Furan und Alkylfurane

Yvonne Köder*, Irene Straub, Christina Gaag (CVUA Karlsruhe)

* Lebensmittechemikerin im praktischen Jahr bis Mai 2024

Furan ist ein Stoff, der in zahlreichen Lebensmitteln vorkommt und für den Menschen möglicherweise eine krebserregende Substanz darstellt. Reines Furan ist eine farblose Flüssigkeit und mit einem Siedepunkt von 31 °C sehr flüchtig. Es ist in organischen Lösungsmitteln leicht löslich und in Wasser unlöslich. Hohe Konzentrationen reizen Augen und Atemwege. Der Furan-Ring ist für bestimmte chemische Reaktionen sehr anfällig, was zur Bildung von Alkylfuranen führt. Zu diesen Alkylfuranen gehören u. a. 2-Methylfuran, 3-Methylfuran, 2,5-Dimethylfuran und 2-Ethylfuran, welche auch in Lebensmitteln vorkommen.

Das Bild zeigt die chemische Strukturformeln von Furan,2- und 3-Methylfuran, 2,5-Dimethylfuran und 2-Ethylfuran.

Abbildung 1: Strukturformeln von Furan und ausgewählten Alkylfuranen.

Entstehung und Vorkommen

Die Bildung von Furan in Lebensmitteln ist je nach Lebensmittelzusammensetzung unterschiedlich. Allen maßgeblichen Bildungswegen liegt ein Erhitzungsprozess wie Kochen oder Rösten zu Grunde. Als Vorläufer gelten unter anderem in Lebensmitteln vorkommende Kohlenhydrate, Aminosäuren, Ascorbinsäure, (mehrfach) ungesättigte Fettsäuren und Carotinoide.

Der erste chemische Nachweis von Furan als Bestandteil des Kaffeearomas wurde bereits 1938 geführt. Arbeiten aus dem Jahr 1964 zeigten Furan als Grundkörper einer Vielzahl von flüchtigen Verbindungen in Kaffee. Im Mai 2004 veröffentlichte die US Food and Drug Administration (FDA) Untersuchungsergebnisse über das Vorkommen von Furan in verschiedenen Lebensmitteln , die auch durch Untersuchungen der Lebensmittelüberwachung in Baden-Württemberg in den darauffolgenden Jahren bestätigt werden konnten.

Zudem beschäftigen sich auch diverse wissenschaftliche Veröffentlichungen mit den Gehalten an Furan und Alkylfuranen in Lebensmitteln. Beispielsweise wurden in einer Veröffentlichung aus dem Jahr 2014 in Schokolade und Keksen Gehalte von bis zu 11 Mikrogramm Furan pro Kilogramm Lebensmittel und in getrockneten Früchten bis zu 83 Mikrogramm Furan pro Kilogramm Lebensmittel (fortan als µg/kg abgekürzt) bestimmt. Der jeweilige Mittelwert lag jedoch mit 3,9 µg/kg bzw. 6,5 µg/kg in beiden Produktgruppen deutlich niedriger. Bei der Untersuchung von Kaffee konnten Wissenschaftler feststellen, dass der Gehalt an 2-Methylfuran in den analysierten Proben verhältnismäßig höher als der Furan-Gehalt ist . Dies konnte auch am CVUA Karlsruhe bestätigt werden.

In einer wissenschaftlichen Beurteilung der EFSA (Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit) aus dem Jahr 2017 geht hervor, dass in gerösteten, ganzen Kaffeebohnen die höchsten Furan-Konzentrationen zu erwarten sind. Der Mittelwert beläuft sich hier auf ca. 4500 μg/kg. Ein durchschnittlicher Erwachsener nimmt daher insbesondere durch Kaffeegetränke Furan auf. Für Säuglinge und Kleinkinder stellt verzehrfertige Babynahrung, insbesondere auf Gemüsebasis, die größte Eintragsquelle von Furan dar. Etwas ältere Kinder und Jugendliche nehmen Furan und Alkylfurane vor allem über getreidehaltige Produkte auf. Diese Produktart wurde zudem als zweitgrößte Quelle für alle anderen Altersklassen identifiziert .

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Reduzierung des Furan-Gehalts bei der Zubereitung

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) schlussfolgerte in ihrer wissenschaftlichen Beurteilung von Furan und Alkylfuranen, dass die Endkonzentration an Furan im Lebensmittel neben der Zusammensetzung und Verarbeitung des Lebensmittels auch von den Bedingungen beim Zubereiten durch den Verbraucher abhängig ist, da hierbei der Furan-Gehalt durch Verdampfen verringert werden kann. Einzelne Studien mit unterschiedlichen Zubereitungsarten von verzehrfertige Mahlzeiten für Säuglinge und Kleinkinder im Glas zeigen dies auf .

Das Bild zeigt ein Foto von einem geöffneten Glas mit ockerfarbenem Inhalt und einem Löffel.

Abbildung 2: Zubereitung von Fertigmahlzeiten für Kleinkinder

Laut der Beurteilung der EFSA aus dem Jahr 2017 sind andere Lebensmittel mit durchschnittlichen Furan-Gehalten von 20 bis 57 μg/kg unter anderem Sojasoße, Brot und Brötchen, Pasta, Frühstückscerealien, feine Backwaren und Spirituosen .

Furan in Lebensmitteln – ein Risiko?

Nachdem Furan im Rahmen des National Toxicology-Projektes von 1993 in umfangreichen toxikologischen Prüfungen eine karzinogene (= krebserregende) Wirkung im Tierversuch nachgewiesen wurde, stufte auch die Internationale Agentur für Krebsforschung der Weltgesundheitsorganisation (IARC) im Jahr 1995 Furan als möglicherweise krebserregend für den Menschen ein (Group 2b "possibly carcinogenic to humans") .

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Umwandlung und Wirkung des Furans im Körper

Nach der oralen Aufnahme mit der Nahrung wird Furan schnell im Magen-Darm-Trakt aufgenommen und im ganzen Körper verteilt. Dort wird Furan weitgehend verstoffwechselt, wobei das sehr reaktive Stoffwechselzwischenprodukt cis-But-2-en-1,4-dialdehyd (kurz BDA) entsteht. Dieses kann unter anderem mit Aminosäuren oder auch direkt mit der DNA reagieren. Furan scheint – abhängig von der aufgenommenen Menge und der Länge des Zeitraums, über den hinweg der Stoff aufgenommen wird – auch bei der Krebsentstehung eine indirekte Rolle zu spielen. In Tierversuchen konnte zudem eine starke leberschädigende Wirkung nachgewiesen werden. Es wird davon ausgegangen, dass 2-Methylfuran und 3-Methylfuran ein ähnliches toxisches Potential wie Furan aufweisen .

Die Risikobewertung, die sich aus den toxikologischen Daten unter der Berücksichtigung der Aufnahme von Furan über die Nahrung durch den Menschen ergibt, wird mithilfe eines Sicherheitsabstandes, der sogenannten Margin of Exposure (MOE), durchgeführt. In ihrer Sicherheitsbewertung kommt die EFSA zu dem Schluss, dass dieser Sicherheitsabstand in bestimmten Szenarien nicht ausreichend groß ist und ein Gesundheitsrisiko für den Menschen durch die Aufnahme von Furan über die Nahrung besteht. Methylfurane können die Aufnahme noch zusätzlich erhöhen und somit auch das Risiko für Lebertoxizität steigern .

Überwachung

Durch die Sicherheitsbeurteilung der EFSA wird deutlich, dass ein Risiko von Furan und Methylfuranen für den Menschen ausgeht. Die Datenlage, insbesondere bezüglich der Gehalte an Methylfuranen, ist derzeit allerdings unzureichend. Deshalb empfiehlt die europäische Kommission eine Überwachung von Furan, 2-Methylfuran und 3-Methylfuran in Lebensmitteln, insbesondere in Kaffee, Säuglings- und Kleinkindernahrung in Gläsern, verzehrfertigen Suppen, Chips auf Kartoffelbasis, Fruchtsäften, Frühstückscerealien, Keksen, Kräckern und Knäckebrot. Insofern die verwendete Analysemethode dafür geeignet ist, wird die Bestimmung weiterer Alkylfurane empfohlen (Empfehlung (EU) 2022/495 der Kommission). Rechtlich festgesetzte Grenzwerte oder Höchstmengen existieren derzeit nicht.

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Nationales Referenzlabor

Die Untersuchung von Proben im Rahmen der Überwachung unterliegt den zuständigen Behörden der Länder. Diese werden in der Qualitätssicherung durch das nationale Referenzlabor für Prozesskontaminanten, angesiedelt am Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit, unterstützt. Dies geschieht beispielsweise über die Bereitstellung von Referenzmaterialien, durch Beschreibung selbst entwickelter Methoden und durch jährliche Fachtagungen zur Weitergabe von Informationen, um die Vergleichbarkeit von Untersuchungen zu erhöhen. Zudem arbeiten diverse Gremien an der Entwicklung einer einheitlichen Methode für die Furan-Analytik.

Analytik am CVUA Karlsruhe

Zuständig für die Bestimmung der Furan- und Alkylfurane-Gehalte in Lebensmitteln ist in Baden-Württemberg das Chemische und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Karlsruhe. Hier wurde bereits Anfang der 2000er die Bestimmung des Furan-Gehaltes in unterschiedlichen Lebensmitteln etabliert. Seit 2018 werden zusätzlich die Gehalte der Alkylfurane 2-Methyl- und 3-Methylfuran ermittelt. Im Jahr 2020 kam die Analytik zweier weiterer Alkylfurane (2-Ethylfuran und 2,5-Dimethylfuran) hinzu.

Neben diversen Kaffeeprodukten, beispielsweise Röstkaffe, Kaffeepads, Instantkaffee oder Kaffeeersatzprodukte, wurden in den vergangenen Jahren auch Getreideprodukte wie Frühstückscerealien und Reiswaffeln untersucht. Auch im Bereich der zusammengesetzten Fertiggerichte (z. B. Eintöpfe) wurden erste Analysen durchgeführt.

Derzeit liegt der Fokus des CVUA Karlsruhe auf der Untersuchung von Produkten für Säuglinge und Kleinkinder. Diese Verbrauchergruppe bedarf des besonderen Schutzes, da Säuglinge und Kleinkinder aufgrund ihres geringen Körpergewichts proportional größere Mengen an Furan aufnehmen. In Kooperation mit dem CVUA Freiburg, an dem das Zentrallabor für diese Produktgruppen angesiedelt ist, wurden seit 2010 mehr als 268 solcher Produkte hinsichtlich ihres Furan-Gehaltes untersucht. Seit 2018 wurde in 170 dieser Proben zusätzlich der Gehalt an weiteren Alkylfuranen ermittelt.

Wie im gemeinsamen Internetartikel zu Prozesskontaminanten in Säuglings- und Kleinkindernahrung von drei baden-württembergischen Untersuchungsämtern diskutiert , wurden im Zuge der Überwachung zwischen 2018 und 2023 im Vergleich zu 2010 erfreulicherweise niedrigere Furan-Gehalte in Babynahrung gefunden. Dies lässt darauf schließen, dass die Hersteller die Produktionsweise der Erzeugnisse umgestellt haben und sich der Kontamination bewusst sind.

Alkylfurane in Säuglings- und Kleinkindernahrung von geringerer Bedeutung als Furan

Die Alkylfurane 2-Methylfuran und 3-Methylfuran werden am CVUA Karlsruhe seit 2018 analysiert. Hier wurden seither im Vergleich zu Furan deutlich niedrigere Gehalte in den verschiedenen Produktgruppen bestimmt.

Das Bild zeigt eine graphische Darstellung des Gehalts an 2-Methylfuran in µg/kg für die Zeiträume 2018 bis 2019 und 2020 bis 2023 für unterschiedliche Säuglings- und Kleinkindernahrung.

Abbildung 3: Box-Whiskers-Diagramm für die gefundenen 2-Methylfuran-Gehalte der Jahre 2018 und 2019 sowie 2020 bis 2023 in verschiedenen Produktarten

Tabelle 1: Probenzahlen je Produktgruppe in den Jahren 2018 und 2019 (orangefarbene Spalten) sowie 2020 bis 2023 (graue Spalten) für die Untersuchung auf 2-Methylfuran. n.n. = nicht nachweisbar. n.b. = nicht bestimmbar. Proben mit Ergebnis n.n. bzw. n.b. wurden in Abbildung 2 nicht erfasst.
	Säuglingsanfangs- und Folgenahrung		Beikost auf Obstbasis		Getreidebeikost		Beikost auf Basis Fisch/Fleisch		Beikost auf Gemüsebasis
Probenanzahl	5	0	6	3	13	13	10	45	16	42
davon n.n./n.b.	4	0	4	1	6	9	0	9	2	8

Für 2-Methylfuran beispielsweise lagen die ermittelten Gehalte in den letzten Jahren zwischen 1,2 µg/kg und 14 µg/kg, wobei es weder zwischen den verschiedenen Produktgruppen, noch zwischen den oben betrachteten Zeiträumen große Unterschiede gab.

Im Vergleich hierzu lagen die Furan-Gehalte in diesen Proben in den Jahren 2020 bis 2023 zwischen 5,9 µg/kg und 94 µg/kg, wobei in drei der 109 Proben Furan entweder gar nicht oder in so geringen Mengen vorhanden war, dass eine Gehaltsbestimmung nicht durchgeführt werden konnte („nicht nachweisbar“ bzw. „nicht bestimmbar“).

Bestimmung von Furan und Alkylfuranen

Die hohe Flüchtigkeit der Analyten stellt hohe Anforderungen an die Vorbereitung und Durchführung der analytischen Untersuchung: Proben und Lösungen dürfen nur kurze Zeit geöffnet bleiben, um einen Verlust des Furans und der Alkylfurane zu vermeiden. Alle Gefäße müssen sorgfältig verschlossen werden, um ein Entweichen der Analyten zu unterbinden. Lange Standzeiten der Gefäße bei der Durchführung der gaschromatographischen Analyse werden vermieden, indem nur wenige Proben zeitgleich für die Messung vorbereitet werden.

Das Bild zeigt einen Aufbau an dem Gaschromatographen mit einer Spritze zur Aufnahme der zu messenden Probe und Probengefäße.

Zudem ist eine Erhitzung des Probenmaterials, z. B. während des Mahlens, zu vermeiden, um den Analytverlust möglichst gering zu halten. Stückige Proben, beispielsweise Gläschennahrung für etwas ältere Säuglinge, werden daher beim Mahlen in der sogenannten Kryomühle mittels flüssigem Stickstoff gekühlt.

Bild links zeigt ein geöffnetes Gerät aus dem Stickstoffnebel aufsteigt und das Gefäß mit Probe, die gemahlen wurde, Bild rechts zeigt die gelblich, teilweise pulvrige Masse nach dem Vermahlen auf einem kleinen Glasteller.

Die am CVUA Karlsruhe im Zentrallabor für Furananalytik ermittelten Ergebnisse werden im gemeinsamen Laborinformationsmanagement-System der CVUAs Baden-Württemberg erfasst. Das entsprechende Fachlabor, welches für die untersuchte Lebensmittelgruppe zuständig ist bzw. die Analyse in Auftrag gegeben hat, kann auf diese Weise die in Karlsruhe bestimmten Gehalte einsehen. Durch die zuständigen Sachverständigen werden die Analyseergebnisse beurteilt. Bei Bedarf werden am CVUA Karlsruhe weitere Analysen des Produkts durchgeführt, um beispielsweise auffällige Gehalte abzusichern. Wenn Anlass dazu besteht, verfassen die Sachverständigen Gutachten. Da es für Furan und Alkylfurane in Lebensmitteln noch keine rechtlich festgelegten zulässigen Höchstmengen gibt, müssen hierfür andere Kriterien, insbesondere toxikologisch relevante Richtwerte, herangezogen werden. Diese werden beispielsweise von der EFSA aufgestellt. Die EFSA bezieht hierfür mitunter die Untersuchungsergebnisse der amtlichen Lebensmittelüberwachung der EU-Mitgliedsstaaten ein, die regelmäßig an die EFSA übermittelt werden.

Ausblick

Das CVUA Karlsruhe ist in Hinblick auf die Eignung der Analysemethode und der Anzahl der untersuchten Furane insbesondere für die Untersuchung von Säuglings- und Kleinkindernahrung und Kaffee derzeit gut aufgestellt. Perspektivisch ist es erforderlich, die vorhandene Methode auf weitere Lebensmittelgruppen zu erweitern, um auch für diese Daten zum Vorhandensein von Furan sowie der Alkylfurane sammeln und zur toxikologischen Beurteilung an die EFSA weiterleiten zu können.