'ß -.-:-- Schriftenreihe des Bundesministeriums für Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirtschaft Reihe A: Angewandte Wissenschaft Heft 495 Lipide als Funktionelle Lebensmittel Wissenschaftliche Koordination Prof. Dr. Siegfried Warwel Dr. Nikolaus Weber U ~ ll I Landwirtschaftsverlag cmbh -~ Münster-Hiltrup
Inhalt Seite Verzeichnis der Autoren Vorwort Klaus Trenkle V VII Was sind funktionelle Lebensmittel? Michael de Vreese und Jürgen Schrezenmeir ""' (1 Alle Rechte, auch die der fotomechanischen Vervielfältigung und des auszugsweisen Nachdrucks, vorbehalten durch Bundesministerium für Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirtschaft Druck: LV Druck im Landwirtschaftsverlag GmbH, 48084 Münster (1000/IX 2002) Diese Veröffentlichung kann zum Preis von 11,- beim Landwirtschaftsverlag GmbH - Leserservice -, 48084 Münster, bezogen werden. ISSN 0723-7847 ISBN 3-7843-0495-8 Fette und andere Lipide als funktionelle Lebensmittel - eine Übersicht Nikolaus Weber, Kumar D. Mukherjee und Siegfried Warwel co3-fettsäuren und funktionelle Lebensmittel Kumar D. Mukherjee, Siegfried Warwel und Nikolaus Weber Milchlipide in Ernährung und Gesundheit - Wirkung von Fettsäuren mittlerer Kettenlänge (MCFA) Maria Pfeuffer und Jürgen Schrezenmeir Konjugierte Linolsäuren - eine Lipidklasse mit funktionellen Eigenschaften bei Mensch und Tier Gerhard Jahreis und Jana Kraft Konjugierte Linolsäuren - Anreicherung von definierten Isomeren durch enzymatische Verfahren, Robert Borgdorf, Markus Wezstein, Eberhard Fehling und Siegfried. Warwel Einfluss der Fütterung auf die Qualität von Rind- und Schaffleisch Karin Nürnberg Einfluss der Fütterung auf die Qualität von Schweinefleisch und daraus hergestellter Schweinefleischerzeugnisse Karl-Otto Honikel, Heiko Rosenbauer und Ditmar Kühne Antioxidantien und oxidativer Stress Achim Bub Phytosterole und Phytosterylester Nikolaus Weber und Kumar D. Mukherjee Phospholipide für funktionelle Lebensmittel Michael Schneider Funktionelle Lebensmittel - Rechtliche Aspekte Klaus Trenkle III 25 65 83 101 135 157 167 183 189 211 237
Antioxidantien und oxidativer Stress Achim Bub Institut für Ernährungsphysiologie Bundesforschungsansta[f für Ernährung, Karlsruhe Inhalt Einleitung 2 Oxidativer Stress 3 Antioxidative Systeme 4 Endogene und exogene Antioxidantien 5 Ausblick
184 Einleitung In der Pathogenese zahlreicher Erkrankungen und auch beim Alterungsprozess scheint oxidativer Stress eine zentrale Rolle zu spielen. Dies gilt insbesondere für Herzkreislauferkrankungen (Diaz et al. 1997) und Krebs (Johnson et al. 1994), die zusammen für etwa Dreiviertel der Todesfälle in Deutschland verantwortlich sind (Statistisches Jahrbuch 1998). Als oxidativen Stress bezeichnet man das Überwiegen von Oxidantien gegenüber den vorhandenen Antioxidantien. Durch diese Oxidantien, die auch Prooxidantien genannt werden, kommt es zu Schäden an Zellen und Zellbestandteilen, die - sofern sie nicht repariert werden - sich manifestieren und Pathomechanismen auslösen können. Solchen Schäden kann der menschliche Körper durch eine Vielzahl von antioxidativen Mechanismen entgegenwirken. Neben den körpereigenen Abwehrmechanismen spielen Antioxidantien aus der Nahrung eine wesentliche Rolle. Durch eine abwechslungsreiche Ernährung mit viel Gemüse und Obst können antioxidative Funktionen des menschlichen Körpers gesteigert werden. 2 Oxidativer Stress Oxidantien, z.b. reaktive Sauerstoffverbindungen und freie Radikale (Tabelle l ), sind hochreaktiv. Sie entstehen physiologischerweise en'c!ogen als Stoffurechselprodukte und haben dort ihre berechtigte Funktion zum Beispiel in der Energiegewinnung (Atmungskette), in der Signaltransduktion oder der körpereigenen Immunabwehr. Aber auch exogene Quellen (z.b. Rauchen, bestimmte Medikamente, Alkohol) können unseren Körper mit Oxidantien belasten. Bei oxidativem Stress, kommt es zu Schäden an Proteinen, Lipiden und der Erbsubstanz. Je nach Ausmaß des oxidativen Stresses reagiert der Organismus darauf mit Reparatur des Schadens, bei der die Zelle überlebt. Kann bei mäßigem Tabelle 1 Reaktive Sauerstoffverbindungen und freie Radikale HO" RO" ROO" Hydroxylradikal Alkoxylradikal Peroxylradikal L" (linolenyl radical) Fettsäureradikal H202 Wasserstoffperoxid 02- Superoxid radikal-anion 1 02 Singulett-Sauerstoff o- Zigarettenteer-Radikal NO" ONOO- Stickstoffmonoxid radikal Peroxynitrit-Anion oxidativem Stress der Schaden nicht repariert werden, wird der gezielte Zelltod, die Apoptose eingeleitet. Bei massiven oxidativen Schäden kommt es zur Nekrose der Zellen unter entzündlicher Beteiligung des umliegenden Gewebes. 3 Anticixidative Systeme Um solchen Schäden vorzubeugen bzw. diese zu reparieren, ist der menschliche Organismus mit einer Reihe von Schutz- 185 und Reparaturmechanismen ausgestattet: antioxidative Systeme. Streng genommen werden als Antioxidantien solche Stoffe bezeichnet, die die Oxidation einer anderen Substanz verzögern oder verhindern. Weiter gefasst können die oben aufgeführten Reparaturmechanismen ebenfalls dazu gerechnet werden. Eine international verbindliche Klassifikation der Antioxidantien existiert nicht. Sie lassen sich strukturell, funktionell und nach Vorkommen einteilen (Tabelle 2). Hieraus ergibt sich für den Menschen folgende Zusammenstellung der antioxidativen Systeme: 1. Proteine 1.1 Enzyme Glutathion-Peroxidase Katalase Superoxiddismutase DNA-Reparatursysteme Paraoxonase 1.2 Metall-Transportproteine Ceruloplasmin Transferin Lactoferin 1.3 Thiolproteine 2. Niedermolekulare Antioxidantien 2.1 Lipid-lösliche Antioxidantien VitaminE Carotinoide Coenzym QlO Retinol a-liponsäure 2.2 Wasser-lösliche Antioxidantien Ascorbat Glutathion sekundäre Pflanzenstoffe Harnsäure Bilirubin
186 187 Tabelle 2 Klassifikation von Antioxidantien gegeben werden. Bei einem ausreichenden Verzehr von Gemüse und Obst ("5 am Tag") kann jedoch von einer adäquaten Zufuhr ausgegangen werden. Proteine niedermolekulare Substanzen Tabelle 3 Endogene und exogene Antioxidantien enzymatisch nicht-enzymatisch fettlöslich wasserlöslich exogene endogene Vitamine sekundäre Pflanzenstoffe 4 Endogene und exogene Antioxidantien Aus ernährungswissenschaftlicher Sicht ist die Einteilung der Antioxidantien in endogene und exogene (Tabelle 3) von gewisser Relevanz, da die Zufuhr der exogenen Antioxidantien über die Nahrung erfolgt, aber auch die Bildung endogener Antioxidantien, z.b. der Harnsäure, von der Ernährungsweise beeinflusst wird. Die tägliche Aufuahme essenzieller Nährstoffe mit antioxidativer Funktion (Vitamin E, Vitamin C) beträgt etwa 100 mg. Die Aufuahme antioxidativer sekundärer Pflanzenstoffe aus Gemüse und Obst hingegen kann leicht 1000 mg und mehr erreichen (Watzl und Leitzmann 1999). Über die Auswahl geeigneter Lebensmittel können die Plasmakonzentrationen einzelner Antioxidantien erhöht und damit die ausreichende Versorgung mit Antioxidantien sichergestellt werden (Tabelle 4). Dies kann dazu beitragen der Entstehung von Erkrankungen des kardiovaskulären Systems und Krebs entgegenzuwirken. 5 Ausblick Um wissenschaftlich gesicherte Aussagen über die notwendige Zufuhr von exogenen Antioxidantien und der Reduktion des Risikos an koronaren Herzkrankheiten (KHK) oder Krebs zu erkranken zu erhalten sind jedoch noch weitere umfangreiche Studien notwendig. Eine Empfehlung für die Zufuhr [D.A.CH. Referenzwerte bzw. DRI (USA)] gibt es gegenwärtig lediglich für die antioxidativen Vitamine (C und E), für ß-Carotin und Spurenelemente (Se). Für antioxidativ wirksame sekundäre Pflanzenstoffe fehlen gegenwärtig hauptsächlich die Daten zu Bioverfügbarkeit und Dosis-Wirkungsbeziehungen. Deshalb können für diese Substanzgruppe keine Zufuhrempfehlungen endogen Harnsäure Bilirubin Albumin Glutathion Ubichinon Ceruloplasmin Transferrin Enzyme Tabelle 4 Vitamine exogen Carotinoide Phenolsäuren Flavonoide Anthocyane Curcumin andere sekundäre Pflanzenstoffe Antioxidantien-Konzentrationen (µm) in humanem Plasma a-tocopherol 15-40 y-tocopherol 3-5 ß-Carotin 0.3-0.6 a-carotin 0.05-0.1 Lycopin 0.5-1.0 Vitamin A 1.6-3.5 Coenzyme Q10 0.4-1.0 Vitamin C 30-150 Harnsäure 160-450 Bilirubin 5-20 Plasma-Thiole 300-600
188 Literatur Diaz, M.N., Frei, B., Vita, J.A. and Keaney, J.F. (1997) Mechanisms of disease: Antioxidants and atherosclerotic heart disease. New Engl. J. Med. 337, 408-416 Johnson, LT., Williamson, G. and Musk, S.R.R. (1994) Anticarcinogenic factors in plant foods: A new class ofnutrients? Nutr. Res. Rev. 7, 175-204 Statistisches Jahrbuch der Bundesrepublik Deutschland (1998), Statistisches Bundesamt Wiesbaden (Hrsg.), Verlag Metzler-Poeschel, Stuttgart Watzl, B. und Leitzmann, C. (1999) Bioaktive Substanzen in Lebensmitteln, 2. Aufl., Hippokrates Verlag, Stuttgart Phytosterole und Phytosterylester Nikolaus Weber und Kumar D. Mukherjee Institut für Lipidforschung Bundesanstalt für Getreide-, Kartoffel- und Fettforschung, Münster Dr. Achim Bub Institut für Ernährungsphysiologie Bundesforschungsanstalt für Ernährung Haid-und-Neu-Str. 9 76131 Karlsruhe Inhalt Einleitung 2 Herstellung von Phytosterolen, Phytostanolen und deren Estern 3 Physiologische Wirkungen von Phytosterolen, Phytostanolen und deren Estern 3.1 Wirkung auf die Resorption von Cholesterol 3.2 Cholesterol senkende Wirkung 3.3 Wirkung auf die Resorption von lipidlöslichen Antioxidantien und Vitaminen 4 Sicherheitsaspekte bei der Anreicherung von Lebensmitteln mit Phytosterolen, Phytostanolen und deren Estern 5 Empfehlungen für die Ernährung mit Lebensmitteln, die mit Phytosterolen, Phytostanolen und deren Estern angereichert wurden