Bisphenol A

Bisphenol A (BPA) wird hauptsächlich zur Plastikproduktion verwendet, seine Nebenprodukte sind seit über 50 Jahren im Handel. Es dient auch bei der Verbindung von Polyestern, von Polysulfonaten, als Antioxidationsmittel in einigen Plastifiziermitteln und als Hemmstoff gegen die Polymerisierung von PVC. Vor allem aber ist es das Schlüsselmonomer bei der Herstellung von epoxidischen Harzen und den allermeisten Polycarbonatformen. Da absolut transparent und fast unzerbrechlich, ist Polycarbonat in zahlreichen Produkten für Kinder zu finden sowie in Flaschen, Sportartikeln, medizinischem, zahnmedizinischem und optischem Gerät, in Brillengläsern, Haushaltsgeräten und Schutzhelmen – überall dort, wo widerstandsfähiges und langlebiges Material gefragt ist.

BPA und Hormontätigkeit

Die Weltproduktion von BPA wurde für 2010 auf 2 Mio. Tonnen geschätzt. BPA verändert die Aktivität des endokrinen Apparates, indem es die Hormonrezeptoren aktiviert. Daher kann es, wenn es sich um erhöhte Dosen handelt, negative Folgen für die Gesundheit haben. Experimentelle Studien haben gezeigt, dass BPA die Tätigkeit von Östrogenen (die existenziell für die Hirnentwicklung ist) soweit nachahmt, dass schon kleinste Dosen die Aktivität der Östrogene mit ihrer Wirkung auf das neuronale Wachstum vollständig verhindern.

Obwohl die auf Basis von BPA polymerisierten Verpackungsmaterialien unter normalen Umständen als ausreichend stabil angesehen werden, können sie dennoch kleine, aber toxikologisch signifikante Mengen BPA abgeben, so dass ein erhöhtes Risiko besteht, dass Getränke oder Lebensmittel mit der Substanz verunreinigt werden. BPA wurde außerdem mit der Entwicklung zahlreicher weiterer Krankheitsbilder im Bereich des Fortpflanzungsapparates, der Prostata und der weiblichen Brust in Verbindung gebracht.

Die durchgeführten Studien zeigen eine klare Evidenz endokrinischer Folgen und erlauben es, eine tägliche Maximaldosis von 0,05 mg/kg Körpergewicht zu definieren [1].

Langfristiges Risiko nicht ausgeschlossen

Das U.S. National Institute of Environmental Health Sciences hat im September 2008 einen Entwurf zur Bewertung des Gesundheitsrisikos für den Menschen ausgegeben, das sich aus den komplexen Berührungspunkten durch Lebensmittel, Konsumprodukten und Lebensumständen ergibt [2]. Das Dokument hat die Effekte des BPA in den experimentellen Studien und die dazugehörigen Verbindungen „Dosierung /Reaktion“ mit den vorhandenen Informationen über das Niveau der Gefährdung des Menschen durch den Stoff verglichen, einschließlich der bis heute limitierten epidemiologischen Studien und biologischen Überwachungen.

Die Schlussfolgerungen schließen jegliches Risiko für die Fortpflanzungsgesundheit von Erwachsenen und Schwangerschaft aus. Dennoch bleibt die Sorge um ein langfristiges Risiko bei der endokrinen, neurologischen und produktiven Entwicklung in Folge einer Aussetzung im Mutterleib und/oder während der Kindheit nicht aus. Europa hat BPA-haltige Babyflaschen mit der Richtlinie 2011/8/ UE der Europäischen Union vom 28. Januar 2011 verbannt. Seit dem 1. März 2011 ist die Herstellung von BPA-haltigen Babyflaschen verboten, für Verkauf und Import gilt dies seit 1. Juni 2011.

Forschungsgruppe Polycarbonat/BPA

Gemeinsam haben die Verbände American Chemistry Council, Plastics Europe und die Japan Chemical Industry Association eine Forschungsgruppe zum Polycarbonat/BPA gegründet (www.bisphenol-A.org). Die Gruppe hat auch die Festlegung von BPA in unterschiedlichen Umgebungen bestimmt (Umwelt, biologische und Plastikmaterialien) [3]. Nach diesen Kriterien ist das Mittel der Wahl zur Bestimmung von BPA die Gas-Chromatoraphie, gekoppelt an die Massenspektrometrie (GC-MS), wobei die Bestätigung auf Basis des Verhältnisses zwischen dem Signal auf m/z 228 und m/z 213 erfolgt.

Dennoch wird bis heute ein Großteil der wissenschaftlichen Arbeiten unter Anwendung der HPLC-MS-MS-Technik zur BPA-Bestimmung publiziert. Diese Diskrepanz ist vielleicht der Notwendigkeit geschuldet, auch noch niedrigste Mengen erfassen zu können, was mit den auf dem Markt befindlichen Standard-GC-MS-Systemen nur schwer erreichbar ist.

BPA-Bestimmung mit GC-MS

Die GC-Methode beruht auf einer SLBR-5 ms-Säule von Supelco® von 15 m Länge und einem Innendurchmesser von 0,1 mm und einem Film von 0,1 µm. Das GC-Ofenprogramm sieht zunächst eine erste Phase von 1,5 min auf 160 °C und zwei Heizraten vor: die erste von 20 °C/min bis auf 260 °C, die zweite von 40 °C/min bis auf 320 °C. Die Injektionstemperatur ist 260 °C und die Lineargeschwindigkeit des Trägergases (Helium) ist 50 cm/s. Diese Einstellung bedingt einen Druck von über 700 kPa und eine Linearströmung von 0,86 ml/min. Die Gesamt-Zykluslaufzeit betragt 8 min, die maximale Retentionszeit 5,9 min.

Diese schnellen Analysenzeiten erfordern natürlich eine hohe Datenaufnahmegeschwindigkeit. Es wurden zwei Datenerfassungskanäle benutzt, einer im SIM-, der andere im SCAN-Modus zwischen m/z = 50 und m/z = 500. Die sogenannte „event time“ für den SCAN-Modus wurde auf 0,1 s. festgelegt (entspricht einer Scangeschwindigkeit von 5000 amu/s, was die Hälfte der erreichbaren Höchstgeschwindigkeit mit dem QP2010 ist). Im SIM wurden die Ionen m/z = 213 und m/z = 228 für das BPA und m/z = 224 für den internen Standard gemessen. Die Kalibrierung wurde mittels acht Standardlösungen in einer Konzentration von 0,1 µg/l bis 1000 µg/l hergestellt. Diese Methode hat sich als extrem verlässlich erwiesen. Die Messung wurde unter Verwendung eines internen deuterierten Standards (BPA-d16) durchgeführt.

Bestimmung von BPA mit HPLC-MS

Die HPLC-MS-Methode basiert auf einer Shim-Pack XR-ODS-Säule mit 50 mm Länge und 2 mm Durchmesser. Die Chromatographie wurde mittels eines Gradienten Wasser/Methanol durchgeführt; das Gradientenprogramm sieht eine erste Phase von 1 min von 20 % Methanol vor, bis zu einer Steigung bis zu 50 % in 5 min, dann eine weitere Rampe bis auf 100 % in weiteren 5 min, sodann einen Rückgang auf die Anfangskonditionen (20 % Methanol) in weiteren 2 min und schließlich eine Wiederherstellung des Gleichgewichts in 3 min. Die gesamte Analyse dauert 15 min. Der Fluss betrug 0,2 ml/min.

Auch in diesem Fall wurde die Datenerfassung sowohl im SCAN-Modus (die negativen Ionen messend) zwischen m/z = 180 und m/z = 480, als auch im SIM-Modus (negative Ionen) m/z = 227,20 und m/z = 241,30 durchgeführt. Die Ionenquelle ist eingestellt auf -3,5 kV, die Desolvation Line auf 250 °C. Der Fluss des Verneblergases beträgt 1,5 l/min.

Schlussfolgerungen

Die Möglichkeit, das BPA mit erhöhter Empfindlichkeit sowohl per GC-MS als auch per LC-MS zu quantifizieren, ist eine notwendige Voraussetzung bei der Analyse von Proben verschiedenster Herkunft. Seit den ersten durchgeführten Nachforschungen scheint das BPA in sehr vielen Gegenständen des täglichen Lebens verbreitet zu sein – wenn auch in geringer Konzentration.

Erst mit einer effizienten Quantifizierung des vorhandenen BPA in seinen verschiedenen Quellen kann man das tatsächliche Niveau der Gefährdung des Menschen und die Wirkung des BPA als endokriner Disruptor abschätzen.

Literatur

1. EFSA panel on food additives, flavourings, processing aids and materials in contact with foods – Efsa Journal Jan 2007doi: 10.2903/jefsa.2007.428
2. NTP-CERHR monograph on the potentional human reproductive and developmental effect of Bisphenol A – NIH Publication No.08-5994 Set 2008
3. www.bisphenol-a.org/pdf/ criteria_102002.pdf

Troisi Jacopo*), Di Fiore Raffaele*)

Laboratorio Chimico Merceologico, Az. Spec. CCIAA Napoli, Palumbo Giancarlo Università Federico II, Dottorando di Ricerca in "Scienza dell'Alimentazione e della Nutrizione", XXV ciclo, coordinatore: Prof. Franco Contaldo, Tutor: Prof. Maria Valletrisco.