Safrol

Kanzerogene und genotoxische Inhaltsstoffe
Alkylbenzene
in Gewürzen
Alkylbenzene
•
•
•
[C6-C3] Verbindungen
bestehen formal aus einem Benzolring [C6] und einer n-Propylseitenkette [C3]
MG ca. 130-200
Estragol
Methyleugenol
Safrol
Natürliche Gewürzinhaltsstoffe
Methyleugenol, Estragol, Safrol
Vorkommen:
Sind aromatische Bestandteil in ätherischen Ölen
Estragol
getrocknete Basilikumblätter 0,34-1,4 mg/kg
Anteil im ätherischen Öl ausgewählter Gewürzpflanzen: Estragon (60–75 % Estragol), Basilikum
(20-43 %), Kerbel (60 %), Fenchel (5-20%), Sternanis (5-6 %), Piment, Muskatnuss, Pinie,
Zitronengras
Methyleugenol
Basilikumblätter: 2-235 µg/100 g
Anteil im ätherischen Öl ausgewählter Gewürzpflanzen: Muskat (0,1-17,9 %), Basilikum (2 %),
Fenchel (5-20 %), Sternanis (5-6 %),Piment, Muskatnuss, Lorbeer
Safrol
Muskat: ätherisches Öl 0,28-3,8 %, Muskatblüte: ätherisches Öl 0,37-30,7 %, schwarzer Pfeffer,
Basilikum
Vom SCF bewertet wurden: Safrol, Methyleugenol und Estragol
→ sind als genotoxische Kanzerogene anzusehen!
Natürliche Gewürzinhaltsstoffe
Methyleugenol, Estragol, Safrol
Gehalte in Aufgüssen teeähnlicher Erzeugnisse und verwandter Produkte
unterliegen großen Schwankungen
Problematisch:
Bei Untersuchungen in Deutschland wurden Spitzenkonzentrationen
bis 1,5 mg/l mehrfach in Baby-bzw. Kinderteeaufgüssen gemessen (fenchel- und zimthaltigen Tees)
→ mehrere Stoffe in Tees
Exposition/Durchschnittliche Aufnahmemengen (SCF, 2001)
Methyleugenol
Estragol
Safrol
13 mg/Tag/Person
4,3 mg/Tag /Person
0,3 mg/Tag/Person
Metabolisierung und Bioaktivierung
von Estragol
Epoxidierung weitere Möglichkeit der Aktivierung
aber nicht Hauptmetabolite!
Wahrscheinlcih nicht entscheidend für
genotoxische Wirkung (schnelle Detoxifizierung?)
CYP450
Sulfotransferasen
O-Demethylierung
Glucuronidierung
und Ausscheidung
Instabil
Abspaltung von Sulfat → Carbeniumion
Elektrophil kann DNA-Addukte bilden
Metabolismus
Methyleugenol, Estragol
Estragol:
1´-Hydroxylierung und 2´,3´-Epoxidierung,
proximales Kanzerogen: 1´-Hydroxyestragol
bei geringen Dosen O-Demethylierung
bei höheren Dosen 1´-Hydroxylierung
beim Menschen nach oraler Aufnahme (100 µg/Tag über 6 Monate):
1´-Hydroxyestragol im Urin
Methyleugenol:
nach oraler Gabe an Ratten: Oxidation der allylischen Seitenkette,
1´-Hydroxylierung und 2´,3´-Epoxidierung,
proximales Kanzerogen: 1´-Hydroxymethyleugenol
Metabolismus
Safrol
Safrol:
beim Tier: hauptsächlich 1´-Hydroxylierung zum 1´-Hydroxysafrol und Oxidation
/Spaltung zum 4-Allyl-Catechol, dieses wird leicht oxidiert zum 4-Allyl-O-Chinon
Hauptmetabolite: 1´-Hydroxysafrol und 4-Allyl-Catechol
Toxizität
Methyleugenol, Estragol, Safrol
akute/subakute Toxizität: moderat
LD50 ca. 0,5-2 g/kg KG/d (Methyleugenol und Safrol)
chronische Toxizität/Kanzerogenität
Bei allen Verbindungen ist das wichtigste Zielorgan die Leber
Methyleugenol:
Tumore der Leber und des neuroendokrinen Systems in
Mäusen und Ratten; in Ratten zusätzlich auch Tumore
u.a. der Niere, Brustdrüse, dem subkutanen Gewebe
kanzerogen in mehreren Spezies sowie mehreren
Organen/Geweben
Estragol:
Estragol und 1´-Hydroxyestragol induzieren Lebertumore in
Mäusen nach oraler Gabe, i.p. oder s.c. Injektion
Safrol:
Lebertumore in Mäusen und Ratten nach oraler Gabe;
Genotoxizität
Methyleugenol, Estragol, Safrol
Methyleugenol:
DNA Addukte in humanen Fibroplasten und in der Leber der Maus in vivo
Methyleugenol, Metabolite 1´-Hydroxymethyeugenol,
2´,3´-Epoxymethyeugenol induzieren UDS
(unscheduled DNA synthesis) in vitro
Estragol:
nur schwach mutagen in Salmonella typhimurium, Metabolite
(1´-Hydroxy, Epoxide) stark mutagen induziert UDS in vitro und in vivo
Safrol:
genotoxisch in verschiedenen Säugerzellsystemen in vitro
in vivo (Rattenleber): Chromosomenaberrationen, Schwesterchromatidaustausch
Metabolite sind direkt mutagen in Bakterien
Alle drei Verbindungen induzieren in vitro und in vivo DNA-Addukte
Methyleugenol
Estragol
Safrol
72,7 pmol/ml DNA
30,0 pmol/ml DNA
14,7 pmol/ml DNA
Stimmt überein mit notwendiger Dosis zur Induktion von Tumoren im Tier:
Safrol > Estragol > Methyleugenol
Safrol
Safrol
Humanstudie aus Taiwan [Lee et al., 2005. Mutation Research, 565]
• Auftreten von Safrol-DNA Addukten in Tumorgewebe und normaler ösophagelaer
Mukosa bei Patienten mit Ösophaguskrebs untersucht
– Gewohnheitsmäßig Arekanüsse gekaut
– Bis 420 µM Safrol bei Kauen in Speichel
– Genotoxischer Effekt des Safrols!
Humanstudie aus Taiwan [Chen et al., 1999. Carcinogenesis, 20]
• Safrol-DNA Addukte in oralen Plattenepithelkarzinomen
• 77 % der Betelnuss-Konsumenten Addukte, 0 % bei Kontrollen
Arekanuss/ Betelnuss
Einfluss von Polymorphismen
Estragol
• CYPs, die bei Bioaktivierung beteiligt sind, noch nicht identifiziert!
Methyleugenol
• CYP1A2, CYP2D9
• Raucher Induktion von CYP1A2 oder Personen mit Polymorphismus in CYP2D6 →
ultra-schnelle Metabolisierer → möglicherweise höheres Risiko!
Safrol
• Langsame Metabolisierer (CYP2D6, CYP2C9) wahrscheinlich verringertes Risiko
Cytochrom P450 Enzym 2D6 - Aktivitätsverteilung bei Kaukasiern
7%
Langsame Metabolisierer (poor metabolizer, PM)
20-30 % Intermediäre Metabolisierer (intermediate metabolizer, IM)
60-70 % Schnelle Metabolisierer (extensive metabolizer, EM)
3%
Ultra-schnelle Metabolisierer (ultrarapid metabolizer, UM)
Risikobewertung
Methyleugenol, Estragol, Safrol
Bewertungen des SCF (vom 26. September und 12. Dezember 2001)
Methyleugenol, Estragol und Safrol sind genotoxisch und kanzerogen.
Aus diesem Grund können kein Schwellenwert und keine sicheren Aufnahmemengen
angegeben werden.
Eine Minimierung der Exposition und Einschränkung der Verwendung ist angezeigt.
FEMA:
Expertenkomitee der Flavour and Extract Manufacturers Association
(Lebensmittelindustrie) veröffentlichte Stellungnahme, in der Aufnahme von Estragol
und Methyleugenol durch Gewürze und Gewürzextrakte kein signifikantes Krebsrisiko
für den Menschen darstellt.
Safrol
Rechtliche Regelungen
Gesamte Rechtsvorschrift für Aromenverordnung, Fassung vom 26.04.2010
§ 7. (1) Aromen und sonstige Lebensmittelzutaten mit Aromaeigenschaften dürfen
nur in dem Ausmaß verwendet werden, dass die Höchstmengen der nachfolgend
angeführten Stoffe im angegebenen Fertigprodukt nicht überschritten werden:
Safrol und Isosafrol
-2 mg/kg in alkoholischen Getränken mit einem Alkoholgehalt von bis zu 25 Vol%
-5 mg/kg in alkoholischen Getränken mit einem Alkoholgehalt von über 25 Vol%
-15 mg/kg in Waren, die Muskatblüte oder Muskatnuß enthalten
Kanzerogene und genotoxische Inhaltsstoffe
Glykoside
Glycoside
Aglykon + Zucker
Cycasin und Sinigrin
Cycasin
Sinigrin (Senfölglykosid)
Glycoside
Cycasin und Sinigrin
Vorkommen:
Cycasin: in Samen, Zweigen und Blättern der Cycadeenpalme, Cycadeenpalmenmehl:
bis 4 % des Trockengewichts, Nüsse (getrocknet): 0,02-2,3%
→ auf Philippinen, Indonesien, Japan
Sinigrin: Kren/ Meerrettich (Wurzel, frisch): 0,3 %, Kohlsprossen: 17 %, Samen des
schwarzen Senfs: bis 4,5 %
•
Verantwortlich für Schärfe in der Pflanze → Schutz vor Fraßfeinden
•
Liegen in glycosidischer Bindung in Pflanze vor
•
Durch Spaltung werden biologisch aktive Verbindungen gebildet
Vorkommen von Senfölglykosiden
Sinigrin
Art
Brassica oleracea
Gehalt
(mg/kg
Frischgewicht)
Kohlsprossen
600 - 3900
Blumenkohl
138 - 2083
Rotkohl
410 - 1090
Brokkoli
611
Brassica napsus
Raps
Nasturtium officinale
Brunnenkresse
Sinapis alba
Senf
60 -170
Metabolismus
Cycasin und Sinigrin
Cycasin
Spaltung durch mirkobielle Flora im Darm → Deglykosylierung
Metabolit Methylazoxymethanol
Bildet durch spontanen Zerfall reaktive Carbeniumionen
Sinigrin
Beim mechanischen Zerkleinern der Pflanze, Zerstörung der zellulären Strukturen
Freisetzung Thioglucosidase (Myrosinase), Kochen inaktiviert Myrosinase
(Spaltung dann aber durch Enzyme der intestinalen Mikroflora)
spaltet das Glucosemolekül ab (Deglykosylierung)
Entstehendes Aglykon ist instabil → wird umgelagert zum Hauptprodukt
Allylisothiocyanat
Stark elektrophil und kann direkt mit Proteinen und DNA reagieren!
Detoxifizierung: Konjugation mit GSH und Ausscheidung als Merkaptursäure mit dem
Harn
Cycasin, Sinigrin
Cycasin bzw. das Aglykon: positiv im Mikrokerntest, UDS, DNA-Strangbrüche
Mutagene und tumorauslösende Wirkung in Tierversuch
Hinweise aus epidemiologischen Studien → Lebertumore
Aber: Humanexposition gering, da Cycadeenmehl so gut wie nicht mehr
hergestellt wird
Sinigrin bzw. Aglykon : unter in vitro-Bedingungen stark Chromosomen brechend und
löst DNA-Reparatur aus
genotoxische Effekte im Tierversuch in hohen Konzentrationen
Aber nicht klar ob auch unter in vivo-Bedingungen genotoxische Effekte beim
Menschen in relevanten Dosis-Bereichen auftreten!
Weitere toxische Pflanzeninhaltsstoffe
Proteaseinhibitoren in Lebensmitteln
Proteaseinhibitoren:
Proteinhydrolyse durch peptidbindungsspaltende Enzyme katalysiert
→ Proteinasen und Peptidasen für Verdau von Proteinen notwendig
• Inhibitoren der Enzyme an Regulation von aktiven Proteasen beteiligt!
• Leguminosen speichern große Mengen an Inhibitoren in Samen, möglicherweise als
Abwehr gegen Fraßfeinde
• Inhibitorgehalt abhängig Sorte, Reifungsgrad und Lagerzeit (bis z.B. Sojabohne 20 g/kg)
Inhibitor
Vorkommen
Trypsin- Inhibitor
Sojabohne, Kartoffel, Kürbis,
Mais, Reis, Hafer, Weizen,
Eiklar
Chymotrypsin-Inhibitor
Sojabohne, Mungobohne,
Kartoffel
Plasmin-Inhibitor
Sojabohne, Erdnuss
Elastase-Inhibitor
Sojabohne, Kartoffel
Wirkung von Proteaseinhibitoren
•
•
Proteaseinhibitoren wichtige Funktion in Pflanzen!
Aber in Lebensmitteln sind Proteaseinhibitoren nicht erwünscht
•
In Hülsenfrüchten wichtigste Inhibitoren auf Serinproteasen wie Trypsin und
Chymotrypsin
Serinproteinase-Inhibitoren bilden stabile Komplexe mit Verdauungsenzymen
→ Aktivität stark verringert
•
•
2 Gruppen an Inhibitoren
Einteilung auf Grund homologer Aminosäurefrequenz
1)
Kunitz-Sojabohnen-Trypsininhibitor
2)
Bowman-Birk-Sojabohnen-Proteaseinhibitor
können durch Hitze inaktiviert werden!
Physiologische Effekte der
Proteinaseinhibitoren
Verringerung der proteolytischen Aktivität
→ Ernährungsstörungen
→ Verringerung des Wachstums in Versuchstieren (Defizit an bestimmten Aminosäuren)
→ Speziesabhängig (Ratten, Mäusen, Meerschweinchen)
Wichtigste toxikologische Wirkung der Trypsininhibitoren ist die Hypertrophie
(Größenzunahme) des Pankreas
Mögliche Erklärung: Stimulation einer erhöhten Enzymausscheidung
Schlussfolgerung:
Im rohen Zustand enthalten viele Lebensmittel Proteinaseinhibitoren, aber
Industrie/Haushalt zumeist Inaktivierung durch Erhitzungsprozesse!
Schädigung der menschlichen Gesundheit nicht zu erwarten!
Lektine
Lektine oder Hämagglutinine (Phytohämagglutinine)
Keine Chemische Definition sondern:
• Alle zuckerbindenden Proteine zusammengefasst, die an Erythrocyten binden und
diese so agglutinieren (präzipitieren) können
• Bei einigen Verbindungen wurde sogar Blutgruppenspezifität beobachtet
• MG ~ 100 kDa
• Fast durchweg Glykoproteine, die aus mehreren Untereinheiten bestehen
Vorkommen:
in mehr als 600 Leguminosen z.B. heimische Gartenbohne
Vorwiegend in Lebensmitteln welche ohne Hitzebehandlung
verzehrt werden (Salat, frisches Obst)
durchschnittliche Lektinaufnahme von 0-300 mg/Tag bzw. 0-5 mg/kg Körpergewicht
[Watzl et al. ,2001]
Lektine
Spezies
Konzentration
[g/kg]
Orale Toxizität
Hitzestabilität
Phaseolus vulgaris
(Gartenbohne)
1-10
Hoch
Moderat
Phaeolus coccineus
(Stangenbohne)
1-10
Hoch
Moderat
1-5
Lethal
Instabil
Leguminosenlektine
Typ-2 Ribosomen
inaktivierende Proteine
Ricinus communis
(Rizinussamen)
• Durch Erhitzen werden Lektine inaktiviert und toxische Wirkung geht verloren
z.B. nach 10 min Erhitzung auf 100 ° C sind Sojabohnen frei von Lektinaktivität
Lektine-Toxizität
Akute Toxizität
Unbeabsichtigter Vergiftung
Rizin- ein Typ-2 Ribosomen inaktivierendes Protein- führte innerhalb weniger Tage nach
Aufnahme von wenigen Rizinusbohnen zum Tode
(nur dieser Typ bekannte lethale Wirkung)
→ Inhibiert Proteinbiosynthese
Gartenbohne
Rizinussamen
Nicht ausreichend gekocht!
Schweren gastrointestinalen Leiden durch Gartenbohnenlektin
→ Übelkeit, Erbrechen, Durchfall
→ Effekte reversibel, aber bei langanhaltender Exposition keine Daten bekannt!
Lektine-Toxizität
Mechanismus
• Lektine widerstehen im Gegensatz zu nutriven Proteinen die proteolytischen
Verdauungsenzyme und bakteriellen Stoffwechsel im Darm
• Abhängig von Struktur können bis zu 90 % in aktiver Form Darmpassage überstehen
• Binden von bestimmten Lektinen an die intestinale Mukosa oder den Bürstensaum
des Darmlumens
→ Bindung der Lektine an Rezeptoren der Epithelzellen, kann so als Mitogen wirken
und Hypertrophie des Dünndarms bewirken
→ Unterbrechen der Membranpermeabilität
Indirekte Effekte an weiter entfernten Organen
→ Lektine die an Saumzellen des Darmepithels binden wirken als Wachstumsfaktoren für
das Pankreas
→ Einige Lektine können in Epithelzellen internalisiert werden und so in Kreislauf
gelangen z.B. Weizenkeimagglutinin leicht durch Endozytose aufgenommen und an
die Wände der Blut- und Lymphgefäße abgelagert
Lektine-Toxizität
Schlussfolgerung
Praktisch alle in Ernährung relevanten Leguminosen enthalten Lektine in Samen
Obwohl relativ hohe Konzentration sind die meisten Lektine hitzelabil und werden
bei Verarbeitung inaktiviert!
Daher Bohnen einweichen (über Nacht) und in frischem Wasser für mindestens
10 min kochen!