Mykotoxine

Prof. Dr. Bärbel Kniel, Esslingen

1. Einleitung
Mykotoxine sind sekundäre Stoffwechselprodukte von Schimmelpilzen, die in bereits geringer Konzentration toxisch für Menschen, Tiere und auch einige Pflanzen sind. Mit ihrem Vorkommen muss bei Lebensmitteln und Rohstoffen für die Lebensmittelherstellung immer dann gerechnet werden, wenn aufgrund ihrer Zusammensetzung eine Schimmelbildung möglich ist.
In früheren Zeiten traten häufig Massenvergiftungen nach dem Verzehr von Getreide und Brot auf, deren Ursache man damals nicht kannte. Heute ist gesichert, dass diese Vergiftungserscheinungen auf Mykotoxine zurückzuführen sind, die sich auf dem Feld oder im oftmals zu feucht gelagerten Getreide gebildet hatten. So ist das sogenannte Mutterkorn bei Getreide bereits 600 v. Chr. auf assyrischen Tontafeln erwähnt. Nach einem Befall von Getreide mit dem Pilz Claviceps purpurea wächst anstatt des eigentlichen Getreidekorns das schwarz-blaue Mutterkorn heran, ein Pilzgeflecht mit hohen Konzentrationen giftiger Ergot- Alkaloide (Abbildung 1). Im Mittelalter kosteten Mutterkornvergiftungen Tausenden von Menschen das Leben. Sie waren für die damalige Bevölkerung so gravierend, dass man diese „Geißel der Menschheit“ sogar auf dem Isenheimer Altar abgebildet hat (Gemälde „Die Versuchung des Heiligen Antonius“ von Mathias Grünewald).
Für die Mykotoxinforschung war das Jahr 1960 von zentraler Bedeutung. In diesem Jahr verendeten in England 100.000 junge Truthähne und in den USA 1 Million junger Forellen an der mysteriösen „Turkey X Disease“. Als Auslöser für dieses Massensterben konnte die Verfütterung von Erdnusspressrückständen dingfest gemacht werden, die aus der Verarbeitung von verschimmelten Erdnüssen stammten. Der gewachsene Schimmelpilz Aspergillus flavus hatte die bis dahin unbekannten Mykotoxine, die sog. Aflatoxine, in hoher Konzentration gebildet (1).
Seit diesem Zeitpunkt hat die Mykotoxinforschung bedeutende Fortschritte gemacht. So sind heute ca. 100.000 verschiedene Schimmelpilze identifiziert, von denen etwa 400 potenzielle Toxinbildner sind (4). Zu den wichtigsten Toxin-bildenden Schimmelpilzen gehören die Gattungen Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria und Claviceps (2).
Dem Einfluss von Mykotoxinen auf die Gesundheit von Menschen und Tieren wird mittlerweile eine sehr hohe Bedeutung zugeschrieben. Zwar sind heute akute Vergiftungen durch die Aufnahme Mykotoxin-belasteter Lebensmittel äußerst selten geworden, es ist aber nicht auszuschließen, dass bestimmte Mykotoxine einen Risikofaktor für die Gesundheit darstellen können, wenn sie mit der täglichen Nahrung über längere Zeit aufgenommen werden. Sie können krebserregende Wirkungen aufweisen, das Erbgut verändern oder Missbildungen hervorrufen. Die empfindlichsten Organe sind die Leber, Niere, Haut, Gebärmutter, Nerven sowie das Immunsystem. Deshalb wird bei der Herstellung und Lagerung von Lebensmitteln zunehmend darauf geachtet, dass das Wachstum von Schimmelpilzen und die damit einhergehende Bildung von Mykotoxinen verhindert wird. Ein weiterer Schritt in diese Richtung sind verbesserte Überwachungsmaßnahmen durch Untersuchung besonders betroffener Lebensmittel sowie die Etablierung von gesetzlichen Grenzwerten.

2. Vorkommen und Bildung
Einen Überblick über das mögliche Vorkommen der wichtigsten Mykotoxine in Lebensmitteln gibt Tabelle 1. In Abbildung 2 sind beispielhaft die chemischen Strukturen dreier Mykotoxine dargestellt. Daraus geht hervor, dass es sich um sehr heterogene Verbindungen mit unterschiedlichen chemischen Eigenschaften handelt. Der Grund dafür sind verschieden angelegte Abwehrstrategien der Schimmelpilze, um sich mit diesen Mykotoxinen vor negativen Umwelteinflüssen zu schützen und auf diese Weise zu überleben. Eine Kontamination von Lebensmitteln mit Schimmelpilzen und Mykotoxinen kann bereits während des Anbaus von pflanzlichen Lebensmitteln stattfinden, sofern ungünstige, d.h. feucht-warme Witterungsbedingungen vorherrschen. Meistens entstehen sie aber während der Lagerung, der Verarbeitung oder der Aufbewahrung im Haushalt. Die Kombination zu hoher Feuchte und Temperatur spielt dabei fast immer die wichtigste Rolle. Auch Lebensmittel tierischen Ursprungs können Mykotoxine enthalten. Sie gelangen z. B. durch die Verfütterung Mykotoxin-haltiger Futtermittel in Milch- und Milchprodukte. Bei der Lagerung von Käse kann es darüber hinaus durch unerwünschtes Schimmelwachstum ebenfalls zur Mykotoxinbildung kommen (1).

3. Mykotoxine in Zusammenhang mit Backwaren
Bei der Lagerung von Brot und anderen Backwaren sowie bei der Aufbewahrung dieser Produkte im Haushalt kommt es immer wieder zu unerwünschtem Schimmelwachstum. Da verschimmelte Lebensmittel vom Verbraucher normalerweise nicht verzehrt werden bzw. durch Aussortieren verschimmelter Ware innerhalb der Vertriebskette erst gar nicht zum Verbraucher gelangen, wird die Mykotoxin-Aufnahme durch den Verzehr verschimmelter Backwaren als gering eingeschätzt. Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, können dagegen zahlreiche wichtige Zutaten von Backwaren Mykotoxine enthalten. Dazu gehören neben Getreideerzeugnissen insbesondere Nüsse und Mandeln, Milchprodukte, Gewürze, Obst und Kakao. Ein möglicher Schimmelpilzbefall und das damit einhergehende Vorkommen von Mykotoxinen ist für den Verarbeiter dieser Zutaten in meisten Fällen selbst bei gründlicher optischer Prüfung nicht erkennbar, da diese Zutaten in verarbeiteter Form eingesetzt werden und ein Schimmelbefall häufig in den vorgelagerten Stufen, z.B. des Pflanzenanbaus oder der Lagerung von Agrarerzeugnissen, stattfindet. Außerdem ist die Intensität des erkennbaren Schimmelbefalls und die Menge gebildeter Mykotoxine nur in seltenen Fällen direkt miteinander korreliert. So ist dem Mehl nicht anzusehen, ob es Mykotoxine enthält. Nur durch relativ aufwendige und zeitintensive analytische Untersuchungen ist eine Kontrolle möglich. Da Mykotoxine infolge von lokalen Schimmelpilznestern meistens nicht gleichmäßig in den Waren verteilt sind, ist eine aufwendige Probenziehung zur Sicherstellung einer repräsentativen Stichprobe für ein aussagekräftiges Analysenergebnis unabdingbar. Nachstehend werden die wichtigsten Mykotoxine in Zusammenhang mit Zutaten für die Backwarenherstellung näher beschrieben.

3.1. Aflatoxine
Die Aflatoxine gehören zu den stärksten natürlich vorkommenden krebserregenden Substanzen. In verschiedenen Studien konnten positive Korrelationen zwischen der Aufnahme hoher Aflatoxin-Konzentrationen und dem Auftreten von Leberkrebs ermittelt werden. Aflatoxine werden von Schimmelpilzen aus der Gruppe Aspergillus flavus gebildet. Je nach ihrer chemischen Struktur handelt es sich um Aflatoxine der B-Gruppe (B1, B2) oder der G-Gruppe (G1, G2). Aflatoxine befinden sich nicht nur in unmittelbarer Umgebung von Schimmel, sondern sie diffundieren auch in das umgebende Substrat. Deshalb sollen Lebensmittel mit sichtbarem Schimmelbefall entweder vollständig verworfen oder sehr großzügig von den befallenen Stellen befreit werden. Weltweit sind die verschiedensten Lebensmittel mit Aflatoxinen kontaminiert, wobei in Ländern mit feucht-warmen Klimaverhältnissen und nicht optimalen technologischen Voraussetzungen bei der Ernte und Lagerung ein besonders hohes Gefährdungspotential vorhanden ist. Daher sind Produkte aus tropischen und subtropischen Anbaugebieten häufiger betroffen als diejenigen aus gemäßigteren Klimazonen. Zu den Lebensmitteln mit hoher Kontaminationshäufigkeit gehören Mais, Erdnüsse, Paranüsse, Pistazien, Baumwollsamen und Kokosnuss. Etwas geringer ist die Kontaminationsgefahr bei Feigen, Haselnüssen, Mandeln, Walnüssen, Rosinen und Gewürzen. Eher selten sind Aflatoxine bei Brotgetreide (Weizen, Roggen), Hafer, Gerste, Reis und Leguminosen wie Sojabohnen und andere Bohnenarten anzutreffen. Allerdings muss bei hohen Feuchtegehalten und entsprechenden Temperaturen bei jeder gelagerten Samenart mit einer Aflatoxinbildung gerechnet werden.
Tierische Lebensmittel wie Milch, Milcherzeugnisse und Fleisch können die Aflatoxine der M-Gruppe (M1, M2) enthalten. Sie werden im Stoffwechsel der Tiere aus den mit dem Futter aufgenommenen Aflatoxinen der B- und G-Gruppe gebildet (1).
In der EU sind in der Kontaminanten-Höchstgehalt-Verordnung Grenzwerte für die diversen Aflatoxine festgesetzt (Tabelle 2). Deren Einhaltung wird sowohl von der Lebensmittelüberwachung als auch von Lebensmittelherstellern überprüft. Nicht selten sind Grenzwertüberschreitungen bei Importwaren aus Drittländern.

3.2. Ochratoxin A (OTA)
Ochratoxin A ist das Stoffwechselprodukt verschiedener Schimmelpilze der Gattungen Aspergillus und Penicillium. Es wirkt auf unterschiedliche Weise toxisch, wobei die Auslösung von Nierenkrebs als besonders bedenklich angesehen wird. Ebenso wie die Aflatoxine kann OTA in das umgebende Nährsubstrat diffundieren, so dass eine großflächige Entfernung verschimmelter Stellen stattfinden sollte.
OTA befindet sich in einer Vielzahl pflanzlicher und tierischer Lebensmittel. Dazu gehören in erster Linie Getreidearten und die daraus hergestellten Produkte wie Backwaren, Teigwaren und Frühstücks- Cerealien. Weitere, häufig kontaminierte Lebensmittel sind Kaffee, Kakao und Wein. In einer europäischen Studie konnten in bis zu 76% der untersuchten Blutproben OTA nachgewiesen werden. Wie aus Abbildung 3 hervorgeht, stellen getreidehaltige Lebensmittel wegen ihrer hohen täglichen Verzehrsmenge die Hauptaufnahmequelle dar. Sie tragen zu mehr als 50% zur OTA- Aufnahme bei, gefolgt von Kaffee (16%), Bier (11%) und anderen Lebensmitteln (2).
Unter den Brotgetreidearten weist insbesondere der Roggen je nach den Witterungsverhältnissen in den diversen Anbaugebieten eine höhere OTA-Belastung auf. Das Wachstum der entsprechenden Schimmelpilze und die damit einhergehende OTA- Bildung findet bereits auf dem Feld kurz vor der Ernte des abreifenden Getreides statt und kann sich während der nachfolgenden Lagerung fortsetzen. Herrschen zu diesem Zeitpunkt feucht-warme Witterungsbedingungen vor, muss mit höheren OTA- Belastungen gerechnet werden. Aufgrund der Hitzestabilität dieses Mykotoxins wird es auch in Backwaren gefunden, da es durch den Backprozess nur unwesentlich abgebaut wird (1,4).
Während bis vor kurzem in den verschiedenen Ländern der EU unterschiedliche Grenzwertregelungen für OTA existierten, gibt es seit April 2002 harmonisierte Höchstwerte für verschiedene Lebensmittel. Für Getreide einschließlich Buchweizen und alle Getreideerzeugnisse ist ein Höchstwert von 3 µg/kg festgesetzt, für getrocknete Weintrauben (Korinthen, Rosinen, Sultaninen) liegt der Höchstgehalt bei 10 µg/kg (5).

3.3. Fusarien- Toxine
Der starke Fusarien-Befall des Weizens im Jahr 1998 und die Belastung des Erntegutes mit diversen Fusarien-Toxinen hat die Mykotoxin-Problematik verstärkt in das Bewusstsein aller Beteiligten in der Kette der Getreideverarbeitung gebracht. Fusarien können alle Getreidearten in nahezu allen Entwicklungsstadien befallen. Insbesondere feucht- warme Witterung während des Anbaus und die Lagerung von Getreide mit zu hohen Wassergehalten begünstigen die Mykotoxinbildung. Der Anbau resistenter Sorten und verbesserte Maßnahmen im Pflanzenanbau sind der Schlüssel zur Vorbeugung vor Schäden durch Fusarien-Arten (3). Von den mehr als 100 bekannten Fusarien-Toxinen spielen Deoxynivalenol, Zearalenon und Fumonisine derzeit die bedeutendste Rolle.

3.3.1. Deoxynivalenol (DON)
DON wurde 1972 erstmalig in Japan aus verschimmelter Gerste isoliert. Dieses Toxin wird von verschiedenen Fusarienarten (F. graminearum, F. culmorum) gebildet. DON beeinträchtigt die Immunabwehr und die embryonale Entwicklung (4). Von allen Getreidearten ist der Weizen sowohl von der Häufigkeit der Kontamination als auch von der Toxinmenge der Haupteintragsweg von DON in die Nahrungskette. In anderen Getreidearten wie Gerste, Roggen oder Hafer kommt dieses Mykotoxin eher selten vor. Da Weizen zu den Grundlebensmitteln gehört und DON aufgrund seiner Hitzestabilität beim Backen nur bedingt abgebaut wird, sind die Voraussetzungen für gesetzliche Grenzwerte vorhanden, da die allgemeine Toxizität des Mykotoxins als kritisch eingestuft wird (2). Die Etablierung eines Grenzwertes wird derzeit in den zuständigen Gremien der EU erörtert.

3.3.2. Zearalenon (ZEA)
Zearalenon wird durch die gleichen Fusarien gebildet, die auch für die Produktion von DON verantwortlich sind. Aus der Ferkelaufzucht ist die toxikologische Wirkung von ZEA bekannt. Es hat eine hormonähnliche Wirkung und verursacht bei höheren Aufnahmemengen Veränderungen an Eierstöcken (4). Wie aus dem Namen des Toxins hervorgeht, findet man ZEA insbesondere bei Mais und daraus hergestellten Erzeugnissen.

3.3.3. Fumonisine
Fumonisine werden von dem Fusarien- Stamm F. moniliforme gebildet. Sie sind als krebserregend eingestuft, da sie bei höheren Konzentrationen Speiseröhren- und Lungenkrebs auslösen können. Sie kommen als natürliche Kontaminanten vor allem bei Mais und Maiserzeugnissen wie Maismehl, Maisgrieß und Polenta vor. Derzeit werden Studien durchgeführt, um den Kenntnisstand hierzu zu vertiefen und zu prüfen, inwieweit noch andere Lebensmittel betroffen sind (2).

3.4. Ergot- Alkaloide
Die toxischen Alkaloide befinden sich im Mutterkorn (Secale cornutum), dem verfestigten Pilzgeflecht des Schlauchpilzes Claviceps purpurea. Ihre Einnahme bewirkt bei höherer Dosierung Störungen im Muskel- und Nervensystem. Mutterkörner wurden früher zur Einleitung der Geburt verwendet. Auf diese Weise kam der Pilz zu seinem bis heute gebräuchlichen Namen. Die Ergot-Alkaloide des Mutterkorns sind pharmakologisch hochwirksam; sie werden auch derzeit noch in geringen Dosierungen als Arzneimittel zur Stillung von Gebärmutterblutungen nach der Geburt eingesetzt (6,7).
Der Pilz infiziert bevorzugt Gräser und damit auch Getreide. Bei Befall bildet sich an der Ähre anstelle des Getreidekorns ein Pilzgeflecht von dunkler bis schwarz- blauer Färbung, welches bis zu 1 % an verschiedenen Ergot-Alkaloiden enthält (Abbildung 1). Unter den Getreidearten ist Roggen am häufigsten kontaminiert, wobei der Befall sehr von den jeweils vorherrschenden Witterungsbedingungen beim Anbau und der Ernte abhängt. Bei ungünstigen klimatischen Verhältnissen kann der Mutterkornbesatz mehrere Prozent des Getreides betragen. Ein derartiger Befall stellt an die Getreidereinigung in den Mühlen hohe Anforderungen. Heute können die Mutterkörner mit verschiedenen müllereitechnischen Maßnahmen weitgehend vom Getreide abgetrennt werden. Nach den Interventionsrichtlinien sind 0,05% Mutterkornanteil im Getreide tolerabel; sie gelten im Lebensmittel für unbedenklich. Eine EU-einheitliche gesetzliche Regelung fehlt allerdings bis heute. Bei mehr als 1% Mutterkorn im Brot treten Vergiftungserscheinungen wie Erbrechen und Durchfall auf, bei mehr als 7% schwere Vergiftungen, die sich in Form von Muskelkrämpfen oder Gehirnstörungen (Psychosen, Demenz) bemerkbar machen. Deshalb wird immer wieder vor dem Verzehr von ungereinigtem und frisch vermahlenem Getreide und daraus hergestellter Backwaren gewarnt, da chronische oder akute Vergiftungen nicht auszuschließen sind. Unabhängig vom Mutterkorngehalt des Getreides gelangen 70-80% der Mutterkorn- Alkaloide in die Mehle. Bei der Teigbereitung und dem Verbacken verringert sich der Alkaloidgehalt auf ungefähr die Hälfte (4).

3.5. Patulin
Patulin wird hauptsächlich von verschiedenen Penicillium-Stämmen gebildet. Der regelmäßige Verzehr patulin-haltiger Lebensmittel wird als bedenklich eingestuft, da dieses Mykotoxin Zell- und Blutfunktionen nachteilig beeinflussen kann (7). Patulin findet sich häufig in Obst und Gemüse. Äpfel und daraus hergestellte Erzeugnisse weisen immer dann erhöhte Patulingehalte auf, wenn Fallobst oder angefaultes Obst mitverwendet werden. Auch Birnen, Pfirsiche und Tomaten können dieses Mykotoxin enthalten. Es ist hitzestabil und wird daher durch thermische Verfahren wie Blanchieren, Pasteurisieren oder Backen nicht abgebaut. Derzeit wird über gesetzliche Grenzwerte diskutiert.

4. Literatur
(1) Weidenbörner, M.: Lebensmittel- Mykologie, Behr’s Verlag, Hamburg, 1999
(2) Otteneder, H.; P. Majerus: Mykotoxine, Lebensmittelkontaminanten Nr. 1 Versuch einer Standortbestimmung. Deutsche Lebensmittel-Rundschau, 97 (2001) 9, S.334ff .
(3) Miedauer, T.; C. Reinbrecht; M. Schollenberger; U. Lauber: Vorbeugende Maßnahmen gegen Befall mit Ährenfusariosen und Mykotoxinbelastung des Getreides. Mühle und Mischfutter, 137 (2000) 15, 485-489.
(4) Wolff, J.: Zum Vorkommen von Mykotoxinen in Getreide. Getreide, Mehl und Brot 49 (1995) 3, S.139ff
(5) Verordnung (EG) Nr. 466/2001 der Kommission vom 8. März 2001 zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln (Amtsblatt der EG Nr. L 77 S.1) und Verordnung (EG) Nr. 472/2002 der Kommission vom 12. März 2002 zur Änderung der Verordnung (EG) Nr. 466/2001 zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln (Amtsblatt der EG Nr. L 75 S.18)
(6) Lindner, E.: Toxikologie der Nahrungsmittel, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1986.
(7) Marquardt, H.; S.G. Schäfer (Hrsg.): Lehrbuch der Toxikologie, Wissenschaftsverlag Mannheim, 1994.
(8) Auswertungs- und Informationsdienst für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten e.V. (aid).: Mutterkorn vermeiden. Bonn, 1998.

Artikel als pdf-Datei

Zurück