Mutterkornalkaloide in Roggenmehlen und Roggenbroten
Dr. Renate Schnaufer, CVUA Stuttgart; Dr. Andreas Baitinger, Gewerbliche Schule im Hoppenlau, Stuttgart; Dr. Gregor Vollmer, CVUA Sigmaringen
Als "Mutterkorn" (Secale cornutum) werden die Sklerotien eines parasitären Pilzes (Claviceps purpurea) bezeichnet, der auf verschiedenen Gräsern und anderen Wirtspflanzen als Schmarotzer wachsen kann. Roggen ist unter den Getreidesorten am häufigsten betroffen. Der Pilz überwuchert den Fruchtknoten und zehrt ihn schließlich auf. Anstatt eines gesunden Kornes bilden sich dann die länglichen, dunkelvioletten bis schwarzen und halbmondförmig gebogenen Sklerotien (Überdauerungsform des Pilzes). Gefürchtet ist Mutterkorn wegen seiner für den menschlichen Organismus giftigen Stoffe, der sogenannten Mutterkorn-Alkaloiden, von denen heute über 30 bekannt sind (u.a. Derivate der Lysergsäure, z.B. Ergometrin, Ergotamin). 2013 wurden am CVUA Stuttgart 28 Proben Roggenmehle bzw. Roggenmehl enthaltende Mehlmischungen sowie 15 Roggenbrote bzw. Roggenmischbrote auf ihren Gesamtalkaloidgehalt untersucht. Die Gehalte sämtlicher untersuchter Mehle lagen unterhalb des Richtwertes von 1000 µg/kg Gesamtmutterkornalkaloide. In 1 Roggenbrot und 2 Roggenmischbroten war die Akute Referenzdosis von 64 µg/kg für Kinder von 2 – 5 Jahren überschritten. Parallel dazu wurden am CVUA in Sigmaringen 2013 bisher 10 Brotproben untersucht. In zwei der Proben wurden Mutterkornalkaloidgehalte über 100 µg/kg gemessen, die Akute Referenzdosis war somit deutlich überschritten. Die Gehalte der übrigen Brotproben lagen unterhalb von 60 µg/kg, in drei Proben konnte keine Mutterkornalkaloidbelastung nachgewiesen werden. Zusätzlich wurden 33 Roggen- bzw. Dinkelmehle untersucht, wobei bei zwei Proben Gehalte über 1000 µg/kg festgestellt wurden. Die Untersuchungen werden fortgeführt.
Hintergrund und toxikologische Bewertung
Roggen-Anbau
Die mit Abstand größten Roggenproduzenten sind mit 2,9 Mio bis 2,5 Mio to in absteigender Reihenfolge Russland, Polen und Deutschland[1]. Im Gegensatz zum ertragsstarken Weizen ist Roggen besser an trockene und kühle Klimate angepasst und deshalb das Getreide der Regionen mit verbreiteten Sandböden.
Roggen ist ein sog. Fremdbefruchter, d.h. die Übertragung von Pollen einer Blüte erfolgt auf die Narbe einer Blüte einer anderen Roggenpflanze. Durch Züchtungsmaßnahmen wurden Roggensorten mit einer hohen Pollenausschüttung geschaffen. Damit kommt es zu einer schnelleren Bestäubung der Blüte, die sich damit früher schließt und so weniger anfällig für eine Infektion durch Mutterkorn wird[2]. Seit 2008 wurde bundesweit ein Rückgang der Mutterkornbelastung in Roggen festgestellt, der wesentlich auf diese Maßnahme zurückgeführt wird (Dr. Münzing, MRI Max-Rubner-Institut, persönl. Mitteilung).
Toxizität der Mutterkornalkaloide
Die im Mutterkorn enthaltenen Alkaloide wirken bereits in niedriger Konzentration toxisch. So werden nach Literaturangaben Getreide und Mehl, die mit 1% Mutterkorn kontaminiert sind, als toxisch und solche, die 7% Mutterkorn enthalten, als lebensgefährlich beschrieben[3]. Als Symptome akuter Vergiftungen werden Durstgefühl, Leibschmerzen, Übelkeit, Kopfschmerzen, Parästhesien, Krämpfe und Tod durch zentrale Atemlähmung oder Kreislaufversagen genannt. Die chronische Toxizität bedingt brennende Schmerzen, Gefäßspasmen, Nekrosen und Kopfschmerzen, Übelkeit, Krampfanfälle sowie schmerzhafte Muskelkontraktionen und Psychosen. Bei Müttern, die nach der Entbindung mit Mutterkornextrakten therapiert wurden, zeigten 90% der gestillten Säuglinge Anzeichen einer chronischen Vergiftung (Ergotismus). Aufgrund ihres Wirkmechanismus bergen erhöhte Gehalte an Mutterkornalkaloiden somit insbesondere für Schwangere, ungeborene und gestillte Kinder ein erhebliches Gesundheitsrisiko. Da Grenzwerte bislang fehlen, wird als Mindestqualitätskriterium für Roggen im Rahmen der "Guten Landwirtschaftlichen Praxis" gefordert, dass der Gehalt an Mutterkorn maximal 0,05 % beträgt Der Gesamtalkaloidgehalt im Mutterkorn selbst variiert, abhängig von der Herkunft, zwischen 0,01 und 0,5 %. In unseren Breiten wird der mittlere Gesamtalkaloidgehalt (zentraleuropäisches Mutterkorn) mit 0,2 % angesetzt[4]. Somit ergibt sich bei einem Besatz mit 0,05 % Mutterkornsklerotien ein tolerierbarer Gesamtalkaloidgehalt von 1000 µg/kg im Getreide. In der aktuellen Stellungnahme der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (European Food Safety Authority, EFSA) von 2012 wurde der mittlere Mutterkornalkaloidgehalt für Europa mit 0,08% neu berechnet[5].
Möglichkeiten zur Reinigung des Roggens
Technologische Maßnahmen zur Getreidereinigung nutzen z.B. Unterschiede im spezifischen Gewicht von Getreidekorn und Verunreinigungen (Tischausleser, Leichtkornausleser), oder in Form und Länge (Trieure) und Größe (Siebe). Heute sind Farbausleser eine sehr gute Möglichkeit zur Entfernung von Mutterkörnern. Es ist immer eine Kombination mehrerer Maßnahmen nötig. Durch den Reinigungsvorgang der "Prallung" werden Mutterkornstäube aus dem Korn"bärtchen" und der Getreidekornfurche entfernt, die dann allerdings ins das Feinmahlgut gelangen. Mutterkornstäube tragen hier zu einer Kontamination mit Alkaloiden bei. Der Transport des geernteten Roggens und ggf. auch häufigeres Umladen im Handel verursacht ein Brechen der Mutterkornsklerotien. Die entstehenden Fragmente sind schwieriger durch o.g. Reinigungstechniken zu entfernen.
Bewertung von Lebensmitteln, die aus Roggen hergestellt werden
Nach neueren Stellungnahmen von EFSA[5] und BfR zu Ergotalkaloiden (EA) in Lebensmitteln[6,7] wird bei einem EA-Gehalt in Roggenbrot für die Gruppe der 2 - <5jährigen Kinder, die im Hinblick auf Brot und Brötchen mit einem Roggenanteil Hochverzehrer darstellen, die ARfD (s. Info-Kasten) mit einem Gehalt von 64 µg/kg Brot zu 100% ausgeschöpft. Ein Brot mit einem Alkaloidgehalt über 64 µg/kg Frischgewicht ist damit als nicht sicher i.S. von Art. 14 Abs. 1 i.V. mit Abs. 2b und Abs. 5 der VO (EG) Nr. 178/2002 und für den Verzehr durch den Menschen als ungeeignet zu beurteilen und darf gemäß Art. 14 Abs. 1 der VO (EG) 178/2002 nicht in den Verkehr gebracht werden.
Ermittlung von Risikobewertungen
Risikobewertungen, wie die der EFSA oder des BfR gründen sich im Wesentlichen auf toxikologische Daten und Verzehrsstudien. Der aktuellsten Nationalen Verzehrsstudie des Max-Rubner-Instituts von 2005/2006 liegen Daten von Erwachsenen zw. 14 und 80 Jahren zugrunde. Die VELS-Studie (Verzehrsstudie zur Ermittlung der Lebensmittelaufnahme von Säuglingen und Kleinkinder) von 2001/2002 gibt Auskunft über den Verzehr von Roggenerzeugnissen durch Kinder unter 6 Jahren. Demnach nehmen 2 - <5jährige Kurzzeitverzehrer im Mittel 6,87 g Roggenbroterzeugnisse pro kg Körpergewicht (KG) und 15,59 g/kg KG im 95. Perzentil zu sich. Diese Verzehrsdaten sind Grundlage für die o.g. Stellungnahme.
Akute Referenzdosis (Acute Reference Dose, ARfD)
Zur Bewertung von Pflanzenschutzmittelwirkstoffen, die eine hohe akute Toxizität aufweisen und schon bei einmaliger oder kurzzeitiger Aufnahme gesundheitsschädliche Wirkungen auslösen können, eignet sich der ADI-Wert (acceptable daily intake) nur eingeschränkt. Da er aus längerfristigen Studien abgeleitet wird, charakterisiert er eine akute Gefährdung durch Rückstände in der Nahrung möglicherweise unzureichend. Deshalb wurde neben dem ADI-Wert ein weiterer Expositionsgrenzwert eingeführt, die sogenannte akute Referenzdosis (acute reference dose, ARfD). Die Weltgesundheitsorganisation hat die ARfD als diejenige Substanzmenge definiert, die über die Nahrung innerhalb eines Tages oder mit einer Mahlzeit aufgenommen werden kann, ohne dass daraus ein erkennbares Gesundheitsrisiko für den Verbraucher resultiert. Anders als der ADI- wird der ARfD-Wert nicht für jedes Pflanzenschutzmittel festgelegt, sondern nur für solche Wirkstoffe, die in ausreichender Menge geeignet sind, die Gesundheit schon bei einmaliger Exposition zu schädigen.
Quellen:
BfR, Information Nr. 022/2009 vom 10. Juni 2009
Backeigenschaften des Roggens
Die Backeigenschaften des Roggenmehls sind grundsätzlich verschieden zu denen des Weizenmehls. Dies liegt hauptsächlich daran, dass im Roggenteig das Klebereinweiß (Gluten) durch die Anwesenheit von Schleimstoffen (Pentosanen) kein Klebergerüst zur Gashaltung aufbauen kann. Diese Schleimstoffe haben beim Roggen etwa die gleiche Funktion wie der Kleber beim Weizen. Sie sind wichtig für das Wasserbindungs- und Wasserhaltungsvermögen der Mehle während der Teigführung und des Backvorgangs[2]
Roggengebäcke zeichnen sich, im Gegensatz zu Weizengebäcken, durch einen dunkleren, festen und aromatischen Teig aus. Ein Roggenbrot besteht hauptsächlich aus verkleisterter Stärke; seine Krume ist dichter und enthält weniger Poren, daher ist es weniger gelockert als ein Weizenbrot. Oft werden aus Roggenmehl Mischbrote und Brote aus Vollkorn hergestellt. Um zu verkaufsfähigen Produkten zu kommen, müssen reine Roggenmehl-Teige auf jeden Fall gesäuert werden, was bedeutet, dass sie i.d.R. einer Sauerteigführung unterworfen werden.
Roggenmehl kann dabei zu reinen, d.h. zu 100% aus Roggen bestehenden Broten als auch zu Mischbroten mit z.B. wechselnden Anteilen Dinkel aber vor allem Weizen verarbeitet werden. Während des Herstellungs- und Backprozesses tritt eine Reduzierung des Alkaloidgehaltes von durchschnittlich 50% auf[6,7], jedoch wurden sehr hohe Schwankungsbreiten beobachtet.
Eigener Backversuch
Zusammen mit der Gewerblichen Schule Im Hoppenlau, Stuttgart, wurde ein eigener Backversuch durchgeführt, um die Reduzierung der Mutterkornalkaloide zu ermitteln. Dieser Backversuch führte zu folgendem Ergebnis (hier handelt es sich lediglich um eine einzelne und keine systematische Untersuchung):
|
Ergebnis Mutterkornalkaloide[µg/kg]*
|
|
|---|---|
| Roggenmehl(Type 1150) |
183
|
| Brot aus 100% Roggenmehl(hergestellt mit Säuerungsmittel) |
47
|
Im Gegensatz zu den veröffentlichten Ergebnissen (s.o.) wurden im eigenen Backversuch im Brot noch lediglich rund 25% des im eingesetzten Roggenmehl enthaltenen Mutterkornalkaloidgehaltes gefunden.
Ergebnisse
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse der Mutterkornalkaloid-Untersuchungen in den untersuchten Proben zusammenfassend dargestellt.
| Mutterkornalkaloide** |
Anzahl Proben
|
Anzahl Proben mit Gehalten > BG*
|
Mittelwert (der Proben mit Gehalten) [µg/kg]
|
Höchster ermittelter Gehalt [µg/kg]
|
|---|---|---|---|---|
| Reine Roggen- bzw. Dinkelmehle |
47
|
40 (85%)
|
260
|
1120
|
| Back/Mehlmischungen |
14
|
14 (100%)
|
126
|
460
|
| Reine Roggenbrote |
12
|
10 (83%)
|
30
|
129
|
| Roggenmischbrote |
13
|
11 (85%)
|
68
|
199
|
45 der 47 untersuchten Mehle lagen unter dem tolerierten Gehalt von 1000 µg/kg, 41 davon sogar unterhalb von 400 µg/kg. Fünf der untersuchten Brote wiesen Gehalte über der ARfD von 64 µg/kg für Kinder von 2 – <5 Jahren auf.
In Tabelle 2a sind die Alkaloidgehalte der untersuchten Mehlmischungen (Mischungen aus Roggenmehl mit anderen Getreidemehlen) im Kontext zu deren Roggengehalten im Detail dargestellt. Tabelle 2b zeigt die Alkaloidgehalte der untersuchten Roggenmischbrote, ebenfalls unter Berücksichtigung deren Roggenanteils.
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Roggenanteil [%] Mehl/-mischung
|
ermittelter Gehalt an Mutterkornalkaloiden, bezogen auf
|
||
|---|---|---|---|
|
Mehl/-mischung
|
Hochgerechnet auf 100% Roggenanteil
|
||
| Brotvormischung Brenztäler |
20
|
94
|
470
|
| Brotvormischung Kartoffelbrot |
23
|
151
|
657
|
| Brotvormischung Bauernlaib |
25
|
85
|
340
|
| Brotvormischung Brotmix |
30
|
21
|
70
|
| Mischmehl |
30
|
175
|
583
|
| Kaiserstühler Winzerbrot |
45
|
61
|
134
|
| Brotvormischung Landbrot |
50
|
112
|
224
|
| Landbrotmischung |
50
|
460
|
920
|
| Backmischung Altenburger |
55
|
165
|
300
|
| Backmischung Roggenbrot |
60
|
132
|
220
|
| Bäckerroggen 60 % Roggen |
60
|
199
|
332
|
| Alt Fränkischer Urtyp |
65
|
24
|
37
|
| Roggen-Dinkel-Malz-Brot |
65
|
51
|
78
|
| 91 % Roggenmehl |
91
|
31
|
34
|
Die Auswertung zeigt, dass alle Mehle unter dem bislang gehandelten Richtwert von 1000 µg/kg Gesamtmutterkornalkaloide liegen und auch bei Hochrechnung des Roggengehaltes bei Mehlmischungen auf 100% reines Roggenmehl dieser Wert nicht überschritten wird, wenngleich 1 Mehl nur knapp darunter liegen würde.
|
Roggenanteil [%]
|
ermittelter Gehalt an Mutterkornalkaloiden, bezogen auf das frische Brot [µg/kg]
|
||
|---|---|---|---|
| Brotvormischung Brenztäler |
15
|
21
|
|
| Brotvormischung Kartoffelbrot |
30
|
41
|
|
| Brotvormischung Bauernlaib |
30
|
n.n. *
|
|
| Brotvormischung Brotmix |
53
|
75
|
|
| Mischmehl |
60
|
82
|
|
| Kaiserstühler Winzerbrot |
60
|
102
|
|
| Brotvormischung Landbrot |
60
|
199
|
|
| Landbrotmischung |
65
|
50
|
|
| Backmischung Altenburger |
70
|
19
|
|
| Backmischung Roggenbrot |
70
|
64
|
|
| Bäckerroggen 60 % Roggen |
91
|
n.n. *
|
|
| Alt Fränkischer Urtyp |
95
|
40
|
|
| Roggen-Dinkel-Malz-Brot |
unbek.
|
60
|
|
Wie aus der Aufstellung ersichtlich ist, liegen einige der Mischbrote mit ihren Mutterkornalkaloidgehalten im Bereich oder über der oben erläuterten ARfD von 64 µg/kg Brot für Kinder im Alter von 2 – 5 Jahren. Die Untersuchungen werden fortgeführt.
Bildernachweis
Hr. Dr. G. Thielert, CVUA Sigmaringen
Literatur
[1] FAO, Faostat Statistik der FAO 2011
[2] Reiner, Ludwig, et al.: Winterroggen aktuell, DLG Verlag 1979
[3] Schoch, U.; Schlatter, Ch (1985) Gesundheitsrisiken durch Mutterkorn in Getreide. Mitt. Geb. Lebensm. Hyg. 76, 631-644
[4] Wolff, J.; Neudecker, C.; Klug, C.; Weber, R. (1988) Chemische und toxikologische Untersuchungen über Mutterkorn in Mehl und Brot; Ernähr.wissensch. 27, 1-22
[5] BfR, Stellungnahme vom 22.01.2004 "Mutterkornalkaloide in Roggenmehl"
[6] EFSA 2012: European Food Safety Authority (EFSA) Panel on Contaminants in the Food Chain (CONTAM), Scientific Opinion on Ergot alkaloids in food and feed; EFSA Journal 2012; 10(7): 2798. efsajournal/doc/2798.pdf
[7] BfR, Stellungnahme Nr. 024/2013 vom 07.11.2012, aktualisiert am 28.08.2013, zur "Einzelfall-Bewertung von Ergotalkaloid Gehalten in Roggenmehl und Roggenbroten".