Elektrochemischer Screening-Test für pflanzliche Lebensmittel und seine gesundheitliche Relevanz

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1 1 Elektrochemischer Screening-Test für pflanzliche Lebensmittel und seine gesundheitliche Relevanz (Electrochemical screening-test for vegetable food and health relevance) 1. Vorbemerkungen M. Hoffmann, Triesdorf Das wissenschaftliches Interesse an Fragen der Lebensmittelqualität entstand vor vielen Jahren, als der Autor als Verfahrenstechniker von einem Kartoffelzüchter auf eine Beobachtung aufmerksam gemacht wurde: sortenreine Kartoffelpartien mit einem einheitlichen Dünge-, Pflegeund Erntetermin, aber verschiedenen Standorten, entwickelten im Winterlager ganz unterschiedliche Verhaltensmuster bezüglich Keimruhe, Transpirationsverlusten und Infektionsanfälligkeit. Was war die Ursache für ein derartiges Phänomen, wenn doch die bislang bekannten qualitätsbestimmenden", vorwiegend chemoanalytisch definierten Merkmale weitgehendst einheitlich gehalten wurden und auch in den Kartoffelproben chemoanalytisch kaum Unterschiede zu erwarten waren. Es konnte sich also nur um die Beeinflussung physiologischer Vorgänge handeln. Aber wodurch wurden diese Phänomene ausgelöst, welche Bedingungen führten dazu? Hinzu kamen die von Ahrens gefundenen Beobachtungen im Nachernteverhalten der verschiedensten Kulturen in Abhängigkeit von der Art der Düngung (1). Nachdem auch hier die Chemoanalyse keine befriedigende Antwort auf diese Fragestellungen bringen konnte, wie zwischenzeitlich auch die Ergebnisse der langjährigen Schweizer DOK-Versuche belegen, wo die verschiedenen Anbauverfahren intensiv vergleichend geprüft wurden, verdichtet sich immer mehr der Verdacht, daß die Elektrochemie Problemlösungsansätze bieten könnte. Und tatsächlich stellten sich bald die ersten elektrochemischen Differenzierungen bei den Parametern ph-wert, Redoxpotential und elektrischer Widerstand ein. Nach über 9000 Messungen bei den verschiedensten Produkten und Versuchsanstellungen läßt sich heute feststellen, daß zumindest das Redoxpotential einen sehr zuverlässigen Indikator für die Streßbelastungen, die ein Produkt während seines Wachstums- und Herstellungsprozesses erfahren hat, darstellt. Dies geht soweit, daß sich z. B. der Trockenstreß, dem Weinstöcke künstlich ausgesetzt wurden, noch über einen Unterschied im Redoxpotential des Weins nachweisen läßt. 2. Sekundäre Pflanzenwirkstoffe Die Ursache für dieses Phänomen dürften die sogen. Sekundären Pflanzenwirkstoffe sein, die heute wissenschaftlich eine große Aktualität genießen. In der Pflanzenphysiologie wird heute neben den Primären Pflanzenstoffen, die für das Leben und die Zellvermehrung notwendig sind, wie Eiweiße, Kohlenhydrate und Fette und den Sekundären Pflanzenstoffen unterschieden. Letztere sind zwar keine Voraussetzung für das Überleben, sind aber von entscheidender Bedeutung für die Lebensqualität", für die Gesundheit, Langlebigkeit und Fortpflanzungsfähigkeit der Pflanze. Sie leiten sich vielfach von den Primären Pflanzenstoffen ab und können je nach Art, Gattung oder Pflanzenfamilie unterschiedlich sein. Noch vor 20 Jahren wurden die Sekundären Pflanzenstoffe als physiologisch und ökologisch nutzlose Stoffwechselprodukte, als Abfallprodukte der Pflanze angesehen, da sie weder am Ernergiestoffwechsel noch am Baustoffwechsel der Pflanze unmittelbar beteiligt sind. In neueren Untersuchungen jedoch konnte gezeigt werden, daß diese Stoffe sowohl wichtige Funktionen in den Pflanzen erfüllen, als auch Einfluß auf die Gesundheit und das Wohlbefinden von uns Menschen haben können. Die Entstehung der Sekundärstoffe in den Pflanzen muß im Zusammenhang mit chemischen Abwehrmechanismen gegenüber Tieren, Pilzen und Mikroorganismen gesehen werden" (2). Viele dieser Sekundären Pflanzenstoffe, wie die Phenolsäuren, Carotinoide und Flavonoide kommen konzentriert in den Randschichten der

2 2 Pflanzen vor, weil sie gerade dort als Antioxidantien die darunterliegenden Gewebe am wirkungsvollsten vor freien Radikalen schützen können. 3. Freie Radikale Freie Radikale sind Verbindungen, denen ein oder mehrere Elektronen fehlen, die sie zum Zwecke eigener Neutralisation aus anderen Verbindungen rekrutieren können, was natürlich entsprechende Lücken in den betroffenen Verbindungen hinterläßt und Dominoeffekte auslöst. Können diese freien Radikale aber nicht rasch neutralisiert werden, so fördern sie die Entstehung sogenannter Radikalenkrankheiten wie Arteriosklerose, Gedächtnisschwund, Immunschwächen, Myopathien, Lungenfibrosen, Hepatopathien, morbus Parkinson, div. Krebserkrankungen und begünstigen ein vorzeitiges Altern. Am wirksamsten kann die Neutralisation der freien Radikalen durch eine elektronenreiche" Nahrung gefördert werden, also durch ein Nahrungsangebot, in welchem im Fließgleichgewicht der Redox-Systeme die reduzierten Formen, also die elektronenreicheren, überwiegen. Damit wird der Satz des bekannten Ernährungsforschers Kollath einsichtig: Nahrung, die ihre Reduktionsfähigkeit verloren hat, ist tot!" 4. Redox-Systeme Redox-Systeme lassen sich - bei entsprechendem know how - zuverlässig in einer flüssigen Probenaufbereitung messen, so daß eine diesbezügliche elektrochemische Qualitätsaussage gemacht werden kann. Natürlich können damit nicht die einzelnen Redoxpartner analysiert werden. Es kann nur das aktuelle Fließgleichgewicht" aller Redox-Reaktionen, gewissermaßen als Summeneffekt, dargestellt werden. Aber gerade dies ist auch ein Vorteil, denn viele Redox- Reaktionen wirken sich als Synergieeffekt besonders förderlich auf die Gesundheit des Menschen aus, wie in zahlreichen Versuchen neuerdings festgestellt wurde. 5. Gesundheitsrelevanz Welche Konsequenzen können nun aus den ermittelten Redoxpotential-Differenzen gezogen werden? Sind diese Meßergebnisse überhaupt praxisrelevant? Nachdem die Kontamination beim Zigarettenrauchen relativ gut dokumentiert ist, sollen an einem Rechenbeispiel diese Zusammenhänge dokumentiert werden. Wolf (3) hat für seine Berechnung angenommen, daß ein komplexes Redoxsystem nur durch ein Redoxpaar repräsentiert wird und daß beim Vergleich zweier Varianten A und B die Kontrollvariante A zu 50 % in oxidierter Form vorliegt. Beim Rauchen einer Zigarette werden ca freie Radikale freigesetzt, die den Körper kontaminieren und damit schädigen können. Durch die Zufuhr von reduzierend wirkenden Lebensmitteln können im Körper diese schädlichen freien Radikale in unterschiedlichem Umfange neutralisiert werden. Für die Kontrolle A errechnet sich eine 80 %ige Neutralisation des Radikalenangebots einer Zigarette, für eine Variante B mit einer Redoxpotential-Differenz von 10 mv gegenüber A mit ca. 82 % und bei einer Differenz von 30 mv könnten theoretisch bereits mehr Radikale entgiftet werden, als über die Zigarette angeboten wurden (3). Die verständliche Frage nach der erforderlichen Menge eines bestimmten Lebensmittels, um beispielsweise die oxidative Wirkung einer Zigarette zu kompensieren, ist allerdings nicht so leicht zu beantworten. Dazu ist erst die Reduktionskapazität des betreffenden Lebensmittels festzustellen. Dies könnte z. B dadurch geschehen, daß mit dem Elektronenfänger" Parabenzochinon jeweils zuerst die verfügbare Elektronenmenge für die erforderlichen Mengenberechnungen ermittelt wird. Vor dem Hintergrund derartiger Berechnungen läßt sich ein Produkt bezüglich seiner antioxidativen Qualitäten einschätzen, wenn unterstellt wird, daß Kukulinski bei einem Eh-Wert von 420 mv eine Grenze für die gesundheitsfördernde Wirkung von Redox-Systemen für den Menschen setzt.

3 3 6. Bier und Malz Obwohl uns bei Getreideprodukten zur Zeit noch nicht viel zur Veröffentlichung freigegebene Untersuchungsergebnisse zur Verfügung stehen, sollen nachfolgend zwei Beispiele vorgestellt werden: Eine Landbrauerei stellt nach einheitlichem Rezept wechselweise Pilsener aus konventionell erzeugten Rohstoffen und Öko-Pils aus Gerste und Hopfen aus kontrolliertem Öko- Anbau her. Eine Bestimmung der ph-werte, des Redoxpotentials und elektrischen Widerstands der Biere brachte hochsignifikante Differenzierungen. Über eine elektrochemische Ableitung nach der Nernst'schen Gleichung läßt sich aus diesen 3 Basisparametern noch ein - gewissermaßen integrierender P-Wert berechnen, der in µwatt dimensioniert ist. Trägt man diese 4 Kennwerte, die für sich allein häufig schon eine Qualitätsaussage gestatten, auf einem Achsenkreuz auf, entsteht ein Physiogramm", welches die jeweilige Probe reproduzierbar charakterisiert (Abb.1). Da sich diese Differenzierungen nur aus der unterschiedlichen Rohstoffwahl erklären lassen, liegt eine Untersuchung der Braugerste sehr nahe. Aus einer anderen Brauerei, welche eine exakte Trennung der Braugerstenpartien nach Vertragslandwirten durchführt, stammten die unterschiedlichsten Proben für entsprechende Malzuntersuchungen. Die Proben werden nach den Vorschriften für die VZ 20 nach der Methode Hartong-Kretschmer für die Vermessung aufbereitet. Die eindeutige Zuordnung der Proben nach der Anbauart geht aus Abbildung 2 hervor. Zur gesundheitlich orientierten Bewertung der Probenergebnisse muß man berücksichtigen, daß jeweils der niedrigere mv-wert bzw. P-Wert den reduzierteren, also den elektronenenergiereicheren Zustand repräsentiert. Allerdings bedarf es zur richtigen Einordnung der Werte einer fundierten Datenbasis (4). Auch wenn diese beiden Praxisbeispiele jeweils bessere Werte für die Öko-Varianten ergaben, so kann als generelle Aussage nur gelten: je geringer die Streßbelastung eines Lebensmittels während seines gesamten Produktlebens" war, desto besser ist elektrochemisch auch sein Nutzen für den Konsumentenorganismus, weil offensichtlich weniger Sekundäre Pflanzenstoffe für die Überlebenssicherung der Pflanze verbraucht wurden und damit mehr dem Konsumenten zur Verfügung stehen. 7. Ausblick Welche praktische Bedeutung die Reduktionskapazität eines Produktes hat, können heute schon die Umweltmediziner bzw. deren leidgeprüfte Umweltkranke richtig einschätzen, denn bei ca. 90 % der umweltmedizinisch Erkrankten wurde eine erniedrigte Redox-Kapazität diagnostiziert. Wenn man weiß, daß 1999 ca. 1,5 Mrd. DM für Nahrungsergänzungsmittel ausgegeben wurden, die in diesem Jahr auf 2 Mrd. DM steigen sollen, dann sind hier sicherlich Aspekte angesprochen, die diskussionswürdig sind. Der heutige Mensch ist aufgrund seiner Lebensumwelt und/oder Lebensweise vielfachen Xenobiotikabelastungen ausgesetzt, die im Körper vielfach eine überdurchschnittliche Belastung mit freien Radikalen hervorrufen und keiner von uns kennt die diesbezügliche Belastungsgrenze seines Körpers. Eine sinnvolle Vorsorge ist jedenfalls auch hier besser, als ein kostspieliger Heilungsversuch. 8. Zusammenfassung Eine Vielzahl von Umweltgiften (Xenobiotika) belastet in zunehmendem Umfang den menschlichen Körper. Dabei spielen freie Radikale, jene aggressiven chemischen Verbindungen, die naturgemäß z.b. über das Elektronenangebot aus der täglichen Nahrung neutralisiert und damit unschädlich gemacht werden, eine herausragende Rolle. Liefert die zugeführte Nahrung dem Körper die erforderlichen elektrochemischen Neutralisations-kapazitäten, so kann er seine Immunleistungen optimal aufrechterhalten und ist vor Radikalenkrankheiten geschützt. So glaubt man heute, daß viele degenerativen Leiden - Arteriosklerose, Gedächtnisschwund, Immunschwäche, Myoptahien, Lungenfibrosen, Hepatopathieen, morbus Parkinson, diverse Krebserkrankungen und das vorzeitige Altern - durch reaktive Sauerstoffstufen und/oder freie Radikale induziert, erzeugt und unterhalten werden. Umfangreiche elektrochemische Messungen an verschiedenen Lebensmitteln

4 4 ergaben, daß deren Fähigkeit, diese Radikale zu inaktivieren, von deren Lebenslauf bezüglich Anbau und Aufbereitung stark beeinflußt wird. Je streßärmer offensichtlich deren Vorgeschichte, desto wertvoller sind sie elektrochemisch für den Körper. Literatur 1. Ahrens, E.: Aspekte zum Nachernteverhalten und zur Lagerungseignung.- In: Hoffmann, M.: Lebensmittelqualität.- Bad Dürkheim: SÖL-Sonderausgabe Nr. 62, 2. Aufl. (1996) S Andlauer, W.: Bedeutung sekundärer Pflanzenstoffe für die Ernährung.- Getreide Mehl und Brot 52 (1998) 3, S Wolf, G.: Redoxpotentiale in Lebensmitteln und deren Gesundheitsrelevanz für die Umweltmedizin.- Zeitschrift für Umweltmedizin 2 (2000) S Hoffmann, M. (Hrsg.): Vom Lebendigen in Lebensmitteln, Ökologische Konzepte 92.- Bad Dürkheim (1997) 184 S. Anschrift des Verfassers: Prof. Dr. M. Hoffmann Fachhochschule Weihenstephan Haager Weg 8 D Weidenbach

5 5 Abbildung 1: Physiogramm von Bierproben aus Rohstoffen des konventionellen u. ökologischen Anbau Abbildung 2: Elektrochemische Differenzierung von Malzproben nach der Herkunft