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Zusammenfassung (Englisch)

Investigating the fate of substances in complex processes like food processing poses a major challenge in analytical chemistry. To simulate complex chemical reactions during food processing, current regulatory procedures for plant protection products include a high temperature hydrolysis of active substances at maximum temperatures of 120 °C in water. In the present study the fate of three exemplary active substances for plant protection products was investigated during realistic food processing steps and the findings were compared to results of current hydrolysis procedures.

Major differences between simulative and realistic processing trials were observed in this study. When heating the fungicide prochloraz in rapeseed oil, chemical reactions between an active substance and food ingredients were demonstrated for the first time. The degradation process of prochloraz led to a spectrum of eleven degradation products and was shown to be dependent on temperature, heating duration and the used type of oil. In contradiction to simulative hydrolysis studies the insecticide deltamethrin was found to be stable at temperatures up to 250 °C applied during high-temperature heating of tomato products. Additionally, potatoes were treated with the sprouting inhibitor chlorpropham and were stored for up to six months. After boiling, frying and baking processes of potatoes chlorpropham residues in edible products were reduced by 73% to 83% depending on the process. In contrast to the assumption of the European Food Safety Authority, no formation of the critical 3-chloroaniline was observed during potato processing.

The comparison between realistic processing trials conducted in this study and simulative conditions questions the suitability of the current regulatory procedure. Furthermore, the first-time identification of processing-induced degradation products raises concerns towards risk assessment of pesticide residues in food. The implementation of fate studies during realistic food processing steps into regulatory guidelines for plant protection products will further increase food safety and consumer protection.

Zusammenfassung (Deutsch)

Die Aufklärung des Verbleibs von Substanzen in komplexen Prozessen wie der Lebensmittelverarbeitung stellt eine große Herausforderung der analytischen Chemie dar. Um komplexe chemische Reaktionen während der Lebensmittelverarbeitung zu simulieren, sieht das derzeitige Zulassungsverfahren für Pflanzenschutzmittelwirkstoffe eine Hochtemperaturhydrolyse bei maximal 120 °C in Wasser vor. In der vorliegenden Arbeit wurde der Verbleib dreier exemplarischer Pflanzenschutzmittelwirkstoffe während realitätsnaher Verarbeitungsprozesse untersucht und mit den Ergebnissen derzeitiger Hydrolyseverfahren verglichen.

Zwischen den simulativen Bedingungen und den realitätsnahen Verarbeitungsversuchen konnten deutliche Unterschiede beobachtet werden. Bei der Erhitzung des Fungizids Prochloraz in Rapsöl wurden erstmals chemische Reaktionen zwischen einem Pflanzenschutzmittelwirkstoff und Lebensmittelinhaltsstoffen nachgewiesen. Unter Bildung von insgesamt elf Abbauprodukten konnte ein starker Abbau von Prochloraz beobachtet werden, der abhängig von Temperatur, Erhitzungsdauer und Ölsorte war. Entgegen der Ergebnisse von Hydrolysestudien zeigte sich das Insektizid Deltamethrin bei der Herstellung von hocherhitzten Tomatenprodukten trotz Temperaturen von bis zu 250 °C stabil. Weiterhin wurden Kartoffeln mit dem Keimungshemmer Chlorpropham behandelt und für bis zu sechs Monate gelagert. Durch das Kochen, Frittieren und Backen der Kartoffeln wurden die Chlorpropham-Gehalte in den verzehrbaren Produkten um 73% bis 83% reduziert. Entgegen der Annahme der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit konnte gezeigt werden, dass während der Verarbeitungsschritte keine Bildung des bedenklichen 3 Chloranilins auftrat.

Der Vergleich der in dieser Arbeit untersuchten realitätsnahen Versuche und den simulativen Bedingungen stellt die Eignung des derzeitigen Zulassungsverfahrens in Frage. Weiterhin wirft die erstmalige Beschreibung verarbeitungsbedingter Abbauprodukte Fragen hinsichtlich der Risikobewertung von Pflanzenschutzmittelrückständen in verarbeiteten Lebensmitteln auf. Die Implementierung von Verbleibsuntersuchungen während realitätsnaher Verarbeitungsprozesse in die Zulassung von Pflanzenschutzmitteln wird die langfristige Erhöhung der Lebensmittelsicherheit und des Verbraucherschutzes gewährleisten.

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