Wissenschaft & Forschung

<h2>Moderates Wachstum, viel Arbeit</h2>Der anhaltende weltweite Erfolg der Kunststoffindustrie zeigt sich vor allem am Wachstum des Produktionsvolumens. In den Jahren 1950 bis 2015 stieg die Einsatzmenge der Werkstoffe Kunststoff und Kautschuk um durchschnittlich 8,6 % pro Jahr. Ganz so groß wie in den 1950er bis 1970er Jahren ist das Wachstum heute nicht, aber etwa 4 % jährlich sind seit der Jahrtausendwende zu verbuchen. Allerdings variieren diese Prozentzahlen je nach Region, Produkt und Anwendung teilweise erheblich.Im Jahr 2015 wurden dem Industrieverband Plasticseurope zufolge weltweit 322 Mio. t Kunststoffe produziert. Dies entspricht einem Plus von etwa 3,4 % gegenüber dem Vorjahr. Unternehmen in der Europäischen Union (EU 28) inklusive Norwegen (NO) und Schweiz (CH) produzierten davon 58 Mio. t, nach 59 Mio. t im Jahr 2014 (Abbildung).Nur für die Kunststoffwerkstoffe, also Thermoplaste und Polyurethane (PUR), lag die Weltproduktion im Jahr 2015 bei 269 Mio. t, was einem Zuwachs von etwa 3,5 % entspricht. Europa (EU 28+NO+CH) und der Wirtschaftsraum Nafta (Kanada, Mexiko, USA) belegen mit jeweils gut 49 Mio. t gemeinsam Platz zwei der Weltrangliste – hinter dem Erzeugerland China mit knapp 75 Mio. t. Von dort stammten im vorletzten Jahr etwa 26 % der globalen Kunststoffproduktion, im vergangenen Jahr waren es fast 28 %. In Europa sank die Produktion von Polymeren um etwa 2 %, Nordamerika legte leicht zu. Asien ohne China liegt mit einem Produktionsvolumen von 45 Mio. t hinter Nordamerika und Europa und vor allem hinter China. Der Nahe Osten und Afrika sind mit einem Ausstoß von 20 Mio. t Kunststoff für die Weltmärkte von nachrangiger Bedeutung und nicht so stark wie vor einigen Jahren erwartet.<figure><img src="https://media.graphcms.com/3gGgJYU9TCOKfL3Oe19T"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Weltweite (blau) und europäische (EU28 plus Norwegen und Schweiz, orange) Kunststoffproduktion der Jahre 2004 bis 2015 in Mio. Tonnen – inklusive Thermoplaste, Polyurethane und andere Duroplaste sowie Leime, Harze, Lacke und Beschichtungen. Nicht enthalten sind PET-, PA-, PP- und Polyacrylfasern. <named-content>Quelle: Plasticseurope (PEMRG) / Consultic</named-content></figcaption></figure>
<h2>Iran, der neue Hoffnungsträger auf dem Weltmarkt</h2>Nach der Lockerung der internationalen Wirtschaftssanktionen Anfang 2016 kehrt der Iran auf die Bühne der Weltwirtschaft zurück und rückt wieder als Handelspartner vieler Industriebranchen in den Fokus. Hier öffnet sich ein Milliardenmarkt mit fast 80 Mio. potenziellen Kunden. Der Iran verfügt seit vielen Jahren über eine starke Öl- und Gasindustrie, die mehr als 50 % der gesamten Exporterlöse erzielt. Im Gegensatz dazu besteht bei Investitionsgütern erheblicher Nachholbedarf. Es fehlt vor allem an modernen Maschinen, Verfahren und technischer Kompetenz. Die Aussicht auf lukrative Aufträge, die Teheran nach der Freigabe eingefrorener Gelder vergeben kann, gepaart mit einem nahezu zehn Jahre währenden Investitionsstau treiben das Interesse am Geschäftspartner Iran.Insbesondere die Kunststoff- und Gummimaschinenhersteller, allen voran die deutschen Anlagenbauer, wittern in Anknüpfung an die vorübergehend ruhenden Partnerschaften wieder gute Geschäfte.Der Iran verfügt über die viertgrößten Ölreserven der Welt. Im Jahresverlauf 2016 steigerte das Land seine Ölproduktion und förderte zeitweise auf Rekordniveau. Seit Mitte Februar 2016 exportiert der Iran wieder. Die Organisation erdölexportierender Länder (Opec) hatte dann Anfang Dezember 2016 beschlossen, erstmals seit acht Jahren ihre Ölfördermenge zu reduzieren. Der Iran hatte sich allerdings im Rahmen der Opec-Verhandlungen geweigert, die Ölproduktion erneut zu drosseln. Der Grund: Iran wollte wieder das Ölförderniveau aus der Zeit vor der Verhängung westlicher Sanktionen erreichen. Nach längeren Verhandlungen darf der Iran – im Gegensatz zu anderen Opec-Mitgliedstaaten – seine Ölförderung in den nächsten Monaten weiter steigern. Die Opec erlaubt es dem Iran, die Produktion im ersten Halbjahr 2017 um 90 000 Barrel (jeweils 159 Liter) pro Tag zu erhöhen.Damit einhergehend erhoffen sich die europäischen Kunststoffverarbeiter die Rückkehr iranischer Polyolefinmengen auf die hiesigen Märkte, um besser auf Rohstoffengpässe reagieren zu können.Zwar verkünden die iranischen Nachrichtenagenturen jede Woche neue Investitionen und Projekte, meist handelt es sich dabei aber nur um Absichtserklärungen. So gibt es weiterhin vielfältige Behinderungen in der Petrochemie und anderen Sektoren. Amerikanische Banken agieren zudem sehr vorsichtig im Umgang mit dem Iran. Die iranische Anlagentechnik ist oft veraltet, und es wird einige Jahre dauern, bis sie wieder den internationalen Stand der Technik erreicht hat. Sicher ist aber, dass sich auch im Jahr 2017 viele Augen auf den Iran als Geschäfts- und Handelspartner richten werden.<h2>China ist allgegenwärtig</h2>China hat mit einem Produktionsvolumen von mehr als einem Viertel der globalen Kunststoff-Werkstoffproduktion Europa als größte Erzeugerregion in den zurückliegenden Jahren überholt und liegt inzwischen unangefochten auf dem ersten Platz in der Welt. Im Jahr 2015 musste sich China viel mit sich selbst beschäftigen – das „neue Niveau“ der gesunkenen Wachstumsraten musste analysiert und akzeptiert werden. Im vergangenen Jahr zeigte sich dann allerdings auch ein wesentliches Ergebnis des strategischen Wandels: Chinesische Unternehmen starteten mit einer nie zuvor wahrgenommenen Dynamik zahlreiche Auslandsinvestitionen. Bedingt durch das verlangsamte Wachstum auf dem heimischen Markt sehen sich die chinesischen Unternehmen gezwungen, ihr Portfolio zu erweitern und sich von der Massenproduktion in Richtung Spezialisierung, höherer Qualitätsstandards und High-Tech zu entwickeln. Das Transaktionsvolumen erreichte dadurch im Jahr 2016 ein Rekordniveau. Chinesische Investoren suchten ihr Glück im Zugriff auf modernste und innovativste Techniken außerhalb Asiens – durch die das Wachstum und die Profitabilität chinesischer Unternehmen mittel- und langfristig abgesichert werden sollen.Dabei standen häufig renommierte Marken im Blickpunkt des Interesses, etwa der Augsburger Roboterbauer Kuka oder der Müllverbrennungsspezialist EEW aus Helmstedt. Auch in der Kunststoffbranche kam es zu Übernahmen. So kaufte das chinesische Staatsunternehmen Chemchina den deutschen Kunststoffmaschinenbauer Kraussmaffei.Mit dem so neu geschaffenen lokalen Marktzugang in China können auch etablierte Marken noch stärker wachsen, während im Umkehrschluss chinesische Konzerne einen Zugang zu den Weltmärkten erhalten.Mit einer Fortsetzung des Investitionsbooms im Reich der Mitte ist in den kommenden Jahren zu rechnen.<h2>Brexit-Votum – die Briten verlassen die EU</h2>Am 23. Juni stimmten die Briten für den Austritt aus der EU. Premierministerin Theresa May will nun bis Ende März 2017 das Austrittsverfahren einleiten. Die Verhandlungen über die Modalitäten müssen zwei Jahre später abgeschlossen sein. Ein Ausstieg würde dann vermutlich Anfang 2019 erfolgen.Zurzeit zeichnet sich ein „harter Brexit“ ab, bei dem Großbritannien den freien Zugang zum EU-Binnenmarkt aufgeben müsste – für die 24 Mrd. britische Pfund (GBP) schwere britische Kunststoffindustrie ein Katastrophenszenario.Der lokale Kunststoffverband British Plastics Federation (BPF) fordert dementsprechend für die Zeit nach dem Brexit, dass der freie Warenverkehr mit der EU bestehen bleibt. In die EU exportierte die britische Kunststoffindustrie im Jahr 2015 Waren im Wert von nahezu 5 Mrd. GBP – fast zwei Drittel ihrer Gesamtausfuhren. Zudem ist die Branche stark auf ausländische Rohstoffimporte angewiesen. Die Wiedereinführung von Einfuhrzöllen würde nachteilig auf die gesamte Branche wirken.Darüber hinaus drohen den britischen Unternehmen Probleme auf der Beschäftigtenseite. Diese würden durch Beschränkungen für den freien Zugang von EU-Arbeitnehmern zum lokalen Arbeitsmarkt angesichts des Fachkräftemangels in der lokalen Kunststoffindustrie verschärft. Die 5200 Branchenbetriebe beschäftigen 170 000 Arbeitnehmer im Jahr 2016, davon 18 000 aus EU-Ländern – mehr als 10 % aller Beschäftigten.Es wird noch einige Zeit dauern, bis man die wirtschaftlichen Auswirkungen auf die britische Kunststoffindustrie in vollem Umfang analysieren kann. Erkenntnisse dürfte eine für Anfang des Jahres 2017 von der BPF geplante Befragung der Mitgliedsunternehmen liefern. Die BPF hatte ihre Mitglieder erstmals Mitte 2016 unmittelbar nach dem Referendum über die zu erwartenden Auswirkungen des Brexit befragt. Damals zeigte sich eine vorsichtig optimistische Erwartungshaltung der 120 an der Befragung teilnehmenden Unternehmen.<h2>Großes Interesse – die „K 2016“ hat die Erwartungen übertroffen</h2>Einen überwältigenden Erfolg verbuchte im Oktober des vergangenen Jahres die internationale Fachmesse der Kunststoff- und Kautschukindustrie „K 2016“. Zur dreijährlichen Weltleitmesse kamen etwa 230 000 Besucher aus mehr als 160 Ländern nach Düsseldorf. Der Anteil der internationalen Fachbesucher stieg auf etwa 70 %, mehr als 40 % aller ausländischen Besucher stammten aus Übersee. Die 3285 Aussteller zeigten sich überwiegend zufrieden. Energie-, Material- und Ressourceneffizienz waren die dominierenden Themen; auf viel Interesse stießen neue Werkstoffe, innovative Verwertungskonzepte, neue Einsatzbereiche für Biokunststoffe und die additive Fertigung. Smarte, schnelle, flexible Anlagen und Services waren gefragt bei den Kunden; Industrie 4.0 beherrschte nicht nur Vorträge und Diskussionen, sondern war an vielen Ständen erlebbar. Dieser Erfolg untermauert die einzigartige Stellung der K-Messe für die gesamte Branche, in der sich die Verfassung der globalen Industrie spiegelt, und von der technische und wirtschaftliche Impulse in die gesamte Welt gehen.<h2>Kunststoffindustrie positioniert sich gegen Meeresmüll</h2>Müll im Meer ist eine gesamtgesellschaftliche Aufgabe, die gemeinschaftliche Anstrengungen erfordert. Unachtsames Verbraucherverhalten und unzureichende Abfallmanagementsysteme gelten dabei als Haupteintragsquellen für landbasierten Meeresmüll. Die Kunststoffindustrie hat im vergangenen Jahr viel dazu beigetragen, Lösungen für das Problem der globalen Meeresverschmutzung (Marine Litter) voranzubringen.Von Saudi-Arabien bis China, von Deutschland bis zu den USA haben die großen Industrieverbände und Kunststoffproduzenten ihre Anstrengungen verstärkt. So stellte das World Plastics Council (WPC, <a href="https://www.worldplasticscouncil.org" target="_blank">www.worldplasticscouncil.org</a>), während der „K 2016“ den Medien einen Aktionsplan zur Bekämpfung von Müll im Meer vor.Das WPC, ein Zusammenschluss von Kunststofferzeugern aus Asien, dem Nahen Osten, Nord- und Südamerika sowie Europa, folgt einem ganzheitlichen Ansatz, um die globalen Probleme, vor allem in der Umwelt, zu bewältigen. Zu den Zielen des WPC gehören Maßnahmen und Programme, welche die Kreislaufwirtschaft fördern und Marine Litter bekämpfen. Was am Rand der „K 2013“ als loser Zusammenschluss entstand, gewann in den vergangenen Jahren an Tatkraft. Mittlerweile repräsentieren die Mitglieder des WPC 75 % der weltweit produzierten Kunststoffmenge und fördern Maßnahmen für den Umweltschutz lokal wie global.Im Februar fand in Wien die Identiplast statt (<ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.identiplast.eu" target="_blank">www.identiplast.eu</a></ext-link>). Mit diesem zentralen europäischen Forum rund um neueste Techniken und Verfahren, die gebrauchte Kunststoffe verwerten, sowie der innerhalb der Wertschöpfungskette etablierten Null-Pelletverlust-Initiative engagieren sich die europäischen Kunststofferzeuger bereits seit längerem weitreichend.<h2>Polternde USA – ein Land nach dem Machtwechsel</h2>Die amerikanische Chemie- und Kunststoffindustrie ist seit einigen Jahren im Umbruch. Die Schiefergasrevolution verschiebt die regionalen Gewichte in der Petrochemie. Infolge der bereits seit Jahren laufenden Investitionen sollen voraussichtlich ab dem Jahr 2017 neue Kapazitäten für Polyolefine auf Basis von Schiefergas in Betrieb gehen. Diese neuen Produktionslinien werden aller Voraussicht nach die Warenströme für Polyolefine zwischen den Kontinenten zugunsten von Lieferungen aus Nordamerika verschieben.Zu den wirtschaftlichen Veränderungen kam im Herbst 2016 ein politischer Machtwechsel. Die Wahl von Donald Trump zum 45. Präsidenten der USA verunsicherte weltweit, unter anderem bedingt durch protektionistische Äußerungen des US-Präsidenten.Trumps politischer Agenda mangelt es an einer klaren Struktur. In seinen Wahlkampfauftritten propagierte er aber immer wieder eine protektionistische Wirtschaftspolitik. „Make America Great Again“ oder „America Comes First, and Everybody Else Pays“, so lauteten einige seiner Wahlslogans. Trump forderte von US-Konzernen die Rückverlagerung von Fertigungsprozessen in das eigene Land sowie die spürbare Erhöhung der Einfuhrzölle für Länder wie China. Daraus ergeben sich eher schlechte Aussichten für das geplante Freihandelsabkommen TTIP (Transatlantic Trade and Investment Partnership).Welchen Weg die Vereinigten Staaten unter Präsident Trump handelspolitisch einschlagen werden, ist offen. Das von ihm angekündigte Programm zur Infrastrukturförderung und versprochene Steuersenkungen könnten die US-Wirtschaft kurzfristig beleben. So oder so muss sich die Welt vermutlich auf große Veränderungen einstellen.<h2>Zusammenfassung und Ausblick</h2>Nicht überall auf der Welt war das Geschäft mit Kunststoffen und Kunststoffprodukten so verhältnismäßig stabil und positiv wie im Euro-Währungsraum.Außerhalb Europas ist die wirtschaftliche Großwetterlage schwierig. In den Schwellenländern hält die Wachstumsschwäche an. So kämpft Russland weiterhin mit dem volatilen Rubel, politischen Unsicherheiten, Sanktionen sowie geringeren Einnahmen aus dem Energiegeschäft. Allerdings scheint mittlerweile die Talsohle der Krise in Ländern wie Russland und Brasilien weitestgehend durchschritten. Dafür stemmt sich Indien gegen einen massiven Importdruck aus Drittländern. In China rechnen Wirtschaftsexperten mit schwächrem Wachstum – was auf die asiatischen Nachbarländer wirkt. Zudem hängt die bevorstehende Zinswende in den USA wie ein Damoklesschwert über vielen Schwellenländern.Zusätzlich lastet auf der EU eine lange Liste offener Probleme: die dauerhafte Antwort auf die Flüchtlingskrise, das im November 2016 auf den Weg gebrachte Reformpaket für den instabilen EU-Bankensektor, die nach wie vor schwelende Zahlungsunfähigkeit Griechenlands, die schwierige Regierungsbildung nach mehreren Neuwahlen in Spanien, die nach dem gescheiterten Verfassungsreferendum drohende politische und wirtschaftliche Schieflage in Italien sowie die kontroverse Diskussion über das transatlantische Handels- und Investitionsabkommen TTIP mit den USA oder Ceta mit Kanada. Derzeit spricht somit kaum etwas für eine wirtschaftliche Belebung in Europa.Dies sind keine förderlichen Rahmenbedingungen für ein Wachstum der globalen Kunststoffindustrie. Vermutlich wird sie das Jahr 2017 dennoch mit einem leichten Mengenwachstum abschließen. Allerdings muss die europäische Branche Maßnahmen ergreifen, um künftiges Wachstum vor allem in ihrem Kernmarkt Europa und ihre internationale Wettbewerbsfähigkeit zu sichern.Frank Schnieders ist Senior Manager bei Covestro in Leverkusen. Er ist seit über 25 Jahren in der chemischen Industrie und Fachmann für Polymermarktforschung und -statistik. <a href="mailto:frank.schnieders@covestro.com">frank.schnieders@covestro.com</a><figure><img src="https://media.graphcms.com/U8iJ0wKSv2MakQujWeK9"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Auf der K 2016 präsentierten 3285 Aussteller der Kunststoff- und Kautschukbranche von allen Kontinenten ihre Entwicklungen. <named-content>Foto: Messe Düsseldorf, ctillmann</named-content></figcaption></figure>

Artikel

Kunststoffindustrie 2016

Moderates Wachstum, viel ArbeitDer anhaltende weltweite Erfolg der Kunststoffindustrie zeigt sich vor allem am Wachstum des Produktionsvolumens. In den Jahren 1950 bis 2015 stieg die Einsatzmenge der Werkstoffe Kunststoff und Kautschuk um durchschnittlich 8,6 % pro Jahr. Ganz so groß wie in den 1...

Prof.Dr.

Verbraucher verbinden oft einen bestimmten Geruch oder Geschmack mit Lebensmittelqualität. Zudem wünschen sie sich oft traditionelle oder regionale Produkte. Bei der Lebensmittelsicherheit ging es bis vor ein paar Jahren vor allem um Rückstände, heute stehen die food-borne toxicants im Fokus der Aufmerksamkeit.
<h2>Aromaforschung</h2>Geruch und Geschmack sind die wichtigsten Qualitätskriterien, anhand derer Verbraucher entscheiden, ob sie ein Lebensmittel kaufen oder nicht. In zwei Umfragen wurden diese organoleptischen Eigenschaften am häufigsten genannt (Abbildungen 1 und 2).<figure><img src="https://media.graphcms.com/2AaqWLBvQC2RgjGjotzQ"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Umfrage der Washington State University zu Kaufkriterien für Lebensmittel.</figcaption></figure>
<figure><img src="https://media.graphcms.com/dHSWnzCTtWLorQH5blZQ"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Umfrage der International Food Information Council Foundation zum Einfluss auf die Kaufentscheidung der Verbraucher bei Lebensmitteln.1)</figcaption></figure>
Studien zu aroma- und geschmacksaktiven Lebensmittelinhaltsstoffen sind nur mit einer Kombination aus sensorischen und analytisch-instrumentellen Methoden machbar. In den letzten Jahrzehnten hat sich das Konzept der molekularen Sensorik2) durchgesetzt, um flüchtige, geruchsaktive Verbindungen, die eventuell als Spurenkomponenten vorliegen, von der Menge der Verbindungen zu unterscheiden, die ebenfalls flüchtig sind, aber in den vorliegenden Konzentrationen geruchlos. Diese auch als Sensomics bezeichnete Vorgehensweise besteht aus:<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>der Identifizierung der Schlüsselaromastoffe durch die Aromaextraktverdünnungsanalyse (Aeva). Die Methode basiert auf der Gaschromatographie-Olfaktometrie (GC-O) in Verbindung mit der Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS).<list-item>der Quantifizierung der wichtigsten Aromastoffe durch Stabilisotopenverdünnungsassays (Sivas),</list-item><list-item>der Berechnung der Aromawerte (AW; Quotient aus Konzentration und dem jeweiligen Geruchsschwellenwert) und</list-item><list-item>der Simulation des Lebensmittelaromas durch eine Mischung der identifizierten Verbindungen mit AW ≥ 1 in den natürlich vorliegenden Konzentrationen.</list-item>Durch diese Technik wurde mit nur ungefähr 230 aus mehr als 10 000 bekannten flüchtigen Verbindungen das Aroma von mehr als 220 Lebensmitteln charakterisiert.3)Die Zusammensetzung der aromaaktiven Verbindungen eines Lebensmittels ist jedoch oft nur die Ausgangsbasis für weitere Forschung. So werden beispielsweise in Zusammenarbeit mit Verfahrensingenieuren und Lebensmitteltechnologen die Aromaveränderungen während der Lebensmittelherstellung Schritt für Schritt nachvollzogen. Dies soll den Herstellern zeigen, welche Prozessstufen sie optimieren können, um ein bevorzugtes Aroma zu erreichen, oder wann unerwünschte Geruchseindrücke (Off-Flavors) entstehen. Dabei sind nicht nur die entstehenden Substanzen oder deren Intermediate im Interesse der Forschung, sondern bereits deren Ausgangsverbindungen, die Prekursoren, aus denen letztlich die Aromastoffe entstehen.Auch die Zusammenarbeit mit Mikrobiologen wird wichtiger werden, um den Einfluss von Mikroorganismen auf das Lebensmittelaroma zu untersuchen.Eine weitere Herausforderung wird der Wunsch des Verbrauchers nach All-natural-Aromakompositionen, also Aromen aus natürlichen Quellen. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, müssen neue Quellen gefunden und optimiert werden, die diese Geruchsstoffe bereits enthalten oder diese während der Lebensmittelherstellung generieren.<h2>Sicherheit: Giftstoffe aus Lebensmitteln</h2>In den letzten zehn Jahren waren die food-borne toxicants4,5) ein weit verbreitetes Thema in den Medien und somit auch bei den Verbrauchern. Hierbei handelt es sich um Verbindungen, die sich während der Herstellung aus solchen Stoffen bilden, die natürlich in Lebensmitteln vorkommen. Besonders, dass diese Verbindungen nicht nur in industriell hergestellten Produkten zu finden sind, sondern auch im Haushalt bei der Lebensmittelzubereitung entstehen, förderte das Interesse der Verbraucher an diesem Thema. Zudem begannen sie, ihre eigenen Verzehrgewohnheiten zu überdenken. In einer Umfrage aus dem Jahr 2016 rangierten diese food-borne toxicants (in der Umfrage als Karzinogene oder als krebsauslösende Chemikalien bezeichnet; von 15 % der Befragten genannt) als wichtigstes Kriterium für Lebensmittelsicherheit auf Platz zwei, hinter Krankheiten, die von Mikroorganismen ausgelöst werden (29 %) (Abbildung 3).<figure><img src="https://media.graphcms.com/3VaG9jk1Syu4WTyZNUQ7"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Umfrage der International Food Information Council Foundation zur Lebensmittelsicherheit.1) GMOs: genetisch modifizierte Organismen.</figcaption></figure>
Das wahrscheinlich berühmteste food-borne toxicant ist Acrylamid.6,7) Die Substanz kommt in zahlreichen erhitzten Lebensmitteln vor, besonders in kartoffel- und getreidebasierten Produkten,8,9) da diese reich an dem wichtigsten Prekursor, freiem Asparagin, sind. Mottram und Mitarbeiter10) waren die Ersten, die über freies Asparagin als Prekursor berichteten, gefolgt von Zyzak und Kollegen.11) Etwas später wurde der komplette Bildungsweg von der freien Aminosäure über das Intermediat 3-Aminopropionamid zu Acrylamid durch Isotopenmarkierungsversuche mit [13C15N2]-Asparagin aufgeklärt (Abbildung 4, S. 364). Diese Reaktionskaskade war sowohl in Modellsystemen als auch in Lebensmitteln nachweisbar.12,13)<figure><img src="https://media.graphcms.com/MC4TFnNeTfelIclkXHSf"><figcaption><label>Abb. 4: </label>Stabilisotopenmarkierte Studien klärten den Bildungsweg von Acrylamid.12) b: 13C-Markierung; N in Rot: 15N-Markierung; Asn: freies Asparagin, 3-APA: 3-Aminopropionamid, AA: Acrylamid.</figcaption></figure>
In den darauffolgenden Jahren wurden viele andere Verbindungen mit toxikologischer Relevanz identifiziert, die während der Lebensmittelherstellung thermisch entstehen. Hierzu zählen Acrolein, Crotonaldehyd, Furan, Glycidamid, Glycidylfettsäureester, 2- und 3-Monochlorpropandiolfettsäureester (2- und 3-MCPD-Ester) sowie Styrol. Die meisten dieser Verbindungen sind von der International Agency for Research on Cancer (IARC) klassifiziert, die Substanzen nach ihrer Kanzerogenität für den Menschen einteilt (<a href="http://monographis.iarc.fr/ENG/Classification/" target="_blank">http://monographis.iarc.fr/ENG/Classification/</a>).Damit solche Verbindungen zukünftig weniger in Lebensmitteln vorkommen, sind selektive, sensitive, verlässliche und schnelle Methoden notwendig, die sie identifizieren und exakt quantifizieren. Zudem sind die jeweiligen Bildungswege und der Einfluss der verschiedenen Herstellungsparameter aufzuklären. Nur dann können den Herstellern Minimierungsstrategien an die Hand gegeben werden.Minimierungsstrategien können eine leicht veränderte Rezeptur sein, modifizierte Herstellungsparameter oder auf einer Kombination aus beiden beruhen. Auch Züchtungen neuer Varietäten (zum Beispiel von Kartoffeln oder Getreide), die Rohstoffe mit geringen Prekursorgehalten liefern, sind eine Möglichkeit.<h2>Forschung an Aromastoffen und giftigen Substanzen kombiniert</h2>In der Vergangenheit beschäftigten sich Arbeitsgruppen entweder mit der Analytik von Geruchs- und Geschmacksstoffen oder mit toxikologisch bedenklichen Substanzen. Eine Vereinigung beider Aspekte war bisher selten.Lebensmittel sollen aber sowohl geringe Konzentrationen an food-borne toxicants aufweisen als auch den Erwartungen an Geruch, Geschmack, Farbe und Textur entsprechen. Daher nimmt sich seit einigen Jahren die Arbeitsgruppe um Michael Granvogl am Lehrstuhl für Lebensmittelchemie der TU München in Freising-Weihenstephan der Aufgabe an, beide Aspekte zu kombinieren. Dort werden auch andere unerwünschte Substanzen in Nahrungsmitteln analysiert, beispielsweise Verbindungen, die Fehlgerüche in Lebensmitteln bei Herstellung oder Lagerung verursachen.<h2>Beispiel Rapsöl</h2>Unerwünschte Verbindungen müssen nicht unbedingt toxikologisch bedenklich sein. Sie können auch die Ursache sensorischer Defizite sein, die dazu führen, dass Verbraucher ein Lebensmittel ablehnen. Ein aktuelles Beispiel ist natives Rapsöl mit einem stichig-modrigen Fehlaroma. Ein AiF-FEI-Forschungsprojekt an der TU München mit dem Max-Rubner-Institut in Detmold hat dieses Fehlaroma aufgeklärt.Für den Verbraucher ist das charakteristische saatige und nussige Aroma des nativen Rapsöls ein wichtiges Qualitätsmerkmal. In der Studie14) wurden mit molekularer Sensorik die Schlüsselaromastoffe des Öls charakterisiert.Nach der schonenden Isolierung der flüchtigen Verbindungen durch Hochvakuumdestillation mit Solvent-Assisted-Flavor-Evaporation(Safe)-Technik15) wurde durch GC-O zwischen flüchtigen, nicht aromaaktiven und flüchtigen, aromaaktiven Verbindungen unterschieden. Bei dieser Technik dient die menschliche Nase als zweiter Detektor, die über einen Sniffing-port den jeweiligen Aromastoffen die sensorische Qualität zuordnet. Dazu wird zunächst das Aromadestillat nach Hochvakuumdestillation an Vigreux-Kolonnen konzentriert und anschließend analysiert. Dieses Destillat wird stufenweise eins plus eins mit Lösungsmittel verdünnt, und jede der Verdünnungsstufen wird erneut über GC-O sensorisch bewertet. Dieses Screening endet mit den Flavor-Dilution-(FD)-Faktoren, welche die letzte Verdünnungsstufe angeben, bei denen die menschliche Nase die einzelnen Aromastoffe noch wahrgenommen hat. Je höher der FD-Faktor, desto wichtiger sollte im Normalfall die jeweilige Verbindung für das Gesamtaroma des Lebensmittels sein. Diese Methode wird als Aromaextraktverdünnungsanalyse bezeichnet.Zunächst wurde zum Vergleich ein natives, sensorisch einwandfreies Rapsöl analysiert, nach der Identifizierung wurden 23 Aromastoffe quantifiziert. Da es sich bei Geruchsstoffen um teils leicht flüchtige und auch labile Verbindungen handeln kann, dienen dazu stabilisotopenmarkierte Substanzen als interne Standards (Stabilisotopenverdünnungsanalyse). Hierzu werden in den Verbindungen, die oft nicht kommerziell zu erwerben sind, Wasserstoffatome durch Deuteriumatome oder Kohlenstoff-12- durch Kohlenstoff-13-Isotope ersetzt.Die Konzentration allein reicht aber nicht für eine Aussage, ob eine einzelne Verbindung zum Gesamtaroma beiträgt. Hierzu sind zunächst die jeweiligen Geruchsschwellenwerte zu bestimmen, um diese dann mit den Konzentrationen ins Verhältnis zu setzen (Aromawertberechnung, AW: Konzentration geteilt durch den Schwellenwert). Ist der Quotient ≥ 1, trägt die Substanz zum Gesamtaroma bei, da sie in Mengen oberhalb ihrer Geruchsschwelle vorliegt.Im Rapsöl wiesen elf Verbindungen Konzentrationen oberhalb ihrer Schwellen in Öl und somit einen AW ≥ 1 auf. Dabei zeigte 2-Isopropyl-3-methoxypyrazin den höchsten AW (330), gefolgt von Dimethyltrisulfid (AW = 37), Buttersäure und Dimethylsulfid (jeweils AW = 7), 2-Isobutyl-3-methoxypyrazin (AW = 5), Octanal (AW = 3), 2-sec-Butyl-3-methoxypyrazin (AW = 3), Hexanal, 3-Methylbutanal, (E,E)-2,4-Nonadienal und Sotolon (alle AW = 2).Ein Simulationsexperiment validierte die analytischen Daten. Dabei wurden die Aromastoffe mit AW ≥ 1 in ihren natürlich vorkommenden Konzentrationen zu einer geruchsfreien Ölmatrix dotiert. Das Rekombinat zeigte ein Aromaprofil, das gut mit dem des nativen Originalrapsöls übereinstimmt.Die molekulare Sensorik wurde dann auf die sensorisch beanstandete Probe angewandt. Das schlechte Rapsöl enthielt keine neuen Verbindungen, allerdings wiesen 16 Aromastoffe eine um mindestens Faktor 5 erhöhte Konzentration auf, teilweise sogar um einen Faktor bis zu 10 000. Durch Zugabe dieser Verbindungen zum sensorisch einwandfreien Rapsöl in Mengen, die der Differenz zwischen gutem und schlechtem Rapsöl entsprachen, ließ sich aus dem guten Rapsöl ein Öl nachstellen, das den identischen sensorischen Defekt aufwies wie die Originalprobe mit Fehlaroma.16)Anschließend wurden sieben weitere native kaltgepresste Rapsöle mit dem gleichen sensorischen Defekt und fünf weitere mit den gewünschten sensorischen Eigenschaften analysiert. Die Daten fasst eine Heatmap zusammen (Abbildung 5). Alle Off-Flavor-Öle (OF.1 bis OF.7) zeigen bei den Konzentrationen der charakterisierten Verbindungen ein ähnliches Muster wie das erste Off-Flavor-Öl (OF). Die sensorisch guten Öle wiederum ergeben ebenfalls ein einheitliches Muster (positive control, PC und PC.1 bis PC.5). Zudem ist die Ähnlichkeit des Musters der Saat (OFS), aus der OF hergestellt wurde, und von OF gut zu erkennen.<figure><img src="https://media.graphcms.com/TDmmJkmdTEiozohrBNQe"><figcaption><label>Abb. 5: </label>Heatmap der 17 Aromastoffe, die in sechs Ölen mit gewünschten sensorischen Eigenschaften (PC, PC.1-PC.5) und in acht Off-Flavor-Ölen (OF, OF.1-OF.7) bestimmt wurden. OFS: Rapssaat, aus der OF hergestellt wurde. Skala rechts: Farbcode für die Konzentration (µg·kg–1).</figcaption></figure>
Fast alle Verbindungen, deren Konzentration im schlechten Öl angestiegen war, waren durch einen mikrobiellen Bildungsweg zu erklären. Somit erhielten die Hersteller klare Empfehlungen, wie sie das Fehlaroma vermeiden können. Demnach ist es besonders wichtig, bereits auf eine qualitativ hochwertige Saat für die Ölherstellung zu achten. Der Hersteller muss zudem auf gute Lagerbedingungen der Rohware Wert legen.<h2>Beispiel Kartoffelchips</h2>Eine andere Studie befasste sich mit der Kombination aus erwünschten aromaaktiven und unerwünschten toxikologisch bedenklichen Substanzen.17) Hierbei wurden unter anderem Kartoffelchips untersucht. Das Ziel war, die sensorische Qualität auf dem Niveau zu halten, das der Verbraucher kennt und erwartet. Parallel sollte der Gehalt an Acrylamid sinken.In dieser Studie wurden mit molekularer Sensorik die Schlüsselaromastoffe von Kartoffelchips analysiert. Anschließend wurden Chips in verschiedenen Frittiermedien hergestellt und die Schlüsselaromastoffe parallel zum Acrylamid quantifiziert. Das Ziel war, den Einfluss verschiedener Fette und Öle auf die Bildung dieser Verbindungen zu bestimmen (Tabelle).<table-wrap>

<label>Table 1</label><h2>Konzentrationen der Schlüsselaromastoffe und Acrylamid, die beim Frittieren von Kartoffeln für Chips in verschiedenen Fetten und Ölen entstehen. ( a Mittelwert aus Dreifachbestimmung.)</h2><img src="https://media.graphcms.com/6AR632xCRrGZiWVEjIu3">

</table-wrap>Das Sensorikpanel, das ist eine Gruppe sensorisch geschulter Personen, stellte Unterschiede im Aromaprofil von Chips fest, die in Distelöl und Kokosfett sowie in Kokosfett und Rapsöl hergestellt wurden (Triangeltest). Besonders die Geruchsbeschreibung „frittiert“ bewerteten die Tester unterschiedlich.Das sensorische Ergebnis war auf molekularer Ebene zu belegen. Die Schlüsselaromastoffe von Kartoffelchips, die den gewünschten frittierten Aromaeindruck bewirken, sind die beiden 2,4-Decadienalisomere. Die quantitativen Daten belegen große Unterschiede in den jeweiligen Konzentrationen. So enthielten in Kokosfett frittierte Chips 347 µg·kg–1 (E,E)-2,4-Decadienal und in Distelöl hergestellte bis zu 3900 µg·kg–1 (Tabelle). Die sensorischen Ergebnisse bestätigen somit die der instrumentellen Analytik. Die Erklärung liefert die Fettsäurezusammensetzung in den Frittiermedien: Distelöl enthält 75 % Linolsäure, den Prekursor für 2,4-Decadienal, Kokosfett unter 1 % und Rapsöl zirka 20 %.Auch die Bildung von Acrylamid hängt vom Frittiermedium ab. Erfreulicherweise zeigten die Chips, die mit Distelöl hergestellt wurden und das beste sensorische Profil aufwiesen, die niedrigste Acrylamidkonzentration (160 µg·kg–1; Tabelle). Auch Chips aus Kokosfett und solche aus einem Frittierfett aus dem Supermarkt enthielten wenig Acrylamid, allerdings waren auch die Mengen der erwünschten 2,4-Decadienale deutlich geringer als in Distelöl-Chips. Die Konzentrationen der ebenfalls erwünschten Pyrazine und der Strecker-Aldehyde, die allerdings nicht aus den Fetten gebildet werden, blieben nahezu unverändert.Somit konnte den Herstellern eine Möglichkeit gezeigt werden, wie sie sensorisch hochwertige Kartoffelchips mit niedriger Acrylamid-Konzentration produzieren können, ohne Prozessparameter verändern zu müssen.Michael Granvogl, Jahrgang 1974, studierte Lebensmittelchemie an der TU München. Dort promovierte und habilitierte er sich auch in dem Fach. Ab 2009 war er Akademischer Rat, und seit dem Jahr 2015 ist er Akademischer Oberrat in Lehre und Wissenschaft am Lehrstuhl für Lebensmittelchemie. Seit diesem Jahr führt er den Titel Privatdozent. Von 2010 bis 2016 war er Vorsitzender des Regionalverbands Bayern der GDCh-Fachgruppe Lebensmittelchemische Gesellschaft (LChG). Gerade ist er in die Leadership Rotation der Food Safety Subdivision der Agricultural and Food Chemistry Division der American Chemical Society (ACS) aufgenommen worden, deren Leitung er im Jahr 2018 übernehmen wird.<div><img src="https://media.graphcms.com/YiSufTEqTyGFXjrjDVTV">

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<ul><h2>Literatur</h2><li>
1 International Food Information Council Foundation: Food decision 2016, Food &amp; health survey; <a href="https://www.foodinsight.org/sites/default/files/2016-Food-and-Health-Survey-Report_%20FINAL_0.pdf" target="_blank">www.foodinsight.org/sites/default/files/2016-Food-and-Health-Survey-Report_%20FINAL_0.pdf</a> (2. November 2016)</li><li>
2 P. Schieberle, T. Hofmann, Chemical and Functional Properties of Food Components Series. Food Flavors. Chemical, Sensory and Technological Properties (Hrsg. H. Jelen), CRC Press: Boca Raton, FL, 2012; S. 413–438.</li><li>
3 A. Dunkel, M. Steinhaus, M. Kotthoff et al,. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 7124–7143.</li><li>
4 T. Wenzl, D. W. Lachenmeier, V. Gökmen, Anal. Bioanal. Chem. 2007, 389, 119–137.</li><li>
5 R. H. Stadler, Chemical Contaminants and Residues in Food [Hrsg. D. Schrenk], Woodhead Publishing: Cambridge, UK, 2012; S. 201–232.</li><li>
6 M. Friedman, J. Agric. Food Chem. 2003, 51, 4504–4526.</li><li>
7 M. Friedman, C. E. Levin, J. Agric. Food Chem. 2008, 56, 6113–6140.</li><li>
8 E. Tareke, E. Rydberg, P. Karlsson, S. Eriksson, M. Törnqvist, Chem. Res. Toxicol. 2000, 13, 517–522.</li><li>
9 E. Tareke, E. Rydberg, P. Karlsson, S. Eriksson, M. Törnqvist, J. Agric. Food Chem. 2002, 50, 4998–5006.</li><li>
10 D. S. Mottram, B. L. Wedzicha, A. T. Dodson, Nature 2002, 419, 448–449.</li><li>
11 D. V. Zyzak, R. A. Sanders, M. Stojanovic, et al., J. Agric. Food Chem. 2003, 51, 4782–4787.</li><li>
12 M. Granvogl, P. Schieberle, J. Agric. Food Chem. 2006, 54, 5933–5938.</li><li>
13 M. Granvogl, P. Schieberle, Eur. Food Res. Technol. 2007, 225, 857–863.</li><li>
14 K. Matheis, M. Granvogl, Eur. Food Res. Technol. 2016, 242, 1565–1575.</li><li>
15 W. Engel, W. Bahr, P. Schieberle, Eur. Food Res. Technol. 1999, 207, 237–241.</li><li>
16 K. Matheis, M. Granvogl, J. Agric. Food Chem. 2016, 64, 8168–8178.</li><li>
17 A. Thürer, M. Granvogl, J. Agric. Food Chem. 2016, 64, 9107–9115</li></ul>

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