Godesberger Ernährungsforum 2004

Milch ist ein Lebensmittel, das bedingt durch den hohen Gehalt an essenziellen Aminosäuren eine hochwertige Proteinquelle für den Menschen darstellt. Die enthaltenen Milchproteine tragen unterschiedlichste biologische Funktionen und besitzen vielfältige technofunktionelle Eigenschaften wie günstige Emulgier- und Schäumungseigenschaften. Insbesondere wegen der technofunktionellen Eigenschaften werden Milchproteine in vielen Lebensmitteln, beispielsweise Backwaren, Süßwaren, Fleischwaren etc., eingesetzt. Inzwischen werden jedoch neue und erweiterte Anforderungen an Lebensmittel gestellt, die mit Begriffen wie Wellness/Lifestyle Food, Dietary Supplements, Designer Foods, Pro-, Pre- und Synbiotics, Nutraceuticals bis hin zu Medical Food verknüpft sind. In diesem Sinne gilt es Technologien zu entwickeln, mit denen Milchproteine möglichst rein und mit nativer biologischer Funktion zu gewinnen sind.

Grob unterschieden werden die Milchproteine in die beiden Hauptfraktionen Caseine und Molkenproteine. Erstere sind bekannt für ihre hohe Calciumbindung und stellen den Ausgangsstoff für eine Vielzahl bioaktiver Peptide dar. Die Molkenproteinfraktion ist sehr heterogen zusammengesetzt und besitzt die unterschiedlichsten biologischen Funktionen. Sie umfasst

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Godesberger Ernährungsforum 2004

Rückstände entstehen durch unmittelbares menschliches Handeln wie zum Beispiel die Verabreichung von Antibiotika mit dem Futter und das Schlachten der Tiere vor dem Ende der Wartezeit. Diese Art der Belastungen war schon immer beherrsch- und vermeidbar.

Kontaminanten sind Schadstoffe, die nicht durch unmittelbares menschliches Handeln in Lebensmittel gelangen wie beispielsweise polyzyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) aus Autoabgasen auf Oberflächen von Pflanzen. PAK aus dem Räucherrauch sind jedoch Rückstände, da sie bei falschem Räuchern entstehen.

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Godesberger Ernährungsforum 2004

Pflanzenproteine sind die grundlegende Eiweißquelle für Mensch und Tier. Allerdings weisen pflanzliche Nahrungsmittel in der Regel Mängel in der Menge oder der Zusammensetzung, letzthin also der Qualität, auf. Dabei sind häufig einige der essenziellen Aminosäuren unterrepräsentiert und limitieren dadurch die Aufnahme und Verwertbarkeit der übrigen Aminosäuren. Getreide weist häufig unzureichende Lysin-, Tryptophan- und Methioningehalte auf, Gemüse und Kartoffeln weisen in unterschiedlichen Anteilen Lysin- oder Methioninmangel auf. Die Verbesserung der Aminosäurezusammensetzung und damit die Verbesserung der ernährungsphysiologischen Wertigkeit ist ein altes Züchtungsziel.

Mithilfe neuer Technologien besteht nun die Möglichkeit – und erste erfolgreiche Beispiele bestätigen dies – diesem Züchtungsziel näher zu kommen. Die eingesetzten Techniken umfassen sowohl biotechnologische Ansätze wie die Erzeugung genetisch verbesserter, transgener Pflanzen (GVPs) als auch die Beschleunigung klassisch, züchterischer Methoden. Die Verbesserung analytischer Plattformen und die Etablierung von Hochdurchsatzverfahren spielen eine wichtige Rolle, indem eine schnellere und gezieltere Durchmusterung von Zuchtpopulationen und eine Verfolgung wichtiger Merkmale erfolgen kann. Nicht zuletzt spielt der Erkenntnisgewinn im Bereich der Grundlagenforschung eine wichtige Rolle, der in den letzten Jahren vornehmlich durch die plattformorientierten „–omics“-Technologien vorangetrieben wurde. Beispiele werden demonstriert.

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Der Proteinbedarf eines Kindes ist eng an die Wachstumsgeschwindigkeit gekoppelt. Der Bedarf ist somit beim jungen Säugling am höchsten, um bereits im Verlauf des ersten Lebensjahres wesentlich abzunehmen. In den ersten drei Lebensmonaten haben Knaben gegenüber Mädchen einen leicht erhöhten Proteinbedarf. Mit dem pubertären Wachstumsschub steigt der Proteinbedarf kurzfristig wieder an. Die als Wachstum definierte grundsätzlich anabole Stoffwechselsituation des Kindes ist durch eine positive Stickstoffbilanz charakterisiert und unterscheidet sich dadurch vom Erwachsenen, der sich im Allgemeinen im Zustand einer 0-Bilanz befindet. In den ersten Lebensmonaten werden über 50% des Proteinbedarfs für das Wachstum benötigt. Mit einem Jahr beträgt der Anteil noch ca. 18 %.

Die N-Retention ist wiederum eng mit der gleichzeitigen Energiezufuhr verknüpft und kann durch diese wesentlich beeinflusst werden. Die Nettoproteinsituation ist das Ergebnis aus einer immer gleichzeitig ablaufenden Proteinsynthese und Proteindegradation. Für 1 g Nettozugewinn an Körperprotein müssen ca. 7 g Protein synthetisiert und ca. 6 g abgebaut werden. Wird der Nettoproteinzuwachs gegen den Energieverbrauch aufgetragen, so schneidet die Regressionsgerade die Ordinate bei ca. 40 kcal/kg/24 h. Energetisch werden somit 40 kcal/kg/24 h alleine für die Abläufe von Proteinsynthese und Proteindegradation benötigt. Wird der Nettoproteinzugewinn gegen die Proteinzufuhr aufgetragen, so schneidet die Regressionsgerade die Abszisse bei einer Proteinzufuhr von 0,3-0,4 g/kg/24 h. Damit wird eine Mindestproteinzufuhr zur Vermeidung eines Nettoproteinabbaus beschrieben.

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Bioaktive Inhaltsstoffe sind in den verschiedensten Nahrungsmitteln und Nahrungsmittelinhaltsstoffen nachgewiesen worden und durch eine physiologische Wirkung gekennzeichnet. Ein Schwerpunkt hat sich um die Beschreibung bioaktiver Proteine und Peptide gebildet, die vor allem in boviner Milch, in Kollostrum und Blut, in Fisch, Weizen und Soja nachgewiesen wurden. Neben den inaktiven Proteinen und deren Fragmenten, die Teil der Nahrung sind oder dieser zugesetzt werden können, interessieren zunehmend solche Inhaltsstoffe, die erst durch enzymatische Aktivität im Laufe des Verdauungsprozesses oder durch fermentative Prozesse im Rahmen der Lebensmittelreifung entstehen. Auch für diese Substanzen werden potenziell positive oder die Gesundheit fördernde Wirkungen postuliert.

Aus dem Protein boviner Milch können Peptide mit immunmodulatorischen Eigenschaften freigesetzt werden. Hierzu zählen Glykomakropeptid, Casein Phosphopeptid, Casomorphine, Casokinine und Spaltpeptide aus alpha-Laktalbumin, beta-Laktoglobulin und kappa-Casein, sowie Immunglobuline. Laktoferrin weist ebenfalls derartige Wirkungen auf.

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Proteine/Eiweiße erfüllen im Organismus vielfältige Aufgaben; sie sind entsprechend ihrer Struktur und Funktion die „Entscheidungsträger“ für das geordnete Wirken im Stoffwechsel und bestimmen letztlich den Phänotyp und die Eigenschaften eines Lebewesens. Sie wirken z.B. als Enzyme und katalysieren viele Reaktionen bis hin zur Bildung von neuen Produkten, über Signalpeptide und Hormone wirken sie als Regulatoren von Stoffwechselkaskaden, erkennen als Antikörper Fremdsubstanzen und führen sie dem Abbau zu oder bilden Muskelproteine, Haut und Haare.

Alle Eiweiße werden durch eine genetische Information determiniert und viele noch posttranslatorisch modifiziert. Im Gegensatz zu dem relativ einfachen Aufbau der genetischen Information durch die vier Basenpaare bestehen Proteine in der Regel aus 20 Aminosäuren. Diese Aminosäuren werden entsprechend der Basenfolge in der genetischen Information kombiniert und aus dieser Anordnung in der Primärstruktur ergeben sich dann Sekundär- und Tertiärstruktur. Aus diesen Strukturen leiten sich alle spezifischen Funktionen der Proteine ab.

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Oftmals wird bei der Festlegung einer adäquaten Ernährungstherapie davon ausgegangen, dass Patienten von bestimmten Nährstoffen mehr verbrauchen und bestehende Referenzwerte einfach erhöht werden müssen. Dies wird häufig auch für die Protein- bzw. Aminosäurenzufuhr angenommen.

Bei akuten bzw. chronischen pathophysiologischen Situationen ist die klassische Definition der Essenzialität von Aminosäuren zumindest zu überdenken. Tatsächlich müssen einige der so genannten nicht essenziellen Aminosäuren bei bestimmten Krankheitsbildern als unentbehrlich oder bedingt unentbehrlich eingestuft und somit exogen verabreicht werden.

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Seit über 30 Jahren wird von den Fachgesellschaften empfohlen, möglichst wenig tierisches Fett, dafür aber reichlich Kohlenhydrate zu verzehren, bei einem Proteinanteil von ca. 15 Prozent. Die Diskussion ist aber nie versiegt, mit welcher Relation der Nährstoffe optimaler und lang anhaltender Gewichtsverlust zu erreichen ist. Dies betrifft hauptsächlich die bedeutendsten Energieträger Fett und Kohlenhydrate. Dem Protein wurde in dieser Hinsicht wenig Bedeutung beigemessen. Kürzlich sind Untersuchungen bekannt geworden, dass proteinreiche und kohlenhydratarme Diäten wirksamer sind als die fettarmen Diäten, und haben hohe Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Diese Diäten zeichnen sich dadurch aus, dass proteinreiche Lebensmittel vor allen anderen bevorzugt werden. Dadurch verschiebt sich die Relation der einzelnen Nährstoffe untereinander. Bei Aufnahme von tierischem Protein werden zum Teil gleichzeitig höhere Fettmengen aufgenommen, bei Aufnahme von pflanzlichem Protein komplexe Kohlenhydrate, Ballaststoffe und Mikronährstoffe.

Die Rolle des Proteins für die Adipositastherapie im Vergleich zu anderen Makronährstoffen beinhaltet verschiedene Aspekte. Das sind Sattheit, Thermogenese, Körperzusammensetzung und Energieaufnahme. Unter ad-libitum-Bedingungen ist Protein der am meisten sättigende Nährstoff und könnte dadurch langfristig für die Adipositastherapie von Bedeutung sein. Nach dem Verzehr von Protein kommt es zu einer hohen nahrungsinduzierten Thermogenese, die zwischen 10 und 15% der gesamten Energieabgabe betragen kann. Proteinreiche Reduktionskost führt zu einem geringeren Verlust an Muskelmasse und ist nach der Gewichtsabnahme mit einem geringeren Aufbau von Fettmasse assoziiert. Diäten mit hohem Proteinanteil weisen einen hohen Gewichtsverlust auf im Vergleich zu Kontrollgruppen. Über die kurzfristige Anwendung dieser Diätform gibt es zahlreiche Studien mit positiven Resultaten. Ergebnisse bei langfristiger Anwendung für die Gewichtsreduktion und den Gewichtserhalt liegen nicht vor.

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Unter Katabolie versteht man den gesteigerten Abbau der Energiesubstrate Glykogen (kurzfristiger Energielieferant), Eiweiß (Muskelschwund) und Fett (Gewichtsverlust). Folgen der Katabolie sind Malnutrition, Schwäche und Immobilisation, Ateminsuffizienz, Immunsuppression und Wundheilungsstörungen. Die Katabolie kann durch Messung der Stickstoffbilanz, des Gewichts und der Magermasse (lean body mass) quantifiziert und durch klinische Zeichen wie Dystrophie und Kachexie
registriert werden.

Untergewicht ist definiert als ein Gewichtsverlust von ca. 20% unterhalb der Norm. In letzter Zeit hat sich der "body mass index" (BMI) als Gewichtsklassifikation durchgesetzt. Der BMI berechnet sich aus Körpergewicht in kg geteilt durch das Quadrat der Körpergröße in Meter. Im Gegensatz zum Gewicht kann für den BMI ein Normalbereich für Männer und Frauen angegeben werden (19-25 kg/m2).

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Allergische Erkrankungen durch Nahrungsmittel umfassen alle möglichen Lebensmittelgruppen. Die auslösenden Allergene sind in der Regel Proteine von Pflanze und Tier. Die klinische Symptomatik umfasst Symptome zwischen Bagatelle und schwerer Krankheit (Rhinitis, Konjunktivitis, Husten, Atemnot, Urtikaria, Quincke-Ödeme, atopische Dermatitis, enterale Allergien, Kontakturtikaria, anaphylaktischer Schock u.a.). Das Ausmaß der klinischen Symptomatik ist nicht abhängig davon, ob es sich um ein tierisches oder pflanzliches Protein handelt. Die Schwere der allergischen Reaktion ist darüber hinaus abhängig vom individuellen Sensibilisierungsgrad des Patienten. Darüber hinaus bestimmen Hitzelabilität und Hitzestabilität das Ausmaß der klinischen Symptomatik im Krankheitsfalle.

Während über eine Zunahme der Prävalenz atopischer Erkrankungen in den letzten Jahrzehnten kaum Zweifel bestehen, sind für die Häufigkeit von Nahrungsmittelallergien nur begrenzte epidemiologische Daten verfügbar. Dies liegt unter anderem daran, dass Prävalenzen für bestimmte Allergene an verschiedene Altersgruppen gebunden sind. Bei Säuglingen und Kleinkindern überwiegen die Nahrungsmittel Kuhmilch und Hühnerei, während bei Erwachsenen pflanzliche Nahrungsmittelallergene dominant sind.

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Heute wird in Sport- und Lifestyle-Magazinen eine Supplementierung mit unspezifischen und spezifischen Aminosäurengemischen in Form von Eiweiß-Drinks unter leistungs- und regenerationsfördernden Aspekten allgemein propagiert. Ob im Rahmen eines körperlich aktiven Lebensstils der Eiweißstoffwechsel allerdings längeranhaltend einer eiweißhaltigen Nahrungsergänzung bedarf, hängt von der Art, der Intensität und dem Umfang der körperlichen Belastungen ab.

Unstrittig ist, dass die muskuläre Proteinsynthese durch ein intensives erschöpfendes Krafttraining anabol beeinflusst wird. Akut erfolgt eine Aktivierung der Aminosäurenutilisation im Bereich der kontraktilen Proteine der Muskelfilamente (Myosin, Aktin), chronisch tritt eine Hypertrophie der belasteten Muskelgruppen ein. Demgegenüber sind bei intensiven Langzeit-Ausdauerbelastungen akut eher katabole Rückwirkungen auf den Eiweißstoffwechsel zu erwarten. Einige Aminosäuren werden im muskulären Energiestoffwechsel direkt verbraucht, andere im Rahmen der zunehmenden Glykogenverarmung als Substrat für die verstärkte Glukoneogenese genutzt.

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