelle von Gas zu ermöglichen.

Das System ermöglicht es einem Unternehmen, fünf- bis sechsmal mehr Proben mit erhöhter Automatisierung durchzuführen. Als unmittelbare Folge können erhebliche Produktivitätssteigerungen, geringere Wartungskosten und genauere Ergebnisse erzielt werden.

Lebensmittelanalytik

Seit der Einführung von Nitrit in der Lebensmittelkonservierung in den 1960er Jahren wird über dessen Sicherheit diskutiert. Die Debatte dauert auch heute noch an, vor allem wegen der Vorteile von Nitrit in Lebensmitteln, insbesondere in verarbeiteten Fleischprodukten.6 In Schweinefleischprodukten wie Speck und Rohschinken ist Nitrit meist in dem Natrium- und/oder Kaliumsalz enthalten, das zugesetzt wird, um das Fleisch vor bakterieller Kontamination zu schützen. Obwohl der Pökelprozess für die Konservierung von Fleisch ohne Kühlung konzipiert wurde, hat man inzwischen eine Reihe anderer Vorteile erkannt, wie z. B. die Verbesserung von Farbe und Geschmack.

Analytische Methoden zur Bestimmung von N-Nitrosaminen in Lebensmitteln können sich zwischen flüchtigen und nichtflüchtigen Verbindungen unterscheiden. Nach der Extraktion lassen sich flüchtige N-Nitrosamine mit Hilfe einer Kapillarsäule leicht durch GC trennen und anschließend mit einem TEA-Detektor nachweisen. Die Einführung des TEA bot eine neue Möglichkeit zur Bestimmung des Nitrosamingehalts zu einer Zeit, als dies mit GC-MS nur schwer möglich war.

Die Food Standards Agency (FSA) beauftragte Premier Analytical Services (PAS) mit der Entwicklung einer Screening-Methode zur Identifizierung und Bestimmung der Bestandteile von NOC in Lebensmitteln, die als direkte Folge von Herstellung und Verarbeitung entstehen.

Eine schnelle und selektive Screening-Methode für den scheinbaren Gesamtnitrosamingehalt (ATNC) von Lebensmitteln wurde mit einem TEA entwickelt. Diese Methode wurde auch für die bekannten bedenklichen NOCs in der Nahrung validiert. Diese Methode beruht jedoch auf semiselektiven chemischen Denitrosierungsreaktionen und kann falsch-positive Ergebnisse liefern. Die Ergebnisse können nur als potenzieller Indikator und nicht als definitiver Beweis für das Vorhandensein von NOC betrachtet werden.

In Tests ergab etwa die Hälfte (36 von 63) der Proben ein positives ATNC-Ergebnis. Bei der weiteren Analyse dieser Proben mittels GC-MS/MS wurde in zwei von 25 Proben eine flüchtige Nitrosaminkontamination nachgewiesen.

Eine Schlüsselrolle der TEA in dieser Studie bestand darin, die alternative Analysemethode GC-MS/MS zu validieren. Nach der Validierung der Technik durch die TEA hat sich die GC-MS/MS als hochempfindlich und selektiv für diese Art von Tests erwiesen.

Die Zukunft der Nitrosamin-Tests

Viele Länder haben Daten veröffentlicht, die zeigen, dass das toxikologische Risiko durch vorgefertigte NOCs nicht mehr als besorgniserregend angesehen wird. Mögliche Risiken ergeben sich aus dem unbeabsichtigten Zusatz oder der Verunreinigung von Lebensmitteln mit NOC-Vorläufern wie Nitrit und aus der endogenen Bildung von NOC, und in diesem Bereich wird weiter geforscht.

Forschung und Innovation sind die Grundlagen einer wettbewerbsfähigen Lebensmittelindustrie. Die Forschung in der Pflanzenschutzindustrie wird durch die Forderung der Landwirtschaft und der Lebensmittelkette nach mehr Effizienz und sichereren Produkten angetrieben. Da die Menge an Nitrosaminen in Lebensmitteln, die zu gesundheitlichen Auswirkungen beim Menschen führt, noch nicht bekannt ist, gibt es Raum für die Erforschung der chemischen Bildung und des Transports von Nitrosaminen, ihres Vorkommens und ihrer Auswirkungen auf unsere Gesundheit. Neuere chromatographische Techniken werden in diesem Bereich gerade erst angewandt und könnten die Quantifizierung von Nitrosaminen erheblich erleichtern. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass diese neuen Ansätze für Qualität und Validierung in der gesamten Lebensmittelkette angewendet werden.

1. Christensen, J. (2020). Weitere beliebte Sodbrennen-Medikamente wegen Verunreinigung zurückgerufen. CNN.
2. Hamlet, C, Liang, L. (2017). Eine Untersuchung zur Ermittlung der Arten und Gehalte von N-Nitroso-Verbindungen (NOC) in in Großbritannien verzehrten Lebensmitteln. Premier Analytical Services, 1-79.
3. Woodcock, J. (2019). Erklärung zur Warnung von Patienten und Angehörigen der Gesundheitsberufe vor NDMA, das in Proben von Ranitidin gefunden wurde. Center for Drug Evaluation and Research.
4. Scanlan, RA. (1983). Bildung und Vorkommen von Nitrosaminen in Lebensmitteln. Cancer res, 43(5) 2435-2440.
5. Dowden, A. (2019). Die Wahrheit über Nitrate in Ihren Lebensmitteln. BBC Future.
6. Park, E. (2015). Verteilung von sieben N-Nitrosaminen in Lebensmitteln. Toxicological Research, 31(3) 279-288, doi: 10.5487/TR.2015.31.3.279.
7. Crews, C. (2019). Die Bestimmung von N-Nitrosaminen in Lebensmitteln. Quality Assurance and Safety of Crops & Foods, 1-11, doi: 10.1111/j.1757-837X.2010.00049.x
8. (1989) Toxicological profile for n-Nitrosodimethylamine., Agency for Toxic substances and disease registry.
9. Rickard, S. (2010). The value of crop protection, Crop Protection Association.