Lebensmittelsicherheit Wo versteckt sich Cadmium in der Kakaobohne?

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Ob fest oder flüssig: Schokolade versüßt vielen den Tag. In den Kakaobohnen kann sich allerdings je nach Anbaugebiet das Schwermetall Cadmium anreichern. Wo es in der Bohne tatsächlich landet, haben nun Forscher mit einer neuen Analysetechnik untersucht.

Seit mindestens 5.000 Jahren ernten Menschen die Bohnen des Kakaostrauchs. Sie haben gelernt, die Bohnen zu fermentieren, zu rösten, zu mahlen und mit Zucker und Fett zu köstlichen Schokoladen zu verarbeiten. Heute sind jedes Jahr rund fünf Millionen Tonnen Bohnen auf dem Markt, die nur aus einigen wenigen Anbaugebieten in tropischen Regionen kommen, denn Kakao wächst nicht überall.

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Belastete Kakaobohnen

Schokolade gilt als Seelentröster, Aminosäuren wie Tryptophan hellen die Stimmung auf. Außerdem enthalten Kakaobohnen anti-entzündliche Verbindungen und wertvolle Spurenelemente. Allerdings nehmen die Kakaopflanzen auch giftige Schwermetalle auf, wenn die Böden entsprechend belastet sind, zum Beispiel durch Abraum von Bergbau, der Grundwasser und Böden allmählich vergiften kann.

Wie bedenklich solch eine Schadstoffaufnahme für die Konsumenten von Kakaoprodukten ist, hängt auch davon ab, wo sich die Schwermetalle in der Bohne anreichern: ob eher in der Schale oder eher im Mehlkörper im Inneren der Bohne. Denn die Bohnen durchlaufen von der Ernte bis zum Rohstoff für Schokolade viele Behandlungsschritte, die die Belastung möglicherweise reduzieren könnten. Und zwar idealerweise so, dass die Schwermetalle reduziert werden, aber die erwünschten Spurenelemente erhalten bleiben.

Als Ganzes: deutlich mehr Cadmium als zulässig

Ein Team um Dr. Ioanna Mantouvalou vom Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) und Dr. Claudia Keil von der TU Berlin hat nun an der BAMline von BESSY II verschiedene Imaging Methoden genutzt, um die Schwermetallkonzentrationen in Kakaobohnen präzise zu kartieren. Damit untersuchten sie Kakaoproben aus einer Anbauregion in Kolumbien, die mit durchschnittlich 4,2 mg/kg Cadmium belastet waren. Das ist deutlich über den Europäischen Grenzwerten von 0,1 bis 0,8 mg Cadmium/kg in Kakaoerzeugnissen.

Das Team hat mit drei verschiedenen Röntgenfluoreszenz-Techniken gearbeitet, um die Kakaobohnen zu untersuchen. Sie entwickelten u. a. eine neue Analysemethodik für die Absorptionskorrektur bei der Bildgebung mit einer Röntgenfarbkamera. „Es gab bisher wenig Erkenntnisse dazu, wie Cadmium vom Boden durch Wurzeln in die Pflanze einwandert und wo sich das Element in den Bohnen anreichert. Insbesondere auch deswegen, weil es nicht möglich war, den Cadmium-Gehalt nichtinvasiv genau zu lokalisieren“, sagt HZB-Forscherin Mantouvalou.

Schwermetall ungleichmäßig verteilt

Cadmium ist besonders schwer nachzuweisen, erklärt Mantouvalou. Denn das Cadmium-Signal, das die Anregung der äußeren Elektronen erzeugt, liegt genau unter dem sehr viel stärkeren Fluoreszenz-Signal des Elements Kaliums, das in höherer Konzentration im Kakao vorkommt. „Wir regen daher ganz gezielt eine tiefere Elektronenschale des Cadmium-Atoms an, was nur mit harten Röntgenstrahlen an der BAMLine möglich ist“, sagt Frank Förste, der die Experimente gemeinsam mit Leona Bauer an der TU Berlin durchführte. „Damit konnten wir die Querschnitte von Kakaobohnen nun mit hoher Auflösung kartieren, und zeigen, dass sich Cadmium vorwiegend in der äußeren Schale anreichert“, sagt seine Kollegin Bauer.

Bei ihren Analysen entdeckten die Forscher auch interessante Unterschiede zwischen Bohnen vor und nach dem Röstvorgang: „Wir konnten nachweisen, dass sich durch das Rösten die Elementverteilung in den Bohnen ändert“, sagt Mantouvalou. Da es mit dem Zusammenspiel der genutzten Methoden nun erstmals möglich ist, die Anreicherung von Cadmium ortsgenau zu messen, könnten weitere Untersuchungen systematisch erkunden, mit welchen verbesserten Verarbeitungsschritten die Belastung minimiert wird. Damit ließe sich die Verbrauchersicherheit künftig weiter verbessern.

Originalpublikation: Frank Förste, Leona Bauer, Cornelia Streeck, Martin Radtke, Uwe Reinholz, Daniel Kadow, Claudia Keil, Ioanna Mantouvalou: Quantitative analysis and 2D/3D elemental imaging of cocoa beans using X-ray fluorescence techniques, Anal. Chem. 2023, 95, 13, 5627–5634, Publication Date:March 24, 2023; DOI: 10.1021/acs.analchem.2c05370

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