Stoffgruppen und Wirkprinzipien
1. Biofunktionalität der Lebensmittel2 Stoffgruppen und Wirkprinzipen2. Stoffgruppen und Wirkprinzipen
Pro- und PräbiotikaSekundäre Pflanzenstoffe
a) Phytosterole) yb) Polyphenolec) Carotinoidec) Carotinoide
Fettsäuren3. Zielfunktionen und Krankheitsprävention
Stoffwechsel und metabolisches Syndromy
Struktur der Phytosterine
(5%)
(65%)(30%)
Phytosterole bestehen aus einem C-28- oder C-29-Kohlenstoffgerüst und unterscheiden sich vontierischen Cholesterin (C-27) durch eine zusätzliche Methyl- oder Ethyl-Seitengruppe. Sie sindwenig löslich in Öl (2%) und unlöslich in Wasser. Mindestens 44 verschiedene Phytosterole aus 7Pflanzenfamilien wurden bisher identifiziert wobei β-Sitosterol (C-29) das am häufigsten in derPflanzenfamilien wurden bisher identifiziert, wobei β-Sitosterol (C-29) das am häufigsten in derNahrung vorkommende (65%) ist. Gefolgt von Campesterol (C-28; 30%) und Stigmasterol (C-29;5%).
Vorkommen in Lebensmittel
Lebensmittel Phytosterolgehalt [mg/100g]Lebensmittel Phytosterolgehalt [mg/100g]
Gemüse (auch Keimlinge) 1-100
Obst 2-30G t id 1 200Getreide 1-200Saaten und Nüsse 22-720Sonnenblumenkerne 530Sesamsaaten 720Sesamsaaten 720Öle und Margarine (Sonnenblumen-, Soja-, Mais- und Rapsöl)
Vorkommen in Lebensmittel
G ü /Ob Ph l h l [ /100 ]Gemüse/Obst Phytosterolgehalt [mg/100g]Brokkoli/Blumenkohl 40Rosenkohl 43Karotten 16Karotten 16Tomaten 5ÄÄpfel/Banane/Pfirsich 14Orange/Grapefruit 23g p
Vorkommen in Lebensmittel
Cholesterol Campesterol Stigmasterol β-Sitosterol Gesamtsterole (in g/kg)
Maisöl 0,2-0,6 18,6-24,1 4,3-7,7 54,8-66,6 8-22,1
Rapsöl 0,5-1,3 24,7-38,6 unter 0,9 45,1-57,9 4,8-11,3
Distelöl unter 0,7 9,2-13,3 4,5-9,6 40,2-50,6 2,1-4,6
Sojaöl 0,6-1,4 15,8-24,2 14,9-19,1 51-60 1,8-4,1
Sonnen-blumenöl
unter 0,7 7,4-12,9 7,0-11,5 56,2-65,0 2,4-4,6
Stabilität in Lebensmittel - Raffination
rohes Öl
EntlecithinierenW L ithiEntlecithinieren
Entschleimung
Wasser Lecithin
Phosphorsäure, Wärme Trübstoffe, Schleimstoffe (Eiweiß- KH-Verbindungen)
Entsäuerung
(Eiweiß , KH Verbindungen)
Natronlauge Freie Fettsäuren
BleichungBleicherde, Aktivkohle Farbstoffe, Schwermetalle, Hydroperoxide
Geruchs Geschmacksstoffe
reines Öl
DesodorierungWasserdampf Geruchs-, Geschmacksstoffe, Pestizide
reines Öl
Die Raffination von Pflanzenölen führt zu einem Verlust an Phytosterolen (Natives Sojaöl: 494 mg/100g versus raffiniertes Sojaöl: 132 g/100g)
Die Oxidation von Phytosterolen hängt vom Gehalt an PUFAs und Antioxidantien wie Vitamin E ab.
In Lebensmitteln oder angereicherten Lebensmitteln sind Phytosterole relativ stabil (Lagerung).
Absorption und Transport
M h i d Ab ti Ph t t l h b k t T A f hMechanismen der Absorption von Phytosterolen noch unbekannt z.T. Aufnahme über NPC1L1 (Niemann-Pick C1-like 1) und passive Diffusion. Export über ATP binding cassette (ABC) transporters. ACAT2 ist an der Veresterung bteiligt.
Bioverfügbarkeit
Verbindung AbsorptionsrateVerbindung AbsorptionsrateCholesterol > 40%Campestanol 12 5 %Campestanol 12,5 %Campesterol 9,6 %Si t l 4 8 %Sigmasterol 4,8 %β-Sitosterol 4,2 %
i lSitostanol 0-3 %
Aufnahme von Phytosterinen
Plasmakonzentration % an Gesamt-Plasmakonzentration
160 – 360 mg/d 0,3 – 1,7 mg/100ml < 1%g , , g
Biofunktionalität der Phytosterole
Hemmung der Cholesterin Absorption Systemische Wirkung auf die LeberHemmung der Cholesterin Absorption
Kompetition um Aufnahme in MizellenHemmung der Transporter
Systemische Wirkung auf die Leber
Cholesterindefizienz in CM führt zu hepatischer Biosynthese und erhöhter g p
Stimulation der ExportprozesseHemmung der epithelialen ACATHemmung der Chylomikronenbildung
p yLDLR Aktivität
g y g
Brufau et al. 2008 Nutr. Res.
Phytosterolämie als Risikofaktor für KHK
G ti h D f kt i d G ABCG5 d ABCG8Genetische Defekte in den Genen ABCG5 und ABCG8 Hyperabsorption von Phytosterinen
eingeschränkte Ausscheidungeingeschränkte Ausscheidung
Klinische Werte:
erhöhte Absorption = 16-63%p
normale/mäßig erhöhte Gesamt-Sterol-Spiegel (gemessen alsGesamtcholesterin)
Verhältnis von Phytosterine/Gesamtcholesterin erhöht
Sitosterolämie/ Phytosterolämie (autosomal-rezessiv)
f üh iti A t i kl KHKfrühzeitig: Arteriosklerose, KHK
Patel et al. 2006 Atherosclerosis
Stoffgruppen und Wirkprinzipien
1. Biofunktionalität der Lebensmittel2 Stoffgruppen und Wirkprinzipen2. Stoffgruppen und Wirkprinzipen
Pro- und PräbiotikaSekundäre Pflanzenstoffe
a) Phytosterole) yb) Polyphenolec) Carotinoidec) Carotinoide
Fettsäuren3. Zielfunktionen und Krankheitsprävention
Stoffwechsel und metabolisches Syndromy
Risikofaktoren für metabolische Erkrankungen
1. Adipositas• FTO and MC4R
2. Diabetes Typ-2• 11 Genvarianten (PPARG KCNJ11 TCF7L2 TCF2 WFS111 Genvarianten (PPARG, KCNJ11, TCF7L2, TCF2, WFS1,
HHEX-DIE, SLC30A8, CDKAL1, CDKN2A-2B, IGF2BP2, FTO)3. Bluthochdruck
Bi h k i L id tifi i t• Bisher kein Locus identifiziert4. Plasmalipide
• 18 Genvarianten (ANGPTL3 CELSR2 GALNT2 GCKR• 18 Genvarianten (ANGPTL3, CELSR2, GALNT2, GCKR, MLXIPL, MVK, NCAN, TRIB1, ABCA1, APOA1, APOB, APOE, CETP, HMGCR, LDLR, LIPC, LIPG, LPL, PCSK9)
5 Entzündungsmarker5. Entzündungsmarker• Genvariationen assoziiert mit CRP (GCKR, APOE, LEPR,
HNF1A, IL6R, CRP)
Zielfunktionen und Organsysteme - Stoffwechsel
1. Obesity• Energy intake• Energy expenditure• Body fat deposition (storage) fatty acid composition and oxidation• Body fat deposition (storage), fatty acid composition and oxidation• Hormones and messangers (thyroid hormones, glucocorticoides, growth hormones,
leptin and receptors, neuropeptide Y, melanocortin and melanocortin-4R, mt uncouplingproteins, β3-adrenergic R, serotonin, endogenous opioids, PPARγ, glucagon-like peptidep β g g p γ g g p p1, cholecystekinin, ghrelin)
2. Metabolic syndromeI li i t (li t i it f t iti ER d id ti t i fl ti• Insulin resistance (lipotoxicity, fat composition, ER and oxidative stress, inflammation, vascular function)
• Hormones and messangers (glucocorticoids, sex steroids, growth hormones, gucagon, catecholamines, adipocyte hormones, PPAR, trace elements and minerals)catecholamines, adipocyte hormones, PPAR, trace elements and minerals)
• Increased blood pressure
3. Type-2-Diabetes mellitus• Hyperglycaemia• Altered metabolism for protein/fat/carbohydrates• Altered insulin secretion
3. Cardiovascular disease• Artheriosclerosis
Assoziation von Genvariationen und T2D
FTO: fat mass and obesity associated geneTCF7L2: transcription factor 7-like 2 gene
Frayling 2007 Nature
Risikofaktoren für Diabetes und Arteriosklerose
SNPs auf Chromosom 9p21 Lokus mit kardiovaskulärem Phänotyp
Ding and Kullo 2009 Circ. Cardiosasc. Genet.
Stoffgruppen und Wirkprinzipien
1. Biofunktionalität der Lebensmittel2 Stoffgruppen und Wirkprinzipen2. Stoffgruppen und Wirkprinzipen
Pro- und PräbiotikaSekundäre Pflanzenstoffe
a) Phytosterole) yb) Polyphenolec) Carotinoidec) Carotinoide
Fettsäuren3. Zielfunktionen und Krankheitsprävention
Cholesterol und KHK
Funktionelle Lebensmittel mit Phytosterolen
250
r]
150
200
US-
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100
150
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02003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Phytosterole und Helath Claim
Following an application from UNILEVER PLC (United Kingdom) and UNILEVER N.V. (Netherlands), submitted pursuant to Article 14 of Regulation (EC) No 1924/2006 via the Competent Authority of Sweden, the Panel on Dietetic Products, Nutrition and Allergies was asked to deliver an opinion on the scientific substantiation of a health claim related to “Plant sterols and lowering/reducing bloodthe scientific substantiation of a health claim related to Plant sterols and lowering/reducing blood cholesterol and reducing the risk of coronary heart disease”.
The scope of the application was proposed to fall under a health claim referring to a reduction f di i kof a disease risk.
In the context of this application, the term plant sterols (present as free sterols or esterified) refers specifically to plant sterols from natural sources with a composition as specified in the Commission Decisions authorising the placing on the market of food products with added plant sterols under Regulation (EC) No 258/97. The Panel considered that the plant sterols for which the health claim is proposed have been sufficiently characterised.
Elevated low-density lipoprotein (LDL) blood cholesterol is one recognised risk factor for coronary heart disease (CHD). CHD is an important cause of mortality and morbidity. Lowering LDL-cholesterol by dietary intervention has been shown to reduce the risk of coronary heart disease. The Panel considers that the claimed effect of lowering LDL cholesterol is beneficial to human health Theconsiders that the claimed effect of lowering LDL-cholesterol is beneficial to human health. The applicant has provided evidence supporting the cholesterol-lowering effect of plant sterols added to fat-based foods such as fat spreads and low-fat foods such as milk and yoghurt. A meta-analysis of 41 trials showed that an intake of 2 – 2.4 g/day of sterols added to margarine (or to mayonnaise, olive
il b tt i 7 t i l ) d d LDL h l t l b 8 9% Th li t l id d tilloil or butter in 7 trials) reduced average LDL-cholesterol by 8.9%. The applicant also provided a still unpublished meta-analysis showing that an average intake of 2.15 g/day of plant sterols when added to fat-based foods or low-fat foods such as milk and yoghurt lowers LDL-cholesterol by 8.8%.
Schriftliche Stellungnahme zum eingereichten Helath Claim
On the basis of the data presented, a clinically significant LDL-cholesterol effect of about 9% can be achieved by a daily intake of 2 – 2.4 g of phytosterols in an appropriate food (e.g. plant sterols added to fat-based foods and low-fat foods such as milk and yoghurt). The magnitude of the cholesterol-lowering effect may differ in other food matricesother food matrices.
The Panel concludes that a cause-effect relationship has been established between the consumption of plant sterols and lowering of LDL cholesterol, in a dose-dependent manner.
With respect to the association of LDL-cholesterol lowering with reduction in the risk of coronary heart disease the Panel considers that there is evidence that the risk of CHD can be reduced by cholesterol-lowering therapy including dietary intervention strategies. However, there are no studies demonstrating that plant sterols have an impact on population-based CHD morbidity and mortality rates.
The Panel considers that products to which phytosterols are added should be consumed only by p p y y ypeople who need and want to lower their blood cholesterol and that patient on cholesterol- lowering medication should only consume the product under medical supervision.
The Panel discussed the wording proposed by the applicant and considers that the followingThe Panel discussed the wording proposed by the applicant and considers that the following wording reflects the available scientific evidence: “Plant sterols have been shown to lower/reduce blood cholesterol. Blood cholesterol lowering may reduce the risk of coronary heart disease".__________________________________[1] For citation purposes: Scientific Opinion of the Panel on Dietetic Products Nutrition and Allergies on a request from Unilever PLC/NV on Plant Sterols and lower/reduced blood cholesterol, reduced the risk of (coronary) heart disease. The EFSA Journal (2008) 781, 1-2.
Phytosterole und Helath Claim
• Antrag auf Zulassung des Health Claims• Antrag auf Zulassung des Health Claims am 11.10.2007
• Wissenschaftlicher Evaluationsprozess abdem 15 4 2008dem 15.4.2008
• Annahme des Health Claims am 11.7.2008
Conditions for Use:
Produkt sollte nur von Menschen verzehrt werden, die ihren Cholesterinspiegel senken möchten/sollten. Produkt möglicherweise nicht geeignet für Schwangere/ Still d /Ki d t 5 J h F ll Ch l t i k d M dik tStillende/Kinder unter 5 Jahre. Falls Cholesterinsenkende Medikamente eingenommen werden ist Absprache mit Arzt angebracht. Hinweise bezüglich der erforderlichen Aufnahmemenge, und dass eine erhöhte Aufnahme keinen Zusatznutzen erbringt erforderlichAufnahme keinen Zusatznutzen erbringt, erforderlich.
Phytosterole in Margerine
Einarbeitung der Phytosterole in Margarine
Veresterung der relativ schlecht fettlöslichen Phytosterole mit Fettsäuren e es e u g de e a sc ec e ös c e y os e o e e säu e(insbesondere Linolsäure)
Veresterte Phytosterole:Veresterte Phytosterole: deutlich höhere Wirksamkeit
Dose response relationship for the absolute (A) and
Dosis-Wirkungsbeziehung der Phytosterole auf LDL-C Dose-response relationship for the absolute (A) and
relative (B) LDL-C-lowering effect of phytosterols
Demonty et al. 2009 J. Nutr.
Pathophysiologie der Artherosklerose und Myocardinfarkt
T cell
Smooth muscle
Monocyte
Smooth musclecell
Mast cell
y
F ll
Macrophage
Hansson et al. Nature 2006 Reviews ImmunologyDendritic cell
Foam cell
Hansson et al. Nature 2006 Reviews Immunology
Dead cellArterielle Läsionen (atherosklerotische Plaque oderAtheroma) mit
(C ) ( )Cholesterol
• Lipidkern (Cholesterinkristalle) und Debris (tote Zellen)• Fibrotische Kappe (Glatte Muskelzellen und Kollagen)• Entzündung Immunzellen und Immunmediatoren
Artherosklerose und Myocardinfarkt
T cell
Smooth muscle
Monocyte
Smooth musclecell
Mast cell
y
F ll
Macrophage
Dendritic cell
Foam cell
ThrombosebildungPl Akti i (I kti i d C ll bb )
Dead cell• Plaque Aktivierung (Immunaktivierung und Collagenabbau)• Plaque Ruptur (Pro-Coagulation) Cholesterol
Serumcholesterin und KHK
Incidence of CHD, age adjusted with 95% confidence intervals, according to fifths of distribution of serum cholesterol concentration in 10 cohort studies
Law et al. 1994 BMJ
Serumcholesterin und KHK
Estimates from 10 cohort studies of percentage decrease in risk of CHD in men per 0.6 mmol/l decrease in serum cholesterol concentration, according to age at death
Zusammenhang zwischen Serum-Cholesterin-Konzentration und KHK nimmt mit zunehmendem Alter ab
Cholesterol als Biomarker
Jahre 35-44 45-54 55-64 65-74 75-84
10
0
-19 %-20 %-20
-10
20 %
-27 %
40
-30
Reduktion des KHK-Risikos bei 10%-39 %
-50
-40 Reduktion des KHK Risikos bei 10% CholesterinsenkungMetaanalyse von 10 prospektiven Kohortenstudien, 3 internationalen Studien
-54 %-60
o o e s ud e , 3 e o e S ud eund 28 randomisierten InterventionsstudienLaw et al., 1994
Phytosterole und Cholesterin - Metaanalyse
Studien zum Einfluss von Phytosterin-Supplementierung auf Cholesterin-Metabolismus (n=188)
Ausschluss-
Ausschluss wenn,1. Studienteilnehmer Kinder sind (n=14) 2. Gesamtcholesterin und LDL-Cholesterin nicht gemessen wurden (n=19) 3. Phytosterin-/stanol Anreicherung nicht in Lebensmittelmatrix (n=11) 4. Dauer der Intervention < 2 Wochen (n=6) 5 Kointerventionskomponente vorhanden die sich nicht von der WirkungAusschluss
kriterien5. Kointerventionskomponente vorhanden, die sich nicht von der Wirkung
der Phytosterine/stanole abgrenzen lässt (n=18) 6. Daten über Lipidwerte woanders publiziert wurden (n=18) 7. keine Kontroll-Gruppe oder geeignete Placebo-Gruppe vorhanden (n=8) 8. Studienteilnehmer homo- oder heterozygot für Sitosterolämie (n=3) 9. Dauer von Kontroll- und Behandlungsintervention nicht gleich (n=1) 10. Studien nicht in Englisch (n=4) 11. Studienteilnehmer mit KHK (n=2)
Studienauswahl für Qualitätsbewertung (n=83)
( )12. keine Nüchternblutproben verwendet wurden (n=1)
Qualitätsbewertung (n=83)
Studien unzureichender Qualität oder Information:• Jadad Score < 3 (n=19)
• unzureichende Information (n=5)
Studienauswahl für Metaanalyse (n=59; N=4500)
AbuMweis et al. 2008 Food Nutr. Res.
Phytosterole und Cholesterin - Metaanalyse
Verglichen mit Placebo reduzieren Phytosterol-/stanol angereicherte Produkte die LDL-CKonzentration um 0,31 mmol/L (95% KI, -0,35 bis 0,27,P = <0,0001)
Unterschiede zwischen Pflanzensterolen und -stanolen
Metaanalyse mit 14 kontrollierten Studien, die den Effekt der Pflanzensterolebzw. –stanole (0,6 – 2,5 g/d) auf Blutlipide untersucht haben
(Talati et al 2010 J Am Dietetic Association)(Talati et al. 2010. J. Am. Dietetic Association)
Unterschiede zwischen Pflanzensterolen und -stanolen
Kein Unterschied im Effekt zwischen Pflanzensterolen bzw. –stanolen (0,6 – 2,5 g/d) auf Blutlipide
Langzeiteffekte einer Phytosterolsupplementierung
Hendriks et al. 2003 Eur. J. Clin. Nutr.
• Langzeitkonsum von Magarine angereichert mit Pflanzensterolen (1,6 g/Tag Pflanzensterole)Langzeitkonsum von Magarine angereichert mit Pflanzensterolen (1,6 g/Tag Pflanzensterole)• Studiendesign: RDBCT über 1 Jahr• Probanden: 185 gesunde Freiwillige (35-64 Jahre)
Langzeiteffekte einer Phytosterolsupplementierung
STUDY OUTCOMES
LDL-Cholesterin
Gesamtcholesterin
Blutfette
STUDY OUTCOMES
no changeLutein, ß-Cryptoxanthine, ZeaxanthineCarotinoide
HDL-Cholesterin
Vitamin D, Vitamin E
α- und ß- Carotin, Lycopin
no changeVitamin A, Vitamin K1
Fettlösliche Vitamine
no changeVitamin B12, Folsäure
no effectChemische Parameter
Campesterol, ß-SitosterolPflanzensterole
no effectHämatologische Parameter
Stoffgruppen und Wirkprinzipien
1. Biofunktionalität der Lebensmittel2 Stoffgruppen und Wirkprinzipen2. Stoffgruppen und Wirkprinzipen
Pro- und PräbiotikaSekundäre Pflanzenstoffe
a) Phytosterole) yb) Polyphenolec) Carotinoidec) Carotinoide
Fettsäuren3. Zielfunktionen und Krankheitsprävention
Adipositas und Diabetesp
Struktur und Funktion
1. CLA• Struktur, Metabolisierung und Bioverfügbarkeit• Funktion
2. Zielgruppen und klinische Relevanz• KörpergewichtKörpergewicht
CLA und Körpergewicht – Metaanalyse
• Studienteilnehmer:- gesunde Männer und Frauen ≥ 18 Jahre- normalgewichtig, übergewichtig oder adipös- Anzahl: 16 – 180 Probanden → ∅ 62
• Studiendauer: 1 Monat – 2 Jahre → häufig 3 Monate• CLA-Kapseln:
- Dosis: 1,2 g/d – 6,8 g/d → ∅ 3,2 g/d- meist gleicher Anteil an Isomeren c9,t11 und t10,c12
• Placebo: Oliven-, Sonnenblumen-, Distel- bzw. Sojabohnenöl• Methoden für Körperfettbestimmung:
z.B. DXA, BIA, Messung der Hautfaltendickez.B. DXA, BIA, Messung der Hautfaltendicke
Seminar – konjugierte Linolsäuren (CLA) 67
Whigham et al. 2007 Am. J. Clin. Nutr.
CLA und Körpergewicht – Intervention
Gaullier et al. 2005 J. Nutr.
• Teilnehmer: 134 gesunde Frauen und Männer 18 65 Jahre alt BMI 25 30 kg/m2• Teilnehmer: 134, gesunde Frauen und Männer,18-65 Jahre alt, BMI 25-30 kg/m2
– Placebo (4.5g Olivenöl)– CLA-FFA (3.6g Isomerengemisch aus c9t11 und t10c12; (50:50)– CLA-Triacylglycerol (3.4g Isomerengemisch aus c9t11 und t10c12; (50:50)
69
y g y ( g g ( )• ad libitum Diät, keine Einschränkungen des Lebensstils oder der Kalorienaufnahme• Messungen der Körperzusammensetzung mit DXA