Kupfer

Vorkommen und Nutzung

Kupfer ist ein metallisches Spurenelement, das für Mensch, Tier und Pflanzen lebensnotwendig ist, jedoch für viele Mikroorganismen bereits in geringen Konzentrationen schädlich sein kann. In der Natur kommt Kupfer hauptsächlich als Sulfid- oder Oxidmineral in Erzen vor. Durch Bergbau sowie Verwitterung und Erosion gelangt Kupfer in die Umwelt. Aufgrund günstiger physikalischer und chemischer Eigenschaften finden Kupfer und seine Verbindungen vielfältige Anwendungen. Dazu gehört die Herstellung von elektrischen Leitungen, Rohren, Armaturen, Baumaterialien, Farbstoffen sowie der Einsatz in der Galvanik und Pyrotechnik. Darüber hinaus wird Kupfer in Pflanzenschutzmitteln, Holzschutzmitteln und zur Herstellung von Lebensmittelverpackungen und Kochutensilien eingesetzt. In der Lebensmittelverarbeitung werden Kupfergefäße traditionell bei der Herstellung von Schokolade, Käse, Marmelade sowie in Brauereien und Brennereien verwendet. Kupferverbindungen werden außerdem in Düngemittel und Futtermittel zugesetzt, um das Wachstum von Tieren und Pflanzen zu fördern.

Der Weg in die Nahrungskette

Pflanzen nehmen Kupfer aus dem Boden auf. Der Gehalt ist abhängig von den natürlichen Kupfervorkommen sowie vom Einsatz kupferhaltiger Pflanzenschutz- und Düngemittel. Auch im biologischen Landbau ist Kupfer als Pflanzenschutzmittel zugelassen und wird dort häufig eingesetzt. In tierischen Lebensmitteln kann Kupfer durch natürliche Gehalte bzw. Rückstände oder durch aktiven Zusatz in Futtermitteln angereichert werden. Lebensmittel mit erhöhtem Kupfergehalt sind beispielsweise Kakao, Nüsse, Ölsaaten, Weizenkeime, Weizenkleie, Hülsenfrüchte sowie Innereien wie Leber und Nieren und einige Käsesorten. Darüber hinaus kann Kupfer auch aus Lebensmittelverpackungen und Kochutensilien, insbesondere bei Kontakt mit sauren Lebensmitteln, in geringen Mengen in die Lebensmittel übergehen.

Kupfer wird auch häufig für Trinkwasserleitungen verwendet, wobei der Übergang von Kupfer vom pH-Wert des Wassers abhängt. In der Regel wird der pH-Wert von Trinkwasser in den Betreiberanlagen auf einen neutralen bis leicht basischen Bereich eingestellt, um zu verhindern, dass Kupfer aus den Leitungen herausgelöst wird. Das Risiko einer erhöhten Kupferaufnahme besteht jedoch, wenn das Trinkwasser aus Eigenwasserversorgungsanlagen stammt und nicht auf den entsprechenden pH-Wert Bereich eingestellt wird.

Gesundheitliche Beurteilung

Kupfer ist für den Menschen essentiell und muss durch die Nahrung zugeführt werden. Etwa 50 % des aufgenommenen Kupfers wird vom Körper absorbiert, wobei der Überschuss über die Galle ausgeschieden wird. Kupfer ist ein wichtiger Bestandteil von vielen Enzymen, die für den Eisenstoffwechsel, die Bildung von Neurotransmittern sowie den Aufbau von Kollagen und Elastin verantwortlich sind.

Unser Körper verfügt über Mechanismen, die den Kupferspiegel im Gleichgewicht halten. Dies wird als Kupferhomöostase bezeichnet. Dabei wird sichergestellt, dass Kupfer effizient aufgenommen, im Körper verteilt, gespeichert und ausgeschieden wird.

Wenn Kupfer über die Nahrung nicht ausreichend aufgenommen wird, wird das Transportsystem angepasst, um mehr Kupfer verfügbar zu machen. Eine langfristig zu niedrige Kupferzufuhr kann jedoch zu einem Mangel führen, der in erster Linie Blutarmut, neurologische Störungen und Probleme im Knochenstoffwechsel zur Folge hat. Darüber hinaus kann eine chronische Unterversorgung zu Veränderungen von Haut und Haaren führen und das Risiko für Aneurysmen erhöhen.

Die Kupferhomöostase schützt vor einem Kupferüberschuss, indem die Aufnahmerate verringert und die Ausscheidung gesteigert wird. Eine chronische, hohe Kupferaufnahme kann aber dazu führen, dass die Homöostase überlastet ist. Eine chronische Kupfertoxizität ist auch mit der Wilson-Krankheit verbunden, einer genetischen Störung, die die Kupferausscheidung im Körper beeinträchtigt. Langfristig kann sich Kupfer vor allem in der Leber ansammeln und zu schweren Leberschäden führen. Besonders Säuglinge und Kleinkinder sind gefährdet, da ihre Mechanismen zur Kupferausscheidung noch nicht vollständig entwickelt sind.

Eine akute Kupferintoxikation tritt selten auf, kann jedoch bei Aufnahme sehr hoher Kupfermengen zu gastrointestinalen Beschwerden wie Erbrechen oder Magenbrennen führen. Diese sind jedoch in der Regel reversibel, sofern keine dauerhafte Kupferaufnahme in hoher Dosierung erfolgt.

Maßnahmen zur Minderung

Generell ist die Bevölkerung in Deutschland gut mit Kupfer versorgt, sodass eine zusätzliche Einnahme von Kupfer über Nahrungsergänzungsmittel laut dem Bundesinstitut für Risikobewertung nicht notwendig ist. Eine ausgewogene Ernährung wird grundsätzlich empfohlen. Um eine erhöhte Kupferfreisetzung zu vermeiden, sollte unbeschichtetes Kupfergeschirr nicht mit säurehaltigen Lebensmitteln in Kontakt kommen, insbesondere nicht bei höheren Temperaturen oder längeren Kochzeiten. Auch bei der Nutzung von Kupferleitungen in privaten Wasserversorgungsanlagen sollte darauf geachtet werden, dass das Trinkwasser einen geeigneten pH-Wert hat.

Die Kupferbelastung durch die sachgerechte Anwendung von Pflanzenschutzmitteln, Düngemitteln oder als Zusatzstoff in Lebensmitteln und Futtermitteln bleibt gering und trägt nur wenig zur Gesamtaufnahme bei. Dennoch kann die Verwendung von Kupfer in Düngemitteln und Pflanzenschutzmitteln zu einer Anreicherung im Boden führen. Um die Umweltauswirkungen zu begrenzen, sind die Anwendung und die Höchstgehalte für Kupfer in diesen Produkten gesetzlich geregelt.

Rechtliche Regelung

Höchstgehalte für Kupfer in unterschiedlichen Bereichen wurden in verschiedenen Verordnungen festgelegt. In der Verordnung (EG) Nr. 396/2005 wurden Höchstgehalte für Kupferverbindungen als Pestizidrückstände in oder auf Erzeugnissen pflanzlicher und tierischer Herkunft definiert. Für bestimmte Produkte sind spezifische Höchstgehalte für Kupfer festgelegt, z.B. für Wein in der Weinverordnung.

Der Grenzwert für Kupfer in natürlichem Mineralwasser ist in der Mineral- und Tafelwasserverordnung und der für Trinkwasser in der Trinkwasserverordnung festgesetzt. Darüber hinaus regelt die Verordnung (EG) Nr. 1935/2004 die Migration von Substanzen, einschließlich Kupfer, aus Materialien und Gegenständen, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen. Zudem werden die Zulassung und Höchstgehalte von Kupferverbindungen als Zusatzstoffe in Futtermittel durch die Verordnung (EG) Nr. 1334/2003 geregelt.

Quellen

  • [1] Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR), FAQ, Aufnahme von Kupfer: In Spuren lebensnotwendig, in größeren Mengen riskant, 1. November 2023
  • [2] J T Trevors, C M Cotter, Copper toxicity and uptake in microorganisms, Journal of Industrial Microbiology, Volume 6, Issue 2, 1 October 1990, Pages 77–84
  • [3] Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Kupfer Informationen zur Nachhaltigkeit, Juli 2020
  • [4] Fabio Perlatti, Eve Pimentel Martins, Daniel Pontes de Oliveira, Francisco Ruiz, Verónica Asensio, Carla Ferreira Rezende, Xosé Luis Otero, Tiago Osório Ferreira, Copper release from waste rocks in an abandoned mine (NE, Brazil) and its impacts on ecosystem environmental quality, Chemosphere, Volume 262, 2021, 127843, ISSN 0045-6535
  • [5] World Health Organization (WHO), Copper in drinking-water, Background document for development of WHO Guidelines for Drinking-water Quality (2004)
  • [6] Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), EFSA NDA Panel (EFSA Panel on Dietetic Products, Nutrition and Allergies), 2015. Scientific Opinion on Dietary Reference Values for copper. EFSA Journal 2015;13(10):4253, 51 pp.
  • [7] Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), Scientific Opinion: Re-evaluation of the existing health-based guidance values for copper and exposure assessment from all sources. EFSA Journal 2023;21(1):7728
  • [8] Bundesinstitut für gesundheitlichen Verbraucherschutz und Veterinärmedizin, Toxikologische und ernährungsphysiologische Aspekte der Verwendung von Mineralstoffen und Vitaminen in Lebensmitteln, 2002
  • [9] Verordnung (EG) Nr. 396/2005 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. Februar 2005 über Höchstgehalte an Pestizidrückständen in oder auf Lebens- und Futtermitteln pflanzlichen und tierischen Ursprungs und zur Änderung der Richtlinie 91/414/EWG des Rates (ABl. L 70 vom 16.3.2005, S. 1–16)
  • [10] Weinverordnung in der Fassung der Bekanntmachung vom 21. April 2009 (BGBl. I S. 827)
  • [11] Mineral- und Tafelwasser-Verordnung vom 1. August 1984 (BGBl. I S. 1036)
  • [12] Trinkwasserverordnung vom 20. Juni 2023 (BGBl. 2023 I Nr. 159, S. 2)
  • [13] Verordnung (EG) Nr. 1935/2004 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 27. Oktober 2004 über Materialien und Gegenstände, die dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln in Berührung zu kommen und zur Aufhebung der Richtlinien 80/590/EWG und 89/109/EWG (ABl. L 338 vom 13/11/2004, S. 4–17)
  • [14] European Committee for Food Contact Materials and Articles (CD-P-MCA), European Directorate for the Quality of Medicines & HealthCare (EDQM), Metals and alloys used in food contact materials and articles – A technical guide for manufacturers and regulators (2024)
  • [15] Verordnung (EG) Nr. 1334/2003 der Kommission vom 25. Juli 2003 zur Änderung der Bedingungen für die Zulassung einer Reihe von zur Gruppe der Spurenelemente zählenden Futtermittelzusatzstoffen (ABl. L 187 vom 26.7.2003, S. 11–15)