Arsen

Vorkommen und Nutzung

Arsen ist ein Halbmetall, das in der Erdkruste weit verbreitet ist und sowohl in anorganischen als auch in organischen Verbindungen vorkommt. Anorganische Arsenverbindungen stammen überwiegend aus geologischen Quellen, können aber auch durch industrielle Tätigkeiten freigesetzt werden. Organische Arsenverbindungen entstehen hingegen durch die Umwandlung anorganischer Verbindungen in biologischen Prozessen, bei denen Arsen in Biomoleküle eingebaut wird.

Anorganisches Arsen liegt hauptsächlich in Form von Sulfiden vor, die als Begleiter in Zink-, Blei- und Kupfererzen auftreten. Durch natürliche Prozesse, wie etwa vulkanische Aktivitäten oder Waldbrände, sowie durch menschliche Tätigkeiten, insbesondere die Produktion von Kupfer und Blei, gelangt Arsen in die Umwelt. In Gewässern variiert die Konzentration von Arsen je nach geologischen Gegebenheiten, wobei Gebiete mit arsenhaltigen Sedimenten besonders hohe Konzentrationen aufweisen können. Auch Industrie- und Haushaltsabwässer tragen wesentlich zur Verunreinigung von Gewässern bei. Arsenverbindungen gelangen darüber hinaus durch industrielle Prozesse wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe und durch die Verwendung von Phosphatdüngern oder die Ausbringung von Klärschlamm in die Atmosphäre und Böden.

Früher wurde Arsen sowohl als Heilmittel als auch als Gift verwendet, und fand Anwendung als Schädlingsbekämpfungsmittel in der Landwirtschaft und Forstwirtschaft. Heute ist die Verwendung von Arsen in diesen Bereichen verboten. In Deutschland ist Arsen nur noch für die Halbleiterproduktion von kommerziellem Interesse. International wird es jedoch noch in verschiedenen Industriezweigen genutzt, etwa bei der Laugenreinigung im Rahmen der Zinkgewinnung, in der Holz- und Pflanzenbehandlung, in der Glas- und Keramikindustrie sowie in Nichteisenmetalllegierungen.

Der Weg in die Nahrungskette

Arsen gelangt durch kontaminiertes Wasser und arsenhaltige Böden in Trinkwasser und Lebensmittel. Pflanzen nehmen Arsen hauptsächlich über ihre Wurzeln aus dem Boden bzw. gegossenem Wasser auf. Durch den Stoffwechsel der Pflanze verteilt sich das Arsen in verschiedenen Pflanzenteilen, einschließlich der Früchte und Körner.

Reis und Reisprodukte stellen wichtige Quellen für die Aufnahme von anorganischem Arsen in der menschlichen Ernährung dar. Reisfelder werden oft geflutet, was die Verfügbarkeit von Arsen im Boden erhöht. Daher kann Reis mehr Arsen in anorganischer Form enthalten als andere pflanzliche Lebensmittel.

Der Arsengehalt im Reis variiert jedoch je nach Reissorte sowie den geographischen und klimatischen Bedingungen des Anbaugebiets und der Anbaumethode. Auch die Verarbeitung des Reises beeinflusst den Arsengehalt in den verzehrfertigen Produkten.

Neben Reis und Reisprodukten sind auch andere Getreidearten wie Weizen und verschiedene Lebensmittel wie Milch und Milchprodukte trotz eines deutlich geringeren Gehalts an anorganischem Arsen noch relevante Quellen. Der Großteil des über die Nahrung aufgenommenen Arsens stammt aus Fischen und Fischprodukten, wobei es hauptsächlich in Form von organischen Verbindungen vorkommt. Aus dem Meerwasser wird das anorganische Arsen von Meerespflanzen gesammelt und in organische Arsenverbindungen umgewandelt, die von Meerestieren über die Nahrung aufgenommen und dort akkumuliert werden.

Gesundheitliche Beurteilung

Bei der toxikologischen Bewertung von Arsen wird zwischen anorganischen und organischen Verbindungen unterschieden, da die anorganische Form deutlich gesundheitsschädlicher ist.

Anorganisches Arsen wird nach der Aufnahme schnell und in hohem Maße vom Körper absorbiert und über den Blutkreislauf in nahezu alle Organe verteilt. Die Exposition gegenüber anorganischem Arsen ist mit einer Vielzahl gesundheitlicher Risiken verbunden. Zu den möglichen Folgen gehören Krebserkrankungen (insbesondere der Haut, Blase und Lunge), Fehlgeburten, erhöhte Säuglingssterblichkeit, chronische Nierenerkrankungen, Atemwegserkrankungen, neurologische Entwicklungsstörungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Arteriosklerose.

Im Gegensatz dazu gelten viele organische Arsenverbindungen wie Arsenobetain – der Hauptform in Fisch und den meisten Meeresfrüchten – als toxikologisch unbedenklich. Sie werden nicht metabolisiert und größtenteils unverändert ausgeschieden. Auch die organische Arsenverbindung Arsenocholin wird als gesundheitlich unproblematisch eingestuft. Für andere organische Arsenformen, wie Arsenolipide, liegen jedoch noch keine abschließenden toxikologischen Bewertungen vor.

Maßnahmen zur Minderung

Aufgrund des hohen Gehalts an wichtigen Nährstoffen, die für eine ausgewogene Ernährung notwendig sind, lässt sich der Verzehr von Lebensmitteln, die relativ hohe Gehalte an anorganischem Arsen aufweisen, wie zum Beispiel Reis, nicht vollständig vermeiden. Dabei sollte jedoch beachtet werden, dass eine abwechslungsreiche und vielfältige Ernährung von großer Bedeutung ist, um mögliche Risiken zu minimieren. Bei der Auswahl von Lebensmitteln empfiehlt es sich, die verschiedenen Getreidearten regelmäßig zu variieren und so die Belastung durch anorganisches Arsen zu reduzieren. Durch das Waschen und Kochen von Reis in reichlich Wasser und anschließendes Abgießen des überschüssigen Kochwassers kann der Gehalt an anorganischem Arsen reduziert werden.

Rechtliche Regelung

In der Verordnung (EU) 2023/915 werden Höchstgehalte für Arsen in verschiedenen Lebensmitteln festgelegt. Der Grenzwert für Arsen in Trinkwasser ist in der Trinkwasserverordnung und für Mineralwasser in der Mineral- und Tafelwasserverordnung geregelt. Zudem sind für bestimmte Produkte spezifische Arsenhöchstgehalte festgesetzt, z.B. für Wein durch die Weinverordnung.

Quellen

  • [1] Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), Scientific Opinion on Arsenic in Food. EFSA Journal 2009; 7(10):1351. [199 pp.]
  • [2] Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR), Arsen in Reis und Reisprodukten, Stellungnahme Nr. 018/2015 des BfR vom 24.06.2014
  • [3] World Health Organization (WHO), Arsenic in Drinking-water, Background document for development of WHO Guidelines for Drinking-water Quality (2011)
  • [4] Hartwig, A., Jahnke, G. Metalle und ihre Verbindungen als Kontaminanten in Lebensmitteln. Bundesgesundheitsbl 60, 715–721 (2017).
  • [5] Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR), Fragen und Antworten zu Arsengehalten in Reis und Reisprodukten, Aktualisierte FAQ des BfR vom 22. Dezember 2020
  • [6] Jerry M Neff, Ecotoxicology of arsenic in the marine environment, Environmental Toxicology and Chemistry, Volume 16, Issue 5, 1 May 1997, Pages 917–927
  • [7] Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), Dietary exposure to inorganic arsenic in the European population. EFSA Journal 2014; 12(3):3597, 68 pp.
  • [8] Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), Scientific report on the chronic dietary exposure to inorganic arsenic. EFSA Journal 2021, 19(1):6380, 50 pp.
  • [9] Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), Update of the risk assessment of inorganic arsenic in food. EFSA Journal (2024), 22(1), e8488
  • [10] Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), Risk assessment of complex organoarsenic species in food. EFSA Journal (2024), 22(12), e9112.
  • [11] Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), Risk assessment of small organoarsenic species in food. EFSA Journal (2024), 22(7), e8844.
  • [12] Verordnung (EU) 2023/915 der Kommission vom 25. April 2023 über Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln (ABl. L 119 vom 05/05/2023, S. 103–157)
  • [13] Trinkwasserverordnung vom 20. Juni 2023 (BGBl. 2023 I Nr. 159, S. 2)
  • [14] Mineral- und Tafelwasser-Verordnung vom 1. August 1984 (BGBl. I S. 1036
  • [15] Weinverordnung in der Fassung der Bekanntmachung vom 21. April 2009 (BGBl. I S. 827)