Michael Kempf

• In jüngster Vergangenheit hat die potentielle Belastung von Lebens- und Futtermitteln mit PA wiederholt Aufmerksamkeit erregt. Eine Exposition des Menschen mit PA kann über den Genuss von Tees, Phytopharmaka, pflanzlichen Lebensmitteln (z.B. Salatmischungen) oder, im Fall einer Verfütterung von PA-Pflanzen an Tiere, als sekundäre Kontamination über tierische Lebensmittel erfolgen. Im ‚International Programme on Chemical Safety (IPCS)’ der WHO ist die grundsätzliche Gefährdung der menschlichen Gesundheit durch PA dokumentiert. Aus Gründen desIn jüngster Vergangenheit hat die potentielle Belastung von Lebens- und Futtermitteln mit PA wiederholt Aufmerksamkeit erregt. Eine Exposition des Menschen mit PA kann über den Genuss von Tees, Phytopharmaka, pflanzlichen Lebensmitteln (z.B. Salatmischungen) oder, im Fall einer Verfütterung von PA-Pflanzen an Tiere, als sekundäre Kontamination über tierische Lebensmittel erfolgen. Im ‚International Programme on Chemical Safety (IPCS)’ der WHO ist die grundsätzliche Gefährdung der menschlichen Gesundheit durch PA dokumentiert. Aus Gründen des vorbeugenden Verbraucherschutzes gibt es demzufolge Rechtsvorschriften zur Regulierung PA-haltiger Phytopharmaka. Für diese gilt in Deutschland seit 1992 ein Grenzwert von 1 µg PA/Tag für 1,2-ungesättigte PA und deren N-Oxide bei oraler Aufnahme und einer Anwendungsdauer von max. 6 Wochen. Geht die Anwendung darüber hinaus, beträgt der Grenzwert 0,1 µg PA/Tag. Im ersten Teil der Arbeit wurde eine robuste, reproduzierbare und selektive analytische Methode basierend auf Zink-Staub-Reduktion, Festphasenextraktion (SCX-SPE), LiAlH4 Reduktion mit anschließender Silylierung sowie Kapillargaschromatographie-Massenspektrometrie (HRGC-MS)-Analytik erarbeitet. Durch ein solches Vorgehen werden die PA-N-Oxide in tertiäre PA überführt, so dass alle PA in ihrer tertiären Form vorliegen. Durch die anschließende chemische Reduktion werden alle Mono- und Diester-PA in die jeweiligen Necinbasen überführt. Durch die anschließende Derivatisierung zum di-TMS-Derivat, konnten über den Summenparameter Retronecin PA-Kontaminationen mit 1,2-ungesättigten PA-Strukturen verlässlich detektiert und hochselektiv mittels HRGC-MS im SIM-Modus angezeigt werden. Die Validierung der Methode erfolgte durch die Verwendung von Senecio vernalis-Extrakt sowie authentischen PA-Standards und deren N-Oxiden. Unter Modifikationen der Probenaufarbeitung war diese Methode sowohl für Honig und Pollen, als auch für honighaltige Lebensmittel einsetzbar. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde die Methode durch die Synthese des deuterierten Standards di-Butyroyl-[9,9-2H2]-Retronecin zur Stabilisotopen-Verdünnungsanalyse (SIVA) erweitert und optimiert. Die entwickelte Methode erlaubt erstmals, anders als bei bereits vorliegenden Arbeiten zur Bestimmung von PA in Pflanzenteilen, eine exakte und selektive Bestimmung von PA im Spurenbereich, unabhängig von deren botanischem Ursprung oder chemischer Struktur (tertiäres PA, N-Oxide). In einem breit aufgestellten Screening von 216 Honighandelsproben und 35 Forschungshonigen – letztere umfassten 27 Senecio- und 8 Echium-Honige - konnten zum Teil erhebliche Mengen an PA nachgewiesen werden. Die Belastungsrate der einzelnen Probensets reichte von 9 bis zu 100%. Die hierbei ermittelten Gehalte lagen, berechnet als Retronecin-Äquivalente, zwischen 0,019 µg/g und 4,66 µg/g. Ergänzt wurden die analytischen Daten durch die Erhebung von mellisopalynologischen Daten. Hierbei zeigte sich, dass eine Bestimmung von PA-Pflanzenpollen über die relative Pollenhäufigkeit nach DIN 10760 nur eine geringe Aussagekraft bei der Riskioabschätzung besitzt. Zwar war die Anwesenheit von PA-Pflanzenpollen immer ein Indikator für das Vorkommen von PA, jedoch konnten über den relativen Pollengehalt keine Aussagen über die Höhe der PA-Belastung getroffen werden. In einer weiteren Studie zu PA-Gehalten in Pollen und Pollenerzeugnissen sind in den nativen Pollen die erwartet hohen PA-Gehalte bestätigt worden. Aber auch die in Vollsortimentsupermärkten und Reformhäusern häufig vertretenen Pollenprodukte wiesen PA-Gehalte auf, die im Mittel weit über den bei Honig festgestellten Werten lagen. So ergaben sich für die nativen Pollen aller bedeutenden, PA-produzierenden Pflanzenfamilien PA-Gehalte von 0,57-4,07 mg/g, während sich für die Pollenprodukte Gehalte von 1,08-16,35 µg/g feststellen ließen. Eine zusätzliche Erhebung von mellisopalynologischen Daten bestätigte deren bereits bei den Honigproben festgestellte, eingeschränkte Aussagekraft hinsichtlich des PA-Gehaltes. Durch ein Screening von 60 honighaltigen Lebensmitteln mit unterschiedlichen Honiganteilen konnte eine potentielle Downstream-Kontamination durch den Einsatz von hoch PA-belasteten Honigen im Herstellungsprozess nachgewiesen werden. Bei einer Belastungshäufigkeit von 13% lagen die hierbei ermittelten PA-Gehalte, berechnet als Retronecin-Äquivalente, bei 0,010-0,484 µg/g. Abschließend ist in modellhaft durchgeführten Filtrationsversuchen gezeigt worden, dass PA-Pflanzenpollen erheblichen Einfluss auf den PA-Gehalt des Honigs ausüben. Dennoch stellt eine Honigfiltration, wie sie in Anlage 1 der Honigverordnung zulässig ist, keine Möglichkeit dar, hoch mit PA belasteten Honig im PA-Gehalt zu senken. Vielmehr ließ sich mit den durchgeführten Versuchen eine Diffusion der PA aus Pollen in den Honig nachweisen.…
• Recently, the potentially PA contamination of food and feeding stuff attracted high attention. Humans are exposed to these toxins by comsumption of herbal medicine, herbal teas, dietary supplements or food containing PA plant material. In the ´International Programme on Chemical Safety (IPCS) the WHO states the potential threath to human health by PA. In pharmaceuticals, the use of these plants is regulated by the German Federal Health Bureau to a total PA intake of 1 µg per day for 1,2-unsaturated PA and their N-oxides within a six-week periodRecently, the potentially PA contamination of food and feeding stuff attracted high attention. Humans are exposed to these toxins by comsumption of herbal medicine, herbal teas, dietary supplements or food containing PA plant material. In the ´International Programme on Chemical Safety (IPCS) the WHO states the potential threath to human health by PA. In pharmaceuticals, the use of these plants is regulated by the German Federal Health Bureau to a total PA intake of 1 µg per day for 1,2-unsaturated PA and their N-oxides within a six-week period per year, or, if six weeks are surpassed, the level is reduced to 0.1 µg total PA content per day. With regard to food the DFG-Senate Commission on Food Safety (SKLM) passed an opinion that […] The existing data base dealing with the content of PAs in honey collected from PA-containing plants […] as well as the data base dealing with the exposure of consumers to PAs are judged to be inadequate […]. Furthermore, they reminded that […] The main goal of future research should be the careful analytical determination of the PA content of honey and pollen […]. Initiated by this, the essential intention of this work was to develop a reliable tool for selective and quantitative determination of PA in the relevant range of concentration at ≤ 0,1 ppm in this food. Furthermore, the generation of a broad dataset should be the basis for the estimation of the potential risk of PA. First of all, a robust, reproducable and selective method consisting of Zn-dust reduction, strong cation exchance solidphase extraction (SCX-SPE), chemical reduction with LiAlH4, subsequent silylation and capillary gas chromatography-mass spectrometry (HRGC-MS) using SIM mode was established. This procedure converted PA-N-oxides into their basic tertiary form and, due to the subsequent chemical reduction, all mono- and diester PA resulted in their particular necine backbones. The newly developed method represented a reliable tool to detect potential PA contamination with toxic 1,2-unsaturated PA structures using retronecine as sum parameter by capillary gas chromatography-mass spectrometry (HRGC-MS) in SIM mode. This procedure was validated using extracts of Senecio vernalis as well as authentic standards of PA and their N-oxides. This method was applicable to honey and, after some modifications, to pollen and honey-containing foods, respectively. Furthermore, the analytical method was optimised by synthesis of a deuterium labelled standard, di-Butyroyl-[9,9-2H2]-retronecine, used for stable isotope dilution assays. For the first time, the present method allows the exact and selective determination of toxic PA by simply detecting a sum parameter which contains the toxic principle of the PA (1,2-double bond), independently from botanical origin or the oxidation state of the PA (tertiary PA, N-oxides). The method was applied to 216 commercially available flower honey samples and 35 exploratory harvested honeys, comprising 27 Senecio- and 8 Echium-honeys. Among these honeys the contamination degree was between 9 and 100% and the measured PA content was in a range from 0.019 to 4.66 µg g-1, calculated as retronecine equivalents. These results were completed by mellisopalynological data, performed according to DIN 10760. In this context, only a marginal significance between identification and relative frequency of PA plant pollen and the amount of PA contamination could be proven. The presence of PA plant pollen can rather be a precursor for a presence of PA. In a further study, the expected high amounts of PA in pure, floral pollen were verified. Furthermore, pollen products, available as food supplements in various supermarkets and health food shops, showed a much higher PA contamination compared to honey. Within the pure, floral pollen of the major PA producing plant families showed a PA contamination of 0.57 to 4.07 mg g-1. The analysed pollen products revealed PA contaminations in a range of 1.08 to 16.35 µg g-1. An additional data acquisition of mellisopalynological data showed similar results referring the PA levels as it did within the honey samples. Additionally, the modificated method was applied to 60 honey-containing foods with various contents of honey. Thereby a downstream contamination caused by the usage of honey highly contaminated with PA could be proven. Among these foods the degree of contamination was about 13% and the products revealed PA contents in a range of 0.010 to 0.484 µg g-1. Finally, it could be proven by filtration experiments in a bench-scale model, that pollen of PA producing plants have a direct effect on the PA content in honey. Nevertheless, it is not possible to reduce the PA contamination in honey by filtration of the contaminated honey as it is allowed by the German honey-concerning legislation. In fact, PA diffuse from pollen to honey.…