Glykoalkaloide sind natürlich vorkommende sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe. Sie werden in Nachtschattengewächsen für die Abwehr von Schädlingen und Krankheitserregern gebildet. Bei übermäßigem Verzehr können Glykoalkaloide zu Vergiftungserscheinungen bei Menschen führen.

Glykoalkaloide kommen in Nachtschattengewächsen wie Kartoffeln, Tomaten oder Melanzani vor, wobei zum Auftreten von Tomaten- und Melanzani-Glykoalkaloiden keine Daten vorliegen.

Die wichtigsten Glykoalkaloide in Kartoffeln sind α-Solanin und α-Chaconin. 100 g Kartoffeln enthalten im Durchschnitt 1-15 mg Glykoalkaloide, ein Großteil davon befindet sich in der Schale der Kartoffelknollen. Hohe Konzentrationen sind auch in den Sprossen und Sprossknospen („Augen“), sowie in grünlich gefärbten Stellen zu finden.

Die niedrigste Dosis mit beobachteter schädlicher Wirkung liegt bei 1 mg Kartoffel-Glykoalkaloide (Kartoffel-TGA) pro kg Körpergewicht. Nach Einnahme dieser Dosis können Magen-Darm-Symptome unterschiedlicher Schwere wie Erbrechen, Durchfall und Bauchschmerzen auftreten. Weitere Vergiftungssymptome wie Schläfrigkeit, Apathie, Verwirrtheit, Schwäche, Sehstörungen, schneller und schwacher Puls und niedriger Blutdruck können als Folge einer Dehydrierung nach Erbrechen und Durchfall in Erscheinung treten. In schweren Fällen können Glykoalkaloide zu Lähmungen, Ateminsuffizienz, Herzversagen und Koma führen. Für Menschen gelten Dosen im Bereich von 3-6 mg Kartoffel-Glykoalkaloiden pro kg Körpergewicht als potenziell tödlich.

Die Europäische Kommission legte in der Empfehlung 2022/561 einen Richtwert von 100 mg/kg für die Summe von α-Solanin und α-Chaconin in Kartoffeln und verarbeiteten Kartoffelerzeugnissen fest. Ab diesem Richtwert sollen die Lebensmittelhersteller gemeinsam mit den Behörden die Faktoren ermitteln, die zu solchen hohen Gehalten führen. Außerdem sollen mehr Informationen darüber gesammelt werden, wie sich die Verarbeitung auf den Gehalt an Glykoalkaloiden auswirkt.

In Österreich gibt es zusätzlich in der Verordnung über die Vermarktung von Speisekartoffeln Mindestanforderungen für die Vermarktung von Speisekartoffeln, um einen hohen Glykoalkaloidgehalt zu vermeiden. So müssen beispielsweise Kartoffeln frei von auffällig grünen Knollen sein. Für Kartoffeln der Klasse I ist eine leichte Grünfärbung von nicht mehr als 1/8 der Oberfläche zulässig. Für Kartoffeln der Klasse II ist eine leichte Grünfärbung, die durch normales Schälen entfernt werden kann, zulässig.

• Kartoffel kühl, dunkel und trocken lagern
• Alte, eingetrocknete, grüne oder keimende Kartoffel nicht mehr verzehren
• Grüne Stellen und Augen (Sprossknospen) großzügig entfernen
• Kartoffel vor dem Verzehr schälen
• Wenn der Verzehr der Kartoffelschale gewünscht ist, nur frische unverletzte Knollen verwenden
• Snacks aus Kartoffelschalen nicht verzehren
• Kleinkinder sollen nur geschälte Kartoffeln essen
• Kartoffeln und Kartoffelgerichte mit bitterem Geschmack nicht verzehren, da dies ein Hinweis auf einen hohen Gehalt an Glykoalkaloiden ist
• Kochwasser von Kartoffeln nicht wiederverwenden, da ein Teil der Glykoalkaloide ins Kochwasser übergeht
• Frittierfett für Kartoffeln und Kartoffelprodukte regelmäßig wechseln
• Reduktion des Glykoalkaloidgehalts durch die Verarbeitung und Zubereitung:
  • Durch Schälen um 25 % bis 75 % Durch Kochen oder Blanchieren von geschälten Kartoffeln um 5 % bis 65 %
  • Durch Braten in Öl von geschälten Kartoffeln um 20 % bis 90 %
  • Durch Backen von ungeschälten Kartoffeln in der Mikrowelle oder im Ofen um 3 % bis 45 % bzw. um 20 bis 50 %

Aufnahme, Verbreitung, Abbau und Ausscheidung

Die Kartoffel-Glykoalkaloide α-Solanin und α-Chaconin zeigen eine relativ geringe orale Bioverfügbarkeit mit Unterschieden zwischen den Arten. Hamster weisen für beide Substanzen im Vergleich zu Ratten eine höhere Absorption und langsamere Ausscheidungsraten auf. Zu Aufnahme, Verbreitung, Abbau und Ausscheidung von Kartoffel-Glykoalkaloiden bei Versuchstieren liegen nur begrenzte Informationen vor. Bei Menschen werden α-Solanin und α-Chaconin nach Einnahme systemisch aufgenommen. Für beide Substanzen wurden relativ lange Serumhalbwertszeiten angegeben, was auf eine mögliche Akkumulation hindeutet. Über den Abbau und die Ausscheidung von Glykoalkaloiden bei Menschen liegen keine weiteren Informationen vor.

Daten zur Aufnahme, Verbreitung, Abbau und Ausscheidung von Glykoalkaloiden aus Tomaten und Melanzani bei Versuchstieren sowie bei Menschen fehlen noch.

Wirkungsweise von Glykoalkaloiden

Glykoalkaloide können mit 3b-Hydroxysterolen in der Zellmembran Komplexe bilden. Durch diese Komplexbildung kommt es zu einer Störung in der Membran und zu einem Verlust der Membranintegrität. Nach oraler Aufnahme von Glykoalkaloiden beeinträchtigen diese Effekte die Schleimhaut des Magen-Darm-Trakts und verursachen Übelkeit, Erbrechen und Durchfall. Glykoalkaloide hemmen auch reversibel und kompetitiv die Acetylcholinesterase (AChE) und die Serum-butrylylcholinesterase (BuChE), zwei Enzyme, die am Abbau des Neurotransmitters Acetylcholin beteiligt sind. Durch die Hemmung der beiden Enzyme entsteht ein Überschuss an Acetylcholin, der zu den Symptomen einer Vergiftung mit Glykoalkaloiden beitragen kann. Bei hohen Dosen kann α-Tomatin mit Cholesterin und anderen Sterolen im Darmlumen einen nicht resorbierbaren Komplex bilden, der die Absorption von Cholesterin beeinträchtigen kann. Infolgedessen wurde der Cholesterinspiegel im Blut bei Nagetieren gesenkt.

Toxizität

In Studien mit Versuchstieren zur akuten oralen Toxizität wurden bei Dosen von 250 mg/kg Körpergewicht (KG) pro Tag bei Ratten und 1000 mg/kg KG pro Tag bei Mäusen keine nachteiligen Wirkungen von α-Solanin beobachtet. Daten zu anderen Glykoalkaloiden aus Kartoffeln, Tomaten und Melanzani fehlen.
In Studien mit wiederholter oraler Verabreichung von Kartoffel-Glykoalkaloiden zeigten Nagetiere unspezifische Effekte, wie z.B. reduziertes Körpergewicht und relatives Lebergewicht, mit Hinweis auf ähnliche Wirkstärke von α-Solanin und α-Chaconin. Das Aglykon Solanidin hingegen erhöhte das absolute und relative Lebergewicht bei Mäusen, was auf eine andere Wirkung des Aglykons im Vergleich zu den Glykoalkaloiden hinweist.

α-Tomatin und sein Aglykon Tomatidin zeigten bei Ratten keine Wirkung, wenn sie über einen Zeitraum von 200 Tagen mit 20 mg/kg KG pro Tag angewendet wurden. Bei Mäusen führte eine ein- bis zweiwöchige Behandlung mit α-Solasonin zu einer Körpergewichtszunahme, während sein Aglykon Solasodin die Körpergewichtszunahme verringerte und eine Degeneration der Magendrüse und Lebertoxizität verursachte.

Entwicklungsstudien mit Hamstern zeigten, dass eine Verabreichung von Kartoffel-Glykoalkaloiden und ihren Aglykonen während der Schwangerschaft zu Auswirkungen auf das Zentralnervensystem der Embryos in Form von Missbildungen des Gehirns (Exenzephalie, Enzephalozelie und Anophthalmie) führen kann. Bei Ratten wurde nach Behandlung mit α-Solanin eine verringerte postnatale Überlebensrate von Welpen aufgrund unzureichender Milchproduktion berichtet. Die männliche Fertilität bei Hunden und Rhesusaffen wurde durch Verabreichung des Aglykons Solasodin aus Melanzani reduziert, es wurde ein verringertes Nebenhodengewicht und ein an Spermien verarmtes Nebenhodenlumen beobachtet.

Es gibt keinen Hinweis auf Genotoxizität der Glykoalkaloide α-Solanin und α-Chaconin sowie des Aglykons Solanidin und des Melanzani-Glykoalkaloids α-Solamargin, für eine abschließende Bewertung liegen jedoch nicht genügend Informationen vor. Es konnte keine Langzeitstudie zur chronischen Toxizität und Kanzerogenität für Glykoalkaloide oder für die jeweiligen Aglykone identifiziert werden.

Wirkungen bei Menschen

Bei Menschen umfassen akut toxische Wirkungen nach Einnahme von Kartoffel-Glykoalkaloiden Magen-Darm-Symptome unterschiedlicher Schwere wie Erbrechen, Durchfall und Bauchschmerzen, die bei einer Aufnahme von der Summe der Kartoffel-Glykoalkaloide (Kartoffel-TGA) von 1 mg/kg KG oder mehr auftreten können. Weitere Symptome wie Schläfrigkeit, Apathie, Verwirrtheit, Schwäche, Sehstörungen, schneller und schwacher Puls und niedriger Blutdruck können die Folge einer Dehydrierung nach Erbrechen und Durchfall sein.

In schweren Fällen wurden Lähmungen, Ateminsuffizienz, Herzversagen, Koma und Tod berichtet. Dosen im Bereich von 3–6 mg Kartoffel-TGAs pro kg Körpergewicht gelten für Menschen als potenziell tödlich. Ergebnisse von Studien mit Freiwilligen deuten auf mögliche Unterschiede in der menschlichen Bevölkerung in Bezug auf individuelle Anfälligkeit gegenüber Glykoalkaloiden hin.

Gefahrencharakterisierung

Die Nagetierdaten zur akuten Toxizität waren nicht geeignet, um einen Bezugspunkt für die Bewertung der akuten Exposition gegenüber Kartoffel-Glykoalkaloiden beim Menschen festzulegen. Basierend auf Humandaten aus Fallberichten, Ausbrüchen und Studien an Freiwilligen wurde ein LOAEL (Lowest Observed Adverse Effect Level - niedrigste Dosis, bei der bereits unerwünschte gesundheitliche Wirkungen beobachtet werden) von 1 mg Kartoffel-TGA pro kg KG pro Tag als Referenzpunkt für die Bewertung des akuten Risikos gewählt. Die verfügbaren Daten waren unzureichend, um einen gesundheitsbezogenen Richtwert abzuleiten. Stattdessen wurde der MOE-Ansatz (Margin of Exposure) verwendet, um mögliche gesundheitliche Risiken aufgrund einer akuten Exposition gegenüber Kartoffel-TGAs über Lebensmittel zu bewerten.

Es wurde angenommen, dass die Symptome hauptsächlich auf eine lokale Reizung der Magen-Darm-Schleimhaut und nicht auf eine Hemmung der AChE-Aktivität zurückzuführen sind. Zur Bewertung des Risikos gilt ein MOE von 10 unter Berücksichtigung der Extrapolation von einem LOAEL auf einen NOAEL mit einem Faktor 3 und der interindividuellen Variabilität der Empfindlichkeiten mit einem Faktor 3,2 als ausreichend. Dementsprechend zeigt ein MOE von mehr als 10 an, dass keine gesundheitlichen Bedenken bestehen.

Die experimentellen Daten, die für die Toxizität bei wiederholter Verabreichung verfügbar sind, reichen nicht aus, um einen Referenzpunkt für die chronische Exposition gegenüber Kartoffel-Glykoalkaloiden zu identifizieren. Bei Menschen wurden keine Hinweise auf gesundheitliche Probleme im Zusammenhang mit wiederholter oder langfristiger Aufnahme von Glykoalkaloiden über Kartoffeln gefunden.

In Bezug auf Glykoalkaloide oder Aglykone, die in essbaren Teilen anderer Nahrungspflanzen als S. tuberosum auftreten, wurde keine geeignete Studie zur Bestimmung eines Referenzpunkts für Glykoalkaloide oder Aglykone von Tomaten oder Melanzani identifiziert.

Vorkommen

Daten zum Auftreten von Glykoalkaloiden waren nur für α-Solanin und α-Chaconin und hauptsächlich in den Kategorien „Hauptkartoffeln“ (herkömmliche Kartoffelsorten) und „neue Kartoffeln“ (neue Kartoffelsorten, die einen geringeren Glykoalkaloid-Gehalt haben) verfügbar. Für verarbeitete Lebensmittel lagen nur wenige Daten vor. Zum Auftreten von Tomaten- und Melanzani-Glykoalkaloiden und ihren Aglykonen lagen keine Daten vor.

Da die Daten zum Auftreten von Kartoffel-Glykoalkaloiden nicht alle kartoffelhaltigen Lebensmittelkategorien in der Verbraucherdatenbank (Comprehensive Food Consumption Database) abdecken, wurde für die Expositionsabschätzung entschieden, die Daten zu den primären Rohstoffen (raw primary commodities - RPC) der Kategorien Hauptkartoffeln und neue Kartoffeln und die RPC-Verbraucherdatenbank zu verwenden. Die Daten der Kategorie „neue Kartoffeln“ wurden mit jenen der Kategorie „Hauptkartoffeln“ kombiniert, und die durchschnittliche Konzentration im Upperbound (UB: alle Werte unterhalb der Nachweis- und Bestimmungsgrenze wurden gleich der jeweiligen Grenze gesetzt) für die Summe von α-Solanin und α-Chaconin betrug 51,2 mg/kg und das 95. Perzentil (P95) lag bei 116,8 mg/kg. Die minimale und maximale Konzentration betrug 1,1 und 276,6 mg/kg.

Expositionsabschätzung

Die akute ernährungsbedingte Exposition gegenüber Kartoffel-TGAs wurde unter Verwendung eines probabilistischen Ansatzes geschätzt, der nur Tage umfasste, an denen Kartoffeln konsumiert wurden. Da keine Daten zum Auftreten von Glykoalkaloiden in Tomaten und Melanzani vorlagen, wurden diese Lebensmittel nicht in die Expositionsabschätzung miteinbezogen.

Die Verarbeitung von Kartoffeln verringert den Gehalt an Glykoalkaloiden im endgültigen verarbeiteten Produkt. Im Allgemeinen und gemäß der Literatur reduziert das Schälen von Kartoffeln den Glykoalkaloid-Gehalt um 25–75 %, das Kochen in Wasser und das Blanchieren von geschälten Kartoffeln um 5–65 % und das Braten von geschälten Kartoffeln in Öl um 20–90 %. Das Backen von ungeschälten Kartoffeln in der Mikrowelle und im Ofen kann zu einer Verringerung des Glykoalkaloid-Gehalts um 3–45 % bzw. 20–50 % führen. Es liegen keine Informationen über die chemische Natur der Glykoalkaloid-Abbauprodukte vor. Für die Expositionsabschätzung wurden Verarbeitungsfaktoren für die wichtigsten Lebensmittelverarbeitungsschritte, einschließlich Schälen und Wärmeverarbeitung (Kochen, Braten, Backen), wie folgt auf die Auftretensdaten angewendet: Verarbeitungsfaktoren zwischen 0,25 und 0,75 wurden dem Schälen von Kartoffeln zugeordnet; zwischen 0,1 und 0,8 zum Braten und Frittieren und zwischen 0,35 und 0,95 für alle anderen Kochmethoden.

Informationen zum Schälen von Kartoffeln waren in der Verbraucherdatenbank nicht verfügbar, es wurde jedoch angenommen, dass 90 % der Kartoffeln geschält verzehrt werden. Wenn keine Informationen über die Kochmethode verfügbar waren, wurde dem Essereignis basierend auf der relativen Häufigkeit der gemeldeten Kochmethoden zufällig eine Kochmethode zugeordnet.

Die durchschnittliche UB-Exposition gegenüber Kartoffel-TGAs in allen Umfragen lag zwischen 23,3 µg/kg KG pro Tag bei Erwachsenen und 174,0 µg/kg KG pro Tag bei Kleinkindern. Die Exposition im 95. Perzentil lag zwischen 78,3 µg/kg KG pro Tag bei Erwachsenen und 535,1 µg/kg KG pro Tag bei Kleinkindern (bis zu 822,9 µg/kg KG pro Tag an der Obergrenze des 95% -Konfidenzintervalls).

Vergleicht man den LOAEL für Kartoffel-TGAs von 1 mg/kg KG pro Tag mit den Schätzungen der akuten Exposition, so weisen die MOEs für die jüngeren Altersgruppen auf gesundheitliche Bedenken hin, einerseits bei den Verzehrerhebungen mit dem höchsten durchschnittlichen Verzehr andererseits für die hohe Aufnahme im 95. Perzentil in allen Umfragen. Für Erwachsene geben die MOEs nur für jene Verzehrerhebungen mit dem höchsten Verzehr im 95. Perzentil gesundheitliche Bedenken an.
Der durchschnittliche Prozentsatz an Tagen mit Kartoffelkonsum über alle Umfragen pro Altersgruppe, an denen die Kartoffel-TGA-Aufnahme unter dem MOE von 10 liegen, wurde berechnet. Die höchste Anzahl an Tagen mit Kartoffelkonsum unter einem MOE von 10 wurde für Kleinkinder mit 56% geschätzt gefolgt von Kindern mit 50 %. Für die anderen Altersgruppen lag die geschätzte TGA-Aufnahme in bis zu 22–40 % der Umfragetage unter dem MOE von 10.

Bei Glykoalkaloiden für Tomaten und Melanzani konnte das Risiko für die menschliche Gesundheit aufgrund des Mangels an Daten zum Vorkommen in Nahrungsmitteln und der begrenzten Information über die nachteiligen Auswirkungen bei Versuchstieren und Menschen nicht charakterisiert werden.
Die Auswirkungen der Unsicherheiten auf die Risikobewertung der akuten Exposition gegenüber Kartoffel-Glykoalkaloiden in Nahrungsmitteln wurde von EFSA als moderat eingestuft. Die identifizierten Unsicherheiten können insgesamt entweder zu einer Über- oder zu einer Unterschätzung des Risikos führen.

EFSA Journal 2020;18(8):6222 Risk assessment of glycoalkaloids in feed and food, in particular in potatoes and potato‐derived products