Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Künstliche Süssstoffe werden regelmässig mit Light-Getränken und Light-Nahrungsmitteln in beträchtlichen Mengen konsumiert. Der jährliche globale Konsum der wichtigsten sogenannten "High Intensity" Süssstoffe liegt in der Grössenordnung mehrerer Tausend Tonnen. Die "International Sugar Organization" geht von ca. 47 000 Tonnen Cyclamat, 37 000 Tonnen Saccharin, 21 000 Tonnen Aspartam und 4000 Tonnen Acesulfam aus. Diese synthetischen Verbindungen können daher als "High Production Volume Chemicals" betrachtet werden. Im menschlichen Körper werden diese gut wasserlöslichen Süssstoffe kaum absorbiert und metabolisiert
(eine Ausnahme ist das hydrolysierbare Dipeptid Aspartam), werden also zu fast 100 % wieder ausgeschieden. Tatsächlich wurden künstliche Süssstoffe auch in verhältnismässig hohen Konzentrationen in häuslichem Abwasser nachgewiesen: in der Schweiz 10-65 µg/L Cyclamat, 12-43 µg/L Acesulfam, 4-18 µg/L Saccharin und 2-9 µg/L Sucralose. Davon abgeleitete Verbrauchsschätzungen für die Schweiz ergeben einen jährlichen Konsum von ˜ 31 Tonnen Cyclamat, 28 Tonnen Acesulfam,
11 Tonnen Saccharin und 4 Tonnen Sucralose. In Abwasserreinigungsanlagen erwiesen sich Cyclamat und Saccharin als gut abbaubar. Deren durchschnittliche Elimination betrug 99 resp. 90 %. Acesulfam und Sucralose scheinen hingegen in Kläranlagen ziemlich persistent zu sein. Die vier Süssstoffe wurden ferner in Oberflächengewässer- und Grundwasserproben aus dem Kanton Zürich untersucht. In Seen und Flüssen wurden die Sulfoamid-Verbindungen Acesulfam, Cyclamat
und Saccharin fast ubiquitär nachgewiesen. Acesulfam wurde zudem in 65 von 100 Grundwasserproben gefunden, in teils hohen Konzentrationen von bis zu 6 µg/L. Es gibt nur eine sehr limitierte Anzahl anthropogener Chemikalien, die in der aquatischen Umwelt in ähnlich hohen Konzentrationen nachgewiesen werden kann. Es ist daher erstaunlich, wie wenig über diese Verbindungen bekannt ist. Für andere Regionen der Schweiz gibt es bisher kaum Daten zum Vorkommen der Süssstoffe. Es fehlen insbesondere Analysen in grösseren Fliessgewässern, die eine Abschätzung ermöglichen würden, in welchen Mengen die Verbindungen die Schweiz via Rhein, Rhone, Ticino und Inn verlassen. Eine Massenbilanzierung (Verbrauch, Export) ist insbesondere für die schlechter abbaubaren Verbindungen Acesulfam und Sucralose von Interesse. Der Süssstoff Saccharin ist zudem nicht nur in der menschlichen Ernährung zugelassen, sondern darf in der Schweiz auch als Futtermittelzusatzstoff bei Ferkeln eingesetzt werden. Verbrauchsschätzungen gibt es diesbezüglich keine. Es ist denkbar, dass Saccharin mit dem Ausbringen von Schweinegülle auf landwirtschaftliche Böden gelangt und unter Umständen weiter bis ins Grundwasser verlagert wird. Tatsächlich wurde Saccharin in einer Grundwasserprobe nachgewiesen, wo häusliches Abwasser als Quelle ausgeschlossen werden konnte. Saccharin ist ausserdem ein Metabolit mehrerer in der Schweiz bewilligter Herbizide. Durch lecke Kanalisationsrohre können künstliche Süssstoffe schliesslich auch direkt in Böden gelangen. Die Abbaubarkeit dieser Verbindungen in Böden wurde bisher nicht untersucht.
Um die oben beschriebenen Wissenslücken zu schliessen, sollen folgende Untersuchungen durchgeführt werden.
• Abbauverhalten künstlicher Süssstoffe in Böden: Inkubation der Süssstoffe Acesulfam, Cyclamat, Saccharin und Sucralose in verschiedenen Böden unter aeroben Bedingungen. Bei der Auswahl der Böden sollen möglichst unterschiedliche Bodenparameter berücksichtigt werden (pH, organischer Kohlenstoff). Zusätzlich soll eine Inkubation mit sterilem Boden durchgeführt werden.
• Abbau künstlicher Süssstoffe in einem Unterboden, welcher mit häuslichem Abwasser in Kontakt war: Dieses Experiment soll den Eintrag künstlicher Süssstoffe aus einem lecken Kanalisationsrohr simulieren.
• Verbrauchserhebung für Saccharin in Ferkelfutter: Umfrage bei grösseren Futtermühlen.
• Vorkommen von Saccharin in Schweinegülle: Analyse von Saccharin in Schweinegülleproben von Aufzuchtbetrieben.
• Abbau von Saccharin in Schweinegülle: Inkubationsversuch unter anoxischen Bedingungen im Labor.
• Simulation der möglichen Verlagerung von Saccharin ins Grundwasser mit dem Computerprogramm PELMO: Abschätzung der erwarteten Sickerwasserkonzentrationen von Saccharin nach Applikation von Schweinegülle auf landwirtschaftliche Böden.
• Vorkommen künstlicher Süssstoffe in Rhein, Rhone, Ticino und Inn: Analysen in flussproportionalen Sammelproben (NADUF, 4 Probenahmen), die zeigen sollen, in welchen Mengen die Verbindungen die Schweiz verlassen und mit deren Hilfe eine Massenbilanz (Verbrauch, Export) möglich wäre.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Von den untersuchen Süssstoffen Acesulfam, Cyclamat, Saccharin und Sucralose wurde Cyclamat in den verschiedenen Medien Boden, Abwasser, Klärschlamm am raschesten abgebaut. Die anderen erwiesen sich als teilweise recht stabil. Die Abbaurate hängt von den Umgebungsbedingungen ab, z.B. vom vorliegenden Redoxpotential. Saccharin ist ein in der Schweiz zugelassener Zusatzstoff für Ferkelfutter. Fäzes von 6-9 wöchigen Ferkeln enthielt 240-260 mg/kg Trockengewicht Saccharin. Saccharin wurde auch in allen untersuchten Schweinegülle-Proben in Konzentrationen von 0.3-12 mg/l gefunden. Ausserdem scheint Saccharin in der Gülle sehr stabil zu sein.Saccharin und Acesulfam wurden zusätzlich in einer Fermentierungsanlage zur Produktion von Biogas untersucht. Saccharin wurde in allen Proben detektiert: 0.5 mg/l in der Rohgülle, 0.06 mg/l im Konzentrat, 0.0003 mg/l im Permeat und 0.001 mg/kg im Kompost; es wurde also zu 95% im Fermentierungsprozess abgebaut. Acesulfam wurde ebenfalls gefunden, was auf die Anwesenheit von Haushaltsabwässern hindeutet, und zwar in Konzentrationen von 0.011 mg/l in der Rohgülle und 0.11 mg/l im Konzentrat; es ist also stabil im Fermentierungsprozess.
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