Wie beeinflussen Fettsäuren das Risiko von Herzkrankheiten und was muss man darüber wissen?

Die Rolle von Fettsäuren in der Ernährung und deren Auswirkungen auf die Gesundheit sind nach wie vor ein komplexes und oft missverstandenes Thema, insbesondere im Hinblick auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen. In den letzten Jahrzehnten hat sich die Wissenschaft über die grundlegenden Empfehlungen zur Reduzierung gesättigter Fettsäuren und der Gesamtfettaufnahme weiterentwickelt. Obwohl die Erhöhung des Konsums von ungesättigten Fettsäuren in den meisten Ernährungsrichtlinien als gesundheitsförderlich gilt, ist es wichtig zu erkennen, dass die Zusammenhänge zwischen Ernährung, Cholesterinwerten im Blut und dem Risiko von Arteriosklerose sowie koronaren Herzkrankheiten (KHK) weitaus differenzierter sind, als es zunächst erscheinen mag.

Die Unterscheidung zwischen gesättigten Fettsäuren verschiedener Kettenlängen sowie den verschiedenen Typen von ungesättigten Fettsäuren ist mittlerweile von entscheidender Bedeutung. Besonders Fettsäuren wie Myristinsäure, Laurinsäure und Palmitinsäure sind bekannt dafür, den Cholesterinspiegel signifikant zu erhöhen, während Stearinsäure anscheinend weniger stark wirkt. Dennoch bleibt die Analyse von Fettsäuren aus natürlichen Quellen kompliziert, da viele Fette, die stearinsäurereich sind, gleichzeitig auch große Mengen an Palmitinsäure enthalten, was es schwierig macht, eindeutige Schlüsse aus Populationstudien zu ziehen.

Ein weiteres Problem entsteht, wenn man die tatsächlichen gesundheitlichen Vorteile von Margarine betrachtet. Der einfache Austausch von Butter durch Margarine mit hohem Gehalt an ungesättigten Fettsäuren führt nicht zwangsläufig zu einer spürbaren Senkung des Risikos für KHK, was die Werbung für solche Produkte oft suggeriert. Margarine hat nicht immer die positiven Effekte, die ihr zugeschrieben werden, und die fettchemische Zusammensetzung vieler Pflanzenöle kann in bestimmten industriellen Prozessen, wie etwa der Herstellung von Gebäck, kaum ersetzt werden. So werden bei der Herstellung von Snacks, die in hohen Temperaturen frittiert werden, oft gesättigte Fette verwendet, da ungesättigte Fette in solchen Prozessen instabil sind.

Darüber hinaus wird zunehmend erkannt, dass die bloße Aufnahme von Fett in der Nahrung – etwa durch den Konsum von Cholesterin-reichen Lebensmitteln – kaum Einfluss auf den Cholesterinspiegel im Blut hat. Vielmehr haben neuere Studien gezeigt, dass der Zusammenhang zwischen diätetischem Cholesterin und dem Cholesterinspiegel im Blut weniger klar und deutlich ist, als von vielen Herstellern von Pflanzenölprodukten häufig dargestellt wird.

Ein weiterer Aspekt, der oft übersehen wird, ist die Bedeutung von essenziellen Fettsäuren in der Ernährung. Essenzielle Fettsäuren wie Linolsäure und Arachidonsäure sind für den menschlichen Körper unverzichtbar und spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulierung vieler physiologischer Prozesse. Linolsäure wird vom menschlichen Körper aus pflanzlichen und tierischen Quellen gewonnen und ist eine der wichtigsten Omega-6-Fettsäuren. Sie ist nicht nur ein wesentlicher Bestandteil der Zellmembranen, sondern auch Vorläufer von bioaktiven Substanzen wie Prostaglandinen, die eine zentrale Rolle bei Entzündungsprozessen und der Kontraktion von glatten Muskeln spielen.

Arachidonsäure, eine andere essentielle Fettsäure, wurde lange Zeit als „Vitamin F“ betrachtet, weil sie für die Produktion von Prostaglandinen und anderen Eicosanoiden von entscheidender Bedeutung ist. Diese Substanzen haben eine Vielzahl von physiologischen Funktionen, von der Regulierung der Blutgerinnung bis hin zur Modulation von Entzündungsprozessen. Trotz ihrer Bedeutung für die Gesundheit haben viele Diäten heutzutage einen Mangel an diesen essentiellen Fettsäuren, was sich negativ auf die langfristige Gesundheit auswirken kann.

Insgesamt zeigt sich, dass Fettsäuren nicht nur nach ihrer Art – gesättigt oder ungesättigt – beurteilt werden sollten, sondern auch nach ihrer spezifischen Rolle in der menschlichen Ernährung und deren Auswirkungen auf das Gesundheitsrisiko. Ebenso sollten die Auswirkungen anderer begleitender Faktoren wie Antioxidantien und die Art der Fettaufnahme in die tägliche Ernährung in Betracht gezogen werden, um ein umfassendes Verständnis für ihre Rolle in der Prävention von Herzkrankheiten und anderen ernährungsbedingten Erkrankungen zu entwickeln.

Wie beeinflusst die Struktur von Proteinen ihre biologische Funktion?

Die Aminosäuren, die die Bausteine der Proteine bilden, sind durch spezifische chemische Bindungen miteinander verknüpft. Eine Veränderung in der Sequenz, selbst bei nur einer einzigen Aminosäure, kann die Funktion des Proteins vollständig verändern oder sogar zerstören. Dies unterstreicht die Bedeutung der exakten Reihenfolge der Aminosäuren, die für die korrekte Struktur und damit auch für die biologische Aktivität des Proteins erforderlich ist. Ein einfaches Beispiel hierfür ist das Milchprotein β-Lactoglobulin, das in der Milch von Kühen vorkommt. Die Aminosäuresequenz dieses Proteins ist gut untersucht und verdeutlicht, wie jede Aminosäure an einer präzisen Position in der Kette sitzt, um die Funktion des gesamten Moleküls zu ermöglichen.

Die Bedeutung der exakten Sequenz von Aminosäuren wird auch durch die Art und Weise hervorgehoben, wie sich diese Sequenzen in verschiedenen Organismen wiederholen. Die genetische Information, die für die Synthese eines Proteins verantwortlich ist, wird in der DNA codiert. So können sehr ähnliche oder sogar identische Proteinstrukturen in verschiedenen Arten auftreten, insbesondere bei eng verwandten Lebewesen. Die Aminosäuresequenzen sind also nicht nur ein fundamentaler Bestandteil der Biologie, sondern auch ein Spiegel der Evolution und der Verwandtschaft von Arten.

Die Struktur der Proteine ist nicht nur auf die Primärstruktur beschränkt, die die lineare Reihenfolge der Aminosäuren beschreibt. Sie umfasst auch die Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur, die die Faltung und die spezifische dreidimensionale Anordnung der Polypeptidketten betreffen. Diese Strukturen sind entscheidend für die Funktionalität des Proteins, da sie bestimmen, wie Proteine mit anderen Molekülen interagieren. Ein einfaches Beispiel hierfür ist das Enzym, dessen spezifische Struktur es ihm ermöglicht, eine chemische Reaktion zu katalysieren.

Das Verständnis der Proteinstruktur und ihrer Funktionen ist daher von entscheidender Bedeutung für die Biochemie und auch für die Ernährungswissenschaften. Proteine liefern nicht nur essentielle Aminosäuren, die für den Körper notwendig sind, sondern sie übernehmen auch spezifische Aufgaben wie die Katalyse von Reaktionen, den Transport von Molekülen oder die Bereitstellung von Energie. Die Kenntnis der Proteinstruktur hilft dabei, besser zu verstehen, wie der Körper auf verschiedene Nahrungsmittel und Diäten reagiert und welche Proteine für die Gesundheit und das Wohlbefinden am wichtigsten sind.

Die Qualität und Menge der Proteine, die wir über die Nahrung aufnehmen, spielen eine Schlüsselrolle für die menschliche Gesundheit. Lebensmittel wie Fleisch, Fisch, Eier und Milchprodukte sind reich an hochwertigen Proteinen, die alle essentiellen Aminosäuren enthalten. Pflanzenbasierte Lebensmittel wie Hülsenfrüchte und Nüsse liefern ebenfalls wertvolle Proteine, deren Zusammensetzung jedoch in einigen Fällen nicht alle essentiellen Aminosäuren in ausreichender Menge bietet. Die Kenntnis der Proteinzusammensetzung von Lebensmitteln ist daher wichtig, um eine ausgewogene Ernährung sicherzustellen, die den Körper mit allen notwendigen Aminosäuren versorgt.

Es ist auch von Bedeutung, wie die Struktur und die Eigenschaften von Proteinen in verschiedenen Lebensmitteln erhalten bleiben. Der Kochprozess, insbesondere das Erhitzen von Lebensmitteln, kann die Struktur von Proteinen verändern, was wiederum ihre Nahrhaftigkeit beeinflussen kann. Zum Beispiel kann das Erhitzen von Eiern oder Fleisch die Proteinstrukturen denaturieren, was die Verdauung und Absorption der Aminosäuren verändern kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Proteine und ihre Aminosäuresequenzen nicht nur eine fundamentale Rolle in der Biologie spielen, sondern auch für die Ernährung und Gesundheit des Menschen von entscheidender Bedeutung sind. Der menschliche Körper ist auf eine präzise Zusammensetzung und ausreichende Menge an Proteinen angewiesen, um optimale Funktionen zu gewährleisten. Daher ist es wichtig, ein tiefes Verständnis für die Struktur von Proteinen sowie ihre biologische Bedeutung zu entwickeln, um die Ernährung besser an die Bedürfnisse des Körpers anzupassen.

Wie wird der Proteingehalt in Lebensmitteln bestimmt und welche Bedeutung haben unterschiedliche Methoden?

Die quantitative Bestimmung von Proteinen in Lebensmitteln unterliegt einer Vielzahl methodischer Ansätze, die jeweils spezifische Limitationen und Vorteile aufweisen. Zunächst ist zu beachten, dass analytische Resultate stark von den Anteilen der Zielaminosäuren in den zu untersuchenden Proteinen abhängen und meist relativ zu einem willkürlich gewählten Standardprotein angegeben werden müssen. Ein klassisches Beispiel hierfür ist die Lowry-Methode, die vor allem unter Biochemikern verbreitet ist, jedoch wegen ihrer Einschränkung auf vollständig gelöste Proteine in Lösungen mit Konzentrationen bis etwa 300 µg/cm³ weniger in der Lebensmittelanalytik Anwendung findet. Bei alkalischen Bedingungen und in Gegenwart von Kupferionen reduziert Tyrosin das Phosphomolybdotungstat zu einem blauen Komplex, dessen Konzentration spektrophotometrisch gemessen werden kann.

Die mit Abstand am häufigsten verwendete Methode zur Proteindetermination in Lebensmitteln, besonders in offiziellen Labors, ist das Kjeldahl-Verfahren. Dieses misst den Gesamtstickstoffgehalt einer Probe, welcher unter der Annahme, dass organischer Stickstoff vorwiegend in Proteinen gebunden ist, zur Berechnung des Gesamtproteingehalts herangezogen wird. Die typischen Nicht-Protein-Stickstoffanteile in Lebensmitteln sind meist vernachlässigbar, ebenso wie Nitrat- und Nitritkonzentrationen, selbst in gepökeltem Fleisch. Da der Stickstoffanteil in Proteinen ungefähr 16 % beträgt, wird ein Umrechnungsfaktor von 6,25 verwendet. Allerdings variiert dieser Faktor abhängig von der Aminosäurezusammensetzung: Getreideproteine, mit ihrem hohen Glutaminanteil, weisen einen Stickstoffgehalt auf, der einen Faktor von etwa 5,70 erfordert; Gelatine, mit ihrem hohen Glycingehalt, benötigt 5,55. Fleischprotein verwendet den Standardfaktor 6,25, während Milch und Ei mit Faktoren von 6,38 beziehungsweise 6,68 berechnet werden. Praktisch alle Angaben auf Lebensmittelkennzeichnungen beruhen auf dieser Berechnungsmethode.

Das Kjeldahl-Verfahren selbst beinhaltet die Zersetzung der Lebensmittelprobe in konzentrierter Schwefelsäure bei Temperaturen nahe 400 °C, katalysiert durch Schwermetallsalze wie Kupfersulfat. Natriumsulfat erhöht den Siedepunkt der Schwefelsäure, was eine vollständige Oxidation der organischen Substanz ermöglicht. Der im Anschluss freiwerdende Ammoniak wird durch Dampfdestillation in einer Markham-Anlage in Borsäure überführt und dort durch Titration ermittelt. Moderne Labore nutzen hierfür oft teilautomatisierte Systeme.

Instrumentelle Methoden wie die Nahinfrarot-Reflektanzspektroskopie (NIRS) bieten insbesondere bei der Routineanalyse großer Probenmengen Vorteile. Bei Feststoffen wie Mehl werden Absorptionswerte bei charakteristischen Wellenlängen für Hydroxylgruppen (Stärke), Amidgruppen (Protein) und Hintergrundreferenzen bestimmt. Daraus wird der Proteingehalt durch Differenzbildung berechnet. Voraussetzung ist jedoch die genaue Partikelgrößenkontrolle. Diese Methode ermöglicht eine schnelle, automatisierte Analyse, beispielsweise bei der Kontrolle von Weizenlieferungen vor der Vermahlung.

Spezifische Farbreaktionen für einzelne Aminosäuren wurden entwickelt, sind jedoch meist ungenau oder unvollständig hinsichtlich der vollständigen Aminosäurebestimmung. Daher haben chromatographische Verfahren wie die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) in modernen Laboren die Papier- und Dünnschichtchromatographie abgelöst. Bei der HPLC werden Aminosäuren oft vorab derivatisiert, um die Trennung und Detektion zu erleichtern. Alternativ kann die Eluatlösung mit Ninhydrin behandelt werden, das mit den meisten Aminosäuren einen blauen Farbstoff bildet, mit sekundären Aminen wie Prolin und Hydroxyprolin hingegen gelb reagiert.

Die Kenntnis der Proteinbestimmungsmethoden ist essenziell, um die Variabilität und Einschränkungen bei der quantitativen Analyse von Proteinen in Lebensmitteln zu verstehen. Besonders wichtig ist die Bewusstheit über die Annahmen, die bei der Umrechnung von Gesamtstickstoff in Protein gemacht werden, da unterschiedliche Proteinarten variierende Stickstoffgehalte aufweisen und damit unterschiedliche Umrechnungsfaktoren erfordern. Ferner sollte die Auswahl der Methode immer in Abhängigkeit von der Probenbeschaffenheit, dem analytischen Ziel und dem erforderlichen Genauigkeitsgrad getroffen werden.

Welche Verbindungen sind für den charakteristischen Geschmack von Obst und Gemüse verantwortlich?

Die Aldehyde spielen eine wesentliche Rolle nicht nur in der Aromatik von Obst und Gemüse, sondern auch in der Fermentation von alkoholischen Getränken. Während der alkoholischen Fermentation katalysieren Hefen enzymatische Reaktionen mit Aminosäuren aus Malz oder anderen Rohstoffen, was zu Aldehyden führt. Diese Aldehyde und die aus ihnen gebildeten Alkohole sind wichtige Aromastoffe, insbesondere in destillierten Spirituosen, wo sie als Fuselöle bekannt sind und häufig mit den Kopfschmerzen im Zusammenhang mit Katerzuständen in Verbindung gebracht werden.

In Pflanzengeweben sind es andere Enzymsysteme, die für die Reduktion von Aldehyden zu Alkoholen oder deren Oxidation zu Carbonsäuren verantwortlich sind. Diese können dann mit anderen Substanzen zu Estern reagieren. In vielen Fällen hängt der charakteristische Geschmack eines bestimmten Obstes von nur einer oder zwei recht einzigartigen „charakteristischen“ Substanzen ab. So ist Iso-pentylacetat ein wesentlicher Bestandteil des Bananenaromas, während Eugenol und seine Derivate zum vollen, aromatischen Duft der reifen Frucht beitragen.

Auch Benzaldehyd ist eine markante Verbindung, die für das Aroma von Kirschen und Mandeln verantwortlich ist. Es ist jedoch schwierig zu bestimmen, in welchem Maße Blausäure (HCN), die in geringen Mengen in Kirschen vorkommt, zur Wahrnehmung ihres Aromas beiträgt. In verschiedenen Obst- und Gemüsesorten wie Äpfeln (z.B. Golden Delicious) spielen Hexanal und 2-Hexenal eine Rolle bei der Bildung grüner, unreifer Gerüche. Diese Substanzen haben besonders niedrige olfaktorische Schwellenwerte, was bedeutet, dass sie selbst in sehr geringen Konzentrationen wahrnehmbar sind und eine wichtige Rolle im Gesamterlebnis des Aromas spielen.

Wein stellt eine besondere Herausforderung für den Aromaforscher dar. Verschiedene Rotweine, wie Merlot oder Grenache, teilen sich viele Aromakomponenten, jedoch in unterschiedlichen Proportionen. Weinexperten sind dafür bekannt, die Aromen von Weinen in Bezug auf andere Früchte zu beschreiben. Zum Beispiel wird das Vorhandensein von 2,6,6′-Trimethyl-2-vinyl-4-acetoxytetrahydropyran in einem Rotwein als Hinweis auf ein schwarzes Johannisbeeraroma gedeutet. Ebenso wird der Pfirsich- und Ananasduft bestimmter Rotweine mit γ-Decalacton und „Weinlacton“ in Verbindung gebracht.

Die charakteristische Aromakomponente vieler Zitrusfrüchte sind Terpenoide. Diese Verbindungen können oft durch Dampfdestillation aus Pflanzenmaterial gewonnen werden. Die ölige Fraktion dieses Destillats wird als „ätherisches Öl“ bezeichnet und wird häufig in Getränken wie Gin und Wodka verwendet. Das ätherische Öl von Zitrusfrüchten besteht hauptsächlich aus Terpenen, wobei das Monoterpen (+)-Limonen den größten Anteil ausmacht. Limonen ist jedoch nicht die wichtigste Aromakomponente; viel bedeutender sind die sauerstoffhaltigen Terpenoide, die in wesentlich geringeren Mengen vorkommen. So enthält frisch gepresster Grapefruitsaft etwa 16 ppm (+)-Limonen, doch das charakteristische Aroma der Grapefruit ist vor allem auf kleinere Mengen (+)-Nootkaton zurückzuführen.

Im Vergleich zu Obst haben Gemüse eine weniger auffällige und subtilere Aromatik, bei der der Geschmack eine deutlich größere Rolle spielt als der Duft. Die Aromen von Früchten sind evolutionär darauf ausgerichtet, Insekten, Vögel und andere Konsumenten zu einer Verbreitung der Samen zu bewegen, was für das Gemüse weniger zutrifft. Nur eine sehr kleine Auswahl an Gemüse – insbesondere Pilze und Zwiebeln – hat ein Aroma, das so attraktiv ist, dass es von der Lebensmittelindustrie nachgeahmt wird. Die charakteristische Verbindung des gewöhnlichen Pilzes (Agaricus bisporus) ist 1-Octen-3-ol, während bei Trüffeln eine Vielzahl von Verbindungen, darunter Schwefelverbindungen und Produkte des Fettsäureabbaus, die das typische Aroma ausmachen, eine Rolle spielen.

Gemüse wie Zwiebeln (Allium cepa) und Knoblauch (Allium sativum) sind in Bezug auf Aromen besonders gut erforscht. Diese Pflanzen enthalten S-alkylcysteinsulfoxide, deren Zersetzung beim Zerkleinern der Pflanzen durch das Enzym Alliinase zu den typischen Aromen führt. Bei Zwiebeln und Knoblauch entstehen diese charakteristischen Aromen nur dann, wenn das Gewebe mechanisch zerstört wird, wodurch die Enzyme in Kontakt mit den entsprechenden Substraten kommen.