Der Verzehr fettreduzierter Lebensmittel könnte durch die Verringerung der Fett- und Energiezufuhr einen Beitrag leisten, der Verbreitung von Übergewicht und folglich einer Reihe von Folgeerkrankungen entgegenzuwirken. Um die Akzeptanz beim Konsumenten zu erreichen, ist es erforderlich, dass die fettreduzierten Produkte in ihren sensorischen Eigenschaften nicht wesentlich von den fettreicheren Pendants abweichen. Demzufolge ist der Einsatz bestimmter Stoffe nötig, die in der Lage sind, die ernährungsphysiologischen und funktionellen Eigenschaften der Lipide zu imitieren, dabei jedoch eine geringere Energiemenge als das Nahrungsfett liefern. Als potentiell geeignete Fettsubstitute spielen zum einen Fettaustauschstoffe auf Protein- oder Kohlenhydratbasis eine Rolle, zum anderen lipidanaloge Fettsimulatoren (Fettersatzstoffe). Rechtlich gesehen zählen Fettsubstitute entweder als Lebensmittel bzw. Lebensmittelzutaten, als Lebensmittelzusatzstoffe oder als Novel Food. Im Hinblick auf Physiologie, Toxikologie und rechtliche Lage eignen sich vor allem Fettsubstitute auf Basis natürlicher Stoffe zur Verwendung in Lebensmitteln. Der ideale Fettsimulator scheint jedoch noch nicht gefunden zu sein. Als Fettersatzstoffe dürfen bislang ausschließlich drei Vertreter in speziellen Lebensmitteln bzw. als Lebensmittel eingesetzt werden.
Bei der Beurteilung fettsubstituierter Lebensmittel in Bezug auf die Beeinflussung des Ernährungsverhaltens ist entscheidend, dass die durch die Fettreduktion eingesparte Energiemenge nicht durch Mehrverzehr anderer Nährstoffe oder Lebensmittel kompensiert wird. Diese Forderung scheint, unter Betrachtung verschiedener Studienresultate, zum Großteil erfüllt zu sein. Natürlich sind diesbezüglich nicht alle Fettsubstitute gleichermaßen geeignet, insbesondere unter den Fettersatzstoffen besteht noch erheblicher Forschungsbedarf. Das größte Potential als Fettsimulatoren besitzen derzeit Ballaststoffe, überwiegend aufgrund ihres Wasserbindungsvermögens und ihrer positiven Effekten auf Sättigung, Blutglucose- und Cholesterolspiegel.
Inhaltsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
2 Ernährungsphysiologische und technologische Aspekte der Lipide
2.1 Metabolismus der Lipide
2.2 Funktionelle Eigenschaften der Lipide und deren Auswirkungen auf die Lebensmittel
3 Einteilung und rechtliche Einordnung der Fettsimulatoren
4 Fettersatzstoffe
4.1 Spezielle Triglyceride
4.1.1 Strukturierte Triglyceride
4.1.2 Mittelkettige Triglyceride
4.2 Fettersatzstoffe ohne Triglyceridstruktur
4.2.1 Kohlenhydratpolyester
4.2.2 Sonstige lipidanaloge Verbindungen
5 Fettaustauschstoffe
5.1 Fettaustauschstoffe auf Proteinbasis
5.1.1 Mikropartikulierte Proteine
5.1.2 Andere Fettaustauschstoffe auf Proteinbasis
5.2 Fettaustauschstoffe auf Kohlenhydratbasis
5.2.1 Stärke und Stärkeabkömmlinge
5.2.2 Cellulose und deren Derivate
5.2.3 Inulin
5.2.4 Andere Fettaustauschstoffe auf Kohlenhydratbasis
6 Auswirkungen einer Fettsubstitution auf bestimmte Qualitätsparameter ausgewählter Lebensmittel
6.1 Eiscreme
6.2 Frankfurter Würstchen
6.3 Kekse
7 Bedeutung einer Fettsubstitution für die Veränderung des Ernährungsverhaltens und von Gesundheitsparametern
7.1 Fettaustauschstoffe als Fettsimulatoren
7.2 Fettersatz durch salatrim
7.3 OLESTRA als Fettsubstitut
7.4 Fettsubstitution durch mittelkettige Triglyceride
8 Diskussion
9 Zusammenfassung
10 Literaturverzeichnis
11 Anhang
Tabellenverzeichnis
Tab. 1: Definition und physiologischer Brennwert der Fettsubstitute
Tab. 2: Strukturen von Triglyceriden mit vermindertem physiologischem Brennwert (nach zunft 1999)
Tab. 3: Strategien zur Herstellung von Fettersatzstoffen ohne Triglyceridstruktur (nach zunft 1999)
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Caprenin
Abb. 2: Beispiel für Salatrim- Verbindung
Abb. 3: Beispiel für MCT
Abb. 4: Olestra
Abb. 5: Amylose
Abb. 6: Amylopektin
Abb. 7: Cellulose
Abb. 8: Inulin
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1 Einleitung
Die Nationale Verzehrsstudie II (NVS II) gibt Auskunft über die weite Verbreitung von Übergewicht (Body Mass Index (BMI) ≥ 25 kg/ m2) unter deutschen Erwachsenen. Im Detail sind laut dieser in den Jahren 2005 und 2006 durchgeführten Bevölkerungsstichprobe im Durchschnitt 66 % der Männer und 51 % der Frauen übergewichtig (NVS II 05/06a). Übergewicht stellt eine physiologische Reaktion auf eine dauerhaft positive Energiebilanz dar, die sich in der Bildung neuer Fettzellen und deren Füllung mit Fett äußert. Eine zunehmende Fettansammlung birgt langfristig ein hohes Gesundheitsrisiko. Zu den Folgeerscheinungen zählen u.a. Störungen im Kohlenhydratstoffwechsel, Dyslipoproteinämien, Bluthochdruck und kardiovaskuläre Erkrankungen (DGE 2008a).
Neben der Verringerung der körperlichen Aktivität gilt ein hoher Fettverzehr als die ausschlaggebende umweltbedingte Ursache von Übergewicht. Da Fett durch seinen Energiegehalt von ca. 9 kcal/ g erheblich zu einer Erhöhung der Energiedichte von Lebensmitteln beiträgt, wird die Gesamtenergieaufnahme maßgeblich durch den Fettgehalt der Lebensmittel beeinflusst. Hinzu kommt, dass Fett verglichen mit Kohlenhydraten oder Proteinen einen relativ schwachen Sättigungseffekt besitzt, weshalb eine fettreiche Ernährung eine übermäßige Energiezufuhr zusätzlich fördert (ellrott et al. 1998 und peters 2003). Nach den Ergebnissen der NVS II beträgt der Fettanteil bezogen auf die Energiezufuhr bei Frauen im Durchschnitt 35 %, bei Männern 36 % und liegt somit über dem Richtwert der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) von 30 %. Der Richtwert für die tägliche Energiezufuhr bei mittlerer körperlicher Aktivität wird von 36 % der Männer und von 31 % der Frauen überschritten (NVS II 05/06b).
Zur Vermeidung bzw. Verringerung von Übergewicht sind eine Reduktion der Energie- und Fettaufnahme sowie eine Steigerung des Energieverbrauches erforderlich, was durch ausreichende physische Aktivität und eine ausgewogene, volumenreiche und zugleich weniger energiereiche Ernährung erreicht werden kann (DGE 2008a). Die Entwicklung fettreduzierter Lebensmittel könnte demnach einen wichtigen Beitrag zur Reduktion der Energiezufuhr leisten, solange die durch den verminderten Fettverzehr eingesparte Energie nicht durch den Mehrkonsum anderer Lebensmittel kompensiert wird. Aufgabe der Lebensmittelindustrie ist folglich die Produktion annehmbarer und schmackhafter fettreduzierter Lebensmittel, was in den meisten Fällen nicht durch eine alleinige Verringerung des Fettanteils möglich ist, sondern den Zusatz weiterer Stoffe erfordert, die dazu geeignet sind, sowohl die Energiedichte der Lebensmittel zu reduzieren als auch die sensorischen Eigenschaften des Fettes zu imitieren.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Bewertung möglicher Fettsubstitute in Bezug auf ihre Eignung zur Herstellung sensorisch akzeptabler Lebensmittel sowie die Beurteilung der Auswirkungen eines Verzehrs fettsubstituierter Lebensmittel auf relevante Gesundheitsparameter anhand ausgewählter Studienergebnisse.
2 Ernährungsphysiologische und technologische Aspekte der Lipide
Der Begriff „Fett“ oder „Lipid“ bezeichnet eine inhomogene Gruppe von verschiedenen Substanzen, deren Gemeinsamkeit ihre Lipophilie bzw. Hydrophobie ist. Innerhalb dieser Gruppe wird zwischen fettsäurehaltigen Lipiden und lipidartigen Stoffen, die Isoprenderivate darstellen, unterschieden. Hauptbestandteil der natürlichen Fette sind Triglyceride (98 – 99 %), in denen hauptsächlich langkettige Fettsäuren (> 12 C- Atome) an das Glycerin gebunden sind. Die übrigen 1 – 2 % fallen auf Mono- und Diglyceride, freie Fettsäuren, Phospholipide und unverseifbare Komponenten, z.B. Sterine oder Carotinoide. Die ernährungsphysiologische Bedeutung der Lipide ist auf den hohen Brennwert der Triglyceride, die Bereitstellung essentieller Fettsäuren und die Absorption fettlöslicher Vitamine und anderer Pflanzeninhaltsstoffe zurückzuführen. Essentielle Fettsäuren (Linolsäure, α- Linolensäure) spielen ihrerseits eine wichtige Rolle als Bestandteile der Zellmembranen und für die Synthese von Lipidhormonen. Daneben sind Lipide aufgrund bestimmter Eigenschaften für die Zubereitung und Herstellung vieler Lebensmittel bedeutsam. Hierzu zählen Schmelzverhalten und der sahnige, öligfettige Geschmack. Des Weiteren stellen Fette Lösungsmittel für zahlreiche Geschmacks- und Geruchsstoffe dar und erlauben eine Lebensmittelzubereitung bei relativ hohen Temperaturen. Auch wichtige Aromastoffen bzw. deren Prekursoren, bestimmte Emulgatoren sowie fettlösliche Farbstoffe sind den Lipiden zugehörig (belitz et al. 2008 und elmadfa und leitzmann 2004).
2.1 Metabolismus der Lipide
Die Lipidverdauung beginnt bereits im Mund, wo die Verteilung der Nahrungsfette im Speisebrei durch intensives Kauen und das Schmelzen fester Fette erfolgen. Im Magen wird anschließend die Fettspaltung durch prägastrische Lipasen oder durch die Magenlipase eingeleitet, wobei maximal 10 – 30 % der Fette gespalten werden können. Hauptorte der Fettspaltung (10 – 90 %) sowie der Mizellenbildung stellen Duodenum und Jejunum dar.
Im Dünndarm- Lumen findet zunächst eine Emulgierung der Lipide unter Wirkung der Galle und der Darmmotorik statt, was zu einer Verteilung in feine Öltröpfchen führt und dadurch die Voraussetzung für den Angriff durch Enzyme darstellt. Im Anschluss erfolgt die Fetthydrolyse durch Lipasen des Pankreassaftes und der Darmsekrete, die die Triglyceride in freie Fettsäuren, Diglyceride, Monoglyceride und Glycerin spalten. Auf Emulgierung und Lipolyse folgt die Bildung von gemischten Mizellen, in die Gallensalze, Phospholipide, langkettige freie Fettsäuren, Monoglyceride, Cholesterol, fettlösliche Vitamine und Carotinoide eingebaut werden. Die sich anschließende Absorption der Mizellen in die Mucosazellen ist primär in den oberen Dünndarmabschnitten lokalisiert.
In den Dünndarm- Enterocyten findet im endoplasmatischen Reticulum eine Resynthese von Lipiden statt, bei der Triglyceride (mit langkettigen Fettsäuren), Phospholipide und Cholesterylester entstehen. Diese Produkte bilden zusammen mit fettlöslichen Vitaminen, Carotinoiden, freiem Cholesterol und Protein aus der ribosomalen Proteinsynthese die Chylomikronen. Der Abtransport der Chylomikronen erfolgt über die Lymphe in den Blutkreislauf.
Im Gegensatz zu den langkettigen Fettsäuren werden kurz- (bis zu vier C- Atome) und mittelkettige Fettsäuren (6 – 12 C- Atome) weder in die gemischten Mizellen noch in die Chylomikronen eingebaut. Triglyceride mit mittelkettigen Fettsäuren (MCT) werden verglichen mit Triglyceriden mit langkettigen Fettsäuren (LCT) durch (prä-)gastrische Lipasen und Pankreaslipase aufgrund ihres geringeren molekularen Gewichts schneller hydrolysiert und die entstehenden freien Fettsäuren rascher absorbiert. Durch die höhere Wasserlöslichkeit sind außerdem weniger Gallensalze zur Emulgierung nötig. Bei unzureichender Hydrolyse können MCT auch intakt absorbiert werden, z.B. bei einer insuffizienten Pankreas- und Gallensekretion; die Lipolyse der MCT findet in diesem Fall nachträglich in den Mucosazellen statt. Der Abtransport der mittelkettigen freien Fettsäuren erfolgt an Albumin gebunden direkt über die Pfortader zur Leber. Auch kurzkettige freie Fettsäuren können diesen Weg gehen. In der Leber werden mittelkettige Fettsäuren rascher als langkettige, jedoch langsamer als kurzkettige Fettsäuren oxidiert. Durch diesen Unterschied in der Oxidationsdauer besitzen mittelkettige Fettsäuren einen schnelleren Metabolismus als langkettige Fettsäuren und werden deshalb nicht gespeichert, sondern gehen in den Energiestoffwechsel ein.
Mit steigender Anzahl an C- Atomen nimmt auch der Energiehalt der Fettsäuren zu; der Brennwert der C6- bis C8- Fettsäuren beläuft sich auf 8,3 kcal/ g (= 34,7 kJ/ g), während C16- C18- Fettsäuren 9,2 kcal/ g (= 38,5 kJ/ g) liefern (elmadfa und leitzmann 2004).
Für den Transport der Lipide im Blut müssen die lipophilen Moleküle in eine wasserlösliche Form, die Lipoproteine, umgewandelt werden. Innerhalb der Lipoproteine werden verschiedene Klassen nach ihrer Molekülgröße, Dichte und chemischen Zusammensetzung unterschieden. Ein niedriger Anteil an Lipiden ist gleichbedeutend mit einem hohen Proteinanteil und einer hohen Dichte. Die Chylomikronen weisen das größte Lipid- Protein- Verhältnis auf, gefolgt von den Very- Low- Density- Lipoproteinen (VLDL), den Intermediate- Density- Lipoproteinen (IDL) und den Low- Density- Lipoproteinen (LDL). Schlusslicht bilden die High- Density- Lipoproteine (HDL), die das geringste Lipid- Protein- Verhältnis besitzen. Gemeinsamkeit aller Lipoproteine ist der lipophile Kern, in dem sich LCT, Cholesterol und Cholesterolester befinden und die hydrophile Hülle aus Apoproteinen und amphiphilen Lipiden. Der Metabolismus der Lipoproteine umfasst einen exogenen und einen endogenen Teil.
Zum exogenen Teil zählt die Verstoffwechselung der Chylomikronen, deren Hauptaufgabe der Transport der mit der Nahrung zugeführten Triglyceride und des aufgenommenen Cholesterols zu Leber, Muskel- und Fettgewebe darstellt. Lipoproteinlipasen in der Membran von Gefäßendothelzellen und von Zellen der extrahepatischen Gewebe bauen die Chylomikronen ab, indem sie die darin enthaltenen Triglyceride in Glycerin und freie Fettsäuren spalten. Organe und Gewebe nehmen die entstandenen Fettsäuren auf und nutzen diese entweder zur Energiegewinnung oder zum Wiederaufbau von Triglyceriden. Durch spezifische Rezeptoren gelangen die Reste der Chylomikronen (Remnants) in die Leber zur weiteren Metabolisierung, wobei das freiwerdende Cholesterol zur Synthese von Gallensäuren oder weiteren Lipoproteinen verwendet werden kann.
Der endogene Lipoproteinstoffwechsel beginnt mit der Bildung von VLDL aus Triglyceriden, Phospholipiden und Cholesterol in der Leber, welche anschließend in die Blutbahn gelangen. Genauso wie die Chylomikronen werden sie durch die Lipoproteinlipase hydrolysiert. Der Großteil der dabei entstehenden Fettsäuren wird in das Fettgewebe aufgenommen, in Triglyceride eingebaut und gespeichert. Dieser Prozess lässt aus den VLDL die IDL entstehen, die ihrerseits in der Leber abgebaut oder in LDL umgeformt werden. LDL sind reich an Cholesterol und Cholesterolestern und besitzen die Funktion, das Cholesterol an extrahepatische Gewebe zu verteilen. Der Rücktransport des Cholesterols zur Leber ist hingegen Aufgabe der HDL, die in Leber oder Darm gebildet werden. Während ein hoher LDL- Spiegel im Blut als Risikofaktor für die Entstehung von Atherosklerose gilt, wirkt sich ein Anstieg der HDL- Fraktion positiv aus (hahn et al. 2006).
2.2 Funktionelle Eigenschaften der Lipide und deren Auswirkungen auf die Lebensmittel
Der Fettgehalt eines Lebensmittels beeinflusst sowohl dessen sensorische als auch dessen küchentechnische und lebensmitteltechnologische Eigenschaften, wobei diese Bereiche nicht unabhängig voneinander zu sehen sind.
Die Fähigkeit des Fettes zur Wärmeübertragung ermöglicht ein schnelles Erhitzen und das Erreichen hoher Temperaturen. Bei Frittierprozessen laufen Reaktionen ab, die wichtige Farb-, Geruchs- und Geschmackskomponenten entstehen lassen, welche wiederum für die sensorische Qualität eines Lebensmittels verantwortlich sind.
Wie bereits erwähnt, dient Fett als Lösungsmittel für eine Vielzahl von Aromastoffen und rundet daher den Geschmack eines Lebensmittels ab. Darüber hinaus steigern Fette das sensorische Empfinden von Saftigkeit. In Fleisch z.B. fungiert Fett als Geschmacksträger und trägt zu dessen Saftigkeit und Zartheit bei. Die geschmacklichen und sensorischen Unterschiede zwischen Fleisch verschiedener Tierarten sind vor allem auf deren variierende Fettgehalte zurückzuführen.
Des Weiteren werden wichtige verarbeitungstechnologische Eigenschaften wie Schmelzpunkt, Viskosität und Plastizität, Kristallinität und Streichfähigkeit von Lebensmitteln durch deren Fettgehalt mitbestimmt. So verleiht ein hoher Fettgehalt Produkten wie Eiscreme, Desserts und cremigen Suppen ein samtartiges Mundgefühl und ist für den „zarten Schmelz“ von Eiscreme und bestimmten Süßigkeiten verantwortlich, da das enthaltene Fett die Bildung großer Wasser- oder Zuckerkristalle verhindert. Eine Fettentfernung aus Käse würde zu einem breiigen, klebrigen Käsebruch oder einer gummiartigen Textur führen, wohingegen fettfreie Puddings, Salatdressings, Suppen und Milchprodukte zu wässrig werden würden.
Neben der Beeinflussung des Aromas und der technologischen Faktoren sind Fette auch für die Textur vieler Lebensmittel verantwortlich. In Backwaren verhindert Fett z.B. die Ausbildung harter Glutenstränge und eine Verhärtung der Krume, verleiht Zartheit und verzögert das Altwerden. Kekse verdanken ihre Knusprigkeit dem Zusammenwirken von Fett mit anderen Inhaltsstoffen und auch die Luftigkeit und Lockerheit von Blätterteigprodukten, z.B. Croissants, sind auf deren hohen Fettgehalt zurückzuführen.
All diese Eigenschaften müssen von einem Fettsimulator erfüllt werden, um ein Produkt für den Verbraucher schmackhaft und akzeptabel zu gestalten. Die zahlreichen Funktionen der Lipide, die Geschmack und Geruch, Textur, Feuchtigkeit, Volumen und Wärmeübertragung umfassen, sind schwer nachzuahmen, was die Suche nach einem optimalen Fettsubstitut erschwert und zugleich verdeutlicht, warum ein solches bisher noch nicht gefunden wurde (jonnalagadda und jones 2005).
3 Einteilung und rechtliche Einordnung der Fettsimulatoren
Bei der Produktion fettreduzierter Lebensmittel besteht die Herausforderung für die Lebensmittelhersteller darin, die Fettverminderung so zu gestalten, dass sie aus Verbrauchersicht kaum oder nicht bemerkbar ist. In einigen Fällen ist dies allein durch die Verwendung fettarmer Rohware (mageres Fleisch, entrahmte Milch etc.) möglich, meistens bedarf es jedoch des Einsatzes bestimmter Stoffe, die dazu geeignet sind, den Fettgehalt eines Lebensmittels zu simulieren (ragotzky 1997).
Wie bereits angesprochen, existiert aufgrund der unterschiedlichen Funktionen des Fettes in Lebensmitteln kaum ein Stoff, der das Fett vollständig ersetzen könnte, was zum Vorhandensein vieler Substanzen geführt hat, die allesamt eine Teillösung des Problems der Fettsubstitution darstellen. Diese Substanzen werden in zwei große Gruppen unterteilt, in Fettaustauschstoffe und Fettersatzstoffe. Entsprechend ihrer Herkunft spricht man auch von natürlichen (Fettaustauschstoffe) und synthetischen (Fettersatzstoffe) Fettsimulatoren bzw. Fettsubstituten (belitz et al. 2008). Typische Vertreter von Fettersatzstoffen, bei denen zwischen speziellen Triglyceriden und Nicht- Triglyceriden unterschieden wird, sind strukturierte oder mittelkettige Triglyceride und Kohlenhydratpolyester. Zu den Fettaustauschstoffen zählen Substanzen auf Protein- oder Kohlenhydratbasis, z.B. mikropartikulierte Proteine, Inulin, Cellulose- oder Stärkederivate. Während Fettersatzstoffe typischerweise 1:1 mit natürlichen Fetten ausgetauscht werden können, ist dies bei Fettaustauschstoffen nicht möglich (akoh 1998c).
Eine Übersicht zu Definition und physiologischem Brennwert der Fettsubstitute bietet folgende Tabelle.
Tab. 1: Definition und physiologischer Brennwert der Fettsubstitute
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Ein idealer Fettsimulator sollte neben der Fähigkeit, den Fettgehalt in Bezug auf Aroma, Mundgefühl und Textur vortäuschen zu können, toxikologisch vollkommen unbedenklich, physiologisch inert, ernährungsphysiologisch äquivalent (d.h. gleiche essentielle Inhaltsstoffe besitzen) und biologisch abbaubar sein (menden 1991).
Aus lebensmittelrechtlicher Sicht fallen Fettsimulatoren in der Europäischen Union in eine der drei folgenden Kategorien:
- Traditionelle Lebensmittel
- Lebensmittelzusatzstoffe
- Neuartige Lebensmittel oder neuartige Lebensmittelzutaten (Novel Food)
Lebensmittel sind laut Art. 2 der Verordnung (EG) 178/2002 (VO 178/2002) „alle Stoffe oder Erzeugnisse, die dazu bestimmt sind oder von denen nach vernünftigem Ermessen erwartet werden kann, dass sie in verarbeitetem, teilweise verarbeitetem oder unverarbeitetem Zustand von Menschen aufgenommen werden“. Des Weiteren gehören „auch Getränke, Kaugummi sowie alle Stoffe — einschließlich Wasser —, die dem Lebensmittel bei seiner Herstellung oder Ver- oder Bearbeitung absichtlich zugesetzt werden“ zu Lebensmitteln. Nach dieser Definition zählen auch Lebensmittelzusatzstoffe als Lebensmittel, da sie diesen im Herstellungsprozess absichtlich zugesetzt werden, d.h. Fettsubstitute, egal welcher Kategorie sie angehören, sind immer Lebensmittel (trenkle 1999).
§ 2 des Lebens- und Futtermittelgesetzbuches (LFGB 2005) definiert Lebensmittelzusatzstoffe als „Stoffe mit oder ohne Nährwert, die in der Regel weder selbst als Lebensmittel verzehrt noch als charakteristische Zutat eines Lebensmittels verwendet werden und die einem Lebensmittel aus technologischen Gründen beim Herstellen oder Behandeln zugesetzt werden, wodurch sie selbst oder ihre Abbau oder Reaktionsprodukte mittelbar oder unmittelbar zu einem Bestandteil des Lebensmittels werden oder werden können.“ Einige Stoffe werden den Lebensmittelzusatzstoffen gleichgestellt, dazu gehören u.a. „Stoffe mit oder ohne Nährwert, die üblicherweise weder selbst als Lebensmittel verzehrt noch als charakteristische Zutat eines Lebensmittels verwendet werden und die einem Lebensmittel aus anderen als technologischen Gründen beim Herstellen oder Behandeln zugesetzt werden […].“
Alle in Deutschland zugelassenen Lebensmittelzusatzstoffe sind einschließlich ihrer erlaubten Höchstmengen in der Verordnung über die Zulassung von Zusatzstoffen zu Lebensmitteln zu technologischen Zwecken (Zusatzstoff- Zulassungsverordnung – ZZulV) aufgeführt. Die Zulassung eines Fettsimulators als Lebensmittelzusatzstoff kann erst erfolgen, wenn belegt werden konnte, dass er toxikologisch unbedenklich sowie technologisch notwendig ist und überdies nicht zu einer Verbrauchertäuschung führt (elmadfa et al. 2007).
Laut Artikel 1 Abs. 2 der Verordnung (EG) Nr. 258/97 über neuartige Lebensmittel und neuartige Lebensmittelzutaten (VO 258/97) bezeichnet der Begriff Novel Food Lebensmittel und Lebensmittelzutaten, die in der Europäischen Gemeinschaft bisher (Stichtag 15.05.1997) „noch nicht in nennenswertem Umfang für den menschlichen Verzehr verwendet wurden und die unter nachstehende Gruppen von Erzeugnissen fallen:
a) Lebensmittel und Lebensmittelzutaten, die genetisch veränderte Organismen […] enthalten oder aus solchen bestehen;
b) Lebensmittel und Lebensmittelzutaten, die aus genetisch veränderten Organismen hergestellt wurden, solche jedoch nicht enthalten;
c) Lebensmittel und Lebensmittelzutaten mit neuer oder gezielt modifizierter primärer Molekularstruktur;
d) Lebensmittel und Lebensmittelzutaten, die aus Mikroorganismen, Pilzen oder Algen bestehen oder aus diesen isoliert worden sind;
e) Lebensmittel und Lebensmittelzutaten, die aus Pflanzen bestehen oder aus Pflanzen isoliert worden sind, und aus Tieren isolierte Lebensmittelzutaten, außer Lebensmittel oder Lebensmittelzutaten, […] die erfahrungsgemäß als unbedenkliche Lebensmittel gelten können;
f) Lebensmittel und Lebensmittelzutaten, bei deren Herstellung ein nicht übliches Verfahren angewandt worden ist [...].“
Fällt ein neuer Fettsimulator nicht unter die Lebensmittelzusatzstoffdefinition, lässt sich aber in eine der oben aufgeführten Gruppen einordnen, muss er nach der Novel- Food- Verordnung geprüft, angemeldet oder zugelassen werden.
Hersteller neuartiger Fettsimulatoren können sich nun entweder für deren Zulassung als Lebensmittelzusatzstoffe oder als Novel Food entscheiden. Für beide Fälle muss eine Reihe von Tests zur gesundheitlichen Unbedenklichkeit und zur Eignung für die Verwendung in Lebensmitteln durchgeführt werden und von der zuständigen Behörde überprüft werden, bevor ein Einsatz in Lebensmitteln stattfinden kann (trenkle 1999).
Fettsubstitute, die bereits vor dem 15.05.1997 erhältlich waren, zählen entweder selbst als Lebensmittel oder sind Lebensmittelzusatzstoffe. Bei diesen Stoffen auf Kohlenhydrat- oder Proteinbasis, handelt es sich um Lebensmittel, soweit sie natürlicher Herkunft sind, und um Zusatzstoffe, wenn die Herstellung zu einer chemische Veränderung im Molekül geführt hat (taschan 1997).
In dieser Arbeit wird bei einigen Fettsimulatoren zum Vergleich deren rechtlicher Status in den USA erwähnt. Bei diesen Fettsubstituten handelt es sich um GRAS- Substanzen, wobei GRAS als Abkürzung für „generally recognized as safe“ steht und bedeutet, dass eine Substanz von wissenschaftlichen Experten im Allgemeinen als sicher für ihre Verwendung in bestimmten Lebensmitteln angesehen wird. Dies ist entweder auf einer langjährigen sicheren Tradition der Substanzen in Lebensmitteln oder auf veröffentlichten wissenschaftlichen Belegen zur toxikologischen Unbedenklichkeit der Substanz begründet (IFIC 2000).
4 Fettersatzstoffe
Die physikalischen Eigenschaften der Fettersatzstoffe entsprechen weitgehend denen der Speisefette, d.h. sie sind hydrophob bzw. lipophil und ähneln den Nahrungsfetten stark in Bezug auf Aussehen und Schmelzverhalten. Fettersatzstoffe sind aufgrund ihrer Temperaturbeständigkeit in der Regel zum Braten, Frittieren und Backen geeignet, können aber auch bei der Zubereitung kalter Speisen verwendet werden (zunft 1999). Nachteile dieser Substanzen sind die zum Teil auftretenden ernährungsphysiologischen Mängel, z.B. Verdauungsstörungen (menden 1991). Vertreter der Fettersatzstoffe können untergliedert werden in Triglyceride mit vermindertem physiologischem Brennwert und in metabolisch nicht bzw. nur teilweise verwertbare Substrate ohne Triglyceridstruktur.
Im Gegensatz zu Fettaustauschstoffen sind Fettersatzstoffe biologisch nicht bzw. kaum abbaubar und toxikologisch nicht immer unbedenklich, weshalb vor allem für Lebensmittel, die bei Temperaturen unter 100 °C hergestellt werden, natürliche Fettsimulatoren bevorzugt werden (zunft 1999).
4.1 Spezielle Triglyceride
Zu dieser Gruppe zählen metabolisch verwertbare Triglyceride, die im Vergleich zu einer äquivalenten Menge an Nahrungsfett einen verminderten physiologischen Brennwert besitzen.
Tab. 2: Strukturen von Triglyceriden mit vermindertem physiologischem Brennwert
(nach zunft 1999)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
4.1.1 Strukturierte Triglyceride
Diese Untergruppe umfasst Triglyceride, die aus Fettsäuren mit sehr unterschiedlichen Kettenlängen zusammengesetzt sind. Stellvertretend für die zahlreichen Vertreter werden im Folgenden zwei strukturierte Triglyceride, die bereits in Lebensmitteln verwendet wurden bzw. werden und im Gastrointestinaltrakt nicht vollständig absorbiert werden, vorgestellt.
Bei caprenin handelt es sich um ein strukturiertes Triglycerid, das aus den Fettsäuren Capryl- (8:0), Caprin- (10:0) und Behensäure (22:0) besteht und bis Mitte der neunziger Jahre in den USA als kalorienreduziertes Fett für bestimmte Lebensmittel, z.B. als Kakaobutterersatz in Süßwaren, zugelassen war (mukherjee 1998 und zunft 1999).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Da Behensäure aufgrund der sehr langen gesättigten Kohlenstoffkette im Gastrointestinaltrakt kaum absorbiert wird und Capryl- und Caprinsäure als mittelkettige Fettsäuren einen geringeren physiologischen Brennwert als langkettige Fettsäuren aufweisen (siehe 2.1), beträgt der Energiegehalt von caprenin nur etwa 5 kcal/ g (zunft 1999).
Die Herstellung behensäurehaltiger Triglyceride erfolgt durch chemische Umesterung eines hydrierten erucasäurereichen Rapsöls mit MCT aus Kokos- und Palmkernöl (mukherjee und warwel 1999).
Aufgrund einiger Studienergebnisse zu caprenin, in denen die erwartete Senkung der postprandialen Triglycerid- und Cholesterolkonzentration verglichen mit Palm- oder Palmkernöl ausblieb (snook et al. 1996, swift et al. 1992 und wardlaw et al. 1995), wurde die Zulassung Mitte der neunziger Jahre widerrufen und es kam zur Absetzung des Produktes am Markt (mukherjee 1998).
salatrim (Abkürzung von s hort a nd l ong a cyltriglyceride m olecule) ist ein kalorienreduziertes Fettprodukt, das aus zwei kurzkettigen Carbonsäureresten (Essig-, Propion- oder Buttersäure) sowie einem gesättigten langkettigen Fettsäurerest (meist Stearinsäure) besteht (smith et al. 1994). Ähnlich wie caprenin besitzt auch salatrim durch das spezielle Fettsäuremuster einen niedrigeren physiologischen Brennwert als „normale“ Triglyceride
(5 kcal/ g). Die kurzkettigen Fettsäuren weisen einen niedrigeren Energiegehalt als langkettige Fettsäuren auf (Essigsäure 3,5 kcal/ g, Propionsäure 5,0 kcal/ g, Buttersäure 6,0 kcal/ g) und Stearinsäure aus salatrim wird laut finley et al. im Gastrointestinaltrakt nur zu 68 % absorbiert (akoh 1998b und finley et al. 1994). Diese älteren Daten konnten jedoch in einer neueren Studie nicht bestätigt werden, da deren Resultate eine 87 %- ige Absorption von Stearinsäure aus salatrim zeigten (tuomasjukka et al. 2007).
Durch chemische Umesterung von Triacetin, Tripropionin bzw. Tributyrin oder deren Mischungen mit hydriertem Raps-, Soja- Baumwollsaat- oder Sonnenblumenöl, werden die salatrim- Produkte hergestellt (VO salatrim 2003).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Im Jahr 1994 erhielten salatrim- Produkte den GRAS- Status in den USA und sind dort seitdem auf dem Markt verfügbar (mukherjee und warwel 1999). 2003 wurden salatrim als neuartige Lebensmittelzutat für Back- und Süßwaren in der Europäischen Union zugelassen, wobei auf dem Etikett angegeben werden muss, dass „übermäßiger Verzehr zu Magen- Darm- Störungen führen kann“ und „die entsprechenden Erzeugnisse nicht für Kinder bestimmt sind“ (VO salatrim 2003).
Neben der Erzeugung strukturierter Triglyceride durch chemische Umesterung, bietet sich auch die Herstellung durch lipase- katalysierte Umesterung an. Hierbei ermöglichen spezifische Enzyme eine gezielte Positionierung der Fettsäuren am Glycerin, wodurch ebenfalls kalorienreduzierte Fette erzeugt werden können (mukherjee und warwel 1999).
4.1.2 Mittelkettige Triglyceride
Wie bereits in 2.1 erwähnt, besitzen mittelkettige Fettsäuren mit ca. 8 kcal/ g einen um etwa
10 % geringeren Energiegehalt als langkettige Fettsäuren, was MCT für die Verwendung in fettarmen Lebensmitteln wie Salatdressings, Backwaren, Tiefkühlgerichten oder Desserts interessant macht (akoh 1998b). Der Vorschlag zur Nutzung von MCT zur Gewichtskontrolle bzw. –regulation beruht jedoch hauptsächlich auf deren Rolle im Energiestoffwechsel. Mittelkettige Fettsäuren werden schneller oxidiert als langkettige Fettsäuren (siehe 2.1) und bewirken eine erhöhte postprandiale Thermogenese, weshalb angenommen wird, dass der Verzehr von MCT eine Erhöhung des Energieumsatzes mit sich bringt. Eine längerfristige Aufnahme an MCT könnte demnach in einer negativen Energiebilanz resultieren und dadurch eine Körpergewichtsreduktion bewirken (DGE 2008b, st- onge et al. 2003a und 2003b). Zudem wird ein MCT- Verzehr mit einer erhöhten Sättigungsrate und folglich einer verminderten Energieaufnahme in Verbindung gebracht (bach et al. 1996).
Geschmacklich unterscheiden sich MCT- Fette etwas von üblichen Fetten, in natürlichen Lebensmitteln kommen sie kaum vor.
Zu diätetischen Zwecken werden MCT bei einer Störung der Fettverdauung schon seit längerem angewendet, wobei sich ihr Einsatz als Energielieferanten bei Patienten mit Fettverdauungsstörungen bis zu Mengen von 50 g pro Tag als durchaus positiv erwiesen hat. Bei der Aufnahme größerer MCT- Mengen (50 – 80 g/ d) kann es jedoch ohne vorherige Gewöhnung zu unerwünschten Nebenwirkungen wie Übelkeit, Blähungen und Bauchschmerzen kommen, weshalb die Aufnahmemenge zunächst auf 20 g/ d begrenzt und anschließend eine Steigerung der Dosis um 10 g pro Tag vorgenommen werden sollte. Die tolerierbare Gesamtmenge variiert zwischen Individuen (DGE 2008b).
Die Herstellung von MCT mit etwa 40 – 50 % Caprinsäure und 50 – 65 % Caprylsäure erfolgt aus fraktioniertem Kokos- oder Palmkernfett durch Veresterung deren Fettsäuren mit Glycerin (babayan 1968).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Wie LCT fungieren auch MCT als Träger fettlöslicher Vitamine in Lebensmitteln, essentielle Fettsäuren (Linolsäure, α- Linolensäure) müssen jedoch bei regelmäßigem Verzehr an MCT- Fetten zusätzlich aufgenommen werden. MCT- Fette sind in Form von flüssigem Speiseöl oder streichfähiger Margarine erhältlich, die jedoch nicht über 150 °C erhitzt werden sollten, da die entstehenden Zersetzungsprodukte einen bitteren Geschmack verursachen können (mukherjee und warwel 1999). Die oben beschriebenen Nebenwirkungen begrenzen außerdem eine uneingeschränkte Verwendung der MCT- Fette, sodass bei deren Verwendung als Streich- und Zubereitungsfett maximal eine Einsparung von 80 – 120 kcal/ d möglich ist (DGE 2008b).
4.2 Fettersatzstoffe ohne Triglyceridstruktur
Bei der Entwicklung nahezu kalorienfreier Fettersatzstoffe wird grundsätzlich eines der folgenden Konzepte angewendet:
- Ersatz des Glycerins durch andere Alkohole
- Ersatz der üblichen Fettsäuren durch verzweigtkettige, mehrbasige oder sehr langkettige Carbonsäuren
- Einführung inverser Esterbindungen
- Ersatz der Ester- durch eine Etherbindung
Eine Übersicht zu diesen Herstellungsstrategien sowie einige Substanzbeispiele liefert folgende Tabelle.
Tab. 3: Strategien zur Herstellung von Fettersatzstoffen ohne Triglyceridstruktur (nach zunft 1999).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
4.2.1 Kohlenhydratpolyester
Die Veresterung von Mono-, Di-, Oligo- und Polysacchariden mit Fettsäuren führt zu akalorischen fettähnlichen Produkten, die bereits in den 70er Jahren wissenschaftliches Interesse erlangten. Saccharosepolyester, bei denen ein Saccharosemolekül die Glycerinstruktur des Fettes ersetzt, sind die am besten untersuchten Vertreter dieser Substanzklasse, da sie aufgrund ihrer physikalischen, chemischen und sensorischen Eigenschaften technologisch optimale Fettersatzstoffe darstellen. Sie unterscheiden sich in Kristallisationsverhalten, Konsistenz, Schmelzeigenschaften, Löslichkeit und Mundgefühl nicht von Triglyceriden mit entsprechenden Fettsäuren und sind geruchs- und geschmacksneutral. Da die Größe und die sterische Struktur der Saccharosepolyester sowohl die Absorption durch die Darmwand als auch den Abbau durch Verdauungsenzyme oder die Darmflora verhindern, liefern diese Moleküle keine verwertbare Energie und sind folglich kalorienfrei (akoh 1998c und zunft 1999). Bei der Herstellung hochacetylierter Ester
(> 90 %) werden Saccharose oder Saccharoseacetat durch lösungsmittelfreie Umesterungen mit Fettsäurealkylestern in Gegenwart von Alkalimetallen in der Schmelze in Polyester überführt (ragotzky 1997). Je nach Veresterungsgrad der Substanz ändert sich deren intestinale Hydrolysierbarkeit und damit auch die energetische Effizienz. Da diese beiden Parameter mit sinkendem Veresterungsgrad ansteigen, ist eine Veresterung aller acht Hydroxy- Gruppen der Saccharose wünschenswert, die Umsetzung in die Praxis jedoch schwierig.
Unter den Saccharosepolyestern ist olestra das bekannteste Produkt. Es besteht aus einem mit natürlich vorkommenden Fettsäuren der Kettenlänge C8 – C12 sechs- bis achtfach veresterten Saccharosemolekül und erstarrt bei 20 °C (zunft 1999).
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Im Jahr 1996 wurde olestra von der Food and Drug Administration (FDA) in den USA für Frittierzwecke und bei der kommerziellen Herstellung von Kartoffelchips und extrudierten Snacks zugelassen (ragotzky 1997). Da in Untersuchungen zur Aufnahme größerer Mengen an olestra Flatulenzen, Diarrhö, Fettstühle und abdominelle Krämpfe bei einigen Probanden beobachtet wurden, musste die Produktkennzeichnung Hinweise auf Nebenwirkungen wie Durchfall und Magenkrämpfe enthalten. 2003 wurde diese Regelung nach einer Überprüfung der wissenschaftlichen Beweislage jedoch wieder aufgehoben. Weitere Bedenken lösten Studienergebnisse aus, die über einen mit der Zufuhr von olestra- haltigen Lebensmitteln verbundenen Verlust an fettlöslichen Vitaminen und Carotinoiden berichteten. Aufgrund dessen wurde ab 1996 von Lebensmittelherstellern gefordert, diesen Lebensmitteln fettlösliche Vitamine zuzusetzen und den Zusatz sowie einen Vermerk auf eine Beeinträchtigung der Absorption von Vitaminen und anderen Nährstoffen auf der Verpackung zu deklarieren. Auch in diesem Fall haben neuere Untersuchungsergebnisse dazu geführt, diese Hinweisvorschrift zurückzunehmen (FDA 2003).
In den USA ist olestra bisher der einzige zugelassene synthetische Fettersatzstoff ohne Triglyceridstruktur (weber et al. 2002), in Europa bzw. Deutschland ist olestra bzw. sind andere Kohlenhydratpolyester nicht zugelassen (DGE 2008b).
4.2.2 Sonstige lipidanaloge Verbindungen
Eine Reihe weiterer Fettersatzstoffe wurde bisher diskutiert, darunter Ester von Zuckeralkoholen, Diolester, Jojobaöl, Retrofette, Malonsäureester, Trialkoxyglycerinether, Polyglycerinester und veresterte propoxylierte Glycerine. Die genannten Verbindungen finden bislang noch keine Anwendung als Fettsubstitute in Lebensmitteln (weber und warwel 1999), weshalb auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird. Nähere Informationen finden sich im Anhang.
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- Citar trabajo
- Vanessa Schuh (Autor), 2009, Auswirkungen der Fettsubstitution in Lebensmitteln, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/209867
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