Energydrinks aus epidemiologischer und chemisch-analytischer Sicht

Muntermacher oder Gesundheitsrisiko?

von Svenja Ackermann, Bianca Gmeiner, Dr. Thomas Kuballa, Dr. Dirk W. Lachenmeier

Ob Flasche oder Dose, jeder kennt sie, jeder mag sie – oder auch nicht. Energydrinks gehören mit zu den Lebens­mitteln, über die seit Jahren am meisten diskutiert wird. Wie haben Sie es geschafft, sich in der großen Getränkewelt zu etablieren und zu behaupten? Was steckt eigentlich in der Dose, die für viele so anziehend erscheint?

Zu den wichtigsten und interessantesten Inhaltsstoffen der Energydrinks zählen Koffein, Taurin, Inositol und Glucuronolacton. Vermischt mit Wasser, Farbstoffen, Aromen und natürlich Zucker ergeben sie ein Getränk, das „die Konzentration und die Leis­tungsfähigkeit in geistiger als auch in sportlicher Hinsicht steigern“ soll. Lediglich für Koffein liegt ein wissenschaftlicher Nachweis für eine pharmakologische Wirkung vor [1]. Die anderen Zutaten werden dagegen aus Marketinggesichtspunkten zugesetzt. So wird der Stoff Taurin vermeintlich aus Bullen­hoden gewonnen und mit einer – wissenschaftlich nicht haltbaren – potenzsteigernden Wirkung in Verbindung gebracht [2].

Ursprünglich aus Asien, wurde das Konzept der Energydrinks Ende der 1980er-Jahre auch in Europa eingeführt, wo es sich mithilfe geeigneter Marketingstrategien schnell verbreitete und bis heute noch ­populär ist [3]. Besonderen Anklang finden die Getränke vor allem bei ­Jugendlichen und jungen Erwachsenen [4]. Doch gerade diese Personengruppen besitzen ein möglicherweise erhöhtes gesundheitliches Risiko, vor allem durch hohe Zufuhrmengen der in Energydrinks enthaltenen Substanzen, die kombinierte Aufnahme mit Alkohol und die Einnahme bei sportlicher Betätigung [5]. Die Einschätzung der Gefährdung spiegelt sich in ­Verzehrempfehlungen, Höchstmengenbeschränkungen und sogar Verkaufsverboten wider (beispielsweise ist in Litauen seit Nov. 2004 der Verkauf an Minderjährige verboten [6]). Im Folgenden werden Energydrinks aus epidemiologischer und chemisch-analytischer Sicht genauer unter die Lupe genommen.

Koffein

Bei dem Alkaloid Koffein handelt es sich um ein Purinderivat, das natürlich in verschiedenen Pflanzen vorkommt und dadurch in vielen ­Genussmitteln wie Kaffee, Tee und Schokolade enthalten ist. Koffein ist eine psychoaktive Substanz, die auf das Nerven-, das Herz- und das Gefäßsystem wirken kann [7]. Koffeinhaltige Getränke werden oft bewusst konsumiert, da durch die Stimulation des zentralen Nerven­systems die Wachsamkeit und die Konzentra­tionsfähigkeit kurzzeitig erhöht werden [8]. ­Jedoch kann eine Überdosierung der Koffein­zufuhr auch zu Herzklopfen (Herz- und Puls­rasen), Schlafstörungen, Nervosität und vielen weiteren negativen Symptomen führen. Diese negativen Folgen des Koffeinkonsums treten vor allem bei sensiblen Erwachsenen (z.B. schwangeren Frauen) sowie Kindern und Jugendlichen auf. In Energydrinks können neben dem Zusatz von reinem Koffein auch Anteile von Guarana, ­Kolanuss, Yerba Mate und Kakao enthalten sein, die allesamt auch Koffein beinhalten.

Koffeinaufnahme von Jugendlichen und Erwachsenen in Deutschland

Neben den traditionellen koffeinhaltigen Getränken wie Kaffee und Tee greifen vor allem Kinder und junge Erwachsene bevorzugt zu koffeinhaltigen Erfrischungsgetränken wie Cola, Energydrinks sowie Energyshots. Die stark wachsende Popularität dieser koffeinhaltigen Erfrischungsgetränke und die damit einhergehenden veränderten Trinkgewohnheiten führten dazu, dass in den letzten Jahren ein erheblicher Koffeinkonsum auch in dieser Konsumentengruppe zu verzeichnen ist. Die Hauptquellen für die Koffeinexposition in der Gesamtbevölkerung sind jedoch weiterhin überwiegend ­Kaffee und Tee.

In Zusammenarbeit mit der Hochschule Albstadt-Sigmaringen und dem Forschungsinstitut für Kinderernährung Dortmund wurde mithilfe der Daten aus zwei Studien die Koffeinaufnahme für Kinder, Jugendliche und Erwachsene in Deutschland abgeschätzt [9]. Anhand der ­Daten der Dortmund Nutritional and Anthro­pometric Longitudinally Designed (DONALD)-Studie wurde für Kinder und Jugendliche eine tägliche durchschnittliche Koffeinaufnahme von 0,3mg/kg Körpergewicht (KG) abgeschätzt, während für Jugendliche und Erwachsene (14–80 Jahre), basierend auf den Daten der ­nationalen Verzehrsstudie II, eine tägliche durch­schnittliche Koffeinaufnahme von 2,1mg/kg KG ermittelt wurde [9].

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) geht in einer vorläufigen Stellungnahme davon aus, dass eine tägliche Koffein­aufnahme für Kinder (3 bis <10 Jahre) und Jugendliche (>10 bis 18 Jahre) von 3?mg/kg KG als sicher angesehen wird [1]. Die aktuelle Studie der EFSA zeigt aber auch, dass vor allem Jugendliche mit übermäßigem Verzehr von Energydrinks diese Schwelle der Koffeinaufnahme überschreiten können. Aus diesem Grund wird derzeit diskutiert, ob der Verkauf von Energydrinks an Kinder und Jugendliche eingeschränkt werden sollte. Mögliche Maßnahmen bestehen in einem Verkaufsverbot an Personen unter 18 Jahren (ähnlich der Handhabung bei alkoholhaltigen Getränken) oder einer Absenkung der zulässigen Koffeinhöchstmengen in den Getränken.

Koffeingehalte verschiedener Getränke

Der Koffeingehalt von Cola, Energydrinks und Energyshots wurde aus den Jahren 1998 bis 2014 gesammelt und in Abbildung 1 graphisch dargestellt. Dabei zeigt sich, dass der durchschnittliche Gehalt von Koffein in Cola (2010–2014; n = 444) ungefähr 100mg/l beträgt, der Gehalt in Energydrinks (2010–2014, n = 448) mit ca. 287mg/l deutlich höher liegt, wobei sich die Gehalte von beiden Gruppen seit 1998 kaum verändert haben. Ein möglicher Grund für die Konstanz ist, dass aufgrund des rechtlichen Grenzwertes (320mg/l) kaum Spielraum nach oben ist. Die meisten Hersteller von Energydrinks orientieren sich gezielt an diesem Grenzwert. Auch vor 2006 (1998–2006) waren die durchschnittlichen Koffeingehalte nur gering­fügig niedriger (249–271mg/l). In diesem Zeitraum wurden Energydrinks noch nicht mittels der Fruchtsaft- und Erfrischungsgetränkeverordnung geregelt, jedoch existierten damals auch für diese Getränke bereits Grenzwerte für Koffein, die in Ausnahmegenehmigungen nach § 68 des Lebensmittel- und Futtermittelgesetzbuchs (LFGB) bzw. Allgemeinverfügungen nach § 54 LFGB festgelegt waren. Die Höchstwerte für Koffein betrugen auch dort zwischen 250mg/l und 320mg/l.

Eine Ausnahme mit sehr hohen Werten (>1000mg/l) bilden die sogenannten „Energy Shots“, die seit 2009 auf dem deutschen Markt erhältlich sind. Da Energyshots rechtlich nicht definiert sind und keine Grenzwerte existieren, ist die Steigerung des Koffeingehaltes in Energyshots von 2009 bis 2014 erklärbar.

Der Koffeingehalt der zwischen 2010–2014 untersuchten Proben wurde bestimmt (Tab. 1) und in Abbildung 2 miteinander verglichen. Im Gegensatz zur landläufigen Meinung ist der ­Gehalt in Kaffee und Tee höher als in koffein­haltigen Erfrischungsgetränken. Lediglich in Energy­shots übersteigt der Koffeingehalt deutlich alle weiteren Getränke, weshalb bei übermäßigem bzw. regelmäßigem Verzehr dieser speziellen Getränke eine übermäßige Aufnahme an Koffein sehr leicht möglich ist.

Rechtliche Lupe

Durch rechtliche Regelungen in der nationalen Fruchtsaft- und Erfrischungsgetränkeverordnung ist seit 2012 ein Höchstgehalt von Koffein in Erfrischungsgetränken von 320?mg/l festgelegt. Energyshots sind davon ausgenommen, da diese Produkte nicht rechtlich definiert sind und somit keinen Grenzwerten unterliegen.

Die Lebensmittelinformationsverordnung (LMIV, in Kraft seit 13.12.2014) sieht vor, dass Getränke mit erhöhtem Koffeingehalt (>150mg/l) den Hinweis „Erhöhter Koffeingehalt. Für Kinder und schwangere oder stillende Frauen nicht empfohlen“, gefolgt vom Koffeingehalt (mg/100?ml) erhalten. Ausgenommen sind Getränke, die auf Kaffee, Tee bzw. Kaffee- oder Tee­extrakt basieren.

Die meisten Energyshots werden als Nahrungs­ergänzungsmittel vertrieben und dürfen nur mit einer Verzehrempfehlung in Verkehr gebracht werden. Eine mögliche rechtliche Regelung dieser Produktgruppe sollte insbesondere auch vor dem Hintergrund des ­aktuellen Entwurfs einer Risikobewertung der Euro­päischen Behörde für Lebensmittelsicherheit EFSA ­diskutiert werden, laut der ein Fünftel aller Energydrink-Konsumenten die als sicher angesehene Koffeinaufnahmemenge bereits mit einer einzigen Verzehrseinheit überschreiten [1].

Aus der Wissenschaft gibt es weiterhin Forderungen für die generelle Deklaration des Koffein­gehaltes für alle Produkte, denen Koffein zugesetzt wurde [10]. Dies wäre eine erhebliche Änderung in der Lebensmittelpolitik, da die Koffeinkennzeichnung für jedes Produkt erforderlich wäre, unabhängig von dessen Koffeingehalt. Dadurch soll der Verbraucher seine Koffeinaufnahme genauer regulieren können.

Die Umsetzbarkeit, die Effektivität und der Nutzen dieser Forderung sind jedoch fraglich. Zum einen ­wären beispielsweise die Hauptaufnahmequellen Kaffee und Tee von dieser Kennzeichnungspflicht aus­geschlossen, da sie natürlicherweise Koffein enthalten, und zum anderen gibt es Hinweise dafür, dass eine Kennzeichnung, wenn überhaupt, nur einen moderaten Effekt auf das Konsumverhalten des Verbrauchers hat. Maßnahmen wie die o.g. Einschränkungen bei der Abgabe oder eine Absenkung der Höchstmengen erscheinen zielführender [11].

Taurin

Taurin oder 2-Aminoethansulfonsäure (s. Abb. 4) ist ein Abbauprodukt der schwefelhaltigen Aminosäuren Cystein und Methionin. Es ist in einigen Nahrungsmitteln wie Fleisch, Fisch und Milchprodukten natürlich enthalten. Im Körper ist es an vielen physiologischen Prozessen wie der Bildung von Gallensäuren, der ­Regulierung des Ca2+-Flusses und der neuronalen Erreg­barkeit beteiligt [12]. In Energydrinks findet Taurin Verwendung aufgrund der möglichen „vorteilhaften physiologischen Effekte“ wie z.B. der Reduzierung des Blutdrucks [13]. Jedoch gibt es nicht ausreichend Belege darüber, ob diese Effekte auch tatsächlich erzielt werden.

Die EFSA kam 2009 zu dem Entschluss, dass es keinen gesundheitlich begründeten Einwand gegen eine Zufuhr von bis zu 1400mg Taurin/Tag gebe. Jedoch stützt sich dieser Entschluss nicht auf der Sicherheit der ­Energydrinks als solche, sondern auf der Untersuchung von Taurin als Einzelsubstanz. Die Bewertung von Taurin in Energydrinks und dessen Interaktion mit anderen Inhaltsstoffen wie z.B. Koffein ist derzeit aufgrund einer unzureichenden Datenlage noch nicht möglich.

Analytische Lupe

Während für die Koffeinbestimmung in Getränken bewährte HPLC-Stand­ardmethoden vorliegen, gestaltete sich die Taurinanalytik schwieriger. In den letzten Jahren wurden verschiedene Methoden evaluiert, um den Tauringehalt zu bestimmen. Sie reichen von Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) mit Vor-/Nachsäulenderivatisierung und verschiedensten Detek­tionsmethoden (UV/Vis oder fluorimetrisch) über den Amino Acid Analyzer bis hin zum Screening mittels FTIR [14]. Die kernmagnetische Resonanzspektroskopie (NMR), eine sehr robuste, schnelle und umfangreiche Messmethode, bietet da eine gute Alternative zu den bisherigen Methoden. Quantitative Untersuchungen von Taurin mittels 1D-1H-NMR wurden in der Vergangenheit bereits durchgeführt, jedoch aufgrund starker Signalüberlagerungen durch andere in Energydrinks enthaltene Inhaltstoffe im Bereich der Taurinsignale bei mess­üblichen pH-Werten nicht mit dem gewünschten Erfolg (s. Abb.3) [15]. Bei einem pH-Wert von 11 kann Taurin jedoch durch die dadurch erfolgte chemische Verschiebung auch mit eindimensionaler 1H-NMR bestimmt werden [16].

Um das Problem dieser Signalüberlagerungen zu umgehen, wurden 1D-13C-NMR und 2D-J-­resolved (JRES)-1H-NMR-Experimente zur Taurinbestimmung eingesetzt, da bei diesen Messmethoden eine bessere Signalzuordnung möglich ist. Bei 13C liegt dies an der höheren spektralen Auflösung im Vergleich zu 1H-Messungen, jedoch führt die geringere natür­liche Isotopenhäufigkeit von 13C (1,1%) zu einer ­Intensitätsminderung, die durch längere Messzeiten ausgeglichen werden muss. Beim JRES-1H werden die überlagerten 1H-Signale auf eine zweite Ebene übertragen, wobei eine zusätzliche Aufspaltung und somit eine Spezifizierung der Signale möglich wird.

Beide Methoden liefern isolierte Signale, die gut integriert werden können (s. Abb. 4, 5) und das bei minimaler Probenaufarbeitung, die ­lediglich das Mischen der Probe mit Phosphatpuffer und die Zugabe eines internen Standards (TSP-d4) beinhaltet. Für die Quantifizierung der 1D-13C-NMR Spektren wurde das Signal bei 50.4ppm (Abb. 4) und für die JRES-Spektren das Triplettsignal bei 3.26ppm (in F2) (Abb. 5) verwendet. Die Konzentrationsbestimmungen erfolgten automatisiert mittels eines vor­gefertigten MatLab-Skriptes und einer externen Kalibrier­geraden [17].

Fazit

Die NMR zeichnet sich bei der Koffein- und Taurinbestimmung in Energydrinks durch eine einfache und schnelle Analysenmethode aus, welche großes Potenzial besitzt, auch andere Inhaltsstoffe in einer Multikomponentenanalyse zu erfassen.

Eine vollständige Beurteilung des Gefährdungspotenzials von Energydrinks ist derzeit noch nicht möglich, da noch viele Zusammenhänge ungeklärt sind. Vor allem wenn es um die Interaktion der verschiedenen Inhaltsstoffe und hier insbesondere um Alkohol, Koffein und Taurin und evtl. verstärkende Effekte geht. Leider hat die aktuelle EFSA-Stellungnahme diese ­Aspekte außer Acht gelassen [1]. Energydrinks bleiben nach wie vor ein interessantes Thema in analytischer, wie auch in rechtlicher Hinsicht.

Literatur
[1] EFSA, Panel on Dietetic Products, Nutrition, and Allergies (NDA) (2015) URL: http://www.efsa.europa.eu/de/consultations/call/150115.pdf (Zugriff am 19.05.2015)
[2] Bianchetti, M. (2014) Virales Marketing. Was Red Bull von anderen E
nergy-Drink-Herstellern abhebt. Grin Verlag, München
[3] Face Value Selling Energy (2002) URL: http://www.economist.com/node/1120373 (Zugriff am 19.05.2015)
[4] EFSA (2013) URL: http://www.efsa.europa.eu/en/supporting/doc/394e.pdf (Zugriff am 19.05.2015)
[5] Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) (2009) URL: ­http://www.bfr.bund.de/cm/343/
gesundheitliche_risiken_durch_den_uebermaessigen_verzehr_von_energy_shots.pdf (Zugriff am 19.05.2015)
[6] URL: http://www.zeit.de/news/2014-11/01/litauen-litauen-verbietet-verkauf-von-energydrinks-an-minderjaehrige-01112205 (Zugriff am 19.05.2015)
[7] Zöllner, H. (2004) Deut. Lebensm. Rundsch. 100, 255–262
[8] Weiß, C. (2007) Ernährungs-Umschau 54, 210–215
[9] Lachenmeier, D.W. et al. (2013) J. Caffeine Res. 3, 47–53
[10] Kole, J. & Barnhill, A. (2013) J. Caffeine Res. 3, 108–113
[11] Lachenmeier, D.W. & Winkler, G. (2013) J. Caffeine Res. 3, 154–155
[12] Huxtable, R.J. et al. (1992) Physiol. Rev. 72, 101–163
[13] Kendler, B.S. et al. (1989) Prev. Med. 18, 79–100
[14] Triebel, S. et al. (2007) Amino Acids 33(3), 451–457
[15] Wegert, K. et al. (2012) Lebensmittelchem. 66(6), 143–145
[16] Hohmann, M. et al. (2014) Pharmac. a. Biomed. Anal.
[17] Ackermann, S. et al. (2015) Publication in preparation

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