Schnitzel aus der Petrischale

Nano for Food Die Nanotechnologie erobert die Lebensmittelindustrie. Das hat für den Verbraucher Vorteile - hilft Nano auch im aktuellen Fleischskandal?

Es war der Alptraum des Essens schlechthin, den der französische Film Brust oder Keule vor 30 Jahren als Komödie inszenierte. Da irrt ein hilfloser Gourmet, gespielt von Louis de Funès, durch eine menschenleere Lebensmittelfabrik und entdeckt, wie Brathähnchen und andere Köstlichkeiten in Maschinen aus der immer gleichen undefinierbaren Substanz geformt werden. Dagegen nimmt sich selbst ein Hamburger von McDonalds als Delikatesse aus, besteht er doch immer noch aus realen Zutaten. Inzwischen ist diese Utopie aber in den Bereich des Vorstellbaren gerückt: "Immer mehr Bestandteile von Lebensmitteln werden synthetisch hergestellt. Am Schluss dieser Entwicklung steht das völlig synthetische Food-Produkt, welches gänzlich von Food-Robotern zusammengesetzt wird", heißt es in der aktuellen Ausgabe von Excellence in Food, einem Schweizer "Strategiepapier für die Foodbranche". Gewidmet ist die einer Technik, die diese Utopie eines Tages ermöglichen könnte: der Nanotechnik, der Manipulation von Materie im molekularen Maßstab.

Denn nicht nur Computeringenieure oder Biologen sind von deren Möglichkeiten begeistert, auch die Lebensmittelindustrie - natürlich im Interesse des Verbrauchers. "Wir entwickeln zunehmend Produkte, deren Eigenschaften auf Konsumentenwünschen basieren. Das Problem ist, dass die Wünsche nicht technisch formuliert sind", sagt Johan Ubbink, Lebensmittelforscher bei Nestlé. Zudem seien sie mitunter widersprüchlich: Die Produkte sollen absolut sicher sein, auch nach längerer Lagerung noch höchst anregend aussehen und erstklassig schmecken sowie den Gesundheitserwartungen der Käufer entgegenkommen. Um all das zu erfüllen, sei "ein molekulares Verständnis" der Zutaten und Verarbeitungsprozesse unerlässlich, so Ubbink vorsichtig.

Tatsächlich sind die großen Hersteller wie Nestlé und Kraft bereits daran, die Möglichkeiten von Nanotechnik für Lebensmittel zu erforschen. Wer hier nur einen besonders perfiden Angriff auf unsere Geschmacksnerven vermutet, greift aber zu kurz. Es gibt Anwendungen, die durchaus im Interesse der Verbraucher sind. Das wird klar, wenn man sie grob in zwei Kategorien einteilt: "Nano outside" und "Nano inside". Die erste Variante könnte helfen, die Produkte in unseren Supermarktregalen - von denen die meisten industriell hergestellt werden - zu verbessern.

Nano outside

Obwohl seit langem strenge Qualitätskontrollen für Lebensmittel gelten, kommt es immer wieder vor, dass die Zutaten mit Erregern verseucht sind. 1994 erkrankten über 220.000 US-Bürger einer Speiseeismarke am Bakterium S. enteritidis. Stanley Brul, Biochemiker beim Lebensmittelkonzern Unilever, sieht in Bakterien "die erste Krankheitsursache in Nahrungsmitteln." Schlimmer noch: "Die Bezugsquellen für Lebensmittel sind längst globalisiert", sagt Carles Cané vom europäischen Good Food Project, das von der EU-Kommission initiiert worden ist. Doch auf konventionellem Wege Gemüse aus Südafrika oder Fleisch aus Argentinien im Labor auf bekannte Bakterien zu testen, dauert Tage. Die Lösung sehen Cané, Brul und andere Experten etwa in DNS-Sensoren auf Biochips.

Dank der fortschreitenden Entschlüsselung von Bakteriengenomen wie dem berüchtigten E.coli-Erreger sind Wissenschaftler heute in der Lage, einzelne kurze DNS-Stränge aus dem jeweiligen Genom herzustellen. Passen ein Strang auf dem Biochip und ein Strang des Bakteriums zusammen, wird ein chemischer Komplex aktiviert. Bei Bestrahlung mit Licht beginnt er zu fluoreszieren und verrät so nach kurzer Zeit, dass etwa in einer Fischprobe Salmonellen entdeckt wurden. "Lebensmittelsicherheit wird zu einer Mischung aus Genomik und Lab-on-a-Chip-Technologien", formuliert es Henk Leeuwis von der niederländischen Firma Lionix, die zurzeit derartige Sensorchips für die Lebensmittelbranche entwickelt.

Forscher der University of Florida haben kürzlich eine weitere Möglichkeit vorgestellt, einzelne Bakterien in nur 20 Minuten nachzuweisen. Hierzu werden 60 Nanometer - ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter - große Silizium-Nanopartikel mit Tausenden von fluoreszierenden Farbstoffmolekülen versehen. An den Hüllen der Teilchen befestigen sie Antikörper für so genannte Antigene, die auf der Hülle eines Bakteriums sitzen. Docken die Antikörper an die Antigene an, kann dies über das fluoreszente Leuchten der Nanopartikel festgestellt werden. Im Laborversuch entdeckten die Forscher so E.coli-Bakterien in fein gemahlenem Rindfleisch.

Doch selbst wenn alle Zutaten rein sind, sind sie noch lange nicht gut genug. "Wir möchten zum Beispiel in unserer Milch die verschiedenen Komponenten wie Proteine, Polysaccharide oder Fettmoleküle trennen, um die Milch stabilisieren und verfeinern zu können", sagt Tjeerd Jongsma von Friesland Foods aus den Niederlanden. Dazu setzt der größte Käsehersteller der Welt unter anderem auf Siebe mit winzigen Poren, die wie bei Computerchips mittels Photolithographie in Siliziumscheiben hineingeätzt werden. Derzeit sind die Poren 350 Nanometer weit, für manche Bakterien bereits zu eng.

Einmal im Ladenregal angekommen, soll das verpackte Produkt auch nach etlichen Tagen noch appetitlich aussehen. Um so schwieriger, wenn die Hülle durchsichtig ist, denn UV-Licht löst wiederum chemische Prozesse aus. Ein Gegenmittel könnten Plastikfolien sein, in die wenige Nanometer große Teilchen aus Titandioxid eingearbeitet sind. Die blockieren seit langem in Sonnencremes die UV-Strahlung. Im Nanoformat haben sie zusammengenommen nicht nur eine größere Oberfläche als Mikropartikel, die Folie bleibt transparent, weil sichtbares Licht an ihnen nicht gestreut wird.

Nano inside

Besonders angetan hat es der Branche aber die Möglichkeit, nanotechnisch Geschmack und Nährwert aufzupeppen. "Wir möchten mit Lebensmitteln die Gesundheit verbessern", sagt Nissim Garti von der Hebräischen Universität Jerusalem. Deshalb seien Zusätze "ein Muss". Diese Idee ist nicht ganz neu. Unter der Bezeichnung "Nutraceuticals" - einem Kunstwort aus Nutrition und Pharmaceutical - werden seit einigen Jahren Joghurte mit rechtsdrehenden Milchsäuren oder mit Vitaminen angereicherte Produkte angeboten. Neu ist hingegen die Idee, diese Zusätze in Nanocontainern aus Fettmolekülen einzukapseln, die zwischen zehn und 100 Nanometern groß sind. Im Vergleich zu den tausend mal größeren Mikrotröpfchen seien diese sehr viel löslicher, beweglicher und robuster, erläutert Garti, der dieses Knowhow in das israelische Startup Nutralease einbringt.

Bringe man beispielsweise Phytosterin in Nanocontainern über ein Lebensmittel in die Blutbahn, verhindere dies sehr effektiv die Anlagerung des chemisch ähnlichen Cholesterin. Das kristallisiere dann und könne über den Darm ausgeschieden werden, so Garti. Ein anderes Beispiel ist die Verstärkung des Kaffeearomas mit Hilfe von Zucker und Aminosäuren. In Nanotröpfchen eingekapselt, könnten beide auf die Kaffeebohnen gesprüht werden. Erst wenn heißes Wasser hinzugefügt wird, platzen die Kapseln, und beide Stoffe reagieren mit dem Kaffee.

Der Süßwarenhersteller Mars hat gar eine Technologie patentiert, die Schokoriegel mit einer wenige Nanometer dicken Titandioxidschicht überzieht. Die soll geschmacksneutral sein und auch die ausgepackte Leckerei ansehnlich lassen, wenn sie einige Zeit offen herumliegt.

Das radikalste Konzept ist die Herstellung von synthetischem Fleisch. Dabei versucht man, die Erkenntnisse des so genannten Tissue Engineering, also der Züchtung von Gewebe aus einzelnen Zellen, in der Lebensmittelproduktion anzuwenden. Forscher der Universität Wageningen etwa arbeiten daran, aus Muskelzellen von Geflügel oder Rindern in der Petrischale flache Schichten heranwachsen zu lassen. Allerdings ließen sich die nur zu Burgern oder Würsten weiterverarbeiten, weil noch die typisch faserige Fleischstruktur fehle, sagt Jason Matheny, einer der beteiligten Forscher. Damit ein künstliches Steak entstehen kann, wollen sie in einem zweiten Schritt das Gewebe in molekularen Gerüsten in die Höhe wachsen lassen.

Schmeckt´s noch?

Nicht jedem dürfte die Vorstellung von Nanofood schmecken. Die kanadische ETC Group, die sich mit kritischen Positionen in der Nanotech-Gemeinde unbeliebt gemacht hat, warnt in ihrem Report Down on the Farm, dass viele Nano-Ingredienzien bislang nicht auf mögliche Toxizität untersucht worden sind. So ist Titandioxid in Form von Mikrokörnchen bereits seit den sechziger Jahren als Lebensmittelfarbstoff zugelassen. Toxikologische Studien haben aber gezeigt, dass Nano-Titandioxid Entzündungen im Körpergewebe auslösen kann. "Das macht die Aussicht auf Nanopartikel im Essen so alarmierend", schreibt die ETC Group: "Welche Nanosubstanzen sind noch in der Pipeline, die als Lebensmittelzusätze im größeren Maßstab zugelassen worden sind, aber nun im Nanoformat mit anderen Eigenschaften und unbekannten Wirkungen formuliert werden?"

Dass die Vorteile nanotechnisch optimierter Lebensmittel Skepsis hervorruft, findet Nissim Garti nur schwer vorstellbar - im Unterschied zu seinen europäischen Kollegen. Denn hier ist die Branche nach vielen Skandalen in den vergangenen Jahren vorsichtig geworden. "Wir müssen aus dem Debakel mit genmanipulierten Pflanzen lernen", heißt es auf Fachkonferenzen regelmäßig. Doch worin genau die Lektion besteht, darüber gehen die Meinungen dann doch auseinander. Hongda Chen vom US-Landwirtschaftsministerium etwa glaubt, dass "das existierende Arsenal pharmakologisch-toxischer Tests ausreichend ist." Man habe bereits ein adäquates Zulassungssystem auch für nanotechnisch verbesserte Nahrungsmittel. Frans Kampers, Programmmanager Bio-Nanotechnologie an der Universität Wageningen, ist sich hingegen sicher: "Ohne eine Regulierung wird das Vertrauen der Konsumenten in die neuen Produkte nicht sehr groß sein."


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00:00 02.12.2005

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