Einige Lebensmittelkontaminationen beginnen im Boden
Wenn die meisten Menschen "Lebensmittelkontamination" hören, denken sie an Bakterien auf ungewaschenem Obst oder Gemüse oder an nicht ausreichend gegartes Fleisch. Es gibt jedoch auch andere Möglichkeiten, wie schädliche Verunreinigungen in Lebensmitteln vorhanden sein können.
RICE-Einrichtung (Rice Investigation, Communication and Education) an der Universität von Delaware, in der das Seyfferth-Labor Reis-Experimente in Reisfeldern im Freien durchführt.
Matt Limmer
Angelia Seyfferth, Mitglied der Soil Science Society of America, untersucht die Kontamination von Lebensmitteln aus dem Boden, in dem die Pflanzen wachsen. "Es kommt alles auf die Chemie des Bodens an", erklärt Seyfferth.
In letzter Zeit hat sich Seyfferth mit Reis beschäftigt. Die Elemente Arsen und Kadmium können in den Reisfeldern vorhanden sein, in denen Reis angebaut wird. Sie präsentierte ihre Forschung auf der virtuellen 2020 ASA-CSSA-SSSA-Jahrestagung.
"Die Aufnahme von Schadstoffen durch Nutzpflanzen ist ein Weg der ernährungsbedingten Exposition gegenüber Schadstoffen, der noch nicht ausreichend erforscht ist", sagt Seyfferth. "Wir können dazu beitragen, die Exposition des Menschen gegenüber Schadstoffen zu verringern, indem wir unser Wissen über die Bodenchemie anwenden."
Geringe Mengen von Arsen und Cadmium sind überall auf der Welt vorhanden und können in vielen Lebensmitteln nachgewiesen werden. Es ist die Konzentration im Gemüse oder Obst, die chemische Form des Elements und die Menge, die jemand davon isst, die bestimmt, ob eine Person einen negativen Effekt auf die Gesundheit erfährt.
Hohe Konzentrationen von Arsen und Cadmium sind schädlich für den Körper. Der Verzehr niedriger Dosen über einen längeren Zeitraum kann sogar Krebs verursachen.
Elemente wie Arsen und Kadmium können je nach Umgebung in unterschiedlichen chemischen Formen vorliegen. Schadstoffe werden von Pflanzen aufgenommen, wenn ihre chemische Form im Boden einem Nährstoff ähnelt, den die Pflanze benötigt.
"Die Art und Weise, wie Lebensmittel angebaut werden, beeinflusst nicht nur die Konzentration der Schadstoffe, sondern auch, wo die Schadstoffe in den Lebensmitteln gespeichert werden", sagt Seyfferth. "Wenn wir die chemischen Formen der Schadstoffe im Boden verstehen, können wir Lösungen entwickeln, um die Aufnahme dieser Stoffe durch die Pflanzen zu verringern."
Bei Reis resultiert die Aufnahme von Arsen und Cadmium aus entgegengesetzten Bedingungen. Arsen kann aufgenommen werden, wenn das Feld überflutet ist. Kadmium wird eher aufgenommen, wenn das Feld nicht überflutet ist.
Seyfferths Arbeit hat nach einer Möglichkeit gesucht, die Pflanzen an der Aufnahme von Arsen und Cadmium aus dem Boden zu hindern. Dies geschieht oft durch die Zugabe von Materialien in den Boden, die als Zusatzstoffe bezeichnet werden.
Ein Zusatzstoff hilft, die Bodenumgebung zu verändern. Durch die Veränderung des Bodenmilieus können die Forscher die chemischen Formen und die Pflanzenaufnahme von Schadstoffen im Boden kontrollieren.
In diesem Fall fand Seyfferth heraus, dass die Zugabe von Reishülsenresten zu Reisfeldböden dazu beitragen kann, die von den Pflanzen aufgenommene Menge an Arsen und Cadmium zu verringern. Reishülsenreste sind Pflanzenmaterial, das nach der Verarbeitung von Reis für den menschlichen Verzehr übrig bleibt.
Diese Lösung ist einfach, aber effektiv. Reishülsenreste sind reich an dem Element Silizium, das ein wichtiger Nährstoff für Reis ist. Die chemische Form des Siliziums ähnelt der Form des Arsens, das von Reispflanzen aufgenommen wird, wenn Felder überflutet werden. Diese Ähnlichkeit trägt dazu bei, die Pflanze abzulenken", so dass sie nicht so viel Arsen aufnimmt.
In Böden, in denen Cadmium ein Problem darstellt, tragen Reishülsenrückstände dazu bei, dass der Boden weniger sauer wird. Dies hilft, Cadmium im Boden zu binden. Das Silizium in den Schalen kann ebenfalls dazu beitragen, die Toxizität von Cadmium zu verringern.
"Allerdings verhalten sich nicht alle Siliziumquellen gleich", sagt Seyfferth. "Damit es wirksam ist, muss die Siliziumquelle während der Zeit, in der die Reispflanze die Körner füllt, Silizium in einer ausreichend hohen Konzentration liefern. Reishülsenrückstände sind eine erfolgreiche Quelle, weil sie sich langsam zersetzen und Silizium während der gesamten Wachstumsperiode freisetzen."
Ein hoher Arsengehalt kann den Kornertrag verringern, aber Seyfferths Arbeit zeigt, dass die Zugabe von Reishülsenrückständen helfen kann, Ertragsverluste zu verhindern. Die Hälfte der Welt ist von Reis als Grundnahrungsmittel abhängig, daher hat diese Forschung ein spannendes Potenzial für positive Auswirkungen.
In der Vergangenheit hat Seyfferth ähnliche Kontaminationsprobleme bei Pilzen untersucht.
Für die meisten amerikanischen Erwachsenen ist die Menge an Arsen und Kadmium, die sie durch Reis und Pilze zu sich nehmen, nicht besorgniserregend genug. Aber es gibt andere Bevölkerungsgruppen, die diese Produkte häufiger und schon in jungen Jahren essen.
"Die Menschen müssen sich ihrer täglichen Schadstoffbelastung bewusst sein, die von ihrem Körpergewicht, der Konzentration und der chemischen Form des Schadstoffs in der Nahrung und der konsumierten Menge abhängt", erklärt Seyfferth.
"Die tägliche Belastung ist am höchsten für Menschen, die mehrmals am Tag Reis verzehren und die möglicherweise auch Arsen im Trinkwasser haben", sagt sie. "Ein Beispiel dafür sind Bevölkerungen in Süd- und Südostasien."
Angelia Seyfferth ist eine außerordentliche Professorin an der Universität von Delaware. Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation, dem National Institute of Food and Agriculture und der University of Delaware unterstützt. Die ASA-CSSA-SSSA-Jahrestagung 2020 wurde von der American Society of Agronomy, der Crop Science Society of America und der Soil Science Society of America ausgerichtet.
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