Schlagwort: Chemie

Von noblen und nicht ganz so noblen Preisen

Jedes Jahr Ende September / Anfang Oktober hält die wissenschaftliche Welt den Atem an in Erwartung der Verkündung der diesjährigen Nobelpreise in Medizin & Physiologie, Physik und Chemie, gefolgt von den Preisen für Literatur und Bemühungen um den Weltfrieden. Kurzum: Es wird getreu den Vorgaben Alfred Nobels, dem Erfinder des Dynamits, ein Preis „an diejenigen ausgeteilt […], die im vergangenen Jahr der Menschheit den größten Nutzen erbracht haben“.

Goldmedaille für Wissenschaftler

Darunter findet man zahlreiche kluge Köpfe mit ihren mehr oder weniger der Allgemeinheit bekannten bahnbrechenden Entdeckungen wie Albert Einstein (für den photoelektrischen Effekt, nicht etwa wie viele annehmen für die Relativitätstheorie), Otto Hahn (für die Entdeckung der Kernspaltung), Kary Mullis (Polymerase-Kettenreaktion, essentieller Schritt bei der Untersuchung des genetischen Fingerabdrucks), Watson & Crick (Doppelhelix-Struktur der DNA) und viele Andere.

Während der Nobelpreis also große Aufmerksamkeit genießt und schon sprichwörtlich als Sinnbild für den ultimativen Preis gilt, haben nur wenige bislang vom Ig-Nobel Preis gehört. Unbekannt, aber nicht weniger bemerkenswert. Dieser eher satirisch gemeinte Preis zeichnet wissenschaftliche Leistungen aus, die „Menschen zuerst zum Lachen, dann zum Nachdenken bringen“.

Während der Großteil der damit ausgezeichneten Forschung kuriose, unerwartete oder auch humoristische Qualitäten besitzt und deswegen ins Auge der Öffentlichkeit gerückt werden soll (etwa für den Nachweis, dass schwarze Löcher technisch alle Kriterien erfüllen, die Hölle zu beherbergen), gibt es auch das etwas ernstere Szenario das vermittels Satire Kritik an Phänomenen des Zeitgeschehens geübt werden soll. Etwa wenn das Kansas State Department of Education einen Preis in der Kategorie Bildung für die Förderung des Kreationismus im Biologieunterricht verliehen bekommt oder die Premierminister von Indien & Pakistan den Friedenspreis für den militant friedlichen Einsatz von Kernwaffen.

Verliehen wird der Ig-Nobelpreis von der im Umfeld der Harvard Universität erscheinenden Zeitschrift Annals of Improbable Research in den bereits erwähnten Disziplinen plus einiger zusätzlicher von Jahr zu Jahr verschiedenen etwas exotischerer Fachbereiche wie Verbraucher Technik oder Visionäre Technologie.

Der Ig-Nobelpreis in letzterer Kategorie wurde 1993 an Jay Schiffman aus Michigan in den USA verliehen für die Erfindung einer Vorrichtung mit Namen AutoVision, die ein gleichzeitiges Fernsehgucken und Führen eines Kraftfahrzeugs ermöglicht. Während das zugrundeliegende technische Konzept gar nicht mal so verrückt erscheint, quasi eine Kombination aus Windschutzscheibe und der berühmten GoogleGlass Brille, ist es aus nachvollziehbaren Gründen, nicht empfehlenswert diese Erfindung in ihrem vollen Funktionsumfang im Alltag zu benutzen. Entweder kommt es zu Auffahrunfällen oder aber man kriegt nur die Hälfte der Handlung seiner Lieblingsserie mit. Das verrückteste daran ist aber: Der Staat Michigan hat den Einsatz der AutoVision im Straßenverkehr sogar für rechtens erklärt.

Technische Revolution in der Apparatemedizin

Ein weiteres Patent mit zweifelhafter Altagstauglichkeit gewann 1997 den Preis in der Kategorie Apparatemedizin: „Vorrichtung zur Erleichterung der Geburt eines Kindes durch Zentrifugalkraft“.1 Zum Einsatz kommen soll diese Maschine bei Schwangeren, deren Beckenbodenmuskulatur durch die heutige bewegungsarme Lebensweise unterentwickelt ist und die folglich bei der Geburt beim Pressen ziemlich abmühen müssen, um das Kind hervor zu bringen. Die Patientin wird also auf eine Liege geschnallt, die dann um das Kopfende herum in horizontale Rotation versetzt wird. Da so die stärkste Zentrifugalkraft auf den Unterleib wirkt, soll das Baby durch die Fliehkraft ausgetrieben und in ein am Fußende der Liege befindliches Fangnetz befördert werden. Wir stellen fest: Eine sanfte Geburt für Mutter und Kind sieht entschieden anders aus.

Wer seinem täglichen Brötchenerwerb auf dem Gebiet der Forschung & Entwicklung nachgeht, der weiß, dass Forschung oft mit harter Arbeit verbunden ist. Auch kommt es vor, dass Forscher, die für ein Wirtschaftsunternehmen arbeiten nicht zwangsläufig ihre favorisierten Projekte oder eigenen forscherischen Neigungen ausleben können. Am Ende des Tages muß die Kasse stimmen und es soll Geld verdient werden. Dem entsprechend kann man schon leicht neidisch werden, wenn man liest auf welch amüsantem und/oder scheinbar sinnfreien Gebiet manche Leute sich betätigen.

Die Wissenschaft vom gepflegten Suff

Nehmen wir zum Beispiel den Gewinner der Kategorie Psychologie von 2013: „‘Beauty is in the eye of the beer holder’: People who think they are drunk also think they are attractive“2 Das man sich angeblich seinen Gegenüber schön trinken kann, ist hinlänglich bekannt. Aber funktioniert dies auch mit der Selbstwahrnehmung ? So wurden in einer Feldstudie Besucher einer Bar beobachtet und hinsichtlich ihrer Selbstwahrnehmung nach dem Konsum alkoholischer Getränke befragt. Resultat: Je betrunkener, desto attraktiver kamen sich die Probanden vor. Auch in einer Placebo kontrollierten Studie konnte dies bestätigt werden. Neben der gewonnenen Erkenntnis, sehen wir also, dass man auch in der Forschung das Angenehme mit dem Nützlichen verbinden können und seine Arbeit, eine geeignete Idee vorausgesetzt, auch in unsere Stammkneipe verlegen können.

Unwiderstehlich dank Bier !

Ebenfalls mit dem gepflegten Suff zu tun hat der Gewinner des Biologie-Preises von 2018: „The scent of fly“ (Der Geruch der Fliege).3 In dieser Arbeit wurde der Nachweise geführt, dass bereits eine einzelne Fruchtfliege ausreicht, um ein Glas Wein hinreichend zu kontaminieren, dass es für den Weinkenner geschmacklich verdorben ist. Neben diversen „Trockenversuchen“ wurden dem Wein Tasting Panel unteranderem auch ein trockener Pinot Blanc, Jahrgang 2013, der Staatsweinkellerei Freiburg kredenzt, der vorher mit einer einzelnen weiblichen Fruchtfliege „abgeschmeckt“ wurde. Wer kann schon von sich behaupten im Dienste der Wissenschaft Wein verkosten zu dürfen.

Krokodile & Katzen in der Wissenschaft

Das Kuriose ist ja, dass viele dieser Studien auf einer seriösen und validen Grundannahme basieren, sich aber aufgrund ihres unkonventionellen Versuchsaufbaus für den Ig-Nobelpreis qualifizieren. Beispielhaft ist hier z.B. der Beitrag in der Kategorie Wirtschaft von 2017: „Never Smile at a Crocodile: Betting on Electronic Gaming Machines is Intensified by Reptile-Induced Arousal 4 Die Annahme in dieser Studie ist, dass sich ein gewisser „Adrenalin-Pegel“ sich in einem risikofreudigeren Verhalten bei Glücksspielen manifestiert. Im Idealfall würde man sich jetzt einen Versuch unter Laborbedingungen vorstellen, bei dem die Probanden in die passende Gemütshaltung gebracht werden. Doch die Australischen Forscher verlegten ihren Versuch vom Labor auf eine Krokodilfarm. Um den gewünschten Zustand der Erregung herbeizuführen, wurde einem Teil der Probanden ein 1-Meter-langes Leistenkrokodil in die Arme gedrückt, bevor sie ihr Glück an einem Spielautomaten versuchen durften. Tatsächlich neigte ein Teil von besonders glücksspielaffinen Probanden zu einer höheren Risikofreudigkeit, sofern sie nicht durch die Krokodilbehandlung völlig verschreckt waren.

Ein Forschungskrokodil (Abbildung ähnlich)
Ein Forschungskrokodil (Abbildung ähnlich)

Der reinen Wissenschaft zu frönen kann schön schön sein. Idealerweise lassen sich die Früchte der eigenen Arbeiten auch noch kommerzialisieren. Es gibt aber noch eine dritte Option: Wer sich mit Social Media auskennt, der weiß, dass Katzen immer gut ankommen. Also warum nicht auch mal in der Wissenschaft oder genauer in der Strömungslehre oder Rheologie sein Glück versuchen und Aufsehen erregen indem man Cat Content produziert: “On the rheology of Cats“ (Über die Strömungslehre von Katzen)5, Gewinner des Physik Ig-Nobelpreises von 2017, einer Studie in welcher der Frage nachgegangen wird, ob eine Katze sowohl Flüssigkeit als auch ein Feststoff sein kann. Natürlich ist diese Arbeit nicht ganz ernst gemeint und mehr ein Insider Joke für die Strömungsgelehrten, die sich mit einem Augenzwinkern der lustigen Eigenschaft von Katzen zuwendet, sich geschmeidig auch in die engsten Räume „hineinschmiegen“ zu können. Aber wer hat auch gesagt, dass Wissenschaft nicht fröhlich sein darf ?

Marc-Antoine Fardin, Rheology Bulletin, vol. 83, 2, July 2014, pp. 16-17 and 30.
Marc-Antoine Fardin, Rheology Bulletin, vol. 83, 2, July 2014, pp. 16-17 and 30.

Mathematik & Chemie

Und wer basierend auf eigenen Erfahrungen während der Schulzeit annimmt, dass Wissenschaften wie die Mathematik, völlig humorbefreit sind, der möge sich folgende Ig-Nobel Beiträge zu Gemüte führen:

  • “The Case of Moulay Ismael – Fact or Fancy?“ Für Klärung der Frage mittels Computersimulation, ob Moulai Ismail, der Blutdürstige (Kaiser von Marokko 1697-1727) tatsächlich 888 Nachkommen gezeugt haben kann. (Ja, kann er !)6
  • Gorbachev! Has the Real Antichrist Come? In welcher ein gewisser Robert W. Faid die Wahrscheinlichkeit ausrechnet, dass Michail Gorbatschow der Antichrist ist (710.609.175.188.282.000 zu 1)7

Da der Preis seit 1991 bereits in zahlreichen Kategorien vergeben wurde, würde es natürlich den Umfang dieses Artikels sprengen, hier alle wieder zu geben. Wer hier allerdings regelmäßig mitliest, weiß das ich aufgrund meiner teilweise berufsbedingten Affinität zur Chemie hier nicht aufhören kann, ohne einen chemischen Bezug hergestellt zu haben. Somit möchte ich hier den durchaus interessanten und potentiell alltagsrelevanten Ig-Nobel Beitrag zur Chemie des Jahres 2018 würdigen.8 Jeder kennt es: Das wache Auge des Betrachters hat einen Klecks Schmutz ausgemacht, hat aber gerade keine Reinigungsutensilien zur Hand. Deswegen versucht man in einem unbeobachteten Augenblick, die störende Anschmutzung schnell mit dem Spucke-befeuchteten Finger auszureiben (Szenario: Oma putzt die Wange ihres Enkels).

Spucke & antike Kunst

Tatsächlich scheint es im Kreise erfahrener portugiesischer Museumskonservatoren üblich zu sein diese Technik bei der Reinigung bestimmter empfindlicher Kunstgegenstände anzuwenden, da so besser und schonender gereinigt werden kann, als mit lösungsmittelbasierten Techniken. Tatsächlich konnte nachgewiesen werden, dass der typische Schmutzklecks hauptsächlich aus Lipiden (Fett !) besteht, die Proteine und anorganische Teilchen binden und folglicherweise mit den Enzymen im Speichel, die Fette und Proteine spalten können, aufgelöst werden. Somit ist das putzen mit Spucke durchaus gut wirksam, aber dennoch leicht eklig.

Schließen möchte ich mit jenem Ratschlag, mit dem auch jede Ig-Nobelpreisverleihung geschlossen wird:

“If you didn’t win a prize—and especially if you did—better luck next year!“


  1. https://patents.google.com/patent/US3216423
  2. Bègue et al. Brit. J. Psychol. 2012, 104, 225.
  3. Becher et al. J. Chem. Ecol. 2018, 44, 431.
  4. Rockloff + Greer J Gambl Stud 2010, 26,571.
  5. http://www.rheology.org/sor/publications/rheology_b/RB2014Jul.pdf
  6. Oberzaucher et al. PLOS ONE 2014, 9, e85292.
  7. https://www.washingtonpost.com/archive/opinions/1988/06/05/the-devil-in-gorbachev/34f9db9b-9498-4894-9800-90f7d3d4e434/?noredirect=on&utm_term=.817de268aaaa
  8. Studies in Conservation 1990, 35, 153.

Gefilterte Sonne – Von Sonnenbrand und Sonnenschutz

Sommer ist’s und die Sonne scheint. Ein durchaus begrüßenswerter Umstand, wenn man an die düstere Winterzeit drängt. Vorbei ist es mit dem Stubenhocken und raus geht’s Sonne tanken. Doch halt ! Tummelt man sich über Tag allzu arglos in der Sonne kriegt man Abends dafür die Quittung: Man sieht aus wie ein gekochter Hummer, schmerzend gerötete Haut, sprich: Sonnenbrand !

Doch was genau ist Sonnenbrand und woher kommt er ? Um dies zu verstehen müssen wir uns das Sonnenlicht mal genauer betrachten:

Das augenscheinlich farblose Sonnenlicht ist gar nicht farblos, sondern ist eine Überlagerung verschiedener Wellenlängen von elektromagnetischer Strahlung, die wir einzeln betrachtet als unterschiedlich farbig wahrnehmen würden.

Jedoch enthält die Sonnenstrahlung, die uns innerhalb der Erdatmosphäre erreicht, nicht nur das sichtbare Licht, sondern auch die energiereiche ultraviolette Strahlung (UV).

UV-Licht ist hinreichend energiereich, dass es unsere Zellen schädigt, indem photochemische Reaktionen, z.B. in unserer DNA, ausgelöst werden. Diese Schäden lösen eine Reihe von Reaktionen des Organismus aus, die einer Entzündung nicht unähnlich sind, u. A. bemerkbar an Rötung, Übererwärmung und Schmerz. Wie schnell eine solche Reaktion auftritt, ist dabei von mehreren Faktoren abhängig.

Warum vornehme Blässe nicht erstrebenswert ist

Zum Einen ist dies von Mensch zu Mensch sehr unterschiedlich. Während sehr hellhäutige Menschen sehr schnell Sonnenbrand kriegen, dauert es bei dunklen Hauttypen deutlich länger, bis eine entsprechende Reaktion auftritt. Beim sehr hellhäutigen Typ I (keltischer Hauttyp, rötliches/hellblondes Haar) ist die Eigenschutzzeit, d.h. die Zeit in der ein Sonnenbrand auftreten kann, in der Mittagssonne im Sommer unter 10 Minuten. Beim mediterranen Typ IV (bräunliche oder olivfarbene Haut, dunkele Haare) wären 30 Minuten noch ok. Wer eine ganz grobe Abschätzung haben möchte zu welchem Hauttyp er gehört kann einmal einen Blick auf die Seite des Bundesamts für Strahlenschutz werfen.

Natürlich ist die Verweildauer, die man in der Sonne bleiben kann auch in großem Maße von der Intensität des Sonnenlichts ab. Bei bewölktem Himmel ist die Gefahr sich zu verbrennen eher gering. Eine Abschätzung für diesen Faktor liefert der UV-Index:

Kurze Erklärung: Die Bestrahlungsstärke einer horizontalen Fläche wird nach dem Wirkungsspektrum, d.h. der Schädlichkeit der verschiedenen Wellenlängen des Lichts gesichtet. UV-Licht mit einer Wellenlänge < 298 nm wird mit dem Faktor 1 voll berücksichtigt, während länderwelliges Licht, d.h. mit abnehmender Energie immer weniger zum Ergebnis beiträgt. Um etwas handlichere Werte zu erhalten teilt man das Ergebnis durch 25 und erhält so eine Skala die sich im Bereich von 1 bis 11+ bewegt, wobei 1-2 geringer Sonnenbrandgefahr entsprechen und bei Werten über 8 – 9 Sonnenschutz unbedingt empfohlen ist. Wer sich also entsprechend vorbereiten möchte kann dies z.B. durch Beobachten des Wetterberichts tun. Übrigens, sollten Sie den schönen Sportarten Segeln, Surfen (soll heißen Sport in oder am Wasser) oder Ski fahren (sprich: im Schnee) fröhnen gilt es ein erhöhtes Risiko zu berücksichtigen, da Schnee und Wasser Licht reflektieren und für eine erhöhte Bestrahlung sorgen !

Vor UV-Strahlung wird gewarnt !

Weitere Faktoren, die einen Einfluss auf die UV Immission haben, sind Luftverschmutzung (Staubpartikel absorbieren Licht), der geographische Breitengrad und die höhe der Lage des Standorts (je höher und je näher am Äquator desto intensiver).

Da man jedoch im Sommer auch einmal an die frische Luft möchte, muss man sich geeigneter Schutzmaßnahmen bedienen. Die magischen Worte lauten demnach Reflektieren, Streuen und Absorbieren. Drei geeignete Konzepte, damit die UV-Strahlung nicht an unsere Haut dringt.

Schutzmaßnahmen gegen die Sonne

Um die Schutzmaßnahmen nach ihrer Wirksamkeit beurteilen kann gibt es den sogenannten Lichtschutzfaktor (LSF / LPF) bzw. UV-Schutzfaktor (USF / UPF). Diese Größen geben an, wie viel mal länger man sich in der Sonne aufhalten kann, ohne dass eine Hautrötung auftritt. Ergo: Beträgt die Eigenschutzzeit 10 Minuten kann man mit LSF 20 etwa 10 min x 20 = 200 min, d.h. etwas länger als 3 Stunden in der Sonne bleiben. Doch auch hier ist ein gerüttelt Maß an Vorsicht geboten: Da trotz aller Schutzmaßnahmen, die Einwirkung der UV-Strahlung auf unsere Haut nicht völlig neutralisiert wird, sollte man die verlängerte Schutz-Zeit nicht völlig ausreizen. Etwa 60 % werden empfohlen um das Risiko langfristiger Schäden zu minimieren. Da die UV-Belastung kumulativ wirkt, sind auch vergangene Aufenthalte in der Sonne zu berücksichtigen. Hier gilt also (wie eigentlich fast überall): Nicht übertreiben !

Maßnahme LSF
Sonnenschirm ca. 15
Sonnencreme 1 – 30
Leichte Baumwollkleidung 2 – 10
Dichte Baumwollkleidung ca. 20
Schatten unter einem Baum 5 – 15

Quelle: Broschüre Textiler UV-Schutz (Link)

Wenn man nicht stationär im Schatten verharren will, so kann man z.B. den Ratschlag des Arztes Edmund Saalfeld aus dem Buch Kosmetik – Ein Leitfaden für praktische Ärzte1 beherzigen:

„Bei Wanderungen im Gebirge, auf Gletschern, an der See […] Schleier tragen. […] Ferner sollen die Hüte eine breite Krempe haben[…]. Ferner soll hier vom Puder ausgedehnter Gebrauch gemacht werden.“

Der Ratschlag leuchtet erst einmal ein. Ist die Haut abgedeckt, bekommt sie wenig Licht. Wer sich jedoch schon mal einen Pullover über den Kopf gezogen hat, der weiß, dass die meisten Textilien nicht völlig undurchlässig sind. Der Schutz durch Textilien ist nicht nur von der Art des Textils (Webdichte des Stoffs etc) abhängig, sondern auch von gebrauchsabhängigen Größen wie Feuchtigkeit, Dehnung des Stoffs, eng anliegend oder nicht und Abnutzungsgrad bestimmt. Führt man sich z.B. das Resultat eines Wet T-Shirt Contest vor Augen, dann wird offensichtlich, dass ein nasses T-Shirt entsprechend durchlässiger ist und weniger schützt.

Wer sich aber in der Sonnenhitze nicht komplett verhüllen mag, greift zur chemischen Aufrüstung des Eigenschutzes der Haut:

Molekularer UV-Schutz

Mit voranschreiten der Wissenschaften kamen dann spätestens in der 1930ern findige Chemiker auf die Idee Salben und Cremes auf Basis von UV-Filter-Materialien zu entwickeln. UV-Filter sind Substanzen, die über die Fähigkeit verfügen Licht im ultravioletten Bereich zu absorbieren und als längerwelligere, energieärmere Strahlung, die unsere Haut nicht schädigt, wieder abzugeben.

 

Wie wir auf dem UV Foto rechts erkennen können, absorbiert das Sonnenschutzmittel den UV Anteil des Lichts, der so nicht mehr auf die Haut treffen kann. Da so auch weniger UV von der Haut reflektiert wird, erscheinen die behandelten Hautpartien dunkel.

Um möglichst Effizient UV Licht absorbieren zu können, besitzen viele dieser Substanzen sogenannte konjugierte Doppelbindungen, d.h. direkt nebeneinander angeordnete Kohlenstoff-Kohlenstoff oder Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindungen.

Rot hervorgehoben: Konjugierte Doppelbindungen

Ähnlich verhält es sich auch mit der natürlichen Bräune der Haut: Diese ist eine Art natürlicher Sonnenschutz, basierend auf dem Hautpigment Melanin, welches sich beim Menschen aus den Komponenten Eumelanin (schwärzlich-braun) und Phäomelanin (gelblich-rötlich) zusammensetzt und je nach deren Verhältnis zueinander auch die unterschiedlichen Hautfarben/Hauttypen bedingt.

Körpereigener Sonnenschutz – Melanine

Alternativ besteht auch die Möglichkeit UV-Schutz durch die mineralischen Pigmente Zinkoxid und Titandioxid zu erreichen, die einfallendes Licht streuen bzw. reflektieren. Diese besitzen den Vorzug nicht wasserlöslich und unbedenklich zu sein. Nachteil: Als Weißpigment, dass man auch in Wandfarbe vorfindet, bilden sie einen weißen Schleier auf der Haut. In neueren Formulierungen von Sonnenschutzpräparaten versucht man dies durch den Einsatz dieser Stoffe als Nanopartikel zu kompensieren.

Tatsächlich enthält ein Sonnenschutzmittel meist nicht nur einen, sondern direkt mehrere dieser Wirkstoffe, da ein einzelner Stoff nicht die gesamte Bandbreite des UV-Lichts abdeckt. Ebenso findet man auch Antioxidantien (z.B. Vitamin E, Vitamin C), die dem Zweck dienen freie Radikale abzufangen, die durch UV Einwirkung gebildet werden und die UV-Filter zerstören bzw. nicht zuletzt unsere Zellen schädigen.

Wieviel ist genug ?

Wie bei allen Wirkstoffen gibt es aber auch bei Sonnenschutzmitteln ein paar Regeln, die es bei der Anwendung zu beachten gilt. Um einmal dem Gerücht entgegen zu wirken, dass der Naturwissenschaftliche Unterricht an unseren Schulen komplett am Alltag vorbei geht ein Beispiel: das Lambert-Beer’sche Gesetz, welches die Abschwächung einer Strahlung bei Durchtritt durch ein Medium mit einer absorbierenden Substanz beschreibt. Die Extraktion (El), welche hier der gewünschten Abschwächung des UV-Lichts entspricht, ist abhängig von

  1. Dem Exiktionskoeffizienten, also der Eigenschaft unseres UV-Filters, die beschreibt, wie effizient er das Licht absorbiert
  2. Der Konzentration des UV-Filters in unserem Sonnenschutzmittel
  3. Der Schichtdicke, d.h. wie dick wir die Sonnencreme auf unsere Haut auftragen.

Während wir auf Punkt 1 + 2 nur wenig Einfluss nehmen können, ist es offensichtlich, dass frei nach dem Motto viel hilft viel wir durch das Quantum, dass wir uns auf die Haut schmieren einen deutlichen Einfluss auf unseren Sonnenschutz haben.

Welche Schichtdicke benötigt man also ? Da die Dicke eines Fettfilms auf der Haut schwer zu bestimmen ist, geht man zweckmäßiger Weise von der Richtmenge von 2 mg Sonnenschutz je cm² Körperoberfläche aus. Das wären bei einer durchschnittlichen Körperoberfläche2 etwa 35 g. Wer es genau berechnen möchte:

Gegenanzeigen

Doch wie heißt es immer so schön in der Pharmawebung: „Zu Risiken und Nebenwirkungen fragen sie bitte…“ Klarer Fall, überall wo man sich Wirk- und Zusatzstoffe zuführt, ist die Frage nach unerwünschten Nebeneffekten nicht fern.

Tatsächlich lässt sich für manche der UV-Filter im Tierversuch eine hormonähnliche Wirkung nachweisen, die aber vom Bundesamt für Risikobewertung3 als für den Menschen als nicht relevant bewertet wird. Dies gilt natürlich vor der Maßgabe, dass das entsprechende Sonnenschutzmittel nicht in exzessiven Mengen eingesetzt wird. Ebenso ist sicherlich ein größeres Maß an Vorsicht bei Risikogruppen wie Schwangere oder stillende Müttern angebracht, bei hormonelle Einflüsse besonders kritisch auswirken können.4

Ebenso findet man den Einwand, dass bei Anwendung eines UV-Blockers mit LSF 20 etwa 95 % der Vitamin D Produktion, die UV-B Licht benötigt, zum Erliegen kommt. Um dennoch auf seine Kosten zu kommen empfiehlt das Robert Koch Institut: „Dies kann aber leicht durch einen kurzen (15-20 Minuten) Aufenthalt im Freien mit nicht eingecremten Armen und Gesicht, bei sonst textilgeschützter Haut kompensiert werden.“

Sicher das wichtigste Argument FÜR UV-Blocker ist die Hautkrebsprävention. So konnte in mehreren Studien gezeigt werden, dass der Einsatz von UV-Blockern das Risiko an schwarzem Hautkrebs zu erkranken, je nach Studie 18-33 % reduziert ist.5

Paradoxerweise gibt es auch Studien, die zeigen, dass es trotz Auftragen eines Sonnenschutzmittels zu erhöhtem Auftreten von Hautkrebs kommt. Dies ist jedoch nicht durch die Natur des Sonnenschutzmittels bedingt, sondern dadurch dass, gerade bei Einsatz von moderatem Lichtschutzfaktor, die Leute trotzdem eine erhöhte Dosis UV abkriegen, da sie sich sorgloser in der Sonne bewegen. 6, 7 Unter anderem wird dort bemängelt, dass sogenannte Confounder-Effekte, d.h. verdeckte Störeffekte aus Umwelt und falscher Anwendung nicht von den Studien berücksichtigt werden. Ein Umstand der solche und ähnliche Studien schwer zu interpretieren macht und dazu führt, dass regelmäßig in den Medien „eine neue Sau durch’s Dorf getrieben wird“.

Insgesamt kann man zu dem Schluss kommen, dass selbst wenn man die eingangs erwähnten Negativeffekte von Sonnenschutz berücksichtigt, insgesamt der Risiko-Nutzen-Faktor eine positive Bilanz aufweist.

 

  1. Springer Verlag, 1908.
  2. https://de.wikipedia.org/wiki/Körperoberfläche
  3. https://www.bfr.bund.de/de/presseinformation/2005/32/immer_auf_ausreichenden_sonnenschutz_achten_-6891.html
  4. https://www.deutsche-apotheker-zeitung.de/daz-az/2008/daz-31-2008/die-schattenseiten-von-uv-filtern
  5. Reza Ghiasvand, Elisabete Weiderpass, Adele C. Green, Eiliv Lund, Marit B. Veierød: Sunscreen Use and Subsequent Melanoma Risk: A Population-Based Cohort Study. In: Journal of Clinical Oncology. https://doi.org/10.1200/JCO.2016.67.5934
  6. Journal of Clinical Oncology 34, 3976. http://dx.doi.org/10.1200/JCO.2016.67.5934
  7. http://annals.org/aim/article-abstract/716987/sunscreen-use-risk-melanoma-quantitative-review?volume=139&issue=12&page=966

Sturm im Glas

Neulich erreichte mich eine Anfrage meiner Schwester:


Kurzum: Funktioniert Wettervorhersage mit einem Sturmglas oder ist das nur Mumpitz ?

Sturmglas – Was ist das und wer hat’s erfunden ?

Bei einem Sturmglas handelt es sich um ein hermetisch abgeschlossenes Glasgefäß (meist ein Rohr), dass mit einer Mischung aus destilliertem Wasser, Alkohol, Campher, Kaliumnitrat und Ammoniumchlorid gefüllt ist. Sinn des ganzen soll sein anhand des Auftretens von Kristallen und deren Aussehen das Wetter der nächsten 24 – 36 Stunden vorherzusagen.

Sturmglas nach FitzRoy (Foto: Wikipedia, ReneBNRW, Creative Commons License CC0 1.0)

Die Erfindung des Sturmglases wird unteranderem einem Herrn Barth aus Nürnberg zugeschrieben, doch erst der britische Admiral Robert FitzRoy im 19. Jahrhundert war es wohl, der dem Sturmglas zu größerer Bekanntheit verhalf. Besagter Admiral hatte damals die Aufgabe ein meteorologisches Meßnetz für die Royal Navy aufzubauen und in dem dafür zu verwendenden Meßinstrumentarium sollte auch ein solches Sturmglas eingesetzt werden.

Wie das kristalline „Schneetreiben“ im Glas zu interpretieren sei, beschrieb FitzRoy in seinem Buch über Wetterbeobachtung, nachdem er mit niemand geringeren als Charles Darwin auf dessen zweiten Forschungsreise mit der HMS Beagle, empirische Studien über das Verhalten des Sturmglases angestellt hatte:

  • Wenn die Flüssigkeit im Glas klar ist, wird das Wetter sonnig und klar.
  • Ist die Flüssigkeit flockig, wird es bewölkt. Niederschlag ist möglich.
  • Wenn kleine Flöckchen in der Flüssigkeit schweben, kann man feuchtes, nebeliges Wetter erwarten.
  • Ein trübes Glas mit kleinen Sternen deutet auf Gewitter.
  • Sind an einem schönen Wintertag kleine Sternchen in der Flüssigkeit, wird es schneien.
  • Sind große Flocken überall in der Flüssigkeit, wird es je nach Jahreszeit bedeckt oder im Winter fällt Schnee.
  • Wenn viele Kristalle auf dem Boden sind, gibt es Frost.
  • Wenn sich an der Oberfläche Kristalle bilden, wird es stürmisch.

Grau ist alle Theorie…

Trotz dieser Studien blieb das Sturmglas eine Kuriosität, als ein anerkanntes wissenschaftliches Messinstrument, denn eine plausible Erklärung, wie das ganze funktionieren solle, war nicht vorhanden. Ein Einfluss des Luftdrucks (der bei heranziehendem Unwetter ja fällt) konnte man ausschließen, da die meisten Sturmgläser gasdicht abgeschmolzen sind und der Luftdruck damit wenig bis gar keinen Einfluss auf die Lösung ausüben kann.

Eine weitere Theorie, die jedoch erst in modernerer Zeit aufkam, war der Einfluß des impulshaften Auftretens von elektromagnetischen Wellen natürlichen Ursprungs in der Erdatmosphäre, sogenannten Sferics. Solche Impulse können z.B. durch das Auftreten von Blitzen entstehen. Der Einfluß dieser Impulse auf die belebte und unbelebte Umwelt ist jedoch Gegenstand von Diskussionen und wird weitestgehend esoterischen Kreisen zugeschrieben.

Dem Rätsel auf der Spur

Und auch in jüngerer Vergangenheit beschäftigt dieses kuriose (und zudem sehr dekorative) Messinstrument die Wissenschaftler. Sehr informativ ist z.B. eine Arbeit eines Allan Mills vom Institut für Geologie der Universität in Leicester, dass 2008 in Weather, dem Journal der Royal Meteorological Society, erschienen ist (Weather 2008, 63, 161 – 163.), in welchem einfache Sturmgläser verschiedentlich Umwelteinflüssen ausgesetzt werden, so z.B. auch verschiedene elektromagnetische Felder, die keinen sichtbaren Einfluß auf die Gestalt der auftretenden Kristalle hatten, was im Allgemeinen den Erkenntnissen der Kristallisation entspricht.

Ebenfalls sehr aufschlussreich sind die Untersuchungen von Kaempfe et al. vom Institut für Anorganische Chemie der Universität Duisburg-Essen, die das verhalten eines Sturmglases über 1 Jahr mit dem lokalen Wetter verglichen und zu dem Ergebnis kamen, dass ein solches Glas zur Vorhersage von schlechtem Wetter nur sehr begrenzt bis gar nicht geeignet ist. In Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Uni Leicester, wird das Kristallisationsverhalten auf die Umgebungstemperatur und die Geschwindigkeit, mit der sich diese ändert zurück geführt.

Hierbei kommt erschwerend hinzu, dass das Sturmglas in unserer modernen Welt mit wärmeisolierten Energiesparbauwerken und Zentralheizung in seiner Leistungsfähigkeit noch deutlich schlechter abschneidet als zu Zeiten von Admiral FitzRoy, als die Raumtemperatur noch deutlich von der Außentemperatur zusammenhing.

Interessant ist auch folgender Umstand:

Der Vergleich zweier baugleicher Sturmgläser zeigte, dass sich in jedem Kristallsystem ein individuelles Gleichgewicht aus- bildete. Beide Instrumente lieferten also unterschiedliche Vorhersagen für das Wetter, was die Komplexität des Systems und die daraus resultierende mangelnde Reproduzierbarkeit unterstreicht.
— Chemie in unserer Zeit 2012, 46, 26-31.

Mangelnde Reproduzierbarkeit ist für ein Meßverfahren ein sicheres Todesurteil.

Eine tierische Alternative

Nicht minder kurios war der zum Sturmglas in direkter Konkurrenz stehende Gerät, der sogenannte Sturmvorhersager (Tempest prognosticator) oder alternativ auch Egelbarometer genannt. Hierbei machte man sich die Wetterfühligkeit von Blutegeln (ähnlich dem Wetterfrosch) zu nutze: In zwölf Glasbehältern saßen jeweils 1 Egel, der bei heranziehendem Sturm aus dem Wasser und in eine schmale Metallröhre hinein kriechen sollte. Dort löste er einen Mausefallen-artigen Mechanismus aus, der eine Glocke zum Läuten brachte. Je mehr Egel in einer Zeitspanne die Glocke auslösten, desto höher die Wahrscheinlichkeit eines heranziehenden Gewitters. Auch wenn sich dieser Apparat letztendlich nicht durchsetze, so soll seine Erfolgsquote wohl ganz beachtlich gewesen sein.

Nachbau des originalen Storm prognosticator (By Badobadop [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], from Wikimedia Commons)
Nachbau des originalen Storm prognosticator (By Badobadop [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], from Wikimedia Commons)
Das abschließende Urteil muß daher also lauten: Das Sturmglas ist ein recht dekorativer, aber dennoch gänzlich nutzloser Apparat zur Wettervorhersage. Das Egelbarometer funktioniert zwar besser, kann aber letztendlich aufgrund ästhetischer Defizite auch nicht empfohlen werden.

Wenn das Joghurt lügt…

Kürzlich erreichte mich eine Frage aus der Leserschaft. Anne M. möchte wissen:

Ich fände es eher interessant zu erfahren, warum man Erdbeeraroma aus Schimmelpilzen herstellt[…] Ist das gesund & richtig dermaßen in den Chemiebaukasten zu greifen?

In der Tat wirkt es befremdlich, wenn der Erdbeergeschmack aus unserem Joghurt nicht aus einer Erdbeere kommt, sondern aus einem Material gewonnen wird, dass man gemeinhin als nicht essbar einstufen würde. Tauchen wir also ein in die bunte Welt der Aromen.

Was sind Aromen ?

Wie für Vieles in der Lebensmittelbranche gibt es auch für Aromen eine EU Verordnung (Aromenverordnung (EG) Nr. 1334/2008), die genau regelt, was ein Aroma eigentlich genau ist:

„Aroma“: Erzeugnis,
i) das als solches nicht zum Verzehr bestimmt ist und Lebensmitteln zugesetzt wird, um ihnen einen besonderen Geruch und/oder Geschmack zu verleihen oder diese zu verändern;

Soweit erstmal ganz einleuchtend und keine große Überraschung. Wesentlich spannender wird es, wenn wir uns die Unterteilung der verschiedenen Aromen angucken: Aromastoffe, Aromaextrakte, thermisch gewonnene Reaktionsaromen, Raucharomen, Aromavorstufen und sonstige Aromen.
Für uns interessant sind die ersten beiden Kategorien plus das Raucharoma, da dies primär die Stoffe sind, die unserem Essen zugesetzt werden.

Aromastoffe sind einzelne Substanzen, die entweder natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein können.

Was für Aromen gibt es ? Wie werden Aromen eingeteilt ?

Um uns das Ganze näher zu veranschaulichen, wollen wir beim Beispiel Erdbeere bleiben:

  • Erdbeerextrakt:
    Wie der Name bereits suggeriert, werden hier Erdbeeren genommen und mittels eines physikalischen Verfahrens (z.B. Extraktion mit einem Lösungsmittel oder Destillation) die enthaltenen Aromastoffe gewonnen. Wir erhalten also keinen einzelnen Stoff, sondern ein komplexes Gemisch, 100 %ig aus der Erdbeere gewonnen.
  • natürliches Erdbeeraroma:
    Hier müßen es nicht mehr 100 %, sondern nur noch 95 % sein. Was ist nun mit den übrigen 5 % ? Nun ist es tatsächlich so, dass alle Naturerzeugnisse einer gewissen natürlichen Qualitätsschwankung unterliegen. Nicht jede Erdbeere schmeckt gleich. Ähnliches kennen wir vom Wein, bei dem verschiedene Lagen und Rebsorten auch unterschiedliche Geschmacksnuancen besitzen. Da der Verbraucher aber bei Fertigprodukten eine gleichbleibende Qualität haben möchte, ist es erlaubt zur geschmacklichen Feinabstimmung weitere Aromastoffe zuzusetzen. Das Aroma muss zwar deutlich nach der Erdbeere schmecken, bildet deren volles Geschmacksspektrum aber nicht vollumfänglich ab. Ebenso gibt es auch den Fall, dass der natürliche Extrakt gesundheitsschädliche Inhaltsstoffe besitzt, so z.B. Citrusöl, dem die Terpene α-Pinen und Limonen entzogen werden.
  • natürliches Aroma:
    Aufgemerkt ! Hier fehlt jetzt der Name des Lebensmittels, dessen Geschmack nachgebildet wird. Zwar wird das Aroma nach wie vor aus natürlichen Quellen gewonnen, aber unsere beispielhafte Erdbeere muss nicht zwingend daran beteiligt gewesen sein. Der Name fällt insbesondere weg, wenn er den Geschmack des Aromas nicht zutreffend beschreibt. Tatsächlich kann man heutzutage mithilfe von Mikroorganismen Schlüsselkomponenten des authentischen Aromas nachbilden.

    Bakterien der Gattung Streptomyces als biotechnologische Aromenfabrik

    Beispiel: Vanillin, die Hauptkomponente im Vanillegeschmack. Hier kann man zum Beispiel auf Reis zurück greifen, der unter anderem Ferulasäure enthält, die von z.B. bestimmten Bakterien der Gattung Streptomyces zu Vanillin umgebaut wird. Die auf biotechnologischem Weg gewonnenen Aromastoffe lassen sich dann von Bakterien und Fermentationsbrühe abtrennen und hochrein isolieren.

  • Synthetisches Aroma:
    Hier darf jetzt der Chemiker zeigen, was er kann. Sprich: Der Aromastoff wird nicht aus Pflanzen, Tieren oder Mikroorganismen gewonnen, sondern im Labor hergestellt. Beim naturidentischen Aroma handelt es sich um den selben Stoff, den man auch in der Natur finden kann. Liegt er in hochreiner Form vor, kann man nicht mehr unterscheiden, ob er extrahiert wurde oder synthetisch hergestellt wurde. Es ist das selbe Molekül. Beispiel Vanillin: Es kann wie wir gesehen haben aus Vanilleschoten oder aus Bakterienkulturen „natürlich“ isoliert werden oder als Resultat organischer Synthesechemie entstehen, hier z.B. in einer Variante die beim Chemiekonzern Rhône-Poulenc zum Einsatz kam:
    Bleiben noch die künstlichen Aromen, die mit dem natürlichen Vorbild bis auf einen ähnlichen Geschmack, nur noch wenig gemein haben. Beispiel: Ethylvanillin, welches sich vom natürlichen nur dadurch unterscheidet, dass eine Methylgruppe (-CH3) durch eine Ethylgruppe (-CH2CH3) ausgetauscht wurde, dadurch aber bis zu 4-mal intensiver schmeckt als natürliches Vanillin. Übrigens, wenn man nur den simplen Begriff Aroma ließt, dann ist es fast sicher, dass es künstliches Aroma ist, da alle „höhenwertigen“ Aromen auch als als solche ausgewiesen werden, als sich mit den synthetischen unter einem Begriff gemein zu tun.

Warum schmecken Erdbeeren anders als aromatisierte Produkte mit Erdbeere ?

Tatsächlich sind Geschmack und Geruch der originalen unverfälschten Lebensmittel eine sehr komplexe Angelegenheit. Über 10.000 Aromastoffe hat man in der Natur identifiziert und allein der authentische Geschmack der Erdbeere wird von mehr als 300 verschiedenen Stoffen hervorgerufen. Wer einen ungefähren Eindruck dieser molekularen Vielfalt gewinnen will, kann einen Blick in diesen Wikipedia Artikel werfen, in dem diverse Schlüsselkomponenten in Fruchtaromen aufgelistet werden.

Übrigens… Wo wir schon von Komplexität sprechen. Es gibt Moleküle, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten. Sie scheinen sich wie ein Ei dem anderen zu gleichen, nur eben spiegelverkehrt. Und das kann interessante Auswirkungen auf ihre biologische Eigenschaften haben: Nehmen wir den Aromastoff Carvon – in der Form (S)-(+)-Carvon riecht dieser nach Kümmel, während (R)-(-)-Carvon das Aroma von Minze besitzt !

Daher beschränkt man sich auf einige wenige Schlüsselaromen, die dann von Aroma-Experten zu einer speziellen Rezeptur vermischt werden um den natürlichen Geschmack nachzubilden oder aber die passende Geschmacksnote für ein Produkt zu kreieren.

Wieso nicht nur natürliches Erdbeeraroma verwenden ?

Wenn schon Erdbeeraroma, dann bitte natürliches Erdbeeraroma, mag man sich denken. Hier stößt man auf das Problem, das der Gehalt an Aromastoffen in einer Erdbeere sehr gering ist. Man geht von einem Gehalt von etwa 0.01 % aus. Bedeutet: Für 1 kg Aroma würde man 10.000 kg Erdbeeren benötigen. Entsprechend kann man sich vorstellen, das der Bedarf an Erdbeeraroma mit Früchten alleine nicht zu decken wäre. Daher behilft man sich mit Tricks. Eben z.B. Mikroorganismen und Schimmelpilze einzusetzen, die natürliches Aroma auf billigem Weg erzeugen und das man nach entsprechender Aufreinigung nicht mehr vom aus der Erdbeere extrahierten Einzelstoff unterscheiden kann.

Erdbeer Aroma aus Sägespänen ? Echt jetzt ?

Man hört immer wieder, dass Erdbeer- oder Himbeeraroma aus Sägespänen gewonnen und dann als natürliches Aroma deklariert wird. Dies ist jedoch offenbar eine Urban Legend. Wie wir gesehen haben, darf sich nur solche Stoffe natürliches Aroma nennen, die mittels physikalischer Prozesse aus einem Naturprodukt wie Pflanzen und Tieren gewonnen oder mittels Mikroorganismen erzeugt wurden. Das Gerücht stammt daher, dass die Erdbeere auch in geringen Mengen Vanillin enthält, welches sich auf chemischen Wege aus Lignin synthetisieren lässt. Lignin wiederum gewinnt man aus Holz. Da hier aber chemische Prozesse benutzt werden, währen wir bestenfalls bei naturidentischem Aroma.

Warum werden Aromen verwendet ?

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Adriaen Brouwer – Der bittere Trank

Bleibt also die Frage nach dem Warum. Eine Antwort kann zum Beispiel sein: Um eine bittere Pille zu versüßen. Schon mal darüber nachgedacht wie Zahnpasta z.B. schmecken würde, wenn man den Pfefferminzgeschmack weglässt ? Putzkörper (aka Schmirgel), Schaumbildner und andere Funktionsstoffe… Ich kann mir nicht vorstellen, dass das gut schmeckt. Scheint also ein legitimer Einsatzort zu sein.

Standardisierung von Geschmack spielt gewiss auch eine große Rolle. Wenn man in den Supermarkt geht, um sein Erdbeerjoghurt zu kaufen, dann erwartet man, dass dieses immer gleich schmeckt. Da das Aroma natürlicher Zutaten einer gewissen Schwankungsbreite unterworfen ist, kann man durch Zusatz von externer Aromen ein für das jeweilige Produkt immer gleichen Geschmack gewährleisten. Der Aufbau und die Pflege einer Marke spielt hier auch eine Rolle. Es gibt viele Orangenlimonaden, die alle ihre geschmacklichen Charakteristika besitzen und dementsprechend verschiedene Leute unterschiedlich stark ansprechen. Intensiver Geschmack ist auch appetitanregend und daher auch verkaufsfördernd.

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Hier kommen wir dann langsam in einen Bereich wo es bedenklich wird. Intensiver Geschmack kann auch diverse Defizite des Lebensmittels kaschieren. So kann ein Produkt nur geringfügig mehr Nährwert als ein Becher Tapetenkleister besitzen (da aus billigsten Rohstoffen hergestellt), aber trotzdem frisch fruchtig schmecken. Besonders perfide wird es, wenn den Kleisterbecher Bilder von gesundem Obst zieren.

In unserem Zeitalter der Sparfüchse, wo Otto-Normalverbraucher nicht mehr bereit ist mehr Geld für qualitativ hochwertige Lebensmittel auszugeben, darf man sich dann ob solcher Phänomene nicht wundern, wenn alles billig sein muß.

Wie steht es mit Gesundheitsrisiken ?

Eine schwierige Frage, die nicht einfach und vermutlich auch nicht pauschal beantwortet werden kann. Positiv zu vermerken ist, dass es in der EU mit der EFSA (European Food Safety Agency) und in Deutschland mit dem Bundesinstitut für Risikobewertung Gremien gibt, die sich mit dieser Frage für die einzelnen Aromen beschäftigen und bedenkliche auch aus dem Verkehr ziehen und/oder Grenzwerte festlegt.

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Schon Paracelsus wußte: Die Dosis macht das Gift
Grundsätzlich können auch natürliche Aromastoffe gesundheitsschädlich sein, wie wir oben für Limonen in natürlichem Citrusöl gesehen haben. Für künstliche Aromen stellt sich die Frage sowieso. Hier gilt, wie bei vielen anderen Dingen auch, dass die Dosis das Gift macht.

Während also geringe Dosen unschädlich sind, beginnen jenseits eines Grenzwerts die Probleme. Somit ist es also auch ein Stück weit unerheblich, wo das Aroma hergekommen ist, wenn man es im Endprodukt auf bedenklich hohe Konzentrationen anreichert. Gottseidank sind Aromen sehr ergiebig, so dass also schon geringe Mengen für ein deutliches Geschmacksresultat ausreichen.

Aber man darf es nicht übertreiben !

Richtig unübersichtlich wird es, wenn die Aromastoffe zum Zwecke der besseren Dosierbarkeit und/oder Verarbeitung in Trägersubstanzen eingebettet sind:

Auszug aus dem Datenblatt eines kommerziellen Erdbeeraromas

Wir sehen, dass ein solches Aromapräparat, wie es z.B. für die Zubereitung von Getränken erhältlich ist, zu 4/5 aus Trägersubstanzen besteht. Diese Hilfsstoffe werden aber nicht unter den Inhaltsstoffe des Endprodukts aufgeschlüsselt. Hier taucht lediglich die Bezeichnung Aroma auf. Während die im aktuellen Beispiel aufgelisteten Stoffe als unbedenklich gelten und auch nur in geringen Mengen (etwa 1 mL pro 1000 mL) in das Endprodukt kommen, bleibt ein ungutes Gefühl. Hier kann man nur hoffen, dass unsere staatlichen Kontrollorgane ein wachsames Auge haben, um schwarze Schafe rechtzeitig aus dem Verkehr zu ziehen.

Was nun ?

Wer letztendlich auf Nummer sicher gehen will, der meidet Fertigprodukte und setzt auf selbstzubereitete Speisen aus frischen Lebensmitteln. Dies erfordert natürlich ein gewisses Quantum an Mehrarbeit. Hefeteig ansetzen und die Pizza selber belegen anstelle eine tiefgekühlte in den Ofen zu schieben. Orangen pressen und mit Sprudelwasser mischen anstelle eine Dose Limo aufzureißen. Oder aber eben wirklich die Produkte zu suchen, die auf echte Erdbeeren setzen, aber eben ein paar Euros mehr kosten.

Bang Boom Bang – Feuerwerk !

Physik ist das was nie gelingt, Chemie ist das was kracht und stinkt. Jeder kennt dieses flotte Sprüchlein. Und das diese Aussage, zumindest der Teil, der sich auf die Chemie bezieht, wahr ist, kriegt man zu Sylvester regelmäßig vor Augen geführt. Feuerwerk ist eine chemische Errungenschaft, die für viele mit Silvester untrennbar verbunden ist und die nicht nur knallt und leuchtet, sondern auch für dicke Luft sorgt (sprich: auch stinkt).

2013 Fireworks on Eiffel Tower 49

Ein schwarzes Pulver für bunte Farben

Zentraler Bestandteil jedes Feuerwerks, ob Böller oder Rakete, ist Sprengstoff. Sofern man einen handelsüblichen, regelkonformen Feuerwerkskörper kauft, handelt es sich dabei um Schwarzpulver, den Urvater aller Sprengstoffe.

Berthold Schwartz, Inventeur de l'Artillerie (André Thevet, 1584)
Berthold Schwartz, Inventeur de l’Artillerie (André Thevet, 1584)

Einer Legende nach wurden Pulver und Kanone durch Zufall durch einen Franziskaner Mönch mit Namen Berthold Schwarz erfunden, als dieser bei seinen alchemistischen Experimenten in einem Mörser Salpeter, Schwefel und Holzkohle verrieb und diesen dann auf den Ofen stellte, um kurz den Raum zu verlassen. Die kurz darauf stattfindende Explosion beförderte den verwendeten Stößel an die Decke des Raums, wo sich dieser in einen Deckenbalken bohrte und selbst nach Anrufung der hl. Barbara von den herbei geeilten Mönchen dort nicht mehr herausgezogen werden konnte. In Gedenken an diese Entdeckung trägt das Pulver nun den Namen des Erfinders, kurzläufige Geschütze den Namen „Mörser“ und die heilige Barbara wurde zur Schutzheiligen der Artilleristen.

Tatsächlich haben aber wohl die Chinesen das Pulver erfunden. Und das bereits um
25 – 250 n. Chr. Besonders der Mönch Li Tian soll sich zur Zeit der Tang-Dynastie besonders um das Feuerwerk verdient gemacht haben, da er den Bahzou, den Urvater des heutigen Chinaböllers erfand: Schießpulver gefüllt in ein Bambus-Rohr. Der Knall dieses Böllers muß wohl ziemlich deftig gewesen sein, diente aber noch nicht dem Amüsement oder der Kriegskunst, sondern sollte böse Geister und Dämonen in die Flucht schlagen. Mit der Erfindung des Feuerpfeils um das 12. Jahrhundert, war dann auch die Grundlage für die Feuerwerksrakete gelegt.

Nach Europa gelangte das Schießpulver dann über den franziskanischen Forschungsreisenden Wilhelm von Rubruck, der die Rezeptur 1255 von seiner Reise zu den Mongolen mitbrachte. Feuerwerk zu Unterhaltungszwecken wurde dann irgendwann besonders bei Hofe populär. Das erste Feuerwerk auf deutschem Boden ist Kaiser Maximilian I. anlässlich des Reichstags 1506 in Konstanz zu verdanken. Der englische König setzte dem noch Eins oben drauf, indem er sich von Händel die Feuerwerksmusik komponieren ließ, die 1749 zur Uraufführung kam.

Ein Wort der Warnung…

Nun mag mancher denken, dass so ein bisschen Schwarzpulver ein lohnendes Projekt für den Hobbykeller ist. Kohlenstaub, Schwefel und Salpeter sind schnell beschafft und kosten wenig. Oder man greift zu anderen Mischungen aus Bau- & Gartenbaumarkt Artikeln, um etwas zusammen zu mixen was knallt. Der Erfindungsreichtum des Improfeuerwerkers sind keine Grenzen gesetzt. Tatsächlich kommt es erstaunlich häufig vor, dass man als Chemiker von Laien gefragt wird, ob man nicht etwas zusammen mischen kann, was richtig knallt… Nun, können kann der Chemiker sicher schon, doch tut er gut daran (genauso wie der potentielle Improfeuerwerker) die Finger von solchen Unterfangen zu lassen. Denn man sollte es sich zum Grundsatz machen, nach getaner Arbeit immer die selbe Anzahl an Fingern mit nachhause zu nehmen, die man ursprünglich mitgebracht hat.

Und damit keiner der frischgebackenen Chemiestudenten auf krumme Gedanken kommt, wurde uns vor unserem ersten Laborkurs mit ziemlich drastischen Bildern vor Augen geführt, was so alles schief gehen kann, wenn man unbedacht mit explosiven Mischungen arbeitet. Was auf dem Foto wie ein Pfund Zwiebelmett anmutete, war tatsächlich mal eine menschliche Hand.

Handwrist
Darum sollte man keine Pyrotechnik im Hobbykeller betreiben…
Aber es gibt immer Unbelehrbare… Die nur mal gucken wollten… Die nur ganz wenig hergestellt haben… Wie der eine Kollege, der zu „Forschungszwecken“ in seinem Kellerlabor ein wenig Acetonperoxid hergestellt hat und dem selbiges dann (leichte Reibung genügt) in den Händen explodiert ist… Resultat: Ein längerer Krankenhausaufenthalt und lebenslange Narben auf beiden Armen und nur noch 10 % Sehfähigkeit auf einem Auge…

Auch kommerzielle Böller sind mit Vorsicht zu genießen… Klar, sie explodieren gewiss nicht urplötzlich wie manche Eigenbauartikel, aber auch hier kann einiges schiefgehen, wenn man unsachgemäß und/oder unkonzentriert daran herumfuhrwerkt.

In meinen Augen lohnt sich das Risiko für die ganze Knallerei nicht. Ich hänge an meinen Fingern und sie hängen an mir. Und da sollen sie auch bleiben.

Feuerwerkswissenschaft

Das Pulver knallt, es befördert die Rakete gen Himmel… Zwei wichtige Funktionen der Feuerwerksrakete haben wir abgehakt. Fehlt noch der bunte Feuerzauber. Wenn wir an den Chemieunterricht in der Schule zurück denken, dann erinnern wir uns mit Sicherheit auch an die Flammenfärbung ! Eben jenes Phänomen, dass man beobachten kann, wenn man bestimmte Metallsalze in eine heiße Flamme (so z.B. einen Bunsenbrenner) einbringt.

Achtung ! Physikalischer Exkurs !
Allen Elementen ist gemeinsam, dass Sie bei ausreichend hohen Temperaturen Licht aussenden. Bei den uns interessierenden Metallen sind, sind dies bereits Temperaturen, die in einer Bunsenbrennerflamme oder eben beim Abbrand von Schwarzpulver auftreten, farbiges Licht abgeben. Durch die thermische Energie der Flamme (A) werden die Metallionen angeregt, d.h. Elektronen aus der Schale des Atoms werden aus ihrem Grundzustand auf ein energetisch höheres Niveau angehoben (B). Bekanntermaßen ist der natürliche Lauf der Dinge, dass Alles, dem viel Energie innewohnt, diese in der Regel möglichst schnell wieder abgeben will. Dies bedeutet, dass unser angeregtes Elektron wieder in seinen Grundzustand zurück fällt (C) und die überschüssige Energie wieder als Licht abgibt (D).

Hier mal eine kleine Auswahl der möglichen Farben:

Element Farbe
Lithium karminrot
Natrium gelb
Barium gelb-grün
Kupfer Smaragdgrün
Azurblau
Caesium violett
Strontium ziegelrot
Calcium orange

Letztendlich kommt in einen farbigen Feuerwerkseffekt eine komplexe Mixtur verschiedener Chemikalien, die ungefähr folgendem Grundschema ähnelt:

  • Brennstoff
  • Oxidationsmittel (Führt der Verbrennung mehr Sauerstoff zu, damit die Flamme heißer brennt)
  • Additiv zur Flammenfärbung (Salze, siehe oben)
  • Chlordonator (Sorgt für eine intensivere Färbung und kann bei manchen Metallen eine andere Farbnuance hervorrufen, z.B. Grün im Falle von Kupfer)
  • Bindemittel (damit der ganze Kladderadatsch auch zusammen hält)

Wo Licht ist da ist auch Schatten…

Doch so schön Feuerwerk auch ist, es hat auch seine Schattenseiten, von der mit ihm einhergehenden Explosionsgefahr mal abgesehen. Ist die Luft der Silvesternacht auch noch so klar, spätestens um Mitternacht ist Schluss damit. Denn alles was verbrennt, erzeugt auch Abgase. Die Holzkohle wird zu CO2, der Schwefel erzeugt Schwefeloxide & Sulfide… Tatsächlich ist die Chemie der Schwarzpulververbrennung recht komplex, bei der ein buntes Gemisch an festen und gasförmigen Produkten frei wird. Und auch die Metallsalze und sonstigen Zutaten lösen sich nicht in Wohlgefallen auf, sondern enden als Feinstaub in der Luft, fast 5000 Tonnen (!) davon… Das ist eine beachtliche Menge, angesichts der Tatsache, dass ein Staubpartikel im Schnitt einen Durchmesser von 10 µm hat und damit fast nichts wiegt.

Feinstaub in der Silvesternacht (Quelle: Umweltbundesamt), für volle Größe KLICKEN

 

Interessant ist die Karte des Umweltbundesamts, die die Feinstaubbelastung vom 1.1.2017, 1 Uhr abbildet und uns eine ungefähre Vorstellung vermitteln, wo die größten Feuerwerksenthusiasten sitzen. Der Rekordhalter 2017 ist Leipzig mit 1860 µg/m3 ! Aber man braucht keine Messstation, um einen Eindruck davon zu kriegen, denn es wird ziemlich „neblig“.

Schall gilt übrigens auch als schädliche Emission ! Denn was des Einen Freud ist, ist des anderen Leid: Ich spreche hier sicher im Sinne vieler Haustierbesitzer, deren Tierchen durch die exzessive Knallerei fast durchdrehen.

Diese Katze ist GEGEN Böllerei !

Vor lauter Nebel darf man aber eine weitere Gefahr nicht außer Acht lassen: den Fallout ! Merke: Es braucht keinen atomaren Beschuss, um Fallout zu erzeugen. Während verkohlte Papierreste einer Rakete oder eines Böllers ein vergleichsweise geringes Übel sind, kann es jedoch ziemlich unangenehm sein, wenn einem das hölzerne Leitwerk oder Plastikspitzen einer Rakete auf den Kopf knallen. Neben diesem ‚kalten Fallout‘ gibt es auch noch heißen in Form von Schlacke (Metalloxide), die zwar selten als fester Körper den Boden erreichen, aber dennoch vorkommen.

Bedient man sich statt der klassischen Rakete einer Feuerwerksbatterie (1 x anzünden, zig mal schießen) bleibt der kalte Fallout zwar aus, aber die leer geschossene Karkasse aus Pappe und Ziegelmehl bleibt auf der Erde stehen. Während diese zwar niemandem auf den Kopf fallen können, bleiben diese aber meist eine ganze Weile stehen bis sich jemand erbarmt den Müll mal wegzuräumen. Sprich: In der Nachbarschaft siehts aus wie auf der Müllkippe.

Reste vom Vortag... Feuerwerksmüll
Reste vom Vortag… Feuerwerksmüll

Besonderer Augenmerk gilt einer besonderen Form von Fallout: dem Blindgänger. So kommt es immer wieder mal vor, dass die Rakete zwar kurz abhebt, aber nicht wirklich durchzündet und dann immer noch betriebsbereit auf dem Boden zu liegen kommt. Nun ist es nicht gerade ungefährlich diese Blindgänger zu beseitigen und deswegen bleiben sie oft liegen. Sehr zur Freude vieler Jugendlicher, die den Neujahrstag damit verbringen die Hinterlassenschaften der Silvesternacht nach solchen Versagern abzusuchen, um diese dann irgendwelchem Unfug zuzuführen. Das natürlich mit den Fundstücken kein sicheres Hantieren möglich ist, liegt auf der Hand. Daher kann man nur an alle Feuerwerksenthusiasten appellieren, entsprechende Hinterlassenschaften sicher zu beseitigen. So empfiehlt z.B. Feuerwerk.net:

Bei stehengebliebenen Feuerwerkskörpern jeglicher Art sollte vor einer Annäherung mindestens 15-30 Minuten gewartet werden. Mörser und Batterien werden nicht untersucht (mögliche versteckte Funken/Glut, Hang Fire), sondern mit viel Wasser aufgefüllt, Fontänen, Silvester-Knallkörper usw. in Wassereimern „ertränkt“.
— Quelle: Feuerwerk.net

Dennoch will ich Feuerwerk keinem madig machen. Auch ich erfreue mich an einer virtuos durchgeführten Feuerwerksshow. Wohlgemerkt solche mit buntem Funkenregen… Rohe Böllerei ist meiner Meinung nach einfach nur unnötiger Krach. Und selbst, wenn man jetzt den Einwand erhebt, man wolle damit die bösen Geister vertreiben… Glauben Sie allen Ernstes, dass sich Dämonen von ein bisschen Krach in die Flucht schlagen lassen ? Jeder Horrorfilm belehrt einen eines Besseren…

Also weg von der exzessiven Knallerei. Warum nicht einfach statt des ungelenkten Jedermann-Feuerwerks eine organisierte Show durch Profis mit entsprechenden Effekten ? Der Profi ist in sicherem Umgang geschult und sein Feuerwerk ist eh spektakulärer als das im Baumarkt verkaufte. Konsequenz: Weniger Müll, weniger Feinstaub, weniger Verletzte und trotzdem eine gute Show.

In diesem Sinne allen Lesern ein frohes und gesundes Jahr 2018 !

 

Chemtrails – oder: Wer sprüht denn da ?

Neulich abends am Lagerfeuer an der Elbe, kam ich nicht umhin zu hören, wie eine Bekannte sich mit einem der anderen Anwesenden über das Phänomen „Chemtrails“ unterhielt. Dies nahm ich zum Anlass, mich heute einmal mit diesem Thema aus der Welt der Verschwörungstheorien anzunehmen.

Erstmals tauchte die Verschwörungstheorie Ende der 1990er auf, als Reaktion auf ein Forschungspapier in dem die US Airforce über Wettermanipulation spekulierte. Seitdem begegnet man diesem Phänomen mit großer Regelmäßigkeit in den Onlinemedien.

Unter Chemtrails1 versteht man das angebliche heimliche Ausbringen von Chemikalien oder Mikroorganismen per Flugzeug getarnt als Kondensstreifen, zwecks Erfüllung finsterer Ansinnen wie schleichender Vergiftung der Bevölkerung bzw. Manipulation von Wetter und Weltklima.

Kondensstreifen hat jeder schon einmal am Himmel beobachtet: Ein Flugzeug fliegt vorrüber und hinterlässt streifenartige Wolken am Himmel. Die heißen ruß- und vor allem Wasserdampf haltigen Abgase des Fliegers treffen auf kalte Luft, wodurch der Wasserdampf zu Tröpfchen bis hin zu kleinen Eiskristallen kondensiert. Das Resultat ist besagter Wolkenstreifen.

Passiert dies in relativ trockener Luft, also dort wo die relative Luftfeuchte unter 100 % liegt, verdampft das Wasser relativ schnell wieder, also löst sich im wahrsten Sinne des Wortes in Luft auf. Die genaue Gestalt und das Auflösungsverhalten dieser Wolken ist dabei von vielen Faktoren wie Temperatur, lokaler Windgeschwindigkeit und relativer Luftfeuchte ab.

Ein paar Theorien

Soweit würde uns mancher Chemtrail-Beführworter auch zustimmen. Zwischen diesen herkömmlichen Kondensstreifen jedoch werden angeblich noch Chemikalien versprüht, so die Befürworter. Was die genaue Natur dieser Chemikalien und die Motivation hinter diesen Sprühmanövern angeht, ist man sich jedoch nicht einig. Hier ein paar Theorien:

  • Geoengineering: Unter diesem Begriff kann man solche Bemühungen zusammenfassen, die Klima und Wetter beeinflussen. Eine Theorie z.B. postuliert, dass durch großflächiges Ausbringen von Partikel eine Reflexion von Sonnenlicht bewirkt werden und so die Globalerwärmung bekämpft werden soll. Ebenfalls wird gerne das sogenannte Welsbach-Patent zitiert, in dem spezielle versprühte Partikel Wärmestrahlung absorbieren und in form von sichtbarem Licht wieder emittieren sollen. Ohne hier zu weit mit physikalischen Erklärungen auszuholen, sei nur soviel angemerkt, als das so grundlegende physikalische Gesetzmäßigkeiten wie der 2. Hauptsatz der Thermodynamik und das Plancksche Strahlungsgesetz ein solches Wirkprinzip sehr zweifelhaft erscheinen lassen.

  • Ebenfalls als gezielter Eingriff in die Umwelt kann eine gezielte Vergiftung des Bodens bzw. Veränderung des pH-Werts desselben gesehen werden. Normales Saatgut würde eingehen, während spezielles genetisch verändertes Saatgut weiter wachsen und somit Saatgutgroßkonzernen zu Milliardenverdiensten helfen würde. Während diese Theorie wissenschaftlich erstmal nicht völlig abwegig ist, darf sie aber auch angezweifelt werden, da auch andere Pflanzen angegriffen würden und letztendlich zum völligen ökologischen Kollaps führen würde. Womit sich die Saatgutkonzerne ins eigene Fleisch schneiden würden.
  • Reduktion von Überbevölkerung Schließlich gibt es Theorien zur gezielten Vergiftung der Bevölkerung. Wie dies genau geschehen könnte, da gibt es viele verschiedene teilweise recht exotische Theorien, die von simpler Vergiftung, bis hin zum Hervorrufen von Unfruchtbarkeit (Geburtenreduktion) reichen.
  • Ebenfalls beliebt: Psychopharmakologische Beeinflussung der Bevölkerung, um diese Gefügig zu machen. Oder, als Motiv der Reduktion von Überbevölkerung: Beeinflussung des Paarungsverhaltens der Bevölkerung, dass diese sich eher zum eigenen Geschlecht hingezogen fühlt. Eine Theorie die etwas an die hypothetische Sex Bomb oder Gay Bomb aus der US amerikanischen Forschung zum Thema nicht-tödliche Chemiewaffen erinnert.

Chemische Indizien & Probleme

Was genau wird denn da nun eigentlich versprüht ? Die Auswahl an möglicher Substanzen ist recht vielfältig: Barium- & Aluminiumverbindungen, Titan, radioaktives Thorium, Ethylendibromid (EDB), Polymerfasern, Aerosolimpfstoffe gegen Milzbrand & Masern (Impfgegner aufgepasst !) und und und… Insbesonders Barium ist ein Stichwort, dass immer wieder fällt.

Behaupten kann man ja viel. Daher ziehen immer mal wieder Befürworter der Theorie mit Meßequipment los, um die Ausbringung giftiger Substanzen nachzuweisen. So z.B. geschehen im Jahre 2007 durch den Amerikaner Bill Nichols. Experimenteller Aufbau: Zwei Glasschalen wurden ca. 1 Monat im Freien stehen gelassen, um Regen und andere vom Himmel herabfallende Emissionen aufzufangen. Diese Proben wurden sodann in Kooperation mit einem lokalen Radiosender zur Analyse geschickt. Die dabei entdeckten vermeintlich stark überhöhten Bariumwerte waren leider eine Fehlinterpretation des Analysenergebnisses auf Grund von inkorrekt durchgeführter Umrechnung von Maßeinheiten.

Zusätzlich gilt es zu Bedenken, dass eine einwandfreie Probennahme, so daß aussagekräftige Analysen erhalten werden, ein recht komplexes Unterfangen sein können. So gilt es z.B. zu Beachten, dass die Probe nicht durch kontaminierte Probengefäße eben mit dem gesuchten Stoff verunreinigt wird, so dass ein falsch-positives Ergebnis erhalten wird. Ein gutes Beispiel hierfür ist z.B. der Fall des Phantoms von Heilbronn, bei dem die Polizei aufgrund von kontaminierter Testbestecke für DNA Tests lange einem Phantom hinterher jagte.

Ebenso ist die Art und Weise, wie im genannten Beispiel Proben genommen wurde nicht ganz unproblematisch. So kann mit einer Probe, die 1 Monat mehr oder minder unbeaufsichtigt irgendwo rumsteht allerhand passieren.

Einen weiteren Faktor gibt es ebenso zu Bedenken: Geht man davon aus, dass die fraglichen Substanzen als Zusatz im Flugbenzin vorliegen, dann ergibt sich das Problem, dass diese a) in diesem löslich sein müssen und b) die Verbrennung des Treibstoffs unbeschadet überstehen müssen. Während a) für viele anorganische Salze der Metalle Barium und Aluminium ein Problem darstellt, ist Anforderung b) ebenfalls ein Problem, da bei den hohen Verbrennungstemperaturen organische Substanzen verbrennen und damit unschädlich werden und für viele reaktive anorganische Substanzen ebenso anzunehmen ist, dass sie in eine inaktive Form übergehen.

Bliebe also nur der Einsatz von speziellem Sprühequipment, was wieder ein Problem mit der Geheimhaltung nach sich zieht (siehe auch unten).

Schließlich gibt es immer mal wieder Bilder von Flugzeugen mit mysteriösen Tanks im Passagierraum oder vermeintlichen Sprühdüsen. Soweit ich dies jedoch aus den mir zur Verfügung stehenden Quellen beurteilen kann, handelt es sich bei dem Bildmaterial oft um aus dem eigentlichen Kontext gerissene Fotos bzw. teilweise sogar gezielt manipulierte Bilder.

Cabin nose section of 747-8I prototype
Chemtrail-Tanks ? Nein, eher Versuch zur Gewichtsverteilung mit Wassertanks in Passagierflugzeug Prototyp

 

Logistische Probleme

Gut, nehmen wir mal an, es gibt ein funktionierendes Wirkprinzip, welches via Flugzeug ausgebracht werden könnte. Die entsprechende technische Umsetzung einer lückenlosen Versprühung ist problematisch, wie man anhand einer überschlagsmäßigen Abschätzung (inspiriert von psiram.com) sehen kann:

Geht man von der geringen Dosierung von 1 mg pro m² aus, dann kommt man auf einen Materialbedarf von 1 kg pro km². Geht man von einer Landfläche von 10,2 Mio. km² für Europa aus, benötigt man 10200 t Material. Legen wir einen Airbus A3802 zu Grunde, der eine typische Nutzlast von 66 t hat, kann man sich vorstellen, dass man für eine einzelne flächendeckende Sprühung 155 Flüge bräuchte. Sind wir etwas großzügiger und nehmen ein Tankflugzeug A330 MRTT dann sind es immer noch 93 Flüge. In dem Falle wäre unser Flieger aber mit reinem Wirkstoff betankt. Sofern dieser nicht gleichzeitig ein gutes Flugbenzin ist, müßten wir ihn noch verdünnen, was die Anzahl der Flüge um 1 mg Wirkstoff auf den Quadratmeter zu bringen nochmal deutlich erhöhen würde. Schließlich müßten die Flüge auch regelmäßig durchgeführt werden, um einen Effekt von Partikeln in der Atmosphäre konstant aufrecht zu erhalten, da diese sich irgendwann Schwerkraftbedingt absetzen würden.

A-330-200 MRTT Australia (2)
A330 MRTT Lufttanker

Die Ausbreitung gasförmiger Stoffe kann auch eine ganz eigene Dynamik entwickeln. Denn Wind und Wetter spielen auch eine Rolle. Regen wäscht den Wirkstoff aus der Luft und Wind pustet ihn sonst wo hin u.a. auch dort hin wo man ihn nicht haben will.

Geht es nur um das flächenhafte Leutevergiften, ist Trinkwasser sicher ein geeigneteres Medium.

Überhaupt gibt es sicher effektivere Methoden, wollte man die Bevölkerung reduzieren. Allein schon eine Reduktion von Alkohol- und Tabaksteuern, Aufhebung von Geschwindigkeitsbegrenzungen und ähnliche Maßnahmen würden schon einen entsprechenden Effekt auf die Bevölkerung haben und von dieser sogar teilweise noch begrüßt werden.

Die Luft vergiften ? Danke, machen wir selbst…

Heimlich & Co.

Sehen wir einmal davon ab, das viele dieser Theorien wissenschaftlich nicht haltbar sind, so ergibt sich noch ein ganz anderes offensichtliches Problem: Um ein solches weltweites Geheimunterfangen durchzuführen und vor allen Dingen geheim zu halten, bedarf es einer großen Zahl an Eingeweihter: Von den strategischen Planern, über die Firmen, die technische Ausrüstung und Chemikalien herstellen und liefern, weiter zu den Flugbesatzungen, welche die Flüge durchführen, bis hin zu denen, die alles am Ende vertuschen. Aber je größer die Anzahl der Mitwisser, desto schwieriger ist die Geheimhaltung. Ein Phänomen, das jedem, der schonmal eine Überraschungsparty organisieren musste, wohl bekannt sein sollte. Hierbei wäre noch nicht mal berücksichtigt, dass alle benötigten Teilnehmer mit diesem unmoralischen Projekt einverstanden sein müssten. Und selbst wenn nicht jeder eingeweiht wäre: Genügend Zeit vorausgesetzt, findet sich früher oder später immer jemand, dem etwas verdächtig vorkommt.

Inspiration durch reale Vorkommnisse

Einen Eingriff in das Wetter mittels Flugzeug ist aber nicht völlig ein Phantasieprodukt, denn es gibt Hagelflieger und Wolkenimpfen. Hierbei werden kleine Flieger gezielt Schlechtwetterfronten geflogen, um die Wolken gezielt zum Abregnen zu bringen. Hiermit soll zum Beispiel Schaden durch Hagelschlag bei Bevölkerung und Landwirtschaft verhindert werden. Man versucht dies zu Erreichen, indem Silberiodid gelöst in Aceton ausgebracht wird oder am Flieger Fackeln mit Schießpulver/Silberiodid gezündet werden. Hierbei entstehen kleine Impfkristalle, die zur Tropfenbildung und damit Abregnen der Wolke führen sollen.

Die Effektivität dieser Hagelflieger wird jedoch angezweifelt. So sollte der G8 Gipfel in St. Petersburg durch Animpfen von Wolken frei von Regen gehalten werden, wurde jedoch dennoch von ergiebigen Regenschauern heimgesucht.

Motivation der Befürworter

Stellt sich also die Frage: Warum glaubt man an diese doch recht windige Theorie ? Man muß kein großer Beobachter der Medien sein, um zu Bemerken, dass aktuell und in jüngerer Vergangenheit in gewissen Kreisen die Tendenz besteht kein Gutes Haar an der Regierung zu lassen, bzw. ein Wirken düsterer Mächte auf Seiten der Großindustrie zu vermuten.

In der Tat gibt es unter der Anhängerschaft der politischen Rechten viele Chemtrail-Gläubige, da die Theorie gut in ihr ideologisches Gedankengebäude wider der Regierung und/oder der Supermacht USA passt. So versuchte zum Beispiel 2010 ein Abgeordneter der NPD im Landtag von Mecklenburg-Vorpommern mit einer Anfrage an die Landesregierung eine mögliche Wettermanipulation über MeckPomm aufzuklären. Auch in Österreich, hier seitens der FPÖ, sind solche Anfragen nicht unbekannt. Selbst bei den allmontaglichen Vorkommnissen in Dresden schimpft man auf Chemtrails.

Fairerweise muss man jedoch auch sagen, dass auch aus dem Lager der CDU oder der Grünen Beiträge zum Thema Chemtrail kommen. Entsprechende Beiträge aus dem rechten Lager sind jedoch dennoch weitaus häufiger.

Fazit

Vielgestaltig sind die Theorien zum Thema Chemtrail und ebenso vielgestaltig ist die Motivation aus der heraus man das Thema befürwortet, ob politische Motivation oder ökologisch motiviertes Mißtrauen gegen die Großindustrie (für die in vielen Fällen, tatsächlich wissenschaftlich belastbare Beweise für diverse Missetaten gibt).

Die Vorgetragenen Argumente für Chemtrails halten jedoch einer näheren Überprüfung nicht stand. Generell sind Theorien, die auf sehr komplexen Annahmen beruhen mit Problemen behaftet. Deshalb möchte ich dem geneigten Leser das Prinzip von Ockhams Rasiermesser ans Herz legen:

  • Von mehreren möglichen Erklärungen für ein und denselben Sachverhalt ist die einfachste Theorie allen anderen vorzuziehen.
  • Eine Theorie ist einfach, wenn sie möglichst wenige Variablen und Hypothesen enthält und wenn diese in klaren logischen Beziehungen zueinander stehen, aus denen der zu erklärende Sachverhalt logisch folgt.

Oder wie mein Mathelehrer es formulierte: Die einfachen Erklärungen sind oft die besten, die genialen sind meistens falsch.

  1. Kofferwort aus Chemicals (Chemikalien) und Contrails (Kondensstreifen).
  2. stellvertretend für ein großes Flugzeug

Süßes mal anders

Zucker… Schnelle Energie und in geeigneter Form auch Nahrung für Nerven und Seele (Schoki, Kekse & sonstiger Süßkram). Doch Zucker freut nicht nur die Naschkatze, sondern auch den Zahnarzt. Und die Kalorien (die kleinen Tierchen, die Nachts die Kleidung enger nähen). Deswegen versucht so mancher Zucker in seiner Ernährung zu reduzieren oder sogar ganz zu verbannen. Süßstoff ist das Zauberwort: Aspartam, Cyclamat, Sorbitol… Sehen wir uns also diese künstlichen Zusatzstoffe mal etwas näher an…

Süßes !
Süßes !

Der Vorteil von Süßstoffen ist, dass sie nur einen geringen Brennwert haben und auch kein Karies auslösen sollen, da die Bakterien in unserem Mund diese nicht verstoffwechseln können…

Exkurs: Karius & Bactus

Was machen die Bakterien mit dem Zucker im Mund ? Sie bauen Zucker wie Glucose (Traubenzucker), Fructose und Saccharose (Haushaltszucker) zu organischen Säuren wie z.B. Milchsäure ab. Und wie selbst Lieschen Müller weiß, kann man mit Säure Dinge auflösen… So z.B. auch unseren Zahnschmelz…

Besagte Vorteile der Süßstoffe werden auch dadurch verstärkt, dass sie um Einiges süßer sind als herkömmlicher Zucker1:

Süßstoff Süßkraft
Aspartam 200
Acesulfam-K 130–200
Cyclamat 30–50
Saccharin 300–500
Sucralose 600
Advantam 13000
Steviosid 200–300

Wenn wir also für Saccharose eine Süßkraft von 1 zugrunde legen, dann ist Aspartam z.B. 200x süßer als Zucker. Der experimentelle Süßstoff Lugdunam, der allerdings nicht öffentlich erhältlich ist, besitzt den Rekordwert von bis zu 300.000x ! Bei einer solchen Süße können diese Stoffe also in sehr geringer Konzentration eingesetzt werden, so daß ihr eigener Brennwert zu vernachlässigen ist. Dennoch ist der Brennwert einer Süßstofftablette nicht Null, da bei der Herstellung der Tablette noch weitere Zutaten involviert sind, in die der Süßstoff zur Verdünnung quasi „eingebettet“ ist. Hier mal als Beispiel die Angaben für ein gängiges in Deutschland erhältliches Süßungsmittel auf Aspartam & Acesulfam-K Basis:

Geschichtliches

Wer denkt, dass Süßstoffe eine Erfindung der neuzeitlichen Nahrungsmittelindustrie ist, der täuscht sich. Schon die Römer griffen sozusagen zu „Zuckerersatzstoffen“. Da reiner Zucker recht kostbar war (nur Honig war einfach verfügbar), griff man gerne zu sogenanntem Defrutum, eingekochtem Traubenmost.

Römer beim "bleischweren" Gelage
Römer beim „bleischweren“ Gelage

Dieser wurde zur Verstärkung der Süßkraft in Bleigefäßen zubereitet. Die im Most enthaltene Essigsäure löst Blei an, wodurch das Salz Blei(II)Acetat erhalten wird, welches wegen seines süßen Geschmacks auch unter dem Namen Bleizucker bekannt ist. Es ist natürlich mittlerweile nicht erstaunlich, dass dies nicht gerade gesundheitsförderlich ist, da Blei ein giftiges Schwermetall ist. Dennoch blieb Bleizucker bis ins 19. Jahrhundert in Gebrauch, z.B. zum Panschen von saurem Wein. Ein Opfer dieser ungesunden Praxis könnte der Komponist Beethoven sein, dessen Todesursache mit solchem Wein in Verbindung gebracht wird, auch wenn dies kontrovers diskutiert wird.

Saccharin & Cyclamat – Süßer Zufall

Der erste „künstliche“ Süßstoff ist das Saccharin, welches 1878 durch den Chemiker Constantin Fahlberg entdeckt wurde, als diesem beim Abendbrot auffiel, dass seine Hände und Arme trotz vorherigen Waschens eine süße Anhaften aufwiesen, worauf dieser konstatierte:

„Es konnte kein anderer Umstand hier mitgewirkt haben, als dass ich sie mir, trotz des Waschens, von meiner Arbeit aus dem Laboratorium so mitgebracht hatte. Ich lief ins Laboratorium zurück und durchkostete meine sämtliche Becher, Gläser und Schalen〔…〕“

American Chemical Journal. 1 (6): 426
American Chemical Journal. 1 (6): 426

Das Unterfangen diesen Stoff als Zuckeralternative zu vermarkten (1/3 billiger als Rübenzucker, bezogen auf die Süßkraft), stieß natürlich auf wenig Gegenliebe bei der Zuckerindustrie, weshalb diese einen Apothekenzwang erwirkte, woraufhin der Süßstoff nur noch auf Rezept erhältlich war. Überhaupt war Saccharin nur ein mäßiger Erfolg im privaten Haushalt, da es aufgrund seiner „starken Wirksamkeit“ nur schwer zu dosieren sei und sich auch nicht zum bestäuben von Kuchen eignete. Der Durchbruch kam erst später, als bedingt durch den 1. Weltkrieg richtiger Zucker knapp wurde.

Ebenfalls eine Zufallsentdeckung ist Cyclamat. Auch hier war ein schwerer Sicherheitsverstoß im Labor Mutter der Entdeckung. Der Amerikaner Michael Sveda, eigentlich auf der Suche nach fiebersenkenden Wirkstoffen, entdeckte, dass eine auf der Laborbank abgelegte Zigarette, einen süßen Geschmack angenommen hatte. Eine etwas entschärfte Version kann man in der New York Times nachlesen:

Dr. Sveda, who once told The New York Times in an interview that „God looks after damn fools, children and chemists,“ credited providence for his discovery of cyclamates. In 1937, while doing lab work for his doctorate at the University of Illinois, he brushed his lips without having washed his hands and found that his fingers tasted sweet. Intrigued, he tasted chemicals from all the beakers in front of him and discovered the compound that he eventually refined into the sweetener.

Andererseits war das Rauchen im Labor damals nichts Verwerfliches und Geschmacksproben (wie wir schon beim Saccharin gesehen haben) durchaus an der Tagesordnung. Etwas makaber erscheinen die Geschmacksanalysen wagemutiger Pharmazeuten, wie Erich Lück in der Chemie in unserer Zeit3 berichtet:

Furchtlose Pharmazeuten unterschieden bis

Mitte des 20. Jahrhunderts die beiden extrem bitteren Naturstoffe Chinin und Strychnin am Abgang: Die Bitterkeit von Chinin ließ relativ schnell nach, während die von Strychnin auch ein Mittagessen überdauerte.

Auch wenn das Cyclamat von der Süßkraft dem Saccharin unterlegen ist, hat es einen entscheidenden Vorteil: Während Saccharin einen leicht metallischen Geschmack besitzt, ist Cyclamat frei davon. Daher werden gerne Gemische von Cyclamat und Saccharin (10:1) eingesetzt, welche die Vorteile beider vereinen. Cyclamt bzw. sein Gemisch waren dann auch die ersten Vertreter, die zum Süßen von Cola & Limonaden verwendet wurden, z.B. im ersten Diät-Getränk mit dem bezeichnenden Namen No-Cal (Man beachte die vollmundige Aussage „Absolutely Non-Fattening“ !)

No-Cal Werbung (aus: Woman's Day 1954)
No-Cal Werbung (aus: Woman’s Day 1954)

Süße aus Aminosäuren

Der dritte Süßstoff, dem man im Alltag häufig begegnet ist Aspartam, einem Molekül, dass sich aus den Aminosäuren Phenylalanin und Asparaginsäure zusammensetzt. Und wieder war Kollege Zufall an der Entdeckung beteiligt, als James Schlatter an einer Synthese für das Hormon Gastrin arbeitete. Als diesem beim Versuch einen Synthesebaustein bestehend aus besagten zwei Aminosäuren mit dem Alkohol Methanol zu verestern, die Reaktionsmischung überkochte, gelangte etwas vom Reaktionsprodukt auf seine Hände. Der Rest der Geschichte dürfte bereits bekannt sein. Da die beteiligten Aminosäuren auch in unserer Nahrung gefunden werden können, ist es erst einmal nicht abwegig anzunehmen, dass ein solcher Süßstoff ungiftig ist. Dennoch sollte es zu einer hitzigen Diskussion über eine etwaige Schädlichkeit kommen…

Süßes Gift ?

Nun ist das was man daheim im stillen Kämmerlein verkostet eine Sache, wenn man jedoch einen neuen Lebensmittelzusatzstoff an die Massen verfüttern möchte eine deutlich andere. Solche Zusatzstoffe müssen nicht nur einen Zulassungsprozess durchlaufen, sondern sind immer wieder Objekt von Studien hinsichtlich ihrer Schädlichkeit.

In dem Zusammenhang kam auch mehrfach schon die Diskussion auf, ob bestimmte Süßstoffe krebserregend sind. So sahen sich die Hersteller von Saccharin und Cyclamat in den 60ern und frühen 70ern dem Vorwurf ausgesetzt, dass diese Süßstoffe Blasenkrebs bei Ratten auslösten. Bei Beiden Saccharin war man ursprünglich von ihrer Unschädlichkeit ausgegangen, da sie unverändert über den Harn ausgeschieden werden. Nun tauchten aber gerade in der Blase der Versuchsratten krebsartige Veränderungen auf.

Konsequenz des ganzen war ein Verbot von Cyclamat in den USA und ein Verbot von Saccharin in Kanada, sowie die Auflage, dass süßstoffhaltige Lebensmittel mit einem Warnhinweis zu kennzeichnen seien.

Diese Studien sind jedoch nicht unproblematisch: Zum Einen wurden die Ratten mit abenteuerlich hohen Mengen an Süßstoffen gefüttert: Den Ratten wurden täglich 2.5 g Cyclamt/kg Körpergewicht zugeführt, was auf den Menschen umgerechnet einem täglichen Verzehr von 330 Dosen süßstoffhaltiger Limonade entspricht !

Lange Rede, kurzer Sinn: Neuere Studien waren nicht in der Lage diese Ergebnisse zu reproduzieren, weswegen heute in Fachkreisen vermutlich mit Recht angenommen wird, dass diese Süßstoffe, sofern man nicht große Mengen davon zu sich nimmt unbedenklich sind.

Für das Aspartam ist die Kontroverse ähnlich, wobei auch hier die Fachwelt davon ausgeht, das Aspartam kein Krebs auslöst. Einen interessanten Nebeneffekt besitzt Aspartam aber dennoch: Studien aus den Jahren 1993 und 2014 konnten zeigen, dass bei Probanden nach einer Einnahme von 25 mg Aspartam / kg Körpergewicht eine deutliche Verschlechterung der Stimmung zu verzeichnen war ! Und da soll noch Einer mal sagen, dass Süßes gut für die Laune ist.

Ebenso wurden mehrfach Thesen aufgestellt, dass Süßstoffe zu einer Gewichtszunahme führen, obwohl weniger Kohlenhydrate aufgenommen werden (Stichwort: Blundell-Hill-Hypothese). Auch dies ist ein Thema, dass höchst kontrovers diskutiert wird. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung meint hierzu:

Die Theorie eines möglichen gewichtssteigernden Effekts von Süßstoffen wird durch die wissenschaftlichen Untersuchungen nicht bestätigt. Süßstoffe können im Rahmen von Gewichtsreduktionsprogrammen sinnvolle Hilfsmittel – ohne pharmakologische Wirkung – sein, die Energieaufnahme zu senken.4

Ein weiterer Aspekt, der normalerweise bei Pharmawirkstoffen diskutiert wird, ist die Abbaubarkeit von Süßstoffen in der Umwelt / in Kläranlagen. Viele Süßstoffe werden unverändert vom Menschen ausgeschieden und auch die Umwelt kriegt sie so schnell nicht klein. So lassen sich Süßstoffe (Saccharin, Cyclamat, Acesulfam-K) bereits in Gewässern nachweisen. Die Stiftung Warentest nahm den Nachweis von Süßstoffen als Maßstab für die Bewertung der Qualität von Mineralwässern. Kann darin Süßstoff gefunden werden, könne man davon ausgehen, dass Oberflächenwasser die Mineralquelle kontaminieren könne.

Süßstoff mal anders

Doch es muss nicht immer ein Süßstoff aus der Retorte sein… Mutter Natur hat ja auch ein reich gefülltes Repertoire an Wirkstoffen. Besonders Stevia ist in jüngerer Zeit sehr populär als „natürlicher“5 Süßstoff. Dabei handelt es sich um ein Extrakt aus der südamerikanischen Pflanze Stevia rebaudiana (auf Deutsch auch Süßkraut oder Honigkraut genannt). Obwohl Stevia bereits bei den südamerikanischen Ureinwohnern seit altersher bekannt ist und bereits in den 1970er Jahren in Japan als Süßstoff zugelassen wurde, schaffte es der Extrakt erst 2011 in Europa zugelassen zu werden.

Stevia rebaudia - Das Honigkraut
Stevia rebaudia – Das Honigkraut

Mit seiner Eigenschaft kein Karies zu verursachen und kalorienfrei zu sein, wird es gerne als gesündere Alternative zu Zucker und als natürlichere zu herkömmlichen Süßstoffen vermarktet. In punkto Süßkraft kann mit Stevia etwa das 350-fache von herkömmlichem Zucker erreicht werden.

Chemisch betrachtet ist dieser Extrakt ein Gemisch aus mehreren Stoffen, deren Strukturformel im Vergleich zu den bisher betrachten Süßstoffen recht barock (d.h. sehr komplex) anmutet. Die beiden wichtigsten Vertreter sind das sog. Steviosid und Rebaudiosid A. Wie es aber Naturprodukte generell zu eigen haben, kann sich die genaue prozentuale Zusammensetzung von Fall zu Fall auch ändern, was sich in teilweise stark unterschiedlichen Geschmacksnuancen äußert. So kann z.B. ein bitterer, lakritzartiger Nachgeschmack auftreten, der daher rührt, dass die Stevioside nicht nur unsere Rezeptoren für Süßes, sondern auch für Bitteres aktivieren. Daher werden kommerzielle Stevia Extrakte mit unterschiedlichsten Methoden aufgearbeitet, um den Gehalt an Rebaudiosid A zu optimieren, von dem man weiß, dass es diesen unerwünschten Nachgeschmack nicht besitzt.

Coca-Cola Life 0.5 liter
Coca Cola mit Stevia

Wie auch die anderen Süßstoffe ist Stevia nicht unumstritten und noch längst nicht überall zugelassen, obwohl Studien jüngeren Datums gezeigt haben, dass Stevioside, im Menschen weder erbgutverändernd noch krebserzeugend sind. Betrachtet man jedoch Nagetiere (Nierenversagen bei Hamstern) oder in vitro Studien sieht es schon wieder anders aus. Wir dürfen also davon ausgehen, dass die Kontroverse, die wir für die anderen Süßstoffe betrachtet haben, sich auch hier weiter abspielen werden !

Die Wunderbeere

Ein gänzlich ungewöhnlicher Süßstoff findet man in der sogenannten Wunderbeere: Diese Beere schmeckt erst einmal relativ neutral. Erst wenn man etwas Saures zu sich nimmt, geschieht das namensgebenden Wunder: die anfängliche Säure schmeckt plötzlich süß ! Verantwortlich für dieses „Mirakel“ ist das Protein Miraculin. Dieses bindet sich zunächst an unsere Süß-Rezeptoren, ohne diese zu aktivieren. Erst wenn wir etwas Saures zu uns nehmen, also den pH-Wert in unserem Mund absenken, nimmt das Protein eine veränderte Struktur ein und aktiviert den Rezeptor. Aus Saurem wird Süßes ! Steigt der pH Wert wieder, geht das Miraculin wieder in den inaktiven Zustand über und die Süße verschwindet, bis wir wieder neue Säure zuführen. Da das Miraculin recht stark an die Rezeptoren bindet können wir uns bis zu 1 Stunde an diesem Wunder erfreuen !

links: Das Protein Miraculin // rechts: Die Mirakelbeere
links: Das Protein Miraculin // rechts: Die Mirakelbeere

Insgesamt eine attraktive Sache, die in Zukunft als Süßstoff zur Anwendung kommen könnte. Hierbei gilt es jedoch das Problem der Herstellung zu lösen, da sich das Protein auf chemischem Wege nicht (einfach) herstellen lässt. Denkbar wäre eine Herstellung mit Hilfe der Gentechnik. Ähnlich dem Insulin, könnte Miraculin von gentechnisch veränderten Bakterien hergestellt werden, aus denen es dann leicht extrahiert werden könnte.

Bis es der Wundersüßstoff also käuflich zu erhalten ist, wird aber noch ein Weilchen vergehen. Bis dahin wird wohl, wie bei so vielen Dingen, beim Umgang mit Süßigkeiten (ob gezuckert oder mit Süßstoff gesüßt) Mäßigung die beste Lösung sein.

  1. http://www.suessstoff-verband.de/suessstoffe/verwendung/suesskraft-dosierung/
  2. Aus: 25 Jahre im Dienste der Saccharin-Industrie, C. Fahlberg, 1903, 5. Internationaler Kongress für Angewandte Chemie im Deutschen Reichstag Berlin.
  3. Chem. Unserer Zeit, 2011, 45, 406.
  4. http://www.dge.de/wissenschaft/weitere-publikationen/fachinformationen/suessstoffe-in-der-ernaehrung/
  5. Im Gegensatz zu synthetisch.

Thank you for smoking – Oder: Nikotin

Wie neulich schon angedeutet: Coffee & Cigarettes ist eine beliebte Kombination. So populär sogar, dass dem Thema ein ganzer Film gewidmet wurde. Koffein haben wir hier schon beleuchtet, daher nun eine Episode zum Alkaloid Nikotin, welches Zigaretten für so viele unwiderstehlich macht.

Pflanzen aus der neuen Welt

Nicht nur erfrischt und reinigt der Tabak das Gehirn, nein, er leitet die Seele zur Tugend und lehrt sie, rechtschaffen zu werden. Der Tabak ruft den Trieb zur Ehre und Tugend wach in allen Menschen, die sich seiner bedienen. Er ist die Leidenschaft der anständigen Leute, und wer ohne Tabak lebt, ist nicht würdig zu leben.
— Molière (frz. Dramatiker, 1622-1673) in Festin de Pierre

Nikotin kommt in der Natur in erster Linie in Pflanzen der Sorte Nicotiana tabacum und Nicotiana rustica (oder anders: in Tabak) vor. Obwohl Tabak heutzutage auch in Europa angebaut wird, so stammt sie ursprünglich aus den (sub)tropischen Gebieten Amerikas. Nach Europa gelangte die Pflanze und das Rauchen mit der Expedition Christoph Columbus’. Hervorzuheben ist hier wohl ein gewisser Rodrigo de Jerez aus Columbus’ Mannschaft, der als erster europäischer Raucher gelten darf. Dieser hatte auf Kuba die Einheimischen dabei beobachtet, wie sie die zerkleinerten Blätter der Tabakpflanze gerollt in Palm- und Maisblätter (sozusagen die Urform der Zigarre) rauchten.

Rodrigo de Jerez bei den indianischen Rauchern
Rodrigo de Jerez bei den indianischen Rauchern

Diesen Brauch führte er dann nach seiner Rückkehr den Bewohnern seiner Heimatstadt vor, nur um kurz darauf von der Spanischen Inquisition arretiert zu werden, da nur der Teufel es vermag einem Mann die Fähigkeit zu verleihen Rauch aus seinem Mund zu speien.

Tabak 9290019
Nicotiana tabacum
Ungeachtet dessen, fand man Gefallen an der Tabakpflanze, unter Anderem auch als Zierpflanze. 1560 gelangte die Pflanze dann durch den französischen Abgesandten am spanischen Hof, Jean Nicht de Villemin auch nach Frankreich, nach welchem die Pflanze und das in ihr enthaltene Alkaloid benannt wurde. In Reinform isoliert wurde Nikotin jedoch erst 1828 durch Posselt und Reimann und es dauerte bis 1892 bis zur Aufklärung seiner Struktur durch Pinner:

Nikotin, oder (S)-(–)-1-Methyl-2-(3-pyridyl)pyrrolidin
Nikotin, oder (S)-(–)-1-Methyl-2-(3-pyridyl)pyrrolidin

Nikotin – Ein giftiges Alkaloid

Der Rauch ist die beste Vorbereitung zu jeder schlechten Tat. Das Nikotin schläfert das Gewissen ein. Das Bedürfnis zu rauchen wächst mit dem Wunsche, das Gefühl der Reue zu ersticken. Das Rauchen hat überhaupt den Zweck, die Intelligenz zu umnebeln.
— Leo Tolstoi (russ. Schriftsteller, 1828-1910)

Nikotin ist eine farblose bis bräunliche ölige Flüssigkeit mit tabak-ähnlichem Geruch, die es in sich hat:

Auszug aus dem Sicherheitsdatenblatt (Sigma Aldrich)
Auszug aus dem Sicherheitsdatenblatt (Sigma Aldrich)

Giftig beim Verschlucken und Lebensgefahr bei Hautkontakt ! Klingt nicht gerade wie etwas, was man gerne in seine Nähe lässt ! Hinsichtlich der tödlichen Dosis ist man sich in Expertenkreisen nicht einig. Man findet immer einen Wert von 60 mg für einen gesunden Erwachsenen als Faustregel an, aber es gibt auch einige Berichte, bei denen größere Dosen überlebt wurden. Dies mag damit zusammenhängen, dass bei einer Nikotinvergiftung recht schnell Übelkeit und Erbrechen auftritt, dass einer weiteren Aufnahme des Gifts entgegen wirkt (Zwei Symptome, die auch Nikotinneulingen bei ihrer ersten Zigarette verspüren).

Und da Mutter Natur nichts ohne Grund macht, hat auch Nikotin seinen Zweck: Mit der Giftwirkung halten sich Pflanzen Insekten und andere Fraßfeinde vom Leib. Aus diesem Grunde steckte der Mensch sich den Tabak nicht nur in die Pfeife, sondern kochte ihn auch aus, um den so erhaltenen Sud zur Schädlingsbekämpfung auf seine Nutzpflanzen zu sprühen.

Die Dosis macht das Gift

Im Gegensatz zu Alkohol und Koffein, die relativ einfach zu dosieren sind, ist die Bestimmung der Nikotindosis beim Rauchen eine relativ komplexe Angelegenheit: Faktoren wie die „Rauchtechnik“ (Inhalationtiefe, -dauer, Anzahl der Züge, Länge der verworfenen Kippe etc.) oder die Konstruktion der Zigarette (mit Filter oder ohne, Art des Filters, Selbstgerecht vs Fertigzigarette) spielen dabei eine große Rolle. Der Nikotingehalt der Zigarette ist eher von geringerer Bedeutung. Überhaupt schaffen es etwa nur 30 % des enthaltenen Nikotins in den Rauch, während der Rest einfach verbrennt. Die Benutzung von Nikotin-reduzierten Zigaretten führt übrigens nicht zwingend zu einer reduzierten Nikotinaufnahme: Viele Raucher kompensieren dies, indem sie länger und stärker an der Zigarette ziehen oder eben generell mehr Rauchen um auf ihre gewohnte Dosis zu kommen !

Ist Nikotin krebserregend ?

Wenigstens ein positiven Umstand zu vermelden: Krebserregend ist Nikotin nicht. Doch vorsicht: Auch wenn Nikotin den Krebs nicht verursacht, so begünstigt er doch den Krebs… Es soll die Neubildung von Blutgefäßen fördern, was letztendlich das Tumorwachstum begünstigt. Aber auch wenn Nikotin nicht krebserregend ist, enthält der Tabakrauch noch genug andere Stoffe, die sehr wohl kanzerogen sind !

Warum tut man sich sowas an ?

In niedrigen Konzentrationen besitzt Nikotin einen anregenden Effekt. Es beschleunigt kurzzeitig den Herzschlag, verengt die Blutgefäße und führt zu einem absinken der Hauttemperatur1.

Es kommt zu einer temporären Steigerung der Aufmerksamkeit und Gedächtnisleistung2, sowie einer erhöhten Darmtätigkeit. Interessant ist auch, dass Nikotin in gewissen Maßen den Appetit zügelt. Ferner gibt es auch ein paar ältere Studien, die nahelegen, dass Nikotin die Fettverbrennung ankurbelt.34 5Dies mag damit zusammen passen, dass viele froschgebackene Nichtraucher erst mal an Gewicht zulegen, was eben auf Ausbleiben dieser Effekte in Kombination einer etwaigen erhöhten Zufuhr von z.B. Bonbons als Ersatzbefriedigung zurückzuführen ist. Ob man aber deswegen mit dem Rauchen anfangen sollte oder Nikotinkaugummis zusprechen sollte, ist fragwürdig.

Paradoxerweise verkehrt sich die anregende Wirkung geringer Dosen jedoch ins Gegenteil, wenn wir in den Bereich mittlerer Dosen kommen… Hier wirkt Nikotin dann beruhigend / sedierend.

Mittels Tabakrauch zugeführt, tritt die Wirkung des Nikotins recht rasch ein: 10 bis 20 Sekunden nach Aufnahme ist der „Nikotin Flash“ da. Ebenso wie Koffein also eine sehr effiziente Angelegenheit. Schon mal einen schweren Raucher auf Entzug bei seiner ersten Zigarette beobachtet ? Die anfängliche Schlechte Laune ist dann auch Ratz-Fatz verflogen.

Wenn’s der Raucher nicht lassen kann…

Apropos Nikotin-Sucht… Wenn es seine Wirkung im Gehirn entfaltet, kommt es auch zu einer erhöhten Ausschüttung des Neurotransmitter Dopamin, was eine erhöhte Konsumfreudigkeit hervorruft: Dopamin spielt eine wichtige Rolle für das sogenannte Belohnungszentrum im Gehirn.

Quelle: 3dman_eu / pixabay.de
Quelle: 3dman_eu / pixabay.de

Nikotin wirkt somit stimulierend auf das Belohnungszentrum. Und das ist mit dafür verantwortlich, warum Nikotin süchtig macht: Eine Aktivierung des Belohnungszentrum motiviert das jeweilige Individuum eine Aktivität zu wiederholen, welche die Aktivierung hervorgerufen hat. Da sich das Gehirn mit der Zeit an diesen Effekt gewöhnt, muss regelmäßig Nikotin zugeführt werden, damit keine Entzugserscheinungen, wie Reizbarkeit, schlechte Laune, Konzentrationsstörungen etc. auftreten. Es kann dabei bis zu 3 Wochen dauern, bis die Veränderungen der zugehörigen Rezeptoren im Gehirn sich wieder zurück gebildet haben und alle körperlichen Entzugserscheinungen verschwinden. (Wer übrigens seine eigene Tabakabhängigkeit testen will, kann dies mit Hilfe des Fagerström-Tests tun.)

Dennoch hat Nikotin alleine genommen nur geringes Suchtpotential. Erst in Verbindung mit den anderen Stoffen im Tabakrauch entfaltet sich ein hohes Potential, welches laut einer Studie aus dem Jahr 2007 zwischen dem von Alkohol und Kokain angesiedelt ist.6

Alternativen zur Zigarette

Raucherentwöhnungsprodukte

Ob der zahlreichen gesundheitlichen Gefahren, versuchen Viele, sich das Rauchen abzugewöhnen. Zu diesem Zwecke gibt es eine ganze Palette an verschiedenen Dareichungsformen von Nikotin. Der frischgebackene Nichtraucher erhält so seine Dosis Nikotin zur Bekämpfung der Entzugserscheinungen ohne sich gleichzeitig den schädlichen Rauch zuzuführen.

Quelle: Perlinator / pixabay.de
Quelle: Perlinator / pixabay.de

Bekannt sind z.B. Nikotinpflaster, die eine kontinuierlichen Aufnahme mit einer bestimmten Rate ermöglichen. Reines Nikotin wird nur sehr langsam durch die Haut aufgenommen, doch gelöst in einer geeigneten Trägersubstanz kann man die Rate beschleunigen (Vergleich: reines Nikotin = 0,8 mg pro cm² und h; gelöst in Wasser (20%) = 9 mg pro cm² und h). Nachteil: Nikotin reizt die Haut, daher muss man beim Gebrauch dieser Pflaster mit Hautrötungen rechnen.

Pfeifen

Eine der traditionsreicheren Konsumformen. Bei den Amerikanischen Ureinwohnern findet man z.B. die Friedenspfeife als Symbol der Streitschlichtung. Ferner ist mit keiner anderen Art Tabak zu konsumieren ein solcherPersonenkult verbunden, wie mit der Pfeife: Für manche Leute ist die Tabakspfeife eine Art Markenzeichen: Man denke nur an Sherlock Holmes, der neben Deerstalker-Mütze auch immer eine Tabakspfeife dabei hatte. Das Ensemble im Herrn der Ringe sieht man auch desöfteren dabei, wie sie in langstieligen Holzpfeifen „Pfeifenkraut“ Marke Alter Toby rauchen… Und seit 1969 wird vom Tabakforum der Titel Pfeifenraucher des Jahres verliehen an Prominenz wie Herbert Wehner (1969), Wolfgang Schäuble (1990), Günter Grass (2000) und Horst Lichter (2011), um nur ein paar Namen zu nennen.

Ein weiterer bekannter Raucher... Meisterdetektiv Nick Knatterton
Ein weiterer bekannter Raucher… Meisterdetektiv Nick Knatterton

Nota bene: Von vielen wird das Pfeife rauchen als eine ‚Kunst‘ betrachtet, die „dem Raucher ein nicht zu unterschätzendes Maß an Können und vor allem Erfahrung abverlangt“7

Schnupftabak

Wie manch andere „Drogen“ kann man sich Tabak (fein zerkleinert) auch durch die Nase ziehen. In den Berichten über Columbus’ Reisen lesen wir:

„Immer wenn die Könige ihre Götter um Rat fragen wegen ihrer Kriege, wegen einer Steigerung des Fruchtertrages oder wegen Not, Gesundheit und Krankheit, schnupften sie in ihren Tempeln das Kraut in ihre Nasenlöcher. […] Das Pulver ist von solcher Kraft, dass es einem völlig den Verstand raubt.“8

Nun, den Verstand rauben wird der Schnupftabak keinem. Allerdings reicht die Palette der Nebenwirkung von Schleimhautreizungen im Nasen-Rachen-Raum bis hin zu den üblichen Nikotin-Unverträglichkeiten, insbesondere dann, wenn man das Schnupfen nicht gewohnt ist.

Man unterscheidet zwei Formen: den Schmalzler und sogenannten Snuff. Ersterer ist besonders im süddeutschen Raum & in Österreich populär und ist eher grobfaserig, umaromatisiert und mit einer Dosis Schmalz versehen, um ihn weniger staubig zu machen. Das namensgebenden Schmalz wird heutzutage größtenteils durch Weißöl ersetzt.

L. Bouilly: Schnupfende Damen in Frankreich
L. Bouilly: Schnupfende Damen in Frankreich

Der Snuff hingegen ist feinpulvrig und oft mit Aromen wie Eukalyptus versehen.

Das Schnupfen selbst ist mit einer ganzen Reihe von Ritualen versehen… So ist es z.B. in manchen Kreisen üblich, jeden Schnupfvorgang mit einem Spruch einzuleiten. Wird vom Handrücken geschnupft, ist die linke Hand zu verwenden. Nur Amateure benutzen die Rechte. Ebenso ist zu heftiges Einsaugen zu vermeiden, da sonst der Tabak über das Ziel hinaus schießt und im Rachen landet, was eine Nies- und Hustorgie zur Folge hat.

Hat man eine Schnupftabaksdose und will sich betont vornehm geben, nimmt man eine Prise aus den Fingerspitzen… Eine recht aristokratisches Vorgehen, was auch erlaubt den Tabak rückstandsfrei an einem Schnauzbart vorbei zu bugsieren.

Thema Gesundheit: Außer den allgemeinen Nikotinrisiken, entfallen hier die Gefahren des Rauchens, die auf giftige Verbrennungsgase zurückzuführen sind. Laut einer Studie, die auch durch die WHO bestätigt wurde, ist Schnupftabak allein nicht krebserregend.9

Ferner interessant: Seit 1993 ist Schnupftabak von der Tabaksteuer befreit !

Shishas

In jüngerer Zeit in Deutschland sehr populär geworden sind Shishas – Wasserpfeifen, auch im Kreise von Leuten, die man sonst zu den Nichtrauchern zählt. Hierbei wird der Rohtabak mit Aromastoffen, sowie Glycerin bzw. Melasse vermengt und dann über glühenden Kohlen platziert. Da der Tabak dadurch nicht verbrennt, kann man nicht von Rauchen im eigentlichen Sinne sprechen. Durch die Gluthitze der Kohle, wird aber die enthaltene Feuchtigkeit mit den Aromen verdampft. Da Nikotin einen Siedepunkt von 246°C hat, wird es natürlich auch verdampft.

Shisha rauchender Mann (Quelle: onig99 / pixabay.de)
Shisha rauchender Mann (Quelle: onig99 / pixabay.de)

In Gutachten des Bundesamts für Risikobewertung geht man davon aus, dass die Nikotinaufnahme beim Shisharauchen mindestens vergleichbar mit dem Rauchen von Zigaretten ist. Man findet dort auch die Angabe, dass für „gelegentliche Wasserpfeifenraucher, die einen Tabakkopf mit 5 g Wasserpfeifentabak konsumierten, ein Zigarettenäquivalent von 0,4 bis 2 Zigaretten/Tag“ anzunehmen ist.

Gerne wird auf die Filterwirkung des Wassers hingewiesen. Nun, die ist tatsächlich vorhanden, hält aber nur einen Teil der Schadstoffe zurück. Glühende Kohlen sondern nämlich eine ganz eigene Qualität von unappetitlichen Stoffen ab, z.B. Kohlenmonoxid, welches irreversibel an den roten Blutfarbstoff bindet und den Sauerstofftransport unterdrückt. Es kommt zu einem „inneren Ersticken“. Kohlenmonoxid entsteht bei unvollständiger Verbrennung organischer (d.h. Kohlenstoff- haltiger) Materie und entsteht natürlich auch beim Zigarettenrauchen. Beim „shishen“ ist die Konzentration allerdings bis zu 10-mal höher. Nun erscheint eine akute Kohlenmonoxid-Vergiftung durch Rauchen recht unwahrscheinlich, doch hatte die Uniklinik Leipzig 2015 eben mit einem solchen Fall zu tun: Nach übermäßigem Shishagenuss musste ein Mann in einer Sauerstoff-Überdruckkammer notfallmedizinisch behandelt werden.

Berühmter Shisha-Raucher: Die Raupe aus Alice im Wunderland
Berühmter Shisha-Raucher: Die Raupe aus Alice im Wunderland

Wir sehen: Nikotin ist eine recht unangenehme Substanz, insbesondere in hohen Konzentrationen, auch wenn der schädlichste Effekt des Rauchens von anderen Substanzen herrührt. Besonders heimtückisch ist jedoch die suchtvermittelnde Wirkung… Wer will schon von irgendwas abhängig sein, wo wir doch soviel Wert auf unsere Unabhängigkeit legen. In diesem Sinne: Thank you for not smoking ! 🙂

 

  1. Umso seltsamer erscheint es, dass manche Raucher, während sie in der Kälte warten, eine Zigarette zum Aufwärmen rauchen, wo doch die Gefäßverengung einen negativen Effekt auf die erwärmende Durchblutung der Gliedmaßen haben sollte…
  2. Wohlgemerkt nur REINES Nikotin ! Als Inhaltsstoff von Tabakrauch, wurde eher eine dem Gedächtnis abträgliche Wirkung beobachtet !
  3. http://wayback.archive-it.org/org-197/20160311134008/http://archive.uninews.unimelb.edu.au/view-49206.html
  4. Orsini et al. 2001, Alcoologie et addictologie (in French). 23 (2 Suppl): 28S–36S.
  5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Andersson+und+Arner+2001
  6. D. Nutt et al. Lancet 2007, 369, 1047.
  7. https://de.wikipedia.org/wiki/Tabakspfeife#Geschichte
  8. https://de.wikipedia.org/wiki/Schnupftabak
  9. WHO IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans (2007): Smokeless Tobacco and Some Tobacco-specific N-Nitrosamines, IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans, Bd. 89, Lyon 2007, S. 366.

Koffein – Oder: Hallo Wach

Kaffee schmeckt nicht nur lecker, sondern dient in vielen Büros und Labors als Katalysator um noch mal verborgene Kraftreserven zu mobilisieren und müde Gesellen wieder munter zu machen. Zu verdanken haben wir diesen Effekt dem Alkaloid Koffein.

Gestatten, Koffein !
Gestatten, Koffein !

Seinen Anfang nimmt die Geschichte des Koffeins mit dem deutschen Chemiker Friedlieb Ferdinand Runge (1794 – 1867), der sich, neben vielen anderen Entdeckungen, auch auf dem Gebiet der Naturstoff-Forschung hervorgetan hat. Eine entscheidende Rolle bei der Entdeckung spielt darüber hinaus noch eine andere historische Persönlichkeit, die man normalerweise eigentlich nicht mit Chemie & Pharmazie in Verbindung bringt, nämlich Dichterfürst Johann Wolfgang von Goethe. Diesem wurde nämlich von Runge die Wirkung des Atropins (welche dieser gerade untersuchte) am Auge einer Katze demonstriert. Goethe, ob der drastischen Wirkung des Atropins beeindruckt, empfahl Runge daraufhin sich auch einmal die Inhaltsstoffe der Kaffeebohne anzusehen, vermutete er doch darin ein Antidot gegen das Atropin.1 Runge gelang es 1820 dann das Koffein erstmals aus Kaffeebohnen zu extrahieren, ein Vorgang, der heute noch die Hauptquelle zur Koffein-Gewinnung ist, nämlich im Rahmen der Entkoffeinierung von Kaffee.

Friedlieb Ferdinand Runge
Friedlieb Ferdinand Runge (1794 – 1867)

Den Teufel mit dem Beelzebub austreiben – Die Entkoffeinierung

Diese wurde 1903 von einem Bremer Kaffeehändler mit Namen Ludwig Roselius zu einem industriell verwertbaren Prozess weiterentwickelt, nachdem dieser zu der Ansicht gelangt war, dass der übermäßige Kaffee und Koffein-Genuß für das frühzeitig Ableben seines Vaters verantwortlich war. Die noch grünen Bohnen wurden hierzu zum Quellen in Salzwasser eingelegt und anschließend mit Benzol(!) extrahiert. Das Endprodukt des sogenannten Roselius-Prozess kam schließlich als Kaffee HAG in den Handel. Kaffee HAG gibt es auch heute noch, allerdings verzichtet man heute auf das krebserzeugende Benzol und verwendet stattdessen Dichlormethan oder Ethylacetat, was zumindest im Falle des Dichlormethans nur geringfügig besser ist. Lösungsmittel kann man zwar abdestillieren, aber ein gewisses ungutes Gefühl hinterlässt der Gedanke dann doch.

Vorteilhaft ist es daher sicher, die Extraktion mit überkritischem CO2 durchzuführen. Kohlendioxid geht bei einem Druck von 73 – 300 bar in einen fluiden (d.h. quasi flüssigen2) Zustand über und ist billig, ungiftig, ein sehr effizientes Extraktionsmittel und sehr einfach zu entfernen: Nimmt man den Druck weg, verflüchtigt sich das CO2, welches unter Normalbedingungen bekanntlich ein Gas ist.

Ein Haken hat man jedoch immer: Egal, welches Verfahren man auch verwendet, man extrahiert neben dem Koffein immer auch andere wertvolle Bestandteile des Kaffees, was mit einer geschmacklichen Veränderung einher geht, weswegen entkoffeinierter Kaffee meist etwas merkwürdig schmeckt.

Wachmacher

Doch mancher trinkt den Kaffee (oder Tee oder Club Mate etc.) ja gerade WEGEN dem Koffein. Was bewirkt dieses Alkaloid also in unserem Körper ?

Die Bandbreite der beobachten Effekte ist relativ groß. Man kann es jedoch den Stimulation zuordnen, also Substanzen mit anregender bzw. erregender Wirkung. Dies entspricht auch dem gewünschten Effekt, wenn man zu einer belebenden Tasse Kaffee greift. Der Katalog umfasst:

  • Anregung des Zentralnervensystems
  • Steigerung der Herzfrequenz
  • schwach Harntreibende Wirkung
    (Merke: Kaffee ist nur geliehen. Kaum ist er drin, will er schon wieder raus)
  • Gefäßverengend im Gehirn, Gefäßerweiternd in der Peripherie
  • Anregung der Peristaltik des Darms
  • vieles Andere mehr

Bereits geringe Konzentrationen an Koffein stimulieren Aufmerksamkeit und Konzentrationsvermögen, erleichtern das Speichern von Informationen (Lernen !), beseitigen Ermüdungserscheinungen und reduzieren (bis zu einem gewissen Grad) das Schlafbedürfnis.

Eine gewisse euphorisierende Wirkung wird dem Koffein auch nachgesagt. Vermutlich ist es deswegen auch der Renner in Form von Energy Drinks auf Parties. Es verkürzt zwar, die Reaktionszeit, hat aber einen nachteiligen Effekt auf Geschicklichkeit, besonders dann wenn exaktes Timing und präzise Hand-Auge-Koordination gefordert ist. Ob das vielleicht von zittrigen Händen kommt ? Wir wissen es nicht.

Interessant ist auch was Forscher an der Universität Durham (UK) rausgefunden haben:

Die Wissenschaftler hatten 200 Studenten gefragt, wie viel Koffein sie täglich zu sich nähmen und ob sie gelegentlich Halluzinationen hätten, also ob sie etwa Stimmen hörten oder Dinge sähen, die gar nicht da seien. Bei der Auswertung der Befragung zeigte sich, dass die Teilnehmer, die besonders viel Koffein zu sich nahmen – täglich mehr als die Menge, die in sieben Tassen Instant-Kaffee steckt -, dreimal häufiger eingebildete Stimmen hörten als Teilnehmer, die kaum Koffein zu sich nahmen.
— Quelle: Handelsblatt.com

Ergo: Wenn Ihnen eine unsichtbare Stimme befiehlt mehr Kaffee zu kochen, ist es vielleicht an der Zeit die Koffeinzufuhr zu stoppen.

Wie funktioniert’s ?

Arbeitet unser Gehirn im Wachzustand entsteht als Nebeneffekt der Stoff Adenosin. Dieser bindet an bestimmte Bindungsstellen der Nervenzellen und regelt deren Leistung herunter. Dies dient als Schutzmechanismus gegen Überanstrengung. Je aktiver die Nervenzelle, desto mehr Adenosin schneller reichert sich Adenosin an und wir ermüden. Koffein ähnelt in seiner Struktur dem Adenosin und besetzt dessen Bindungsstellen ohne aber die selbe Wirkung auszulösen.

(1) Durch geistige Anstrengung entsteht Adenosin (grün), welches an den zugehörigen Rezeptor (blau) andockt. (2) Unsere geistige Leistungsfähigkeit nimmt ab, während immer mehr Adenosin erzeugt und gebunden wird. (3) Wir ermüden. (4) Koffein (rot) konkurriert mit dem Adenonsin um die Bindungsstellen. Sind diese schon mit Koffein belegt, kann kein Adenosin gebunden werden. (5) Oder: Koffein verdrängt Adenosin. (6) Resultat: Wir bleiben geistig hellwach.

Ergo: Wir bleiben wach und konzentriert ! Dies funktioniert aber nicht auf Dauer: Bleibt das Adenosin-Signal aus, reagiert die Nervenzelle darauf, indem sie mehr Adenosin-Bindungsstellen ausbildet und Adenosin-Moleküle wieder gebunden werden können und die Wirkung von Koffein fortan abgeschwächt ist. Man spricht von einer Toleranzbildung ! Diese Toleranz kann schließlich soweit gehen, dass sogar Entzugserscheinungen auftreten können, die sich dann in einem stark verstärkten Rückkehren der durch das Koffein bekämpften Symptome äußern.

Krabbel die Wand ´nuf

Gewöhnung tritt durch übermäßigen Koffeinkonsum über einen ausgedehnten Zeitraum auf. Was ist jedoch, wenn man es akut übertreibt ? Die gute Nachricht: Die tödliche Dosis Koffein ist sehr hoch. Man findet stark abweichende Werte dafür, aber man kann grob über den Daumen gepeilt 150 – 200 mg Koffein je kg Körpergewicht bei oraler Aufnahme annehmen. Das sind für einen Erwachsenen von 75 kg Körpergewicht etwa 11,3 g oder 94 Tassen starken Kaffee (>11 Liter). Da reines Koffein sehr bitter ist, und 11 Liter Flüssigkeit zu verputzen auch nicht gerade angenehm ist, können wir also annehmen, dass ein Vergiftungsszenario auf diesem Wege eher unwahrscheinlich ist. Vermutlich würden wir auch vor erreichen der tödlichen Dosis bereits so hibbelig werden, dass uns die Kaffeetasse ohnehin aus der Hand fällt.

Und mit dem Stichwort hibbelig, sind wir auch schon bei unerwünschten Wirkungen bei Überdosierung: Unruhe, Zittern, beschleunigter Puls und Extrasystolen (Herzrhythmusstörung)… Ein eher unschönes Gefühl, wie ich nach dem unüberlegten Genuss einer halben Füllung meiner Mokkakanne (entspricht etwa 3 Espresso Tassen oder 1 Pott) erfahren durfte. Man hat das Gefühl gleich die Wände hochkraxeln zu können und ist bis spät in die Nacht putzmunter. Ergo: Personen, die ohnehin schon zu Panikattacken und Angststörungen neigen, sollten starken Kaffee und Energy-Drinks eher meiden. Man kann sich diese Nebeneffekte sehr schön vorstellen, wenn man sich das Netz einer Spinne unter Koffeineinfluss anguckt:

Caffeinated spiderwebs.jpg
Gemeinfrei, Link

Das Netz sieht in der Tat aus wie mit zittriger Hand und heißer Nadel gestrickt.

Wieviel Koffein ist also unbedenklich ? Eine Orientierungshilfe ist das Merkblatt „Koffein“ der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), in welchem für (gesunde, nicht schwangere) Erwachsene eine Tageshöchstdosis von <400 mg als unbedenklich angenommen wird, bei einer maximalen Einzeldosis von 200 mg Koffein.

Geplanter Koffein-Konsum

Hat man aber nun zu tief in die Kaffeetasse geguckt, dann hat man an den Nebenwirkungen erst mal eine ganze Weile Freude. Die Halbwertzeit (also die Zeit die verstreicht, bis sich die Konzentration eines Stoffes im Körper halbiert hat) beläuft sich 2,5 – 4,5 Stunden. Eine Zeitspanne, die einem bei Herzrasen sehr lange vorkommen kann. Im ungünstigen Fall haben wir selbst nach 9 Stunden immer noch ein Viertel der ursprünglichen Koffeinmenge im Körper ! Es sei denn sie sind Raucher: Nikotinkonsum reduziert die Halbwertzeit von Koffein um 30 – 50 % ! Coffee & Cigarettes sind also keine so gute Kombo, wenn wir uns mit Koffein dopen wollen ! Bei Frauen, welche die Pille nehmen, ist es genau umgekehrt. Hier kann sich die Halbwertzeit verdoppeln ! Grapefruitsaft hat einen ähnlichen Effekt !

Interessante Mischung: Koffein & Grapefruit !

Wesentlich effizienter ist die Aufnahme von Koffein: Sein Übertritt vom Verdauungstrakt ins Blut erfolgt relativ zügig und fast vollständig. Bereits nach rund 15 Minuten ist Spitzenkonzetration im Blutplasma erreicht. (Dies entspricht auch der Dauer, bis der Morgenkaffee bei mir anspringt.) Enthält der flüssige Muntermacher auch Kohlensäure sogar noch rascher (Ein Hoch auf die Cola !).

Caffeine and where to find it

Bisher haben wir Kaffee und Cola als typische Koffeinquellen ausgemacht. Doch wieviel Koffein ist darin enthalten ?

  Portion Pro Portion Konzentration (mg/L)  
Filterkaffee Tasse (150 mL) 267–800 mg 40–120 mg/L Wikipedia
Kaffee, Starbucks Tall (354 mL) 235 mg 664 mg/L Starbucks.com
Espresso 40–60 mL 100 mg 1667–2500 mg/L Wikipedia
Espresso, Starbucks 40 mL 75 mg 1875 mg/L Starbucks.com
Tee, schwarz Tasse (300 mL) 31–96 mg 103–320 mg/L gruenertee.de
Tee, Earl Grey, SB Tall (354 mL) >40 mg >113 mg/L Starbucks.com
Coca Cola Glas (0,33 L) 39 mg 118 mg/L Stiftung Warentest
Pepsi Glas (0,33 L) 34 mg 103 mg/L Stiftung Warentest
Afri Cola Glas (0,33 L) 86 mg 260 mg/L Stiftung Warentest
Red Bull Dose (0,25 L) 80 mg 320 mg/L Red Bull
Club Mate Flasche (0,5 L) 100 mg 200 mg/L gruenertee.de

Wenn man sich im Internet auf die Suche nach dem Koffeingehalt verschiedenster Lebensmittel macht, wird man feststellen, dass man für viele uneinheitliche Angaben findet. Dies ist nicht überraschend, da es sich bei Kaffee, Tee und Schokolade um Naturprodukte handelt und der Gehalt an Inhaltsstoffen natürlich schwanken kann (saisonal bedingt oder bei unterschiedlichen Sorten). Zusätzlich kommt noch der Faktor Zubereitung ins Spiel: Mahlgrad des Kaffees, Verwendete Zubereitungsmethode, Qualität des Wassers etc. Je standardisierter die Zubereitung, desto einheitlicher das Ergebnis. So lässt sich auch erklären warum der Kaffee in großen Kaffeehausketten im Mittel eine relativ konstanten Koffeingehalt hat. Bei Fertigprodukten lässt sich dies natürlich noch viel genauer steuern.

Vergleichen wir die Einträge der Gattung Kaffee, sehen wir, das ein einzelner Espresso geringer zu Buche schlägt, als eine Tasse strammer Filterkaffee (kleinere Tasse, weniger Koffein). In punkto Konzentration ist der Espresso jedoch der ungeschlagene König bei den hier betrachteten Getränken !



Quelle: Amazon.com
Quelle: Amazon.com

Aber wie so oft im Leben neigt auch hier der Mensch zu Extremen. Wem herkömmlicher Kaffee nicht genug Bumms hat, der kann spezialisierte Kaffeesorten kaufen, die den Koffeingehalt auf die Spitze treiben. Nehmen wir z.B. Kaffee der Marke Biohazard, führt man sich pro 350 mL Pott etwa 928 mg Koffein zu. Eine solche Portion überschreitet also locker die 2-fache maximale Tagesdosis.

Biohazard Coffee featuring… (Quelle: Amazon.com)

Der Hersteller verspricht „Garantierte Schlaflosigkeit“ und ein „Gefühl der Unbesiegbarkeit“. Aber damit ist er gewiss nicht der einzige Anbieter solcher Super-Kaffees… Die Konkurrenz trägt so klangvolle Namen wie Death Wish, Black Insomnia und Atomic Coffee, um nur ein paar Beispiele zu geben.

Und was ist mit Tee ?

Der passionierte Teetrinker hat darüberhinaus sicher schon mal das Wort Teein gehört und wird sich jetzt nun fragen, in wie weit dies hier eine Rolle spielt. Letztendlich handelt es sich auch bei dem Teein um Koffein. Die Unterscheidung kommt historisch durch die Form zustande, in der das Koffein vorliegt: Im Kaffee ist Koffein als Komplex an Chlorogen-Säure gebunden.

Chlorosen-Säure – Der „Sidekick“ des Koffeins

Dieser wird bei der Röstung oder spätestens bei Kontakt mit Magensäure gespalten und das Koffein freigesetzt. Die Wirkung des Koffeins tritt rasch ein. Im Tee ist das Koffein-Molekül Teil eines stabileren Polyphenol-Komplexes, der erst im Darm gespalten wird. Die Wirkung tritt später ein, hält dafür aber länger !

Sweet Caffeine…

Wer gerne süße Getränke mag, kann auch dort seinen Koffeinbedarf stillen: Cola, Energy-Drinks und artverwandte Gesöffe… Ob Pepsi oder Coke, Koffeinmäßig tun sich die beiden Marken nicht viel und sind im unteren Bereich der Skala angesiedelt. Ein 0.33 L Glas davon kratzt so gerade am unteren Rand der „Filterkaffee-Liga“. Wer den etwas härteren Cola-Kick sucht, greift zur Afri-Cola, die mit 250 mg Koffein je Liter der Spitzenreiter.

Wer sein Koffein nicht trinken mag, der kann es auch in fester Form zu sich nehmen. Neben den (allzu offensichtlichen) Koffein-Tabletten, gibt es allerhand mit Koffein angereicherte „Nahrungsmittel“. Ein altbekanntes deutsches Produkt ist Scho-Ka-Kola, eine Schokolade, die mit den Extrakten aus Kaffee und der Kolanuss angereichert wurde. Anlässlich der Olympischen Spiele 1936 als „Sportschokolade“ eingeführt, machte sie im Zweiten Weltkrieg als „Fliegerschokolade“ von sich Reden und gibt es noch heute, wenn auch in weniger martialischem Kontext. 8 Ecken dieser runden Schokolade sollen dabei dem Koffeinequivalent einer Tasse Kaffee entsprechen.

Aber es gibt auch Kartoffelchips (Marke NRG Chips) mit 350 mg je 100 g, koffeiniertes Müsli (Caffeinated Granola, 100 mg pro Portion), Koffein-Marshmallows (Marke Stay Puft, nur original mit dem Marshmallow-Mann, 100 mg pro Stück) und noch vieles andere mehr.

Der Stay Puft Marshmallow Mann (Ghostbusters, Columbia Pictures)

Wir sehen also, auch wer keinen Kaffee mag, kriegt irgendwo seine Dröhnung Koffein ab. Bei der Auswahl an Koffein-haltigem Naschwerk sollte man jedoch auf der Hut sein, denn wer lässt es schon bei einem Marshmallow oder einer Hand voll Chips bewenden ? Wehe dem, der einen Fressflash kriegt… Der kann die überflüssigen Kalorien direkt wieder abhibbeln… 🙂

  1. http://www.fr.de/wissen/entwicklung-der-pharmazie-goethe-und-das-koffein-a-548933
  2. genauer gesagt: Ein Zustand der in seinen Eigenschaften zwischen denen einer Flüssigkeit UND eines Gases existiert.

Six Degrees of Bunsen

Vielleicht habt ihr ja schon mal vom Spiel “Six Degrees of Kevin Bacon” gehört. Ziel des Spieles ist es eine möglichst kurze Verbindung zwischen einem beliebigen Schauspieler und Kevin Bacon zu finden. Hierfür ermittelt man die Kevin-Bacon-Zahl:

Kevin Bacon hat die Kevin-Bacon-Zahl (KBZ) 0, jeder Schauspieler, der mit ihm einen Film gedreht hat, hat die KBZ 1, ein Schauspieler, der mit einem dieser Schauspieler einen Film gedreht hat, jedoch nicht mit Kevin Bacon, hat die KBZ 2 usw.

— Wikipedia: Bacon-Zahl

Um dies einmal zu verdeutlichen sehen wir uns mal das Verwandschaftsverältnis zwischen Kevin Bacon und Jan Josef Liefers (auch bekannt als der allseits beliebte Prof. Börne aus dem Münster Tatort) an:

(Quelle: Oracle of Bacon)

Und siehe da, Jan Josef Liefers ist über 3 Schritte mit Kevin Bacon verbunden. Interessanterweise ist die mittlere Kevin Bacon Zahl etwa 3. Wer das gerne einmal selbst für seinen Lieblingsschauspieler testen will, kann das mit dem Oracle of Bacon leicht ausprobieren.

Nun kann man dieses Spielchen nicht nur in der Film-Branche spielen, sondern auch in der Wissenschaft. So ist es z.B. in der Mathematik Gang und Gebe, dass Mathematiker ihre Erdös-Zahl , d.h. den wissenschaftlichen Verwandtschaftsgrad zum ungarischen Mathematiker Paul Erdös, zu bestimmen. Da es in der Wissenschaft keine Filme gibt, geschieht dies über die Koautorenschaft von wissenschaftlichen Publikationen.

(Quelle: Wikipedia, H2g2bob, Lizenz)

Davon und durch die Diskussion über den weitläufigen Stammbaum eines Kollegen inspiriert, habe ich mich mal daran gemacht meinen wissenschaftlichen Stammbaum zu ermitteln. Also von meinem Doktorvater zu dessen Doktorvater usw. Wäre ja schon schick als Chemiker aus Giessen von Justus Liebig (einem der Urväter der modernen Chemie) abzustammen.

Schon eine illustre Ahnenreihe. Alles Namen, von denen man als Chemiker schon mal gehört haben kann. Emil Fischer, bekannt für seine Strukturaufklärung der Glucose (Traubenzucker), Adolf von Baeyer synthetisierte als erster Indigo (den blauen Farbstoff der Jeans) und Barbitursäure (chemische Grundlage der Barbiturat Schlafmittel) und schließlich Robert Bunsen, der auch in Nichtchemiker Kreisen bekannt ist, da er dem Bunsenbrenner seinen Namen gab. Unter Anderem entdeckte er auch mit G. Kirchhoff die Elemente Cäsium und Rubidium.

Dieser sitzt aber nur auf einem Seitenast des Stammbaums: Es ist zwar wahrscheinlich, das Adolf von Baeyers durch Bunsen zu seiner Doktorarbeit über Derivate des Kakodyls inspiriert wurde, daran aber im Labor von Friedrich Kekulé  der sich zu selben Zeit auch in Heidelberg aufhielt arbeitete. Kekulé der für die Aufklärung der Strukturformel des Benzols, der bekannte Benzolring, bekannt ist, war wiederum ein Schüler Liebigs. Und siehe da: Tatsächlich eine Verbindung zum alten Liebig !!!