Hydroxymethylfurfural

HMF in Honig

Um (bei Lagerung teilkristallisierten) Honig fließfähiger zu machen und ihn schneller oder mit höherem Ertrag aus den Bienenwaben ausschleudern oder auspressen zu können werden die Waben oder nur der Honig erhitzt. Durch (Über)Erhitzung werden aber die am Honig geschätzten Naturstoffe (Proteine, Enzyme, Aminosäuren, Vitamine, Farb- und Aromastoffe und Pollen) „deaktiviert“, vermindert oder gänzlich zerstört, wodurch die (von den Konsumenten erwartete) Honigqualität leidet. Durch Karamellisierung bei partieller Übererhitzung können Aromastoffe entstehen, die teuren Waldhonig vortäuschen können und dadurch Honigfälschungen geschmacklich aufwerten helfen. Falscher (meist mit billigem Reissirup gestreckter) Honig überschwemmt den Weltmarkt „im ganz großen Maßstab“. In der EU ist Honig auf Platz 6 der gefälschten Lebensmittel, 1,4 von zehn Honigproben seien laut EU-Analyse verfälscht.

Ein hoher HMF-Wert des Honigs weist auf länger anhaltende Erwärmung oder Lagerung hin. Der HMF-Gehalt in frisch geschleudertem Honig ist sehr gering und steigt bei korrekter Lagerung, je nach pH-Wert und Lagertemperatur um ca. 2–3 mg/kg pro Jahr an. Lagerung bei Zimmertemperatur (21 °C) kann den HMF-Gehalt in einem Jahr bereits auf 20 mg/kg erhöhen. Die EU hat einen HMF-Grenzwert von maximal 40 mg/kg für Honig, der unter europäischen Bedingungen produziert wurde, festgelegt. Einige nationale Imkerverbände fordern sogar noch niedrigere Werte, z. B. erlaubt der Deutsche Imkerbund höchstens 15 mg/kg für sein Gütesiegel „Echter Deutscher Honig“.

HMF-Gehalte sonstiger Lebensmittel

Tabelle 1: 5-HMF-Gehalte verschiedener Lebensmittel in mg/kg bei ausreichend großen Messungen

5-Hydroxymethylfurfural in der Chirurgie

Präoperative Mikronährstoffergänzungen in Fast-Track-Chirurgieprogrammen haben gezeigt, dass sie Komplikationen reduzieren, die Regeneration verkürzen und damit die Kosten senken. Die metabolischen Effekte einer Kombination aus α-Ketoglutarsäure (AKG) und 5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF) hatten Auswirkungen auf die Verbesserung der Leistungsfähigkeit und den Abbau von oxidativem Stress in der Lungenchirurgie.

Mögliche Verwendung in der Klebstoffherstellung

Aktuelle Forschungen legen eine Verwendung in der Produktion von Klebstoffen nahe.

Mögliche Karzinogenität

Das amerikanische National Institute of Environmental Health Sciences gibt für HMF ein hohes Risiko, dass es krebserregend sein könnte, an. Grund dafür ist, dass andere Mitglieder dieser Gruppe von Verbindungen krebserregende Eigenschaften zeigen. Untersuchungen über die Schädlichkeit von HMF selbst sind bisher jedoch nur in geringem Umfang durchgeführt worden.

In Untersuchungen diverser Substanzen im Hinblick auf krebsvorbeugende Eigenschaften konnte für 5-HMF keine solche Wirkung nachgewiesen werden.

Die mögliche Fehlinterpretation der kanzerogenen Eigenschaft soll darauf beruhen, dass 5-HMF erst seit einigen Jahren als Reinsubstanz (>99 %) isoliert werden kann. Reinstes 5-HMF ist ein farbloses Pulver.

Sicherheit und Toxizität

Das Bundesinstitut für Risikobewertung bemerkte, dass 5-HMF-Gehalte in Lebensmitteln „nach derzeitigem wissenschaftlichen Kenntnisstand gesundheitlich unproblematisch“ wären. Die Hauptaufnahme erfolge über den Genuss von Kaffee.

Zahlreiche, aber divergierende Studien wurden im Hinblick auf ein mögliches genotoxisches oder krebserregendes Potenzial von HMF durchgeführt. Unterschiede in den Ergebnissen können auf unterschiedliche angewendete Konzentrationen von HMF in Studien zurückgeführt werden, die zum Teil extrem hoch und weit entfernt von den realen Bedingungen waren. Basierend darauf wurde jedoch ein Schwellenwert von 540 μg/Person/Tag, wie auch im Capuano-Review angegeben, 2005 von der EFSA empfohlen. Dieser Wert ist unrealistisch, da die geschätzte HMF-Aufnahme 4-30 mg/Person/Tag beträgt und manchmal bis zu 350 mg betragen kann, womit 2011 das Deutsche Institut für Risikobewertung, das BfR, zu folgender Einschätzung kam: „5-HMF-Gehalte in Lebensmitteln sind nach derzeitigem wissenschaftlichen Kenntnisstand gesundheitlich unproblematisch“. 5-HMF kommt in hohen Mengen auch in bestimmten Lebensmitteln vor u. a. in Trockenfrüchte 25-2900 mg/kg, Karamellprodukte 110-9500 mg/kg oder Kaffee (instant) 400-4100 mg/kg vor. Eine sehr umfangreiche und detaillierte Studie über die krebserregende Aktivität von HMF ist im NTP-Bericht beschrieben, wo sie zu dem Schluss kommt, dass es unter den Bedingungen dieser 26-jährigen Gavage-Studien keine Hinweise auf eine krebserregende Aktivität von 5-HMF bei Ratten gab (188-375 mg/kg). Daraus schloss das BfR, dass die tierexperimentell abgeleitete höchste Dosis ohne unerwünschte Wirkungen im Bereich zwischen 80 und 100 mg/kg Körpergewicht liege. Bei einem durchschnittlichen Körpergewicht von 70 kg bedeutet das 5600-7000 mg.

Pharmakokinetik und Metabolismus

Frühere pharmakokinetische Studien wurden von Ulbricht und Czok überprüft, die eine Dosis von 100 mg HMF/kg Körpergewicht an Ratten und Mäusen oral oder intravenös verabreichten. Oral-verabreichtes HMF verschwand schnell aus dem Verdauungstrakt und es wurden nur Spurenmengen im Blutplasma und Urin nachgewiesen. Das deutet darauf hin, dass HMF schnell metabolisiert wird. Intravenös injiziertes HMF konnte nach kurzer Zeit nicht mehr im Blutplasma nachgewiesen werden, während im Urin und in der Galle nur geringe Mengen nachgewiesen wurden. Ähnliche Beobachtungen wurden von Germond gemacht. Wenn einzelne orale Gavage-Dosen von 5 HMF bei 0,08 bis 330 mg/kg oral oder intravenös verabreicht wurden, wurde weniger als 1 % der Radioaktivität in den Körperhöhlenorganen und im Stuhl zurückgehalten. 85 % der Radioaktivität wurden nach 8 Stunden und 95 - 100 % der Radioaktivität nach 24 Stunden eliminiert. Als Metaboliten wurden 5-Hydroxymethyl-2-furosäure (HMFA) und N-(5-Hydroxymethyl-2-furoyl) Glycin durch NMR und MS identifiziert. Jellum fand beim Menschen heraus, dass etwa 50 % über den Urin als HMFA und Furan-2,5-Dicarbonsäure (FDCA) ausgeschieden wurden, nachdem man parenterales HMF mit Fructoselösungen erhalten hatte. Es wurden keine unveränderten HMF und keine Glycin-Konjugate im Urin gefunden. Godfrey verabreichte HMF oral an Mäuse und Ratten in Dosierungen von 5 - 500 mg/kg. 60-80 % der verabreichten Dosen wurden innerhalb von 48 Stunden über den Urin ausgeschieden. Als Metaboliten wurden HMFA, FDCA und N-(5-Hydroxymethyl-2-furoyl)glycin identifiziert. Jüngste pharmakokinetische Studien wurden von Monien durchgeführt. Die Autoren bestätigten, dass HMF schnell ausgeschieden wird und im Urin nach kurzer Zeit nicht mehr nachgewiesen werden kann. In einer Studie mit 6 gesunden menschlichen Probanden identifizierte Prior 5-Hydroxymethyl-2-furosäure, 5-Carbonsäure-2-furoyl-glycin, N-5-Hydroxymethyl-2-furoyl-glycin und 5-Carbonsäure-3-furoyl-aminomethan als Metaboliten durch HPLC-MS/MS nach Verbrauch von 3944 μmol (497 mg) oder 486 μmol (61,2 mg) 5-HMF, die in Pflaumensaft bzw. getrockneten Pflaumen enthalten sind. Die geschätzte Gesamtrückgewinnung der Metaboliten betrug 46,2 % bzw. 14,2 % der 5-HMF-Dosis während der ersten 6 Stunden nach dem Verzehr. 5-Sulfomethylfurfural (5-SMF), möglicherweise durch Sulfokonjugation gebildet, das als mutagen und krebserregend nachgewiesen/bestimmt wurde, wurde in den oben genannten Berichten mit Ausnahme einer aktuellen Studie von Monien nicht als Metabolit beobachtet. Die Autoren zeigten, dass SMF in HMF-behandelten Mäusen gebildet wird. Für die Analyse wurde LC-MS/MS verwendet. SMF wurde jedoch nicht als Metabolit beim Menschen gefunden.

Vergleich 5-HMF vs. Vitamine

Antioxidantien wie Vitamin C und E reagieren mit allen freien Radikalen, d. h. auch in situ „essentielle“ Radikale (Immunabwehr), was zu vielen Dysfunktionen führt. 5-HMF eliminiert überwiegend hochreaktive Stickstoffarten (RNS) (z. B. Peroxide), nicht aber die „Essentiellen“. In ihrer Funktion, freie Radikale zu entfernen, wenden sie sich an hochpotenzielle Substanzen (z. B. Vitamin C Radikal). Diese Stoffe können auch unkontrollierte Funktionsstörungen verursachen (z. B. NOS-Dysfunktion).