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Eigentlich müsste man von Nanotechnologien sprechen, denn es handelt sich um einen Sammelbegriff für eine breite Auswahl von Technologien, die in Biologie, Physik, Chemie und Medizin angesiedelt sind. Dabei geht es um die Erforschung, Bearbeitung und Produktion von Strukturen und Materialien, die kleiner als 100 Nanometer (nm) sind. Zu Nanomaterialien zählt man z.B. ultrafeine Teilchen, Röhren, Drähte oder dünne Filme. Davon erhoffen sich Industrie, Medizin und Wissenschaft nutzbringende Anwendungen, beispielsweise in der Robotertechnik, Biotechnologie und Medizin, aber auch für die Weiterentwicklung von Lebensmitteln.
Mit dieser Technik werden Strukturen, Techniken und Systeme entwickelt, die völlig neue Eigenschaften und Funktionen aufweisen. Denn mit abnehmender Teilchengrösse verändern sich auch die Materialgegebenheiten.
«Nanos» ist griechisch und bedeutet Zwerg. «Nano» ist ein Milliardstel eines Meters (= 1 Nanometer). Nanopartikel wiederum sind winzige Teilchen mit einem Durchmesser zwischen 1 und unter 100 Nanometern (nm). Sie haben aufgrund ihrer geringen Grösse andere physikalische Eigenschaften als grössere Varianten des gleichen Stoffs. Ursache dafür ist, dass sich im Bereich von 50 nm die elektrische Leit- und Magnetfähigkeit der Stoffe, ihre Löslichkeit und auch ihre Farbe ändert, Letzteres durch Abnahme der Lichtstreuung. Daher gelten auch nicht mehr die regulären physikalischen Gesetze, sondern die der Quantenphysik. Durch die stark vergrösserte Oberfläche im Verhältnis zum Volumen reagieren die Stoffe chemisch stärker.
Sie sollen die Homogenität der Zubereitungen, die Textur oder das Aussehen der Nahrungsmittel verbessern. Damit lassen sich z.B. Geschmack, Farbe und Fliessverhalten eines Lebensmittels exakt einstellen. Nanopartikel sollen Lebensmittel auch gesünder machen können, indem sie den Fett-, Zucker- und Salzgehalt reduzieren. Eine Anwendungsmöglichkeit wäre z.B. auch, empfindliche Substanzen wie die geruchsintensiven, aber als gesund geltenden Omega-3-Fettsäuren in Nanokäfige aus organischem Material einzukapseln. Man nennt dies «maskieren».
Nanomaterialien werden als Hilfs- und Zusatzstoffe gebraucht, z.B. Kieselsäure und andere siliziumhaltige Verbindungen. Die Industrie setzt sie als Rieselhilfe oder als Verdickungsmittel ein. Mit ihrer Hilfe verhindert man z.B. das Verklumpen von Kochsalzkristallen und pulverförmigen Lebensmitteln. Ketchup enthält Siliziumdioxid, damit es dickflüssiger wird. Man verwendet Nanopartikel auch als Flockungsmittel in der Wein- und Fruchtsaftherstellung, damit sich gröbere Bestandteile der Flüssigkeiten nicht am Boden absetzen.
Im Kochsalz dienen Nanopartikel als Rieselhilfe bzw. wirken gegen das Verklumpen.
Um Ketchup dickflüssig erscheinen zu lassen, verwendet die Lebensmittelindustrie Nanopartikel.
Damit Kaugummi strahlend glänzt, werden Nanopartikel eingesetzt.
In Lebensmittelverpackungen verhindern Nanopartikel, dass Gase durch die Verpackung eintreten bzw. Feuchtigkeit austritt. Sie könnten auch die mechanischen und Temperatur-Eigenschaften von Lebensmittelverpackungen verbessern. Man will sogar Verpackungsmaterialien entwickeln, die zeigen, ob die Kühlkette unterbrochen oder das Haltbarkeitsdatum überschritten wurde. Die zugehörigen Partikel nennt man Nano-Sensoren. So arbeitet man z.B. an Mini-Spürnasen, die das Sauerwerden der Milch durch eine Rotfärbung anzeigen.
Um dies herauszufinden, muss man wissen, ob die Nanopartikel an eine Struktur, wie z.B. die Verpackung, fest gebunden sind oder ob sie in den Körper gelangen, wie dies bei Lebensmitteln der Fall ist. Gesundheitliche Risiken können aufgrund ihrer geringen Grösse, ihrer Form, ihrer hohen Beweglichkeit und grösseren Reaktivität entstehen.
Ob es tatsächlich Risiken beim Genuss von Lebensmitteln mit diesen Partikeln gibt, weiss man (noch) nicht. Grundsätzlich müssen Hersteller die Sicherheit ihrer Produkte garantieren. Inwieweit dies für Konsumenten tatsächlich eine Sicherheit ist, kann jeder an den Lebensmittelskandalen der letzten Jahrzehnte abschätzen.
An Tieren wurden die Nanomaterialien getestet. Atmeten sie Nanopartikel ein, löste dies Entzündungsreaktionen in der Lunge aus. Diese waren umso heftiger, je kleiner die Teilchen waren. Titandioxid löste bei Ratten Lungenkrebs aus. Zwar sind Tierversuche nur sehr bedingt auf Menschen übertragbar, aber dass die Partikel völlig unbedenklich sind, kann man nach diesen Ergebnissen wohl kaum annehmen.
Aus gesundheitlicher Sicht problematisch ist die höhere Reaktivität der Nanopartikel sowie deren grössere Kapazität, durch biologische Barrieren hindurch zu gelangen. Die entsprechenden Gesundheitsrisiken bei der Aufnahme in den menschlichen Körper sind derzeit schwer einzuschätzen.
Mit den Lebensmitteln gelangen die Nanopartikel in den Blutkreislauf und von dort aus in alle Organe. Selbst ins Gehirn können sie vordringen, da sie die Blut-Hirn-Schranke, die ansonsten den Eintritt der meisten Stoffe ins Gehirn verhindert, überwinden. Man weiss auch nicht, was die Partikel im Körper anrichten. Werden sie vom Immunsystem als Fremdkörper erkannt, lösen sie Entzündungen oder Allergien aus? Auch, ob sie sich in den Organen ablagern und welche Folgen das hat, ist ungeklärt.
Alles, was kleiner als 200 nm ist, wird nicht nur von den Fresszellen, die Bestandteil des Immunsystems sind, im Körper aufgenommen, sondern auch von anderen Zellen. Und ob man die Nanoteilchen im Notfall «zurückholen» kann, ist ebenfalls nicht erforscht.
Die Lebensmittelexpertin der Verbraucherzentrale Berlin, Jessica Fischer, sieht keinen Nutzen für die Kunden: «Es scheint auf jeden Fall so zu sein, dass die einzigen Nutzniesser die Hersteller sind. Einen grossen Fortschritt in Wissenschaft und Technik sehe ich im Lebensmittelbereich nicht.»
Seit Mai 2021 muss in der Schweiz angegeben werden, wenn Nanomaterialien in einem Lebensmittel verwendet werden. Kontrolliert wird dies durch die Kantone mittels Inspektionen und umfassender Laboranalysen. Unter der Leitung der Kantonschemiker stellen die kantonalen Behörden sicher, dass die entsprechenden Firmen die gesetzlichen Anforderungen einhalten.