Handbuch der Lebensmitteltoxikologie. Belastungen, Wirkungen, Lebensmittelsicherheit, Hygiene

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1 Handbuch der Lebensmitteltoxikologie Belastungen, Wirkungen, Lebensmittelsicherheit, Hygiene Band 4 Herausgegeben von Hartmut Dunkelberg, Thomas Gebe! und Andrea Hartwig 8ICENTE NNIAL ICENTENNIAL WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

2 Band 4 38 Farbstoffe 1701 Gisbert Otterstätter 38.1 Einleitung Historische Entwicklung Zulassungsverfahren von Farbstoffen Die Färbung von Lebensmitteln heute! Färbende Lebensmittel Naturfarbstoffe Künstliche (synthetische) Lebensmittelfarbstoffe 170S Wasserlösliche Farbstoffe Farblacke Pigmente Trägerstoffe und Lösungsmittel 1709

3 X Inhalt Aktuelle lebensmittelrechtliche Bestimmungen in der Europäischen Union (EU) Datenübersicht zu einzelnen Lebensmittelfarbstoffen Literatur Süßstoffe 1743 Ulrich Schmelz 39.1 Einleitung Das strukturelle Korrelat der Geschmacksqualität süß" Historische Entwicklung Begriffsbestimmung, Rechtslage und Substanzen Süßstoffe - Zuckeraustauschstoffe - Zuckerarten Rechtslage Darstellung der Einzelsubstanzen Acesulfam-K (E 950) Aspartam (E 951) Cyclamat (E 952) Toxikodynamik Cyclamat Toxikodynamik Cyclohexylamin Saccharin (E 954) Sucralose (E 955) Thaumatin (E 957) Neohesperidin-Dihydrochalkon (E 959) Aspartam-Acesulfam-Salz (E 962) Synergistische Wirkungen Synergismus Geschmacksverstärkende Wirkungen Gesundheitliche Bewertung Akzidentelle Vergiftungen und missbräuchliche Verwendung Gesundheitliche Bewertung und Anwendungsbedingungen - Kritische Stellungnahme Grenzwerte, Richtwerte, Empfehlungen Zusammenfassung Literatur 1807 Natürliche LebensmittelinhaltsstofFe mit toxikologischer Relevanz 40 Ethanol 1817 Michael Müller 40.1 Allgemeine Substanzbeschreibung Vorkommen Verbreitung und Nachweis Kinetik und innere Exposition Wirkungen Wirkungen auf den Menschen Wirkungen auf Versuchstiere 1835

4 Wirkungen auf andere biologische Systeme Zusammenfassung der wichtigsten Wirkungsmechanismen Gesundheitliche Bewertung Grenzwerte, Richtwerte, gesetzliche Regelungen, Empfehlungen Vorsorgemaßnahmen Zusammenfassung Literatur Biogene Amine 1847 Michael Arand, Magdalena Adamska, Frederic Frere und Annette Cronin 41.1 Allgemeine Substanzbeschreibung Aromatische biogene Amine Polyamine Vorkommen hinsichtlich Lebensmittelgruppen Verbreitung in Lebensmitteln Kinetik und innere Exposition Wirkungen Mensch Wirkungen auf Versuchstiere Wirkungen auf andere biologische Systeme Zusammenfassung der wichtigsten Wirkungsmechanismen Bewertung des Gefährdungspotenzials Grenzwerte, Richtwerte, Empfehlungen, gesetzliche Regelungen Vorsorgemaßnahmen (individuell, Expositionsvermeidung) Zusammenfassung Literatur Toxische Pflanzeninhaltsstoffe (Alkaloide, Lektine, Oxalsäure, Proteaseinhibitoren, cyanogene Glykoside) 1863 Michael Murkovic 42.1 Einleitung Alkaloide Isolierung und Nachweis Toxische und pharmakologische Effekte in den Organen Wirkungen auf das zentrale Nervensystem und neuromuskuläre Verbindungen Hemmung der Verdauung Veränderung der Funktion von Leber und Niere Beeinträchtigung der Reproduktion Molekulare Targets der Alkaloide Biomembranen, Membrantransport und neuronale Signalübertragung Glykoalkaloide der Kartoffel 1871 Inhalt XI

5 XII Inhalt Toxizität der Glykoalkaloide Wirkmechanismus der Glykoalkaloide im Menschen Metabolismus der Glykoalkaloide Chronische Toxizität von Glykoalkaloiden Schlussfolgerungen Lektine Toxizität und biologische Effekte von Lektinen in Lebensmitteln Wirkungen von Lektinen in der Ernährung Lektine in Lebensmittel- und Futterpflanzen Analytik der Lektine Oxalsäure Vorkommen von Oxalsäure in Pflanzen Analytik der Oxalsäure Auswirkungen der Verarbeitung Absorption und Metabolismus in Säugetieren Toxische Effekte Wirkung auf die Bioverfügbarkeit von Mineralstoffen Akute und chronische negative Wirkungen von Oxalsäure Empfehlungen Proteaseinhibitoren Inhibitoren der Proteasen der Verdauung aus Lebensund Futtermitteln Struktur und Wirkung der Proteaseinhibitoren Aktivitätsbestimmung Verteilung innerhalb der Pflanzen Gehalte in den Hülsenfrüchten Auswirkung der Verarbeitung auf die TIA Physiologische Effekte Proteolytische Aktivität und Wachstum Toxikologische Wirkung Cyanogene Verbindungen Cyanogene Verbindungen in Maniok (Cassava) Verarbeitung von Maniok und Entfernen der cyanogenen Verbindungen Cyanidexposition durch den Verzehr von Maniokprodukten Absorption und Metabolismus von Cyanid Toxizität von Cyanid Neurologische Erkrankungen als Folge einer Cyanidexposition durch Maniok Endemische ataktische Polyneuropathie Konzo Sehschwäche Sicherheit von Maniokprodukten Literatur 1905

6 Inhalt XIII 43 Kanzerogene und genotoxische Pflanzeninhaltsstoffe 1915 Veronika A. Ehrlich, Armen Nersesyan, Christine Hölzl, Franziska Ferk, Julia Bichler und Siegfried Knasmüller 43.1 Allgemeine Substanzbeschreibung Vorkommen (und Verwendung) hinsichtlich Lebensmittel und -gruppen Verbreitung in Lebensmitteln Kinetik und innere Exposition Phenolische Verbindungen Glucoside Alkylbenzene Pilzgifte Diverse weitere Verbindungen Wirkungen Mensch Wirkungen auf Versuchstiere Akute und (sub)chronische Toxizität Mutagenität in vivo Phenolische Verbindungen Glucoside Alkylbenzene Pilzgifte Diverse weitere Verbindungen Kanzerogenität Phenolische Verbindungen Glucoside Alkylbenzene Pilzgifte Diverse weitere Verbindungen Wirkungen auf andere biologische Systeme Ergebnisse von Mutagenitätstests in vitro Phenolische Verbindungen Glucoside Alkylbenzene Pilzgifte Diverse weitere Verbindungen Bewertung des Gefährdungspotenzials, Grenzwerte, Richtlinien, Empfehlungen, gesetzliche Regelungen Phenolische Verbindungen Glucoside Alkylbenzene Pilzgifte Diverse weitere Verbindungen 1950

7 XIV Inhalt 43.7 Vorsorgemaßnahmen Zusammenfassung Literatur Naturstoffe mit hormonartiger Wirkung 1965 Manfred Metzler 44.1 Allgemeine Substanzbeschreibung Vorkommen Lignane Cumestane Prenylierte Flavanone und Chalkone Zearalenon Verbreitung und Nachweis Lignane Cumestane Prenylierte Flavanone und Chalkone Zearalenon Kinetik und innere Exposition Lignane Cumestane Prenylierte Flavanone und Chalkone Zearalenon Wirkungen Wirkungen auf den Menschen Lignane Cumestane Prenylierte Flavanone und Chalkone Zearalenon Wirkungen auf Versuchstiere Lignane Cumestane Prenylierte Flavanone und Chalkone Zearalenon Wirkungen auf andere biologische Systeme Lignane Cumestane Prenylierte Flavanone und Chalkone Zearalenon Bewertung des Gefährdungspotenzials Lignane Cumestane Prenylierte Flavanone und Chalkone Zearalenon Grenzwerte, Richtwerte, Empfehlungen Vorsorgemaßnahmen 1983

8 Inhalt XV 44.9 Zusammenfassung Literatur 1984 Vitamine und Spurenelemente - Bedarf, Mangel, Hypervitaminosen und Nahrungsergänzung 45 Vitamin A und Carotinoide 1991 Heinz Nau und Wilhelm Stahl 45.1 Einleitung Vorkommen von Vitamin A und Carotinoiden in Lebensmitteln Analytik und Gehalte von Vitamin A und Carotinoiden in Lebensmitteln Aufnahme, Verteilung, Metabolismus und Elimination von Carotinoiden und Vitamin A Wirkungen Bewertung des Gefährdungspotenzials Grenzwerte, Richtwerte, Empfehlungen, gesetzliche Regelungen Vorsorgemaßnahmen Zusammenfassung Literatur Vitamin D 2017 Hans Konrad Biesalski 46.1 Allgemeine Substanzbeschreibung Vorkommen Verbreitung in Lebensmitteln und Versorgung Kinetik und innere Exposition Wirkungen Bewertung des Gefährdungspotenzials bzgl. Unterund Überversorgung, auch unter Einbeziehung der Verwendung von Nahrungsergänzüngsmitteln Grenzwerte, Richtwerte, Empfehlungen, gesetzliche Regelungen NOAEL LOAEL Vitamin D-Intoxikation durch Muttermilch Vorsorgemaßnahmen Zusammenfassung Literatur 2025

9 XVI Inhalt 47 Vitamin E 2027 Regina Brigelius-Flohe 47.1 Allgemeine Substanzbeschreibung Vorkommen Verbreitung Kinetik und innere Exposition Aufnahme Verteilung Metabolismus Elimination Wirkungen Wirkungen beim Menschen Wirkungen bei Tieren Wirkungen auf andere biologische Systeme Zusammenfassung der wichtigsten Wirkungsmechanismen Bewertung des Gefährdungspotenzials Grenzwerte, Richtwerte, Empfehlungen, gesetzliche Regelungen Vorsorgemaßnahmen Zusammenfassung Literatur Vitamin K 2059 Donatus Nohr 48.1 Allgemeine Substanzbeschreibung Vorkommen Verbreitung und Nachweis Kinetik und innere Exposition Wirkungen Wirkungen auf den Menschen Wirkungen auf andere biologische Systeme Bewertung des Gefährdungspotenzials Grenzwerte, Richtwerte, Empfehlungen Vorsorgemaßnahmen Zusammenfassung Literatur Vitamin B Maike Wolters und Andreas Hahn 49.1 Allgemeine Substanzbeschreibung Vorkommen und Verbreitung in Lebensmitteln Kinetik und innere Exposition Aufnahme Verteilung und Metabolismus Elimination 2079

10 49.4 Wirkungen Mensch Essenzielle Wirkungen Mangelerscheinungen Subklinischer Mangel Diagnostik eines Vitamin-B 12-Mangels Akut bis chronisch toxische Wirkungen Wirkungen auf Versuchstiere Zusammenfassung der wichtigsten Wirkungsmechanismen Bewertung des Gefährdungspotenzials bzgl. Unterund Überversorgung auch unter Einbeziehung der Verwendung von Nahrungsergänzüngsmitteln Unterversorgung Überversorgung Grenzwerte, Richtwerte, Empfehlungen, gesetzliche Regelungen Bedarf und Empfehlungen Grenzwerte und gesetzliche Regelungen Vorsorgemaßnahmen Zusammenfassung Literatur Ascorbat 2103 Regine Heller 50.1 Allgemeine Substanzbeschreibung Physikochemische Eigenschaften Redoxeigenschaften Geschichte Vorkommen und Verwendung hinsichtlich Lebensmittel und -gruppen Verbreitung in Lebensmitteln und analytischer Nachweis Kinetik und innere Exposition Resorption und biologische Verfügbarkeit Renale Reabsorption Ascorbat-Plasmaspiegel Gewebeverteilung Katabolismus Transportmechanismen Aktiver Transport von Ascorbat Ascorbat-Efflux Erleichterte Diffusion von Dehydroascorbinsäure Wirkungen Biochemische Funktionen Vitamin C als Elektronendonor für enzymatische Reaktionen Vitamin C und Eisenresorption 2114 Inhalt XVII

11 XVIII Inhalt Vitamin C als Antioxidans Vitamin C und das Antioxidans-Netzwerk Vitamin C und Nitrosaminbildung Vitamin C und Tetrahydrobiopterin Antioxidativer Schutz von Makromolekülen Vitamin C als Prooxidans Vitamin C und Genexpression Vitamin C und Erkrankungen Vitamin C und Immunfunktion Vitamin C und Osteoporose Vitamin C und Katarakt Vitamin C und Krebserkrankungen Vitamin C und kardiovaskuläre Erkrankungen Vitamin-C-Mangel Bewertung des Gefährdungspotenzials Grenzwerte, Richtlinien, Empfehlungen, Vorsorgemaßnahmen Zusammenfassung Literatur Folsäure 2135 Andreas Hahn und Maike Wolters 51.1 Allgemeine Substanzbeschreibung Vorkommen und Verbreitung in Lebensmitteln Kinetik und innere Exposition Aufnahme Verteilung und Metabolismus Elimination Wirkungen Mensch Essenzielle Wirkungen Mangelerscheinungen Subklinischer Mangel Diagnostik eines Folsäuremangels Akut bis chronisch toxische Wirkungen Wirkungen auf Versuchstiere Zusammenfassung der wichtigsten Wirkungsmechanismen Bewertung des Gefährdungspotenzials bzgl. Unterund Überversorgung auch unter Einbeziehung der Verwendung von Nahrungsergänzüngsmitteln Unterversorgung Überversorgung Grenzwerte, Richtwerte, Empfehlungen, gesetzliche Regelungen Bedarf und Empfehlungen 2150

12 Inhalt XIX Grenzwerte und gesetzliche Regelungen Vorsorgemaßnahmen Zusammenfassung Literatur Kupfer 2163 Björn Zietz 52.1 Allgemeine Substanzbeschreibung Physikalisch-chemische Eigenschaften Historisches Vorkommen und Verwendung Kupferabbau und technische Verwendung Vorkommen in der Umwelt - Luft und Wasser Vorkommen in der Umwelt - Boden Kupfergehalte in Lebensmitteln Kinetik und innere Exposition Aufnahme von Kupfer Verteilung und Speicherung von Kupfer Metabolismus und Elimination Biologische Funktionen von Kupfer Wirkungen Wirkungen auf den Menschen Toxizität, Kanzerogenität und Teratogenität Folgen von Kupfermangel Wichtige kupferassoziierte Erkrankungen Wirkungen auf Versuchstiere Wirkungen auf andere biologische Systeme Wirkung auf Pflanzen Wirkung auf aquatische Lebewesen Reproduktionstoxizität und Teratogenität Mutagenität und Kanzerogenität Gesundheitliche Bewertung Grenzwerte, Richtwerte, Empfehlungen, gesetzliche Regelungen Vorsorgemaßnahmen Zusammenfassung Literatur Magnesium 2203 Hans-Georg Claßen und Ulf G. Clafien 53.1 Allgemeine Substanzbeschreibung Vorkommen (und Verwendung) hinsichtlich Lebensmittel und -gruppen Verbreitung in Lebensmitteln Kinetik und innere Exposition 2205

13 XX Inhalt 53.5 Wirkungen Mensch Magnesiumstäube Magnesiumsalze Magnesium als essenzieller Lebensmittelinhaltsstoff Reproduktionstoxizität, Teratogenität, Mutagenität, Kanzerogenese und Epidemiologie Wirkung auf Versuchstiere Wirkung auf andere biologische Systeme Zusammenfassung der wichtigsten Wirkungsmechanismen Bewertung des Gefahrdungspotenzials bzw. gesundheitliche Bewertung Grenz- und Richtwerte, Empfehlungen, gesetzliche Regelungen Vorsorgemaßnahmen Zusammenfassung Literatur Calcium 2217 Manfred Anke und Mathias Seifert 54.1 Allgemeine Substanzbeschreibung Vorkommen und Verwendung in Futter und Lebensmitteln Calcium in der Flora Der Einfluss der geologischen Herkunft des Standortes Der Einfluss des Pflanzenalters Der Einfluss der Pflanzenart Der Einfluss des Pflanzenteils Der Calciumgehalt mehrjähriger Pflanzenarten im Winter Verbreitung des Calciums in Lebensmitteln Analytik des Calciums in biologischem Material Der Calciumgehalt der Lebensmittel und Getränke Pflanzliche Lebensmittel Tierische Lebensmittel Getränke Die Calciumaufnahme über pflanzliche und tierische Lebensmittel Kinetik und innere Exposition, Aufnahme, Verteilung, Metabolismus und Elimination Verteilung des Calciums im Körper Invertebraten Wirbeltiere Mensch Absorption, Exkretion und Bilanz des Calciums Stoffwechsel des Calciums bei Tier und Mensch Homeostase des Calciums 2239

14 Interaktionen des Calciums Wirkungen Essentialität des Calciums Flora Fauna Funktionen des Calciums Der Calciumbedarf der Haustierarten und die Interaktion des Calciums mit verschiedenen Nahrungsbestandteilen Calciummangel bei monogastrischen Haustierarten Calciummangel beim Wiederkäuer Mensch Toxizität des Calciums Flora Fauna Mensch Zusammenfassung der wichtigsten Wirkmechanismen Bewertung des Gefährdungspotenzials bzgl. Unterund Überversorgung Grenzwerte, Richtwerte, Empfehlungen, gesetzliche Regelungen Vorsorgemaßnahmen Zusammenfassung Literatur 2255 Manfred Anke und Mathias Seifert