16.1.6 Zuckeraustauschstoffe: Sorbitol, Xylitol, Erythrol, Maltitol und Co.

Zu den Zuckeraustauschstoffen (Polyolen) werden Sorbit/Sorbitol, Xylit/Xylitol und Erythrit/Erythritol gezählt, ebenso wie Mannitol, Maltitol und Isomalt. Einige Polyole kommen auch natürlicherweise in sehr geringen Mengen in Obst und Gemüse vor. Sie werden durch chemische Hydrierung oder Fermentation von Zuckern oder komplexen Kohlenhydraten hergestellt und sind dadurch generell weniger süß als üblicher Haushaltszucker (Saccharose). Zuckeraustauschstoffe sind im Gegensatz zu Süßstoffen nicht kalorienfrei und können von einigen Mikroorganismen des Darmmikrobioms verstoffwechselt werden. (429,440) Obwohl Zuckeraustauschstoffe einen positiven Effekt auf die Zahngesundheit haben, da sie von kariesverursachenden Bakterien nicht verstoffwechselt werden können, konnte in Studien eine veränderte Vielfalt des Darmmikrobioms nach Konsum einiger Zuckeraustauschstoffe festgestellt werden. Ebenso traten negative Auswirkungen auf die Darmgesundheit auf; Polyole können insbesondere bei erhöhtem Verzehr zu Blähungen, Bauchschmerzen, Völlegefühl und Durchfällen führen. (28,459,460)

Fragwürdige Herstellung

Als Rohstoff der Herstellung von Xylitol wird immer häufiger Xylose aus cellulosehaltigen Abfällen der Holz- und Papierindustrie genutzt. Die Umsetzung der Xylose kann sowohl durch chemische Hydrierung oder biotechnologische Fermentation erfolgen. Industriell wird bisher aber hauptsächlich die chemische Herstellung genutzt, da die biotechnologische Herstellung unter Verwendung von Xylose eine zu geringe Ausbeute liefert. Bei der Nutzung von Glucose- oder Fructose-haltigen Rohstoffen als Ausgangsmaterialien ist die biotechnologische Erzeugung von Zuckeraustauschstoffen jedoch effizienter. Diese Ausgangsstoffe stehen jedoch in Konkurrenz zur Nahrungsmittelherstellung, weshalb vermehrt cellulosehaltige Abfälle als kostengünstige und reichlich vorhandene Rohstoffquelle genutzt werden. (429,437)

Schon bei der Aufbereitung der Xylose sind etliche Schritte nötig, um unerwünschte Stoffe und Rückstände zu entfernen sowie die Xylosen aus ihren Bindungen zu befreien. Bei der chemischen Herstellung kommen konzentrierte Säuren, alkalische Lösungen, Schwefeldioxide oder organische Lösungsmittel zum Einsatz, die die Xylose entsprechend aus dem Rohstoffmaterial lösen. Hierbei entstehen jedoch auch viele unerwünschte, teils giftige Abbauprodukte, die durch mehrere aufwendige Aufreinigungs- und Entgiftungsverfahren abgetrennt und entfernt werden müssen. Anschließend kann die Xylose mithilfe eines nickelhaltigen Katalysators und hohem Druck zu Xylitol umgewandelt werden. Der so gewonnene Zuckeraustauschstoff wird anschließend herausgefiltert, aufgereinigt und auskristallisiert. (437,461) Bei diesem vielschichtigen Vorgehen kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass Rückstände der verwendeten Mittel im fertigen Produkt zurückbleiben. Trotz mehrerer Aufreinigungs- und Entgiftungsverfahren kann eine vollständige Reinheit kaum garantiert werden. (429,437)

Xylose kann auch durch gentechnisch veränderte Mikroorganismen verstärkt in Xylitol umgewandelt werden. Vor allem einige Hefestämme, aber auch bestimmte Bakterienarten sind nach gentechnischer Veränderung hierfür geeignet. In die Mikroorganismen werden Schlüsselgene für bestimmte Enzyme zur Umwandlung der Xylose in Xylitol eingebracht. Das von den genetisch veränderten Mikroorganismen hergestellte Xylitol wird anschließend über Raffinations- und Trennungsverfahren aufgereinigt und auskristallisiert. (437,461) Die Prozesse zur Aufreinigung der Rohstoffe bleiben weitestgehend identisch zur chemischen Herstellung, jedoch ist bei diesem Verfahren die Ausbeute geringer. Nur beim letzten Schritt der Umwandlung von Xylose zu Xylitol werden die gentechnisch veränderten Mikroorganismen eingesetzt. Anschließend erfolgt ebenfalls eine aufwendige Aufreinigung des Zuckeraustauschstoffes. (461)

Die genetische Veränderung von Mikroorganismen wird ebenfalls bei der Herstellung anderer Zuckeraustauschstoffe wie Erythritol und Sorbitol genutzt. (429) Als Rohstoff können hier ebenfalls cellulosehaltige Abfälle aus der Holz- und Papierindustrie genutzt werden. Aus ökologischer Sicht betrachtet bleibt fraglich, ob die Nutzung von Abfallmaterialien aus der Holz- und Papierindustrie ein geeigneter Rohstoff zur Herstellung eines Süßungsmittels für Lebensmittel, Nahrungsergänzungsmittel und Medikamente ist. Die Aufreinigungsverfahren sind äußerst aufwendig, kostspielig und verbrauchen viel Energie. Zudem sind hierbei wiederum chemische Substanzen nötig, die bei der Herstellung einer Lebensmittelzutat kritisch betrachtet werden müssen. Die Entsorgung dieser Substanzen oder deren Aufreinigung ist ebenfalls aufwendig und fragwürdig.

Malabsorption

In einigen Untersuchungen wurde festgestellt, dass sowohl bei gesunden als auch bei Personen mit Darmerkrankungen (Reizdarmsyndrom) eine Malabsorption von Zuckeraustauschstoffen (Polyolen) auftreten kann. Eine Malabsorption äußert sich durch Symptome wie Blähungen, Bauchschmerzen, Völlegefühl und Durchfall. Diese verschlimmern sich dosisabhängig und treten vermehrt auf, wenn mehrere Zuckeraustauschstoffe in Kombination konsumiert werden. Eine Vermeidung der sogenannten FODMAPs (fermentierbare Oligo-, Di-, Monosaccharide und Polyole) verbessert die Symptomatik deutlich. (28)

Polyole werden auf unterschiedliche Weise im Darm absorbiert und vom vorliegenden Mikrobiom verstoffwechselt. Dabei können die oben genannten Symptome verursacht werden. (28) Es wird angenommen, dass etwa 80 % des Zuckeraustauschstoffes Xylitol im Dünndarm resorbiert werden. Anschließend wird es in der Leber in Glycogen umgewandelt und gespeichert. Die restlichen 20 % des Xylitols können im Dickdarm vom Darmmikrobiom zur Energiegewinnung genutzt werden. (437)

Andere Polyole werden lediglich zu einem Drittel im Dünndarm resorbiert. Man geht davon aus, dass es sich hierbei um eine passive Diffusion durch die Darmschleimhaut handelt. Größere Polyol-Moleküle, wie Sorbitol, werden deutlich schlechter aufgenommen als kleinere Polyol-Moleküle, wie Erythritol. Eine große Menge fermentierbarer Polyole wird im Dickdarm vom Darmmikrobiom verstoffwechselt und führt dadurch zu der oben beschriebenen Symptomatik. In den Studien konnte gezeigt werden, dass eine steigende Menge sowie die Kombination mehrerer Polyole die Malabsorption verstärken. Selbst bei gesunden Personen lag bei größeren Mengen an Zuckeraustauschstoffen eine sehr deutliche Malabsorption vor. (28)

Verändertes Darmmikrobiom

Leider liegen kaum Studien vor, die sich speziell mit den Auswirkungen von Zuckeraustauschstoffen (Polyolen) auf das menschliche Darmmikrobiom beschäftigen. Hauptsächlich liegen die Ergebnisse aus Studien über die Wirkungen von Polyolen auf das orale Mikrobiom und bei vorliegenden Darmerkrankungen vor. Aus diesem Grund ist es dringend nötig, gezielte Studien durchzuführen, welche die Wirkungen der einzelnen Zuckeraustauschstoffe auf das Darmmikrobiom gesunder Menschen untersuchen. Ebenfalls ungeklärt ist die Frage, welche Effekte bestimmte Abbauprodukte der Polyole im Darm auf das Mikrobiom und die Funktionen des Immunsystems ausüben. (28,462)

In einigen Studien konnten Auswirkungen von Xylitol auf das Darmmikrobiom nachgewiesen werden. Mehrere Studien hatten Unterschiede in der Vielfalt und Häufigkeit der im Darmmikrobiom vorkommenden Bakterienarten gezeigt. Je nach verabreichter Menge konnten in den Tierstudien stärkere oder weniger starke Veränderungen in der Zusammensetzung des Darmmikrobioms herbeigeführt werden. Ebenso wie bei den synthetischen Süßstoffen waren einige Bakterienstämme deutlich stärker vertreten und andere reduziert. Auffällig war, dass bei dem Zuckeraustauschstoff Xylitol die Bakterienarten Bacteroides und Clostridiales verringert und die Bakterienart Firmicutes, Bifido- und Lactobacillus erhöht waren. (437,438) Diese Veränderungen sind genau gegensätzlich zu denen, die nach dem Konsum synthetischer Süßstoffe, wie Aspartam oder Neohesperidin festgestellt wurden.

Das veränderte Darmmikrobiom konnte durch Stuhltransplantationen auf andere Versuchstiere, welche noch nie Zuckeraustauschstoffe konsumiert hatten, übertragen werden. Es konnte jedoch beobachtet werden, dass die Veränderungen des Darmmikrobioms einige Wochen nach Beendigung des Konsums nicht aufrechterhalten werden konnten. Daher ist davon auszugehen, dass die Veränderungen des Darmmikrobioms nicht dauerhaft sind und nur durch die tägliche Aufnahme der Zuckeraustauschstoffe herbeigeführt werden. Es wurde jedoch erwähnt, dass das derart veränderte Darmmikrobiom Immunreaktionen beeinträchtigen kann. (438)

Für eine Übersicht aller Süßungsmittel siehe Kapitel 16.

Süßungsmittel: Das Wichtigste zusammengefasst ●      Viele Süßungsmittel, wie Aspartam, Saccharin, Neohesperidin-DC, Sucralose, Stevia und Polyole, verändern die Vielfalt und Zusammensetzung des Darmmikribioms nachweislich. Hierdurch werden Stoffwechselstörungen verursacht, die eine Glucoseintoleranz, Insulinresistenz sowie Symptome des metabolischen Syndroms zur Folge haben können. ●      Für unterschiedliche Süßstoffe und Zuckeraustauschstoffe konnten einige weitere negative gesundheitliche Auswirkungen nachgewiesen werden: -      Aspartam: Schädigung der Nervenzellen und oxidativer Stress durch die Abbauprodukte Phenylalanin und Asparagin, Hemmung der Aufnahme essenzieller Mineralstoffe durch elektrostatische Wechselwirkungen -      Sucralose: Abbauprodukte nach dem Erhitzen haben krebserregendes Potenzial; Vorkommen deutlich erhöhten Tumorwachstums nach lebenslanger Aufnahme des Süßstoffes -      Cyclamat: krebserregende Wirkungen, interagiert mit der DNA und verursacht so Strukturveränderungen und Schäden, beeinträchtigt das Knochenwachstum und kann Osteoporose begünstigen -      Stevia: fragwürdige Extraktionsprozesse und allergenes Potenzial -      Zuckeraustauschstoffe: umweltschädliche Chemikalien bei der Herstellung, Verwendung genmanipulierter Mikroorganismen und häufig auftretende Malabsorption ●      Insgesamt gibt es kaum ausreichende Informationen über die Unbedenklichkeit für Schwangere, Stillende, Kinder und kranke Personen. In einigen Ländern wird diesen Personengruppen geraten, auf Süßungsmittel aller Art zu verzichten, da aus der Studienlage keine sicheren Empfehlungen abgeleitet werden können. ●      Auch die Auswirkungen der Persistenz einiger Süßungsmittel und deren Abbauprodukte in der Umwelt sind bisher ungeklärt.