Künstliche Süßstoffe

200 000 Mal süsser als Zucker

19. Nov. 2013 von jozeil

Künstliche Süssstoffe haben kaum Kalorien, belasten den Stoffwechsel nicht, machen die Zähne nicht kaputt. Hat die Medaille keine Kehrseite?

Der Chemiker Constantin Fahlberg pflegte sich offenbar nicht die Hände zu waschen, bevor er zu Tisch ging - eine Nachlässigkeit mit ungeahnten Folgen. 1878 experimentierte Fahlberg, der aus Russland stammte und in Leipzig promoviert hatte, für seine Habilitation im amerikanischen Baltimore mit der Oxidation von Kohlenwasserstoffen aus Teer. Ein Versuchsansatz kochte über, dabei schüttete der Wissenschafter sich versehentlich etwas von der Flüssigkeit auf die Hand. Als er sich später beim Essen Brot in den Mund schob, bemerkte er einen süssen Geschmack.

Durch Zufall hatte Fahlberg den ersten künstlichen Süssstoff der Welt entdeckt: Benzoesäuresulfimid. Der Stoff ist etwa 500 Mal süsser als gewöhnlicher Zucker, der im Jargon der Chemiker Saccharose heisst. Fahlberg taufte die künstliche Verbindung Saccharin, liess das Herstellungsverfahren patentieren und gründete in Magdeburg mit seinem Onkel eine Fabrik. Das Geschäft florierte. Echter Zucker - ob aus Rohr oder Rübe - war Ende des 19. Jahrhunderts immer noch ein Luxus (siehe «Die schwarzen Zähne der Königin», S. 62). Als «Zucker der armen Leute» erreichte das billig produzierte Industriegut bald ein Volumen von 175 Tonnen pro Jahr. Das entspricht der Süsskraft von fast 90 000 Tonnen Zucker - rund ein Achtel der Zuckermenge, die zu jener Zeit im Deutschen Reich konsumiert wurde.

Heute kommen künstliche Süssstoffe in bunten Tütchen oder praktischen Plasticspendern in Millionen von Haushalten und in jeder Gastwirtschaft zum Einsatz. Als Zusatz finden sie sich in allen möglichen Lebensmitteln quer durch den Supermarkt, in Light-Limonaden, aber auch in Diätdesserts, Süssigkeiten, Joghurts, Salatsaucen. Sie sind in zahnschonendem Kaugummi enthalten, denn die Bakterien, die Karies verursachen, können nur mit richtigem Zucker etwas anfangen, Ersatzstoffe verschmähen sie. Die Industrie mischt Süssstoffe sogar in Zahnpasta, um unangenehme Geschmacksnoten zu maskieren, ebenso in Kosmetika und Medikamente.

Künstliche Süssstoffe bieten eine von mehreren Möglichkeiten, Zucker zu ersetzen. Oft werden sie mit den Zuckeraustauschstoffen verwechselt. Zur Unterscheidung: Künstliche Süssstoffe schmecken mindestens zehnmal süsser als Zucker und sind praktisch kalorienfrei. Zuckeraustauschstoffe dagegen schmecken etwa gleich süss wie Zucker und enthalten gut halb so viele Kalorien wie dieser. Sie unterscheiden sich vom Zucker vor allem darin, dass sie der menschliche Körper unter Umgehung des Hormons Insulin verarbeitet, das den Blutzucker reguliert (siehe «Muss Süsses Sünde sein?», S. 32). Deshalb eignen sie sich für Diabetiker. Und sie sind zahnfreundlich. Einzelne vermögen die Entstehung von Karies sogar zu verhindern. Zuckeraustauschstoffe sind wie Zucker Kohlenhydrate (ihre Moleküle bestehen aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen). Fruchtzucker (Fruktose) ist zum Beispiel ein Zuckeraustauschstoff sowie die Zuckeralkohole Sorbit, Xylit, Mannit, Maltit, Laktit und Isomalt.

Die eigentlichen Süssstoffe dagegen werden vom menschlichen Körper zwar aufgenommen, die meisten von ihnen werden aber unverändert wieder ausgeschieden. Neben dem Saccharin sind derzeit in der Schweiz und in der Europäischen Union weitere sieben Substanzen

für den menschlichen Verzehr zugelassen: Acesulfam-K, Aspartam (Markenname Assugrin), Cyclamat, Neohesperidin, Thaumatin, seit Anfang dieses Jahres neu auch Sucralose (Markenname Splenda, siehe «Bitterer Kampf um süsse Margen», S. 49) und Aspartam-Acesulfam-Salz.

Die Wissenschaft kennt noch Dutzende weitere synthetische oder aus Pflanzen gewonnene Süssstoffe mit Namen wie Brazzein oder Miraculin und mit merkwürdigen Eigenschaften. Manche sind giftig, manche nicht hitzebeständig oder unlöslich in Wasser, bei manchen tritt der Süsseindruck verzögert ein oder hält ungewöhnlich lange an. Gemeinsam ist ihnen, dass sie die Süsskraft von normalem Zucker um ein Vielfaches übertreffen. Cyclamat gehört mit einem Faktor 30 zu den schwächsten. Die potentesten, Lugdunam etwa oder Sucrononat, sind unvorstellbare 200 000 Mal süsser als Haushaltszucker.

Süsse lässt sich nicht objektiv mit Instrumenten messen. Das können nur erfahrene Sensoriker mit Hilfe des archaischsten aller Sinne, der Geschmackswahrnehmung. Dazu vergleichen die Berufsschmecker eine definierte Menge Zucker in wässriger Lösung mit unterschiedlich konzentrierten Lösungen des zu untersuchenden Süssstoffes, bis jene Süssstoffkonzentration gefunden ist, die auf der prüfenden Zunge den gleichen Eindruck von Süsse hervorruft wie das Zuckerwasser.

Warum schmeckt etwas überhaupt süss? Erst vor vier Jahren gelang es einem amerikanischen Neurobiologen mit dem passenden Namen Charles Zuker, das Geheimnis der menschlichen Süsswahrnehmung zu lüften: Mit nur einer Sorte von Geschmacksrezeptoren können wir alle möglichen Moleküle als süss empfinden. Rezeptoren sind Proteine, die in grosser Zahl in den Hüllen der Sinneszellen auf der Zunge stecken. Einzelne Abschnitte des Proteingerüstes sind als Andockstellen ausgebildet. Diese «erkennen» bestimmte Moleküle, die an der Zunge vorbeischwimmen, und verbinden sich mit ihnen. Klick - und die Zelle schickt ein Signal ans Gehirn: süss! Der Süssrezeptor besitzt eine ganze Palette unterschiedlich geformter Andockstellen. In eine davon passt der Haushaltszucker Saccharose, während eine andere etwa den Süssstoff Dulcin aufnimmt. Je nach Andockstelle fällt die Süsswahrnehmung offenbar schwächer oder stärker aus. Verschiedene Andockstellen verhalten sich ausserdem unterschiedlich: Jene für Saccharin etwa stellt bei Reizüberflutung auf Stur. Von einer bestimmten Saccharinkonzentration an blockiert sie die Signalleitung ins Hirn, weshalb Saccharin in hohen Konzentrationen weniger süss schmeckt als in niedrigen.

Die Form der Süssstoffmoleküle bewirkt auch, dass einige unter ihnen eine bittere Note haben. Sie setzen gleichzeitig mit dem Süssrezeptor auch jene Rezeptoren in Gang, die dem Gehirn Bitteres melden, wie Forscher am Deutschen Institut für Ernährungsforschung in Potsdam kürzlich zeigen konnten: Zwei der rund dreissig Arten von Bitterrezeptoren, die der Mensch besitzt, erkennen Saccharin und Acesulfam-K.

Vollends verblüffen die künstlichen Süssstoffe, wenn man sie mischt: Die kombinierte Süsskraft liegt dann weit über jener der Summe aus den einzelnen Bestandteilen. Acesulfam-K und Aspartam etwa, im Verhältnis eins zu eins gemischt, verstärken sich um bis zu 100 Prozent. Das heisst, man benötigt insgesamt nur die halbe Menge an Süssstoff, um die gleiche Menge an Zucker zu ersetzen. Obendrein kann ein Bestandteil des Gemisches die Nachteile des anderen kaschieren. So unterdrückt Cyclamat weitgehend den bitteren Geschmack von Saccharin.

Mischen müssen die Produzenten noch aus einem anderen Grund: Süssstoffe sind zwar süsser als Zucker, aber es fehlt ihnen an Masse, an «Körper», wie die Lebensmitteltechnologen sagen. Künstlich gesüsste Nahrungsmittel wie auch Süssstoffe für den Hausgebrauch werden deshalb mit Füllmaterialien auf Volumen gebracht. Dazu dienen meist Zuckeraustauschstoffe oder Abbauprodukte der Stärke. Diese bereichern das Produkt zwar um ein paar Kalorien, aber die hohe Süsskraft der Mischung gleicht dies teilweise aus. Sucralose etwa, 600 Mal süsser als Zucker, eignet sich in reiner Form nicht zum Gebrauch im Haushalt. In Nordamerika wird sie mit Traubenzucker oder Maltodextrin gestreckt und kann wie Zucker zum Kochen und Backen verwendet werden, mit einem Zehntel der Kalorien. Selbst Light-Getränke enthalten solche Füllsüsse, weil ihnen sonst das «Mundgefühl» fehlt, der richtige Sinneseindruck des Getränks in der Mundhöhle. Hier liegt einer der Hauptnachteile der künstlichen Süssstoffe: Was Textur, Geschmack und die Möglichkeiten der Verarbeitung angeht, kommen sie nicht an Zucker heran.

Was die Süssstoffe am deutlichsten vom Haushaltszucker unterscheidet, ist der Aufbau ihrer Moleküle. Sie sind ein wild zusammengewürfelter Haufen aus Angehörigen von 18 verschiedenen chemischen Stoffklassen. Nur einzelne entfernte Verwandte des Haushaltszuckers sind darunter.

Das erklärt sich aus ihrer Geschichte: Die meisten Süssstoffe sind durch puren Zufall gefunden worden. Ihre Entdecker hatten ganz anderes im Sinn. Aspartam etwa fiel als Abfallprodukt bei der Suche nach einem Medikament gegen Magengeschwüre an. Cyclamat verdankt seine Karriere als Süssstoff einem Doktoranden, der 1937 beim Versuch, fiebersenkende Arzneien zu synthetisieren, die Zigarette auf dem Labortisch ablegte. Als er sie wieder in den Mund steckte, schmeckte sie süss. Ähnlich fand ein deutscher Chemiker 1967 das Acesulfam-K: Er leckte an seinem Finger, um sich durch einen Stapel Papier zu blättern. Auch die Forschungsabteilung der britischen Zuckerfirma Tate & Lyle stiess zufällig auf die Sucralose: In den 1970er Jahren wurden chemische Verbindungen darauf untersucht, ob sie sich als Ausgangsprodukte für chemische Synthesen eignen. Ein ausländischer Doktorand erhielt den Auftrag, chlorierte Zuckermoleküle durchzutesten. Statt «test» verstand der gute Mann jedoch «taste» - und degustierte sensationelle Süsse.

Die chemische Vielfalt - nicht die Tatsache, dass sie künstlich hergestellt sind - macht die Kalorienfreien verdächtig: Weiss man denn wirklich, was sie im Körper tun, während sie vermeintlich unangetastet hindurchrauschen?

Warnungen finden sich, wo man hinschaut. Aspartam ist kürzlich unter Beschuss geraten, weil es, laut einer neuen italienischen Studie, bei Ratten Leukämie und Lymphkrebs auslöste. Auch Sucralose - in Kanada schon seit 1991 und in den USA seit 1998 zugelassen - steht in der Kritik: Wie den Zulassungsunterlagen zu entnehmen ist, gelangt bis zu einem Drittel der eingenommenen Menge in den Stoffwechsel. Sucralose-Gegner vermuten, der chlorierte Zucker werde dort zu toxischen Verbindungen abgebaut und verursache langfristig womöglich Krebs. Alle Studien, die dem Produkt Unbedenklichkeit bescheinigten, seien vom Hersteller bezahlt worden.

Das allein muss allerdings noch nichts heissen: Wie in der Pharmabranche ist es auch bei den Nahrungsmitteln üblich, dass jene ein Produkt testen, die es verkaufen wollen. Fest steht, dass die zuständigen Gremien der Weltgesundheitsorganisation, der EU und der USA alle vorliegenden Daten pingelig prüfen, bevor sie einen neuen Süssstoff auf die Menschheit loslassen. Zwanzig Jahre dauert es durchschnittlich von der Entdeckung bis zur Zulassung. Fütterungsversuche an Ratten, toxikologische Tests und die Untersuchung möglicher Erbgutveränderungen gehören zum Standard. Aufgrund der Ergebnisse legen die Experten fest, welche Menge einer Substanz gerade noch ohne unerwünschte Nebenwirkungen bleibt. Den Wert teilen sie sicherheitshalber nochmals durch hundert, heraus kommt die empfohlene maximale tägliche Verzehrmenge. Wenn neue Studien zu anderslautenden Ergebnissen kommen, werden auch diese genau unter die Lupe genommen und das Verfahren eventuell neu aufgerollt. Das könnte auch im Fall der italienischen Aspartam-Studie geschehen.

Allerdings fällt auf, dass die Gesundheitsbehörden verschiedener Länder jeweils andere Substanzen als unbedenklich für ihre Bevölkerungen einstufen. So ist Stevia, ein natürlicher Extrakt aus den Blättern des südamerikanischen Süsskrautes, in Japan seit Jahrzehnten erlaubt, in der Schweiz und in der Europäischen Union jedoch verboten. Begründung: Eine Gefährdung der Verbraucher könne nicht ganz ausgeschlossen werden. Fütterungsversuche an Ratten hatten ergeben, dass Bestandteile des Extrakts erbgutverändernd wirken und bei männlichen Tieren die Fruchtbarkeit beeinträchtigen können. Cyclamat hingegen ist in Europa zugelassen, während es in den USA unter einem Bann steht. Der Grund: Im Darm einiger weniger Menschen wohnen Bakterien, die den Süssstoff zum Teil zu einem schwach toxischen Abbauprodukt umwandeln.

Saccharin und Cyclamat standen Ende der 1960er Jahre im Verdacht, Blasenkrebs auszulösen. Dies folgte aus Studien mit Ratten, worauf die USA und einige andere Länder den Süssstoff aus dem Verkehr zogen. Die Versuchstiere hatten jedoch absonderlich grosse Mengen der beiden Substanzen verfüttert bekommen, und die Ergebnisse konnten später nicht nachvollzogen worden, so dass das Verbot wieder aufgehoben wurde.

Auch für Süssstoffe gilt wohl, was schon Paracelsus wusste: Allein die Dosis macht, ob ein Ding Gift ist. Schliesslich führt auch richtiger Zucker, wenn er masslos genossen wird, zu allerhand Krankheiten.

Bleibt noch eine Frage: Lässt kalorienfreie Süsse wirklich die Pfunde schwinden? Auch da gibt es schon seit den 1980er Jahren Zweifel, die durch wissenschaftliche Studien genährt wurden. Einer dieser Studien gemäss waren mit Saccharin gefütterte Versuchstiere insgesamt hungriger und frassen mehr als Kontrolltiere, die Zucker erhielten. Und eine Untersuchung an 80 000 Frauen ergab, dass diejenigen unter ihnen, die Süssstoff verwendeten, nicht ab-, sondern zunahmen - und zwar mehr als jene, die ohne auskamen. Die Erklärung dafür lautete: Das Süss-Signal löse im Gehirn den Reflex «Insulin ausschütten» aus, ebenso wie richtiger Zucker. Das Hormon stürze sich dann auf den noch im Blutstrom befindlichen Blutzucker und führe ihn der Weiterverarbeitung zu. Niedriger Blutzuckerspiegel jedoch löst die Alarmmeldung ans Gehirn aus: Hunger!

Als Beleg für diese Theorie wird immer wieder angeführt: Saccharin wird in der Schweinemast als Appetitanreger eingesetzt. Es gibt freilich neuere Studien, die den appetitfördernden Effekt nicht belegen. Zudem ist der biochemische Nachweis des angeblich durch Süssstoffe ausgelösten Reflexes bislang ausgeblieben.

Wer hat recht? Bis das eindeutig geklärt ist, bleibt nur: abwarten und ungesüssten Tee trinken.