Dass die Qualität von Lebensmitteln oft von sehr kleinen Bestandteilen bestimmt wird, ist nicht neu. Künftig könnten allerdings Lebensmitteltechnologen Teilchen einsetzen, die noch viel kleiner als Vitamine oder Eiweißbausteine sind und den Charakter unserer Lebensmittel grundlegend verändern – Nanotechnologie macht’s möglich.

Wo die Vorstellungskraft der meisten Menschen schon lange am Ende ist, geht für viele Forscher der Spaß erst los: Ein Nanometer ist der Milliardste Teil eines Meters (1 nm = 0,000 000 001 m). Das ist ungefähr die Länge einer Kette von fünf bis zehn einzelnen Atomen. Nach dem griechischen Wort für Zwerg (nano) benennt sich folgerichtig auch der Technologiezweig, der sich mit Teilchen und Strukturen befasst, die weniger als 100 nm messen. Für Nanotechnologen sind sie besonders interessant, weil so winzige Teilchen ganz andere Eigenschaften besitzen als in größeren Zusammenhängen. Nanoteilchen haben zum Beispiel einen anderen Schmelzpunkt, sind härter oder flexibler, haben andere elektrische Leitfähigkeit oder einfach eine andere Farbe als ihre größeren Entsprechungen.

In immer größerem Umfang können Wissenschaftler die besonderen Eigenschaften von Nanopartikeln für den Menschen nutzbar machen. Sie stellen solche winzigen Strukturen gezielt aus Einzelatomen her oder greifen in bestehende Anordnungen ein, um sie für eine bestimmte Anwendung zu verändern. Das Ergebnis sind zum Beispiel Materialien mit völlig neuen Eigenschaften aber auch die Möglichkeit, bekannte Abläufe gezielt zu steuern. Die Vorstellung klingt utopisch und tatsächlich sind zahlreiche denkbare Anwendungen der Nanotechnologien bisher noch auf dem Stand der Idee oder bestenfalls in der Erforschung. Dennoch kommen wir schon heute im Alltag immer wieder mit Nanotechnologien in Berührung. Nanopartikel machen den Leichtbau von Autos möglich, sind Teil von Antireflex- oder Heizschichten auf den Scheiben und verstärken sie gegen Schläge. Schon heute sorgen Nanopartikel für die besondere Farbbrillanz von Lacken und auch in den Farbstoffen für Farbdrucker und -kopierer sind Nanopartikel am Werk. Als Bestandteil von Sonnenschutzmitteln schirmen kleinste Teilchen aus Titandioxid die Haut gegen UV-Strahlen ab.

Nanoteilchen für Qualität
Auch die Lebensmittelindustrie setzt große Hoffnungen in die Möglichkeiten der Nanotechnologie. Forschung und Entwicklung im Bereich der Verpackungsmaterialien werden unter anderem von dem Wunsch geleitet, die Qualität der Waren mit Hilfe ihrer Verpackungen deutlich länger zu erhalten. Schon heute gibt es durchsichtige Kunststoffverpackungen, die mit Hilfe von Nanopartikeln UV-Strahlen absorbieren. So vor dem Licht geschützt, bleiben Farben und lichtempfindliche Inhaltsstoffe länger erhalten. Qualitätsbeauftragte und Lebensmittelüberwachung haben zudem ein großes Interesse an Methoden zur schnellen und kostengünstigen Analyse. Gentechnisch veränderte Bestandteile in Lebensmitteln werden zum Beispiel mit Hilfe so genannter DNA-Chips nachgewiesen, deren Herz Nanopartikel sind. Auch die so genannten Thermo-Label sind bereits in der Anwendung: Winzige Sensoren registrieren die Temperatur in der Verpackung und sorgen für eine Verfärbung des Labels, wenn das Produkt zu warm oder zu kalt geworden ist. So lässt sich zum Beispiel überprüfen, ob die Kühlkette durchgängig aufrecht erhalten wurde. Nanopartikel in Lebensmittelverpackungen könnten zukünftig auch zum Schutz gegen gesundheitliche Gefahren beitragen: An Schutzschichten, die ohne Antibiotika gegen Bakterien wirken, wird intensiv geforscht. Nanotechnologische Sensoren, die wie künstliche Zungen und Nasen arbeiten, sollen auf bestimmte Stoffe reagieren und Verbrauchern zum Beispiel durch eine Farbänderung eindeutig anzeigen, wenn das Produkt nicht mehr frisch oder bereits verdorben ist.

Zwerge im Essen
Die Forscher haben auch die Lebensmittel selbst fest im Blick. Nanopartikel sollen ihnen dabei helfen, zukünftig die Stabilität der Produkte länger zu erhalten, das Aussehen, den Geschmack oder die Konsistenz zu verändern, die Aufnahme bestimmter Inhaltsstoffe in den Körper zu verbessern oder zu verhindern. Vitamine und andere Inhaltsstoffe sollen mit Hilfe von Nanokapseln erst an genau definierter Stelle im Körper freigesetzt werden und so die Aufnahme verbessern. Besonders für die funktionellen Lebensmittel sehen die Hersteller dabei deutliches Potenzial. Erkenntnisse aus der Pharmazie nutzend wäre es sogar denkbar, die Abgabe der jeweiligen Inhaltsstoffe zeitlich zu steuern. Genau umgekehrt ist ein aktueller Ansatz us-amerikanischer Forscher. Sie wollen Nanopartikel dazu nutzen, die übergroße Aufnahme von Fett zu verhindern und das Sättigungsgefühl schneller hervorzurufen. Die winzigen Fettpartikel sollen gezielt in die Fettzellen eindringen und dort einen Wirkstoff freisetzen, der die Fettzelle anregt, verstärkt einen bestimmten Botenstoff zu bilden. Dieser Botenstoff ist ein wichtiger Teil unseres Regelsystems für Hunger und Sättigung und signalisiert dem Gehirn, dass genug Fett da ist. Übergewicht und Fehlernährung vorzubeugen ist auch für andere Nanotechnologie-Experten eine wichtige Motivation: Nanopartikel aus Keramik sollen in den Fritteusen von Restaurants dafür sorgen, dass sich weniger Fett im frittierten Lebensmittel sammelt. Andere Nanostrukturen könnten dabei helfen, Fett und Zucker aus bestimmten Lebensmitteln zu entfernen und dabei den Geschmack und die typische Konsistenz zu erhalten.

Die Forschungs- und Entwicklungsabteilungen der Lebensmittelhersteller arbeiten auf Hochtouren. Die Firma Kraft Foods verfügt in den USA über ein eigenes Nanotechnologie-Labor, andere Firmen lassen extern forschen. So hat sich zum Beispiel der Süßigkeiten-Hersteller Mars ein Verfahren patentieren lassen, mit dem eine unvorstellbar dünne Schicht von Titandioxid-Partikeln über die Schokolade gezogen wird, damit sie länger ansehnlich bleibt. Seit 2002 gibt es an der Rutgers Universität im US-Bundesstaat New Jersey einen eigenen Lehrstuhl für Lebensmittel-Nanotechnologie.

Noch sind Getränke, die auf Wunsch die Farbe ändern Zukunftsmusik. Ebenso wie die Vorstellung von „personalisierten“ Lebensmitteln, bei denen der Verbraucher nach seinem Wunsch bestimmte Inhaltsstoffe einfach unterdrücken kann, in dem er einen Nanofilter in der Verpackung aktiviert. Die Ideen dafür sind in den Forschungslaboren jedoch schon heute vorhanden.

Risiken und Nebenwirkungen
Die Forschung auf Nanoebene kommt schnell voran und immer neue Anwendungen werden Realität. Eine begleitende Risikoforschung scheint daher dringend geraten. Kann die faszinierende Winzigkeit der Teilchen vielleicht bedrohlich werden, weil Nanopartikel mühelos in der Lage sind, Zellwände und biologische Barrieren zu überwinden? Ergeben sich möglicherweise ethische Probleme daraus, dass es zunehmend möglich wird, in natürliche Strukturen einzugreifen und sie nach neuen Kriterien zusammenzusetzen oder gar völlig neu zu erschaffen? Bergen nanotechnologische Anwendungen im Lebensmittelbereich neue Möglichkeiten, die Verbraucher zu täuschen und wie kann dem begegnet werden? Auch eine Veränderung der Konsistenz oder der inneren Beschaffenheit von Lebensmitteln ist dann kritisch zu hinterfragen, wenn sie dazu führt, dass Verbraucher die Qualität der Produkte nicht mehr mit ihren eigenen Erfahrungen bewerten können.

Im Augenblick steht die Risikoforschung zur Nanotechnologie noch ganz am Anfang. Von einigen Anwendungen weiß man, dass sie ungefährlich sind, von anderen weiß man dagegen noch nichts. Außer Frage stehen die ungeheuren Potenziale der Nanotechnologie, das Leben der Menschen zu verbessern. Für die künftige Akzeptanz der Technologie wird es jedoch zweifellos elementar sein, Verbraucher in die Risikoforschung und -kommunikation einzubeziehen. Im sensiblen Bereich der Lebensmittel wird es vor allem darum gehen, Täuschungen zu verhindern und das Recht auf Wahlfreiheit zu gewährleisten.

Autorin: Laura Groche
Artikel mit geringfügigen Änderungen entnommen aus Verbraucher konkret 05/05