Ziele und Projektkonzeption

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1 Molekulare, physiko-chemische und zelluläre Mechanismen der sensorischen (rezeptorvermittelten) Wahrnehmung von Lipiden und Lipoiden sowie deren Einfluss auf die Sättigungsregulation Erkenntnisbasierter Ansatz zur Entwicklung fettreduzierter Lebensmittel Ziele und Projektkonzeption Univ. Prof. Dr. Peter Schieberle

2 Möglichkeiten zur Gewichtsreduktion Eat Fiber Exercise Reduce Fat Reduce calories 1 g Eiweiß 4,1 kcal oder 17,1 kj. 1 g Kohlenhydrate 4,1 kcal oder 17,1 kj. 1 g Fett 9,3 kcal oder 38,9 kj. 1 g Alkohol 7,1 kcal oder 29,3 kj.

3 Vergleich fettarmer Joghurt vs. Sahnejoghurt (je 100g) fettarm Sahnejoghurt Brennwert: 52 kcal 146 kcal Proteine: 4,3 g 2,6 g Kohlenhydrate 10,3 g 15,5 g Fett: 1,5 g 8,2 g

4 Herausforderung Notwendigkeit zur Produktion von energie- und damit v.a. von fettreduzierten Lebensmitteln Aber: Fettreduktion führt zur Veränderung der sensorischen Eigenschaften von Lebensmitteln schlechtere sensorische Akzeptanz beim Verbraucher Höhere Verzehrsmengen von sog. Light -Produkten - möglicherweise infolge einer veränderten Hunger-/Sättigungsregulation, so dass es zu keiner deutlichen Verringerung der Energieaufnahme kommt (Pierce et al. 2007: Obesity 15, )

5 Die multifunktionelle Rolle von Lipiden/Lipoiden in der sensorischen Akzeptanz und der Sättigungsregulation Energieträger (im Wesentlichen die Triacylglyceride) Fähigkeit zur Bildung von Emulsionen (Textur) Bildung von Fettfilmen auf der Mundschleimhaut (mouthfeel) Träger (Lösungsmittel) von Aroma- und Geschmacksstoffen (Lipoide, Minorkomponenten) Generierung eines Sättigungsgefühls (postprandiale Sättigungsregulation) u.a. durch freie Fettsäuren und bisher unbekannte Lipoide?

6 Die Bewertung der Nahrungsqualität mit peripheren Sensoren Geruchsstoff-Rezeptoren Geschmacksstoff-Rezeptoren Mechano-Rezeptoren (Textur) Geschmackstoff-Rezeptoren im Dünndarm Insulinrezeptoren in der regio olfactoria

7 Postprandiale Regulation des Hunger- bzw. Sättigungsgefühls im Hypothalamus durch Hormone mit anorexigener Wirkung (neben Leptin und Insulin auch freie Fettsäuren) Serotonin Sättigung Leber Freisetzung von Glucose Nahrungsaufnahme Adipocyten Freisetzung von Fettsäuren Leptin Blut Insulin Threlin: orexigen (im Magen gebildet) Cholecystokinin: anorexigen (in Darmmucosazellen gebildet)

8 What is a receptor? Paul Ehrlich Chemist and Immunologist Nobel prize for medicine in 1907 John N. Langley Physiologist, UK Binding of a pharmacon (ligand) to fixed, susceptible structures Cells with molecular structures at the surface are able to chemically interact with ligands assumed the binding by so-called receptive compounds

9 What is meant with the idea of a receptive structure? extracellular intracellular membrane Stimulus Rezeptor 1. INTERACTION 2. INTRINSIC ACTIVITY specific saturable reversible signal transduction reaction cascade cellular function

10 Discovering the human olfactory receptor repertoir A novel multigene family may encode odorant receptors L. Buck & R. Axel; Cell transmembrane G protein-coupling receptors (~390 aa)

11 Der Nobelpreis für Chemie 2012: Robert Lefkowitz und Brian Kobilka Die Funktionsweise eines G-Protein gekoppelten Rezeptors (aus Spektrum )

12 Ziel Klärung des Einflusses von Fetten und Fettbegleitstoffen auf die olfaktorische und gustatorische sowie die mechano-sensorische Wahrnehmung auf molekularer und mikrostruktureller Ebene Klärung des Einflusses von Fetten und Fettbegleitstoffen auf die postprandiale Sättungsregulation

13 3 Hypothesen 4 Arbeitsfelder Beeinflussung der Mikrostruktur/ Textur Mechanosensorik AG Hinrichs AG Schuchmann Texturbeschreibung/ Fließverhalten in-vitro AG Busch-Stockfisch AG Delgado Lipide, Lipoide als Modulatoren des Fettaromas und - geschmacks, Rezeptoren AG Hofmann AG Schieberle AG Meyerhof Postprandiale Mechanismen der Sättigungsregulation AG Somoza AG Häring AG Fritsche

14 Arbeitsfeld: Texturmodifikation Fette werden i.d.r. nicht in reiner Form verzehrt, sondern als fest/flüssig-systeme bzw. komplexe Emulsionen (z.b. Joghurt) Variation der Tröpfchengröße durch Rezeptur bzw. verfahrenstechnische Maßnahmen möglich mechanosensorische Detektion im Mund Korrelation Mensch vs. Maschine Mundgefühl durch Fettfilm auf Mucosa AK Hinrichs: Modulation der Rezepturen AK Schuchmann: Erzeugung von Doppelemulsionen AK Delgado: Simulation der Mechanoperzeption AK Busch-Stockfisch

15 Arbeitsfeld: Identifizierung retronasal-olfaktorisch und orosensorisch wirksamer Modulatoren des Fettgeschmacks von Nahrungsfetten AKs Hofmann, Schieberle und Meyerhof ZIELE: - Strukturidentifizierung von Lipiden/Lipoiden, die an der retronasalen sowie orosensorischen Wahrnehmung von Lipiden/Lipoiden beteiligt sind. - Klärung der Mechanismen der mechano-sensorischen Belegung der Mundschleimhaut durch in-vivo-fluoreszenzmessungen - Charakterisierung von Lipid- und Lipoidrezeptoren

16 Arbeitsfeld: Postprandiale Mechanismen AKs Somoza, Fritsche, Häring Klärung der Regulationsmechanismen der Sättigung, induziert durch Lipide und Lipoide Human- und Tierstudien, Zellkulturstudien Bestimmung der zirkulierenden Nährstoffe und Hormone (insbesondere Insulin und Serotonin) Bestimmung peripherer und zentraler Hormonspiegel

17 Texturbeschreibung in vitro; Humansensorik AGs Delgado und Busch-Stockfisch Numerische Simulation Rheologische Messung 1 Sensorisches Panel 0 1 x KNN 0 x Fuzzy Logic Bestimmung lebensmittelinduzierter mechano-sensorischer Empfindungen Korrelation mit humansensorischen Daten 17

18 AGs: Fritsche, Somoza, Hinrichs Screening Randomisierung Run-in Intervention (3 Monate) n=10, entrahmtes Milchprodukt Interventions studie Humanstudie n=50 n=10, entrahmtes Milchprodukt + 40g Rapsöl n=10, entrahmtes Milchprodukt + 40g Milchfett n=10, entrahmtes Milchprodukt + 40g Olivenöl n=10, entrahmtes Milchprodukt + 40g Schweineschmalz Proof of concept Studie oraler Glucosetoleranztest MEG/fMRI Placebo MEG/fMRI Insulin Screening Randomisierung Run -in n=20 Intervention (3 Monate) entrahmtes Milchprodukt oraler Glucosetoleranztest MEG/fMRI Placebo MEG/fMRI Insulin Human optimiertes Milchprodukt oraler Glucosetoleranztest MEG/ fmri Placebo MEG/ fmri Insulin oraler Glucosetoleranztest MEG/ fmri Placebo MEG/ fmri Insulin

19 Gesamtvernetzungsplan TP 4 Fritsche Tier- und Humanstudien; Neuronale Sättingungsregulation TP 8 (7) Delgado Mundrheologie, Numerik TP 9 (8) Busch-Stockfisch Humansensorik TP 3 Somoza Tier- und Humanstudien; Hormonale Sättigungsregulation TP 1 Hinrichs Technologie; Mikro- und Makrostrukturen TP 2 Schuchmann Textur/Doppelemulsionen TP 6 (5) Hofmann/Schieberle Molekulare Sensorik; Mouthfeel TP 7(6) Meyerhof Fettrezeptoren/ Mechanosensoren