N-Nitrosamine und N-Nitrosoaminosäuren in Lebensmitteln

Nitrosamine und nitrosierte Aminosäuren entstehen als Reaktionsprodukte im Stoffwechsel von Lebewesen oder in industriellen Herstellungsprozessen bei gleichzeitiger Anwesenheit von nitrosierbaren und nitrosierenden Substanzen (Nitrosierungsmitteln).
Zu den nitrosierbaren Stoffen gehören Aminosäuren wie Prolin oder Sarkosin, Amine, biogene Amine, pflanzliche Alkaloide und Verbindungen, in deren Strukturen Aminogruppen enthalten sind, die unter bestimmten Bedingungen wieder freigesetzt werden können. Ausführliche Informationen zu den biogenen Aminen und den industriell genutzten Aminen finden Sie auf den Seiten Amine - eine wichtige Stoffklasse in der amtlichen Lebensmittelüberwachung und Amine in Produkten.
Pflanzlichen Alkaloide wie Hordenin, Gramin, Nikotin und Piperin gehören ebenfalls zu den nitrosierbaren Stoffen. Der Begriff „tabakspezifische N-Nitrosamine“ wie N-4-(Methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl-)1-Butanon (NNK), Nitrosonornikotin, N-Nitrosoanabasin und Nitrosoanatabin bezieht sich beispielsweise auf die Alkaloide der Tabakpflanze. Zu den Nitrosierungsmitteln zählen:

  • Stickoxide: Sie entstehen bei Verbrennungsvorgängen wie beispielsweise beim Räuchern von tierischen Lebensmitteln.
  • Nitrat und Nitrit: Nitrit wird natürlicherweise in Mikroorganismen, Pflanzen, Tieren und dem Menschen durch spezifische Enzyme aus Nitrat gebildet. Nitrat gelangt im Rahmen des Stickstoffkreislaufs durch den mikrobiellen Abbau von organischen, stickstoffhaltigen Verbindungen und durch Mineraldünger in die Nahrungskette (Grund-, Trinkwasser, Boden, Pflanzen). Zudem sind Nitrite (E 249, E 250) und Nitrate (E 251, E 252) zur Herstellung von Rohpökelwaren wie roher Schinken, Geräuchertes oder Schinkenspeck als Konservierungsstoffe zugelassen.

Die Wahrscheinlichkeit bzw. die Geschwindigkeit der jeweiligen Nitrosamin-Bildung wird durch die Eigenschaften der nitrosierbaren Stoffe (z.B. Aminosäuren, primäre, sekundäre, tertiäre Amine und der Laugengrad des Amins), saure/alkalische Umgebungsbedingungen, Temperatur sowie durch eine eventuelle bakterielle Besiedelung beeinflusst.

Abhängig vom analytischen Nachweis werden flüchtige und nicht flüchtige N-Nitrosoverbindungen differenziert. Bei flüchtigen N-Nitrosaminen handelt es sich um niedermolekulare, unpolare Stoffe, die durch Destillation aus dem Untersuchungsmaterial abtrennbar und mit Gaschromatographie bestimmbar sind. Dazu gehören beispielsweise N-Nitrosodimethylamin, N-Nitrosodiethylamin, N-Nitrosopyrrolidin, N-Nitrosopiperidin und N-Nitrosomorpholin. Beispiele für nicht flüchtige Stoffe sind N-Nitrosoprolin, N-Nitrosarkosin oder N-Nitrosodiethanolamin, die mit Flüssigchromatographie analysiert werden können

Belastung von Lebensmitteln

Pflanzliche Lebensmittel verfügen über nitrosierbare Amine und abhängig von der Düngung auch über unterschiedliche Mengen an Nitrat, so dass N-Nitrosamine entstehen können. Sie sind oft reich an Antioxidantien wie Ascorbinsäure, die die Entwicklung von N-Nitrosaminen vermindern. So wurden an N-Nitrosaminen vor allem N-Nitrosodimethylamin, N-Nitrosopyrrolidin und N-Nitrosopiperidin nur in Spuren im Tee oder in geringen Mengen in Gemüsen, Früchten, Cerealien oder Kartoffeln nachgewiesen. Darüber hinaus fehlen Pflanzen andere aus tierischen Lebensmitteln bekannte nitrosierbare Stoffe z.B. Kreatinin. In vielen Lebensmitten wie Kaffee, Milch, Nudeln, Reis, Eiern, Fetten und Ölen, frischem Fisch und bestimmten Wurstwaren wurden ebenfalls geringe oder sehr geringe Mengen an N-Nitrosaminen bestimmt. Allerdings wird die Höhe der N-Nitrosamin-Belastung von Verarbeitungsprozessen wie z.B. dem Erhitzen oder einer Behandlung mit Konservierungsstoffen stark beeinflusst. Geräucherter Fisch oder Käse sowie gegrillte, geräucherte und gepökelte Fleisch- und Wurstwaren können deshalb höhere Gehalte an N-Nitrosaminen aufweisen.
Welche Prozesse zu einer höheren N-Nitrosamin-Belastung in Lebensmitteln führen, wird an folgenden Beispielen näher erläutert.

  • Malz und aus Malz hergestellte Lebensmittel

    • Mälzen ist ein unter kontrollierten Bedingungen stattfindender Keimvorgang des Getreides in der Lebensmittelherstellung. Dabei wird das Getreide zunächst wenige Tage gewässert, dann in einer Kammer längere Zeit befeuchtet, gewendet und belüftet. So entsteht das Grünmalz, das auf einer Darre im heißen Luftstrom zum Darrmalz getrocknet wird. Bei der Keimung des Getreides reichern sich nach enzymatischen Abbauvorgängen Zwischenprodukte wie Ethylamin, Tyramin, Gramin und Hordenin an. Während des Darrvorgangs bei hohen Temperaturen entstehen weitere nitrosierbare Stoffe wie z.B. Dimethylamin als auch Stickoxide in der Luft, die das Nitrosierungsmittel liefern. Die Höhe der N-Nitrosamin-Belastung des hergestellten Malzes hängt von den sauren/alkalischen Bedingungen, von der Getreideart (Gerste, Roggen, Weizen), der Sorte der jeweiligen Getreideart, der Konzentration der Stickoxide in der Luft und der Kontaktzeit zwischen Nitrosierungsmittel und nitrosierbaren Substanzen sowie der Trocknungstemperatur ab. Gerstenmalz hat in der Regel höhere Gehalte an N-Nitrosaminen im Vergleich zu Malz anderer Getreidearten, da die Hordeninmengen größer sind.

    Aus dem Malz können N-Nitrosamine während des Brauvorgangs in das Bier übergehen. Deshalb wurden N-Nitrosamine weltweit in unterschiedlichen Biersorten seit den 70er Jahren untersucht und auch in Mengen bis mehr als 0,5 µg/kg festgestellt. Um die N-Nitrosamin-Belastung des Malzes zu senken, wurden die Darrbedingungen verändert. Es wurden neue Brenner entwickelt und von der früher üblichen direkten Beheizung des Luftstroms in eine indirekte Beheizung gewechselt. Deshalb lässt sich aus den über vielen Jahren ermittelten Untersuchungsergebnissen des LGL ein deutlicher Rückgang der Belastung an N-Nitrosodimethylamin sowohl in Malz- als auch Bierproben verzeichnen. So fiel der prozentuale Anteil der Bierproben mit Konzentrationen oberhalb von 0,5 µg/kg von 12% im Zeitraum von 1989-2005 auf etwa 1% im Zeitraum von 2006 bis 2017. N-Nitrosoprolin wurde in Malz- und Bierproben in minimalen Mengen in den 80er Jahren festgestellt.

  • Gegrillte, geräucherte und gepökelte Fleisch- und Wurstwaren

    • Flüchtige und nicht flüchtige N-Nitrosamine entstehen in tierischen Lebensmitteln in komplexen Vorgängen. Das Rohmaterial verfügt über viele unterschiedliche nitrosierbare Vorläufersubstanzen. Beim Abbau des Kollagens wird beispielsweise die Aminosäure Prolin freigesetzt, die selbst zu N-Nitrosoprolin umgesetzt werden kann. Aus Prolin entsteht auch das Amin Pyrrolidin, das nitrosiert werden kann. Aus Lecitin, Cholin und Kreatin können während des Erhitzens bestimmte biogene Amine wie Dimethylamin und Trimethylamin entstehen. Biogene Amine wie Cadaverin, Putrescin, Spermin, Spermidin kommen abhängig von den Herstellungsbedingungen (s. Amine - eine wichtige Stoffklasse in der amtlichen Lebensmittelüberwachung) in unterschiedlichen Mengen in tierischen Lebensmitteln vor. So enthalten z.B. fermentierte Wurstwaren wie Salami höhere Gehalte. Verarbeitungsprozesse der Rohmaterialien wie starkes Erhitzen beim Grillen, Braten oder Räuchern liefern zudem die notwendigen Nitrosierungsmittel. Beim Räuchern entstehen außerdem andere Stoffe wie Aldehyde, die die N-Nitrosamin-Bildung fördern.
    Die Zugabe von Kochsalz und Nitrit (E 249, E 250) und/oder Nitrat (E 251, E 252) zum Zweck der Konservierung und Farbstabilisierung (rote Farbe) von Fleisch- und Wurstwaren bezeichnet man als Pökeln.

    Das in Fleisch- und Wurstwaren nachgewiesene Spektrum an N-Nitrosaminen und die festgestellten Mengen schwanken. So wurden in dänischen und belgischen Proben vor allem in Salami, Bacon, Kassler oder geräucherten Filetproben häufig N-Nitrosodimethylamin, N-Nitrosopyrrolidin und N-Nitrosoprolin, seltener N-Nitrosopiperidin und N-Nitrososarkosin nachgewiesen. In den am LGL untersuchten Schinken- und Speckproben wurde selten N-Nitrosodimethylamin und N-Nitrosopiperidin, häufig N-Nitrosobutylamin festgestellt.
    Beim Grillen von Fleisch über einem Holzkohlefeuer wurden N-Nitrosodimethylamin und N-Nitrosodiethylamin in Mengen von einigen µg/kg sowie geringe Mengen an N-Nitrosodibutylamin festgestellt.

Gesundheitsschädlichkeit

Im Tierversuch zeigten etwa 90% aller untersuchten N-Nitrosamine krebserzeugende Wirkung. Für die Krebsentstehung sind die aus N-Nitrosaminen gebildeten Stoffwechselprodukte verantwortlich, die die Erbsubstanz schädigen. Die Stoffwechselwege sind abhängig vom betrachteten Organismus und dem Pfad, auf dem die N-Nitrosamine in den Körper gelangen und variieren von Organ zu Organ.
Andere Nitrosoverbindungen wie N-Nitrosoprolin oder N-Nitrosobenzylamin werden als nicht krebserzeugend eingestuft. Weitere Infromationen finden Sie unter Nitrosoverbindungen - nicht nur ein Thema bei Lebensmitteln.

Minimierungsgebot und rechtliche Regelungern

Bei krebserzeugenden Stoffen gilt das ALARA (as low as reasonably achievable) - Prinzip: die Belastung ist so niedrig wie möglich zu halten, um das Risiko der Krebsentstehung zu minimieren. Daher wird zum einen auf die Reduktion der Nitrosierungsmittel und zum anderen auf die Minimierung nitrosierbarer Verbindungen in Lebensmitteln hingewirkt. Es gibt Grenzwerte für Nitrat im Trinkwasser und Lebensmitteln. Zur Beurteilung der Belastung von Malz- und Bierproben gibt es einen Technischen Richtwert für N-Nitrosodimethylamin in Höhe von 0,5 µg/kg für Bier und 2,5 µg/kg für Malz. Er wird als die technisch nicht vermeidbare Belastung angesehen.

Weitergehende Informationen und Literaturhinweise

Albrecht, M.; Kugemann, K.; Sonstige Schadstoffe, Nitrosamine in: Otteneder, H. (Hrsg.) Rückstände und Kontaminanten in Getreide und Getreideerzeugnissen, Clenze: Erling 2019, 2. Auflage, 207-212
Baxter ED. et al. (2007) Current incidence of N-nitrosodimethylamine in
beers worldwide. Food Additives and Contaminants 24(8): 807-11.
Hermann S. et al. (2015): Occurence of volatile and non-volatile N-Nitrosamines in processed meat products and the role of heat treatment. Food Control 48: 363-68
Lee et al. (2017) Changes in the Functional Components of Barley Produced from Different Cultivars and Germination Periods. Cereal Chem 96(4):978-983