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Bayerisches Landesamt für
Gesundheit und Lebensmittelsicherheit

Fumonisine

Bildung und Wirkung von Fumonisinen

Fumonisine und davon abgeleitete Stoffe werden in Lebensmitteln hauptsächlich von Stämmen der sogenannten Fusarienpilze gebildet. Den Fusarien kommt weltweit, insbesondere bei Getreide und Mais, eine große Bedeutung zu. Sie sind wenig spezialisierte Krankheitserreger an Kulturpflanzen, insbesondere an allen Getreidearten. Typische Krankheiten, die durch Fusarien ausgelöst werden, sind Auflaufkrankheiten (Erkrankungen der Getreidekeimlinge), Auswinterungsschäden unter einer Schneedecke auf ungefrorenem Boden, Fuß- und Stängel- sowie Ähren-, Kolben- und Rispenerkrankungen. Die Fusarienpilze befallen überwiegend lebende Pflanzen, sind daher typische Feldpilze, die sich aber auch im Warenlager unter günstigen Bedingungen ausbreiten können. Um einer Ausbreitung einer Fusarieninfektion im Lager vorzubeugen, darf nur Erntegut mit einem Wassergehalt von höchstens 14 % eingelagert werden, gegebenenfalls muss es vorher getrocknet werden.

Fusarien können durch partielle Taubährigkeit und die Bildung sogenannter Schmachtkörner direkte Schäden am Feldertrag und dessen Qualität (z. B. schlechtere Back-, Brau- und Saatgutqualität) verursachen, jedoch muss ein Fusarienbefall von Getreide nicht unbedingt mit einer Ertragsminderung einhergehen.

Befallene Körner können rosa bis weinrot gefärbt sein.

Außerdem kann die Besiedelung mit Fusarienpilzen zur Kontamination der Erntegüter mit verschiedenen Mykotoxinen führen. Von Fusarien werden verschiedene, meist hochgiftige Mykotoxine mit sehr unterschiedlichen chemischen Strukturen gebildet.

Bei den etwa 100 von Fusarien gebildeten Toxinen unterscheidet man drei Hauptgruppen: die Gruppe der Trichothecene, das Zearalenon und die Fumonisine.

Fumonisine sind weltweit verbreitete, stark polare Mykotoxine, die durch Fusarium (F.) verticilloides (älterer Name: F. moniliforme) und F. proliferatum insbesondere auf Mais gebildet werden.

Die giftigste Verbindung ist Fumonisin B1. Seine Bildung auf Ernteprodukten bzw. Nahrungsmitteln hängt sowohl von den Umwelt- wie auch den Lagerbedingungen ab. Fumonisine sind wasserlöslich und werden während der meisten Prozesse der Lebensmittelverarbeitung nicht inaktiviert.

Seit ihrer Entdeckung in einer Kultur von Fusarium moniliforme im Jahre 1988 werden sie wegen ihrer Giftigkeit und ihres weltweiten Vorkommens intensiv untersucht. Bisher kennt man sechs Fumonisine (FB1–FB4, FA1, FA2), die sich alle chemisch nur sehr gering unterscheiden. Von Bedeutung in Lebensmitteln sind allerdings meist nur die Fumonisine B1 und B2. Aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeit greifen sie in die Biosynthese von Sphingosin ein, einem Baustein von Lipoiden, der in allen Zellen vorhanden ist.

Daneben sind die Reaktionsprodukte der Fumonisine, sogenannte hydrolysierte Fumonisine und sogenannte Carboxymethyl-Fumonisine bekannt, die noch Gegenstand aktueller Forschung sind. Hydrolysierte Fumonisine erwiesen sich in einem toxikologischen Test sogar als giftiger als unhydrolysierte Fumonisine.

Die Kontamination mit Fumonisinen soll Ursache einer tödlichen Gehirnerkrankung der Pferde (Equine Leukoenzephalomalazie) und einer Schweinekrankheit sein, die zu Lungenwasser führt. Bei Ratten können Fumonisine Leberkrebs auslösen. Außerdem werden hohe Fumonisinkonzentrationen in Mais als Ursache für Speiseröhrenkrebs in Teilgebieten Südafrikas, Chinas und möglicherweise auch Italiens diskutiert.

Für die Fumonisine gibt es gem. der Internationalen Agentur für Krebsforschung (International Agency for Research in Cancer, IARC) noch keine ausreichenden Hinweise für eine krebserzeugende Wirkung beim Menschen. Sie gelten als möglicherweise krebserzeugend für den Menschen (Gruppe 2B).

Für Fumonisin B1 allein sowie für die Summe aus Fumonisin B1, B2 und B3 wurde durch den Wissenschaftlichen Lebensmittelausschuss der Europäischen Union (Scientific Committee on Food, SCF) eine tolerierbare tägliche Aufnahme (TDI) von 2 µg/kg Körpergewicht festgelegt.

Vorkommen

Fumonisine wurden bisher fast ausschließlich in Mais bzw. Lebens- und Futtermitteln auf Maisbasis nachgewiesen, daneben noch vereinzelt in Weizen und Reis. Wie F. verticilloides sind sie weltweit verbreitet: Sie wurden in Produkten aus den USA und Kanada, Südamerika, Afrika und Europa gefunden. Neben Futtermitteln können auch Lebensmittel auf Maisbasis mit Fumonisinen belastet sein. Dabei enthalten Maismehl und -grieß, insbesondere Importmais aus wärmeren Klimazonen (USA, Südamerika, Afrika, asiatische Länder, Südeuropa) besonders häufig höhere Toxinkonzentrationen. Bei einheimischem Mais sind Häufigkeit und Höhe der festgestellten Toxingehalte dagegen eher gering.

Fumonisine sind grundsätzlich bei haushaltsüblichen Zubereitungen weitgehend stabile Verbindungen. Bei starkem Erhitzen (über 190 °C) und gleichzeitiger Extrusion (Druckpressung) oder bei einem Aufschluss mit Alkalien (Nixtamalisation) wurde festgestellt, dass sich der Gehalt an messbarem Fumonisin B1 und B2 verringert, während allerdings noch weitgehend unklar ist, in welche anderen Verbindungen diese umgebaut werden oder ob diese nur an bestimmte Proteine oder andere Lebensmittelbestandteile binden.

In einer EU-weiten gemeinsamen Studie (Europäische Kommission, Reports on Task for scientific cooperation, Report of experts participating in Task 3.2.10) wurde festgestellt, dass 46 % aller Getreideproben mit Fumonisin B1, 42 % mit Fumonisin B2 und 36 % mit Fumonsin B3 belastet waren, während bei den Maisproben alleine betrachtet sogar 66 % der Proben messbare Gehalte an Fumonisin B1 aufwiesen. Die am höchsten belastete Maisprobe stammte aus Italien und wies einen Gehalt von 10.200 µg/kg auf. Auch in Polentamais bzw. Cornflakes (aus Italien) wurden Spitzenwerte von 752 µg/kg bzw. 1.092 µg/kg Fumonisin B1 gefunden. Während in Maisstärke und Dosenmais keine oder nur sehr geringe Fumonisingehalte nachweisbar waren, sind verschiedene Verarbeitungsprodukte wie Maisgrits, Popcornmais (v. a. aus den USA) oder z. B. Maischips Produkte, die im Fokus der amtlichen Überwachung stehen. In einer Weizenmehlprobe aus Frankreich wurden 4.343 µg/kg gefunden.

Auf Basis der durchschnittlichen Belastung und der durchschnittlichen Verzehrsmenge eines bestimmten Lebensmittels kann abgeschätzt werden, durch welche Lebensmittel der Haupteintrag von Fumonisinen in die Nahrung zustande kommt. Bei den Fumonisinen B1, B2 und B3 sind dies ganz überwiegend Mais und Weizen sowie Erzeugnisse daraus. Der o. g. Wert für die tolerierbare tägliche Aufnahme (TDI) von 2 µg/kg Körpergewicht wurde in keinem europäischen Land erreicht, bei zwei Ländern (Italien und Norwegen) wurde dieser allerdings zu etwa einem Viertel ausgeschöpft.

Quellen und weiterführende Hinweise

Europäische Kommission, Reports on Task for scientific cooperation (SCOOP), Report of experts participating in Task 3.2.10. Collection of occurrence data of Fusarium toxins in food and assessment of dietary intake by the population of EU Member States, April 2003.

Humpf, H.-U., Voss, K. A.: Effects of thermal food processing on the chemical structure and toxicity of fumonisin mycotoxins. Molecular Nutrition and Food Research, 48, 255–269 (2004).

IARC (1993) IARC (International agency for research on cancer) monographs on the evaluation of the carcinogenic risk of chemicals to humans: Some naturally occurring substances: Food items and constituents, heterocyclic aromatic amines and mycotoxins. Vol 56, pp. 397–444. Lyon, France.

JECFA (2000) Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, 53rd Report. Safety evaluation of certain food additives. WHO Food Additives Series 44.

Scientific Committee on Food (SCF), Updated opinion of the Scientific Committee on Food on Fumonisin B1, B2 and B3, expressed on 4 april 2003, SCF/CS/CNTM/MYC/28 final.

Anhang: Chemische Formeln

Chemischer Aufbau von Fumonisin B1

Abbildung 1: Chemischer Aufbau von Fumonisine B1

Chemischer Aufbau von Fumonisin B2

Abbildung 2: Chemischer Aufbau von Fumonisin B2

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