Hydroxymethylfurfural (HMF) - Analytik im LCI etabliert

Was ist HMF und wie entsteht es?



HMF (5-Hydroxymethyl-2-furfural) ist eine Aldehyd- und Furanverbindung, die in vielen kohlenhydrathaltigen Lebensmitteln während einer thermischer Behandlung – also auch bei der Zubereitung im Haushalt durch Kochen, Braten oder Backen – entsteht. Die Bildung findet entweder über eine Dehydratisierung von Hexosen (Monosaccharide mit sechs Kohlenstoffatomen, z. B. Glucose, Fructose u.a.) im Sauren statt oder kann – genau wie bei der bekannten Prozesskontaminante Acrylamid – im Verlauf der Maillard-Reaktion erfolgen (vergleiche hierzu auch LCI-Focus 05/2003: Die Maillard-Reaktion). Neben der Temperatur haben die Parameter pH-Wert und Wasseraktivität dabei einen Einfluss auf die Reaktion. Entdeckt wurde HMF 1912 von dem französischen Chemiker Louis Maillard (dem Entdecker der Maillard-Reaktion) im Rahmen seiner Forschungen zu Reaktionen zwischen Glucose und Lysin.
HMF ist somit in einer Vielzahl von Lebensmitteln wie Honig, Fruchtsäften, Kaffee, Gebäck und Karamell, aber auch in hitzebehandelter Milch und in alkoholischen Getränken enthalten. In Brot liegen die gefundenen Gehalte beispielsweise zwischen 3 und 220 mg/kg. Ein besonderes Augenmerk liegt auf Trockenpflaumensäften, die mit bis zu 2850 mg/L außergewöhnlich hohe HMF-Gehalte aufweisen können.

Warum ist die Analytik von HMF in Lebensmitteln interessant?
HMF stellt aus lebensmitteltechnologischer Sicht einen wichtigen Erhitzungsindikator dar. So entsteht beispielsweise in Honig, der natürlicherweise einen schwach sauren pH-Wert hat und reduzierende Zucker enthält, auch bei Raumtemperatur eine gewisse Mengen HMF. Durch Erhitzen oder eine lange Lagerung steigt der Gehalt jedoch deutlich an. Die EU hat einen HMF-Grenzwert von maximal 40 mg/kg für Honig, der unter europäischen Bedingungen produziert wurde, festgelegt. Neben Honig gilt auch bei Fruchtsäften ein erhöhter HMF-Gehalt als Indikator für eine technologisch vermeidbare Wärmebelastung. Zudem können Lebensmittel, denen Karamellprodukte als Farb- oder Aromastoffe zugesetzt wurden, erhöhte HMF-Gehalte aufweisen.
Daneben muss HMF auch unter toxikologischen Aspekten betrachtet werden, da die Substanz im Verdacht steht, mutagene und genotoxische Wirkungen zu haben.

Toxikologie
Das BfR kommt in einer Stellungnahme vom 15. Mai 2011 zu dem Schluss, dass bei der Aufnahme von HMF keine oder nur geringe Risiken bestehen. Nach diesem Papier ist die akute Toxizität von HMF als sehr gering einzustufen. In Studien zur Kanzerogenität wurden bei einer Aufnahmemenge von 80-100 mg/kg Körpergewicht am Tag keine Veränderungen festgestellt. Verschiedene Verzehrsstudien geben eine geschätzte Aufnahmemenge an HMF von 4-30 mg/Tag an, wobei diese stark von den jeweiligen Ernährungsgewohnheiten abhängt. Demnach liegt bei der gegebenen Exposition noch ein ausreichend großer Sicherheitsabstand vor. Es ist bekannt, dass nicht HMF selbst, sondern sein Metabolit SMF (5-Sulfooxymethylfurfural) ein mutagenes Potential besitzt. Ob dieser Metabolit im menschlichen Körper gebildet werden kann, ist bisher nicht belegt.
Das BfR stuft die Kanzerogenität daher als nicht erkennbar oder gering ein. Dieses Ergebnis wird jedoch dadurch eingeschränkt, dass die Zahl der Studien bisher limitiert ist, sodass die Daten für die Festlegung eines ADI-Wertes noch zu unsicher sind. Zudem liegen noch keine Untersuchungen zu reproduktionstoxischen Effekten vor.

Analytik
Mit einem Absorptionsmaximum von 284 nm lässt sich HMF nach wässriger Extraktion gut mittels HPLC und UV-Detektion analysieren. Auch spektralphotometrische Methoden sind möglich, wobei hier vor allem bei stark gefärbten Lebensmitteln Interferenzen auftreten können. Zudem werden GC/MS sowie Kapillarelektrophorese und Ionenchromatographie angewendet.
Im LCI wurde kürzlich im Rahmen einer Masterarbeit eine Methode zur Analytik von HMF entwickelt und validiert. Diese Analytik kann nun in unserem Schwesterinstitut, dem Institut für Qualitätsförderung in der Süßwarenwirtschaft e.V. in Köln, IQ.Köln, in Auftrag gegeben werden (Kontakt: iq-koeln@iq-koeln.de).