Kieselsäure, Kieselerde und Silikat sind drei natürlich vorkommende Silizium-Formen, die für den menschlichen Körper von Bedeutung sind. Doch nicht jede dieser drei Silizium-Formen kann der Körper auch gleichermaßen gut verwerten, obwohl sie alle zu den körperlich verwertbaren Sauerstoffverbindungen von Silizium zählen.
Ortho-Kieselsäure ist die besser bioverfügbare Silizium-Form
Beim Vergleich der drei Siliziumformen schneidet die Kieselsäure hinsichtlich der Verwertbarkeit am besten ab. Besonders hohe Kieselsäuregehalte finden sich in stark kieselsäurehaltigen Pflanzen wie Bambus, Schachtelhalm oder Brennnesseln.
Zwar wird Silizium für den Menschen bislang nicht als lebensnotwendiges Spurenelement eingestuft, dennoch übernehmen Kieselsäure, Kieselerde und Silikat verschiedene wichtige Funktionen im menschlichen Körper. Eine Silizium-Unterversorgung kann mit spürbaren gesundheitlichen Auswirkungen verbunden sein, denn in ihrer natürlichen Form liefern Kieselsäure, Kieselerde und Silikate das wichtige Baumaterial zum Aufbau und Erhalt der Körpergewebe.
Die Substanzen werden aber nicht nur als stützendes Gerüst in Knochen, Haaren und Fingernägeln eingebaut. Auch in der Haut, den Muskeln, dem Bindegewebe und Organen übernehmen sie eine stützende Funktion.
Wenn der Körper zu wenig verwertbare Siliziumverbindungen erhält, kann nicht nur das Wachstum von Haaren und Nägeln sichtbar beeinträchtigt werden, es gibt auch Hinweise darauf, dass eine Unterversorgung mit Silizium die Entstehung von Osteoporose begünstigt.
Kieselsäure wird im Vergleich am besten aufgenommen und ist am schnellsten verwertbar
Kieselsäure, Kieselerde und Silikat unterscheiden sich in der Bioverfügbarkeit. Wie gut verwertbar die einzelne natürliche Silizium-Form für den menschlichen Organismus ist, zeigt ihre Bioverfügbarkeit. Die Bioverfügbarkeit ist eine pharmakologische Messgröße, die bei der Untersuchung von Kieselerde, Kieselsäure und Silikat den entsprechenden Nachweis liefern kann, wie schnell und zu welchem prozentualen Anteil jeder der Mikronährstoffe vom Körper aufgenommen wird und nach seiner Aufnahme dem systemischen Kreislauf am Wirkort als Wirkstoff zur Verfügung steht.
Im Vergleich ergaben Messungen zur Bioverfügbarkeit dieser drei Silizium-Formen, dass die einfache Form der Kieselsäure, die auch als Ortho-Kieselsäure bezeichnet wird, vom Körper in größerem Umfang aufgenommen wird als Polykieselsäure.
Wasserärmere Polykieselsäuren, zu denen auch die Kieselerde zählt, entstehen aus der wasserreicheren Orthokieselsäure, wenn es in einem chemischen Prozess zur Wasserabspaltung kommt.
Abgesehen von gesundheitsschädlichen kristallisierten Silikat-Mineralien wie sie etwa auch in Form von Asbest-Partikeln in den Körper gelangen können, werden Kieselsäure, Kieselerde und die meisten Silikate als Stoffe mit geringer Toxizität eingestuft. Ein Grund für die Bewertung sind Untersuchungen, die ergaben, dass menschliche Nieren wesentlich höhere Siliziummengen ausscheiden können, als sie täglich im Durchschnitt aufnehmen.
Die Aufnahme von Kieselsäure oder Kieselerde über den Verdauungstrakt wirkte bislang weder beim Menschen noch bei Tieren krebsauslösend und führte auch nicht zu Veränderungen des Erbgutes.
Aufnahme und Verwertung von Kieselsäure, Kieselerde und Silikat
Siliziumverbindungen in Form von Kieselsäure, Kieselerde und Silikat nimmt der Körper nicht nur über siliziumhaltige Lebensmittel auf, sie können auch über die Atemluft in den Körper gelangen. Nach Angaben der European Food Safety Authority (EFSA) nehmen wir täglich zwischen 20 und 50 Milligramm Silizium über die Nahrung auf. Einige Experten gehen aber von geringeren Aufnahmemengen aus und geben an, dass der Mensch täglich zwischen 9 und 14 Milligramm an Siliziumverbindungen aufnimmt, wobei tatsächlich nur etwa 4 Prozent vom Körper verwertet werden.
Der verbleibende Siliziumanteil verlässt den Körper unverändert mit dem Stuhl. Wie Untersuchungen zeigten, hängt die Aufnahmefähigkeit von Kieselsäure, Kieselerde und Silikat immer auch von verschiedenen körperlichen Voraussetzungen ab. Körperliche Faktoren, die die Aufnahmefähigkeit von Siliziumverbindungen beeinflussen können, sind insbesondere der Fasergehalt der Nahrung, Alter und auch das Geschlecht. Weiteren Einfluss nimmt die Aktivität der endokrinen Drüsen.
Tabelle: Silizium-Formen und Silizium-Produkte mit Wirkung auf den menschlichen Körper
Ortho-Kieselsäure (H4SiO4)
Ortho-Kieselsäure kommt in Gewässern sowie in der menschliche, tierischen und pflanzlichen Zellflüssigkeit vor.
Produkte
Organische Produkte sind Mineralwässer, Heilwässer und auch pflanzliche Lebensmittel, besonders zum Beispiel Bambus, Schachtelhalm und Brennnessel. Aber auch tierische Lebensmittel sowie einige Nahrungsergänzungsmittel erhalten Ortho-Kieselsäure.
Wirkung und Verhalten von Ortho-Kieselsäure
Ortho-Kieselsäure wirkt nur in stark verdünnter Lösung und es ist besser bioverfügbar und löslich als Kieselerde. Sie unterstützt den Aufbau von Bindegewebe sowie den Aufbau von Haut, Haaren und Nägeln bei optimaler Bioverfügbarkeit und übt außerdem günstige Wirkung auf den Fettstoffwechsel aus. Experten vermuten, dass sie mit Vitamin-D an Knochenbildung beteiligt ist und vermutlich auch die Gesundheit der Arterien fördert.
Ortho-Kieselsäure besitzt die Fähigkeit zur Bindung von Aluminium. Oral aufgenommene Kieselsäure wirkt beim Menschen weder krebsauslösend noch mutagen.
Poly-Kieselsäure/ Kieselerde (SiO2)
Poly-Kieselsäure kommt in Erdschichten mit fossilen Kieselalgen (Diatomeen) und Strahlentierchen (Radiolarien) vor sowie in Gewässern. In Gewässern ist es in Schwämmen und Kieselalgen im Phytoplankton zu finden.
Produkte mit Kieselerde
Produkte aus Kieselerde sind vornehmlich Nahrungsergänzungsmittel und Insektenschutzmittel. Meist wird es in Insektenschutzmitteln in Form von kristallinem Kieselgur als Insektenschutzmittel gegen Schädlinge wie Läuse, Flöhe, Vogelmilben oder Kakerlaken, Wanzen und Haarlinge eingesetzt.
Viele Nahrungsergänzungsmittel bestehen aus stark gereinigter Kieselerde, die auch unter der Bezeichnung „Terra Silicea“ bekannt ist. Sie sind zur innerlichen Einnahme geeignet. Eine weitere Form, die in Nahrungsergänzungen angeboten wird, ist die kolloidale Kieselsäure (Kieselsol).
Wirkung und Verhalten von Kieselerde
In Produkten mit Kieselerde wird kristallines und nicht kristallines Siliziumdioxid wirksam, wobei nur die nicht kristallinen Anteile als gesundheitsfördernd bewertet werden. Kieselerde-Produkte besitzen eine deutlich schlechtere Bioverfügbarkeit und Löslichkeit als Produkte mit Ortho-Kieselsäure.
Oral aufgenommene Kieselerde wirkt beim Menschen weder krebsauslösend noch mutagen.
Quarze/ Silikate (SiO2 und SiO2-Varietäten, INCI Silica)
Quarze und kommen als Salze der Kieselsäuren sowie in Quarzsand und Kieselsteinen vor. Doch auch Edelsteine wie zum Beispiel der Bergkristall und Beryll oder auch der Amethyst und Opal bestehen aus Siliziumdioxid.
Auch in Ton, Glimmer und Feldspat sind Silikate enthalten. Siliziumdioxid kann auch synthetisch hergestellt werden.
Produkte
Entsprechende Produkte entstehen aus verarbeiteten Quarzen, beziehungsweise aus Salzen der Kieselsäure. Dazu zählen neben Quarzglas und den Lebensmittelzusatzstoffen E551, E552, E553a, E553b, E554, E556, E558 und auch E559 auch Produkte mit Kieselgel (Silicagel).
Weitere Produkte bilden Talkum, Kaolin, Glimmer oder auch Zeolithe und Asbest.
Wirkung und Verhalten
Die Salze sind körperlich besser bioverfügbar, während andere Silikatformen kaum bioverfügbar sind. Quarzsand und Silikate in Form von Lebensmittelzusatzstoffen gelten als zusätzliche Siliziumquelle.
Selten wurden nach der Einnahme von trisilikatreichen, beziehungsweise magnesiumsilikatreichen Antazida Silikat-Harnsteine festgestellt.
Die Inhalation von SiO2-Stäuben kann zur Silikose (Quarzstaublunge) führen. Kristallines SiO2 kann bei der Inhalation Krebs auslösen.
Kieselsäure kommt organisch in Pflanzen und im Menschen vor
Die einfachste Kieselsäure ist die Monokieselsäure (SI(OH)4). Sie ist eine chemische Verbindung von Silizium mit Wasserstoff und Sauerstoff. Sie ist auch unter der Bezeichnung Ortho-Kieselsäure geläufig. Diese Siliziumform ist eine verbindungsfreudige schwache Säure, die in allen Gewässern, pflanzlichen Flüssigkeiten und menschlichen Körperflüssigkeiten organisch vorkommt. Zu wenig Kieselsäure im Körper zeigt negative Auswirkungen.
Zu wenig Kieselsäure im Körper äußert sich häufig in Form von brüchigen Haaren und Nägeln etwa auch durch blasse und faltige Haut. Wie viel Kieselsäure der Körper benötigt, können Experten bislang nur schätzen. Für diese Substanz ist bislang kein empfohlener Tagesbedarf von der Deutschen Gesellschaft für Ernährung e.V. herausgegeben worden, da Silizium aktuell nicht zu den nicht lebensnotwendigen Nährstoffen zählt.
Nach Schätzungen von Ernährungswissenschaftlern benötigt der Körper täglich zwischen 20 bis 50 mg Silizium aus der Ernährung.
Pflanzliche Lebensmittel verfügen über die meiste Ortho-Kieselsäure
Pflanzliche Lebensmittel enthalten mehr Silizium in Form der gut verwertbaren Ortho-Kieselsäure als tierische Lebensmittel. Ein großer Teil der Kieselsäure entsteht in der Natur in den Bodenschichten durch Kieselalgen, die ihren Panzer aus Kieselsäure aufbauen.
Regenwasser und Sickerwasser lösen Kieselsäure auf ihrem Weg durch die Schichten aus den Silikaten der Bodenmineralien und reichern das Wasser damit an. Niedere Tiere in natürlichen Gewässern können die dort vorkommende Kieselsäure in Siliziumdioxid (SiO2) umwandeln und bauen auf diese Weise ihren schützenden Skelettpanzer auf.
Einige Mineralwässer und Heilwässer enthalten neben anderen Mineralstoffen auch nennenswerte Anteile an Kieselsäure. Manches Heilwasser enthält dabei mehr als 30 mg Kieselsäure pro Liter. Kieselsäure aus Heilwasser und Mineralwasser ist vom menschlichen Körper sehr gut verwertbar.
Auf Gräsern und Halmen sorgen dagegen scharfe Siliziumdioxid-Kristalle für ausgeprägte Schnittkanten. Durch die scharfen Siliziumdioxid-Kristalle nutzen sich die Zähne von Tierarten, die sich von den Gräsern ernähren, besonders stark ab. Einige Tierarten verfügen deshalb über einen Zahnaufbau, der die abgenutzten Zähne nachwachsen lässt. Bei Wiederkäuern wie Rindern und Schafen können sich beim Weiden auf siliziumreichen Böden und beim Fressen hoher Mengen von opalreichen Gräsern Kieselharnsteine bilden. Kieselharnsteine bestehen aus nicht kristallinem Opal und treten insbesondere bei Tieren auf, die Urin mit saurem pH-Wert aufweisen.
Kieselerde kommt am häufigsten vor
Kieselerde besteht oft aus versteinerten Kieselalgen und Strahlentierchen. Zusammen mit den Quarzen und Silikaten zählt die Kieselerde zu den Siliziumdioxiden (SiO2). Siliziumdioxide stellen mengenmäßig die wichtigste Gruppe dar und sind auch am meisten auf der Erde vertreten. Produkte aus Kieselerde entstehen in Folge einer chemischen Reaktion mit Orthokieselsäure durch Wasserabspaltung.
Zur Gruppe von Silizumdioxid zählen insbesondere die Kieselerde in Form fossiler Sedimente, die auch als Kieselgur bezeichnet wird. Kieselgur, der aus ausgestorbenen Strahlentierchen (Radiolarien) und Skelettpanzern der Kieselalgen (Diatomeen) des tertiären Erdzeitalters besteht, wurde etwa auch in Norddeutschland bis in die 90er Jahre abgebaut. Fossile Kieselgur-Ablagerungen verfügen über einen hohen Kieselsäure-Gehalt. Man unterscheidet zwischen nicht kristalliner (amorpher) und kristalliner Kieselerde. Beim Einatmen von hohen Mengen kristalliner Kieselerde über lange Zeiträume traten bei Arbeitern in Kieselgur-Fabriken Lungenschäden auf und das Risiko für Lungenkrebs stieg an.
Kieselerde ist ein beliebtes Nahrungsergänzungsmittel
Je nach Reinigungsgrad wird Kieselgur zu industriellen Zwecken etwa in der Halbleitertechnik oder als stark gereinigtes pharmazeutisches Produkt für die innerliche Anwendung. Einen hohen organischen Kieselsäure-Anteil besitzen insbesondere Diatomeenerde, Kieselgur und Kieselerde, die Bestandteil vieler Nahrungsergänzungsmittel sind. Stark gereinigte Kieselerde trägt häufig die Bezeichnung Terra Silicea, bzw. Silicea Terra.
Mehr als 10.000 Arten von Kieselalgen bevölkern Gewässer aller Klimazonen und bilden einen wesentlichen Teil des Phytoplanktons.
Durch Auflösen von nicht kristallinem Siliziumdioxid, zu dem die Kieselerde zählt, kann Kieselsäure erzeugt werden. Höhere Konzentrationen führen schließlich zu Polykieselsäuren.
Löslichkeit von Siliziumdioxid ist stark von Temperatur und pH-Wert abhängig
Kieselsäure in Form von Siliziumdioxid löst sich in einem Liter kaltem Wasser bei einem niedrigem pH-Wert von 7 nur in geringer Menge von 0,12 g (120 ppm). Mit zunehmender Temperatur und zunehmendem pH-Wert steigt die Löslichkeit aber stark an. Bei einem pH-Wert von 11 und einer Temperatur von 25 °C ist die Löslichkeit mit mehr als 0,9 g/l (900 ppm) am stärksten. Bei einer Temperatur von 100 °C und einem pH-Wert von 7 beträgt die Löslichkeit dagegen nur etwa 0,35 g (350 ppm).
Silikate
Silikate sind die Salze der Kieselsäuren. Silikate bilden die Silizium-Form, die nur langsam und schlecht löslich ist. Durch Verkieselung ist diese Silizium-Form fähig, versteinerte Wälder, Quarze oder Fossilien zu bilden. Silikate gibt es in vielen Formen, von denen einige auch unterschiedliche Metalle enthalten. Solche Silikate sind unter anderem mit Eisen, Aluminium, Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen verbunden.
Silikate können natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. Sie gelangen über die Atemluft oder durch verschiedene Lebensmittelzusatzstoffe wie etwa E551 in den menschlichen Körper.
Aus Monosilikaten lässt sich eine viel höher konzentrierte aber unstabile Kieselsäure-Lösung herstellen. In Abhängigkeit von Konzentration, pH-Wert und Temperatur vollzieht sich eine rasche Konzentration, die nur Sekunden oder auch Tage stabil ist. Im Verlauf trübt sich dann die klare Lösung ein, bis sie am Ende in die Form einer starren und gallertartigen Masse übergeht. Diese Form wird als Kiesel-Hydrogel bezeichnet.
Silikate in Lebensmitteln
Bis zu 2 Prozent Silikate, die wasserlöslich und nicht kristallin sind, dürfen Lebensmittelhersteller ihren Produkten zusetzen. Siliziumhaltige Lebensmittelzusatzstoffe bestehen aus Kieselsäure in Form von Siliziumdioxid (SiO2) oder Abkömmlingen der Kieselsäure. Sie werden nicht nur als Füllstoff und Trennmittel eingesetzt, sondern auch als Trägerstoffe.
Verschiedene siliziumhaltige Lebensmittelzusatzstoffe sind aktuell zugelassen.
E551 Siliziumdioxid
Siliziumdioxid kommt in Form von Kieselsäure natürlich vor und wird als Füllstoff, Trennmittel und Trägerstoff verwendet. E551 wird aus natürlich vorkommendem Quarzsand hergestellt. Der Einsatz ist nur in bestimmten Lebensmitteln erlaubt. Dazu zählen Scheibenkäse, geriebener Käse, Kochsalz, Kochsalzersatz und auch Würzmittel. E551 gilt als unbedenklich und darf auch in biologischen Lebensmitteln eingesetzt werden.
E552 Calciumsilicat
Calciumsilicat ist ein Abkömmling der Kieselsäure und wird als Trennmittel und Trägerstoff verwendet. Hergestellt wird E552 aus natürlich vorkommendem Quarzsand. Auch sein Einsatz ist nur in bestimmten Lebensmitteln erlaubt. Dazu zählen neben Scheibenkäse, geriebenem Käse und Kochsalz auch Kochsalzersatz, Trockenlebensmittel in Pulverform und auch Würzmittel. E552 gilt als unbedenklich, darf aber nicht in biologischen Lebensmitteln eingesetzt werden.
E553a Magnesium(tri)silicat
Magnesiumtrisilicat ist ein Abkömmling der Kieselsäure und wird als Trennmittel und Füllstoff verwendet. Hergestellt wird E553a synthetisch. Der Einsatz ist jedoch nur in bestimmten Lebensmitteln erlaubt. Dazu zählen Scheibenkäse, geriebener Käse, Kochsalz, Kochsalzersatz, Trockenlebensmittel in Pulverform ebenso wie Würzmittel. E553a wird als unbedenklich eingestuft, darf aber nicht in biologischen Lebensmitteln eingesetzt werden.
E553b Talkum
Talkum ist ein Abkömmling der Kieselsäure und wird als Trennmittel und Füllstoff verwendet. Hergestellt wird E553b synthetisch. Der Einsatz ist nur in bestimmten Lebensmitteln erlaubt. Dazu zählen Käse, Kaugummi, Kochsalz, Kochsalzersatz, Reis, Trockenlebensmittel in Pulverform, Wurstoberflächen und auch Würzmittel. E553b gilt als unbedenklich und darf auch in biologischen Lebensmitteln eingesetzt werden.
E554–E556 Aluminiumsilicate
Aluminiumsilicate sind Abkömmlinge der Kieselsäure und werden als Trennmittel verwendet. Hergestellt werden die Kieselsalze E554–E556 aus natürlich vorkommendem Quarzsand. E 554 bezeichnet das Natriumaluminiumsilicat, E555 das Kaliumaluminiumsilicat und E556 das Calciumaluminiumsilicat. Der Einsatz ist nur in bestimmten Lebensmitteln erlaubt. Dazu zählen Käse, Kaugummi, Kochsalz, Kochsalzersatz, Reis, Trockenlebensmittel in Pulverform, Wurstoberflächen und auch Würzmittel. E554–E556 gelten als unbedenklich, dürfen aber nicht in biologischen Lebensmitteln eingesetzt werden. Nierenkranke Personen, die unter chronischer Niereninsuffizienz leiden, können Aluminium im Körper anreichern.
E558 Bentonit
Bentonit ist vulkanisches Tongestein und wird als Trägerstoff verwendet. Hergestellt wird E558 aus natürlichem Vulkangestein. Der Einsatz ist ausschließlich als Trägerstoff für Farbstoffe zugelassen. Verwendet werden darf Betonit als technischer Hilfsstoff für Wein, Kakaobutter und Säfte. E558 gilt als unbedenklich, darf aber nicht in biologischen Lebensmitteln eingesetzt werden.
E559 Aluminiumsilicat, Kaolin
Kaolin ist ein Abkömmling der Kieselsäure und wird als Trennmittel und Trägerstoff verwendet. Hergestellt wird E559 aus natürlichen Gesteinen. Der Einsatz ist nur in bestimmten Lebensmitteln erlaubt. Dazu zählen Scheibenkäse, geriebener Käse, Kaugummi, Kochsalz, Kochsalzersatz, Trockenlebensmittel in Pulverform sowie Würzmittel. E559 gilt als unbedenklich und darf aber nicht in biologischen Lebensmitteln eingesetzt werden.
Autor: Katja Schulte Redaktion
Datum: 03/2019 | aktualisiert 30.09.2024
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Quellen und weiterführende Informationen:
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