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Aus dem Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften (Geschäftsführender Direktor: Prof. Dr. Reinhold Jahn) der Naturwissenschaftlichen Fakultät III (Dekan: Prof. Dr. Peter Wycisk) der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
„Ernährungsphysiologische und biofunktionelle Wirkungen von
Inhaltsstoffen einheimischer Körnerleguminosen
(Erbse, Ackerbohne, Lupine)“
Bachelorarbeit
zur Erlangung des akademischen Grades Bachelor of Science Ernährungswissenschaften eingereicht von: Katja Schulz geb. am 25.10.1986 in Löbau Eingangsstempel des Prüfungsamtes: Prüfer: Prof. Dr. Gabriele Stangl Dr. rer. nat. Corinna Brandsch Datum der Abgabe: Unterschrift: Halle/Saale 2011
Inhaltsverzeichnis
Tabellenverzeichnis............................................................................................................... I
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Gehalte von Fett, Eiweiß und Kohlenhydraten der einheimischen Hülsenfrüchte und von Soja.......................................................... 6 Tabelle 2: 7S- und 11S-Globuline von Ackerbohne und Erbse............................................... 6 Tabelle 3: Alkaloide der einheimischen Hülsenfrüchte......................................................... 10 Tabelle 4: Menge an gebundener Blausäure in Lebensmitteln, die cyanogene Glykoside enthalten.................................................................... 10 Tabelle 5: Phytatgehalte der einheimischen Hülsenfrüchte und Soja.................................. 12 Tabelle 6: Bekannte Phytoöstrogene................................................................................... 14 Tabelle 7: (Mögliche) Antikanzerogene und kanzerogene Stoffe der einheimischen Hülsenfrüchte.............................................................................. 19 Tabelle 8: (Mögliche) Blutzucker- und insulinreaktionsbeeinflussende Inhaltsstoffe der einheimischen Hülsenfrüchte.................................................... 22 Tabelle 9: Günstige und ungünstige Wirkungen der einheimischen Hülsenfrüchte.............................................................................. 39 I
Abkürzungsverzeichnis
Ala - Alanin aP2 - Fettsäure-bindendes Protein Arg - Arginin Ca - Calcium CaCl2 - Calciumchlorid CH4 - Methan CO2 - Kohlenstoffdioxid cv. - Cultivar (Sorte) IC50 - Probenkonzentration, die nötig ist um 50% der Radikale zu fangen EPA - Eicosapentaenoic acid (Eicosapentaensäure) ERβ - Estrogen receptor β (Östrogen-Rezeptor β) Fe - Eisen FS - Fettsäure G6PD - Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase GHS-R. - Growth hormone secretagogue-Rezeptor GLUT4-T. - Glucose-Transporter Typ 4 Gly - Glycin H2 - Wasserstoff HCN - Blausäure HDL - High Density Lipoprotein HMG - CoA-3-Hydroxy-3-methylglutaryl Coenzym A IgA+ - Immunglobulin A IgE - Immunglobulin E IgM-PFC - Immunglobulin M Plaque-Forming Cell number IFN-γ+ - γ-Interferon IL-4+ - Interleukin 4 IL-10+ - Interleukin 10 Ile - Isoleucin IP6 - Myo-Inositol-(1,2,3,4,5,6)-hexakisphosphat i. Tr. - In der Trockenmasse K - Kalium KG - Körpergewicht LDL - Low Density Lipoprotein L-Dopa - L-3,4-Dehydroxyphenylalanin Leu - Leucin LPS - Lipopolysaccharid Met - Methionin Mg - Magnesium MgCl2 - Magnesiumchlorid Mn - Mangan MUFA - Mono-unsaturated fatty acids (einfach ungesättigte Fettsäuren) N - Stickstoff NaCl - Natriumchlorid NADPH - reduzierte Form von Nicotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADP) NF-κB - Nuklearfaktor-kappaB NO - Stickstoffmonoxid NSP - Nicht-Stärke-Polysaccharide Phe - Phenylalanin PPARγ2 - Peroxisome Proliferator aktivierter Rezeptor γ PUFA - Poly-unsaturated fatty acids (mehrfach ungesättigte Fettsäuren) II
1 Einleitung
Die Nationale Verzehrsstudie II (2008) und das Statistische Jahrbuch zu Ernährung, Landwirtschaft und Forsten der Bundesrepublik Deutschland (2010) belegen, dass die Bedeutung der Hülsenfrüchte in Deutschland zunehmend in den Hintergrund gerückt ist. Der Pro-Kopf-Verbrauch war in den letzten Jahren rückläufig, obwohl bei den Anbauflächen leichte Steigerungen zu verzeichnen sind. Nach aktuellen Angaben werden pro Kopf nur 0,5 kg Hülsenfrüchte im Jahr verzehrt. Genauere Angaben zum Verzehr einheimischer Hülsenfrüchte oder Soja lassen sich nicht ableiten. Das liegt auch daran, dass Hülsenfrüchte meist als Randgruppe von Gemüse betrachtet werden und dementsprechend nicht einzeln aufgeführt werden (BMELV 2010). In diesem Zusammenhang gilt die aktuelle Verzehrsempfehlung der DGE von 400 g (entspricht drei Portionen) Gemüse pro Tag für Gemüse, Pilze und Hülsenfrüchte zusammen. Im Durchschnitt werden von den Deutschen aber nur ca. 120 g/Tag verzehrt (Max Rubner-Institut Bundesforschungsinstitut für Ernährung und Lebensmittel 2008). Die meisten Menschen verbinden mit dem Wort „Hülsenfrüchte“ zuerst Blähungen und Flatulenzen. Wahrscheinlich haben sie daher ihr negatives Image. Allerdings erstreckt sich ihr Potenzial viel weiter. Das wussten schon Hippokrates und andere Gelehrte des Altertums (Hanelt 2006; Keller 1999). Allgemein bekannt ist, dass sie tierisches Eiweiß ersetzen können, mineralstoffreich sind und einen niedrigen glykämischen Index besitzen. Außerdem zeigen sie eine Vielzahl von positiven, aber auch negativen Wirkungen, die sie für die menschliche Ernährung und die Behandlung von Krankheiten interessant machen. Am besten untersucht ist bislang die Sojabohne. Eine Suche bei PubMed zu „Soya“ mit der Restriktion „Human“ ergibt ca. 5100 Treffer. Bei der Eingabe nach „"fava bean" OR "faba bean" OR pea OR lupin“ erhält man dagegen nur 2062 Treffer. Ziel dieser Arbeit ist es, die Wirkungen von Inhaltsstoffen unserer einheimischen Körnerleguminosen Ackerbohne ( Vicia faba L. ), Erbse ( Pisum sativum L. ) und Lupine ( Lupinus spp. ) auf den menschlichen Körper näher zu betrachten. Dabei sollen sowohl ernährungsphysiologische als auch biofunktionelle Aspekte berücksichtigt werden, um einen Ausblick zum zukünftigen Einsatz dieser Hülsenfrüchte in der menschlichen Ernährung geben zu können. Dazu werden die einzelnen Hülsenfrüchte und deren charakteristische Inhaltsstoffe näher betrachtet. Außerdem wird der aktuelle Stand der Forschung in diesem Bereich überblickt.
2 Charakterisierung der einheimischen
Körnerleguminosen
Als Körnerleguminosen bzw. Körnerhülsenfrüchte werden sowohl die zur Gewinnung trockener Samen kultivierten Pflanzen als auch die Samen selbst bezeichnet (Ternes et al. 2005). Sie gehören zu der großen Ordnung Leguminosae. Man spricht von Leguminosen, da ihr charakteristisches Merkmal ihre Früchte sind, die Hülsen (lat. „ legumen “ = Hülse) (Hanelt 2006). Körnerleguminosen werden auch als Eiweißpflanzen bezeichnet, da sie aufgrund ihrer Symbiose mit Luftstickstoff-bindenden Knöllchenbakterien in der Lage sind, große Mengen an Proteinen zu bilden (Werner 1999). Man spricht dabei von Biologischer Stickstofffixierung (Krug 2002b). Im ernährungswirtschaftlichen Bereich wird anstelle von Körnerleguminosen meist der Begriff „Hülsenfrüchte“ verwendet. Aus ihnen können zahlreiche Lebensmittel hergestellt werden. Die meisten stammen aus dem asiatischen Raum, da hier ihre Bedeutung sehr groß ist, z.B. Falafel, pflanzliche Ersatzmilchpräparate, Miso, Sojasoße, Tofu, Nährkombinationspräparate (Ternes et al. 2005). Zu den in Deutschland einheimischen Körnerleguminosen gehören Ackerbohne, Erbse und Lupine. Neben der Verwendung als Gründüngungspflanze und zur Tierernährung werden sie auch in der menschlichen Ernährung wegen ihres biologisch wertvollen Eiweißes verwendet. Das folgende Kapitel soll einen kurzen Überblick über die einzelnen Arten, ihre Herkunft, ihre Inhaltsstoffzusammensetzung und ihre Bedeutung in der menschlichen Ernährung geben.
2.1 Ackerbohne – Vicia faba L.
Für die Ackerbohne (Einordnung siehe Kap. 2 ) gibt es viele Namen: Pferde-, Sau-, Puff-, Fava-, Faba- oder Dicke Bohne, wodurch es schwierig ist, geeignete, auf Vicia faba L. Zeichnung: Einordnung der einheimischen Körnerleguminosen Familie Tribus Ordnung Unterfamilie Gattung Art Leguminosae (Hülsenfrüchtler) Fabaceae (Schmetterlingsblütler) Viciaceae (Wickengewächse) Genisteae (Ginsterartige) Vicia faba L. (Ackerbohne) Vicia Lupinus Pisum sativum L. (Erbse) Lupinus spp. (Lupinen) Pisum
Ackerbohnen ab dem 6. Jh. nach Chr. erwähnt (Krug 2002a; Stelling und Naumann 1999). Die Blätter der Erbse sind wechselständig, paarig und meist ganzrandig. Sie bildet Ranken zum Klettern und Festhalten. An den fertilen Nodien der Sprossachse finden sich jeweils ein bis zwei Schmetterlingsblüten, je nach Sorte weiß- oder buntblühend. Die später gebildeten Hülsen enthalten zwischen drei und zwölf Erbsensamen. Sie platzen bei vollständiger Reife, im Gegensatz zu Lupinenhülsen, von selbst auf. In Mitteleuropa wird ausschließlich Pisum sativum L. ssp. sativum angebaut (Stelling und Naumann 1999). Dabei wird sie nach ihren Nutzungseigenschaften für die menschliche Ernährung in Körner- und Trockenspeiseerbsen, Markerbsen, Palerbsen und Zuckerschoten (Zuckererbsen) unterteilt. Im Sinne der Hülsenfrüchte werden nur die Körner- und Trockenspeiseerbsen als reife, trockene Samen genutzt. Für die Erbsenproduktion wurden 2009 in Deutschland 48.000 ha genutzt. Davon lagen allein 11.300 ha in Bayern. Weitere große Anbauflächen finden sich in Mitteldeutschland (zw. 5.500 und 7.500 ha) und Branden burg (6.100 ha) (BMELV 2010; Bundessortenamt 2011). Im weltweiten Vergleich belegt Deutschland jedoch nur einen der hinteren Plätze. Hier liegt Kanada mit einer Anbaufläche von 1.487.200 ha vorn, gefolgt von China und Russland (FAOSTAT, 08.10.2011). Erbsen enthalten neben Protein, Kohlenhydraten und etwas Fett auch die für Hülsenfrüchte charakteristischen sekundären Pflanzenstoffe Oligosaccharide, Tannine, Lektine, Phytat, Protease-Inhibitoren und Saponine. Als vorherrschendes Triterpen-Saponin ist Sojasaponin I bestimmt worden (ca. 21 mg / 100 g Samen) (Kinjo et al. 1998). Die Erbse gehört zu den ältesten Nahrungsmitteln des Menschen. Der Mensch isst nur die reifen trockenen (Trockenspeiseerbsen) oder unreifen grünen (Gemüseerbsen) Erbsensamen. Aus den reifen Samen können Erbswurst, Erbsenmehl, Suppen, Pürees und Breie hergestellt werden (Stelling und Naumann 1999). 2.3 Lupine – Lupinus spp. Die Gattung Lupinus (Einordnung vgl. Kap. 2 ) umfasst über 200 Arten, von denen L. albus (Weiße Lupine), L. angustifolius (Schmalblättrige Lupine, oft nicht ganz korrekt Blaue Lupine genannt), L. luteus (Gelbe Lupine) und L. mutabilis (Buntlupine) am bekanntesten und für die menschliche Ernährung am bedeutendsten sind. Man unterscheidet zwischen Altwelt- und Neuweltarten, da schon vor der Entdeckung Amerikas durch Kolumbus auf beiden Seiten des Atlantiks Lupinen zu finden waren. Zu den Altweltarten zählen L. albus , L. luteus und L. angustifolius. Ihre Heimat liegt im Mittelmeerraum. In Deutschland kennt man sie seit der Renaissance. Neuweltarten findet man in ganz Amerika (Hanelt 2006; Plarre 1999). Sie sind artenreicher als die Altweltarten. Hier kommt vor allem der in den Anden verbreiteten L. mutabilis eine große Bedeutung zu. Lupinen sind ein- oder mehrjährig. Die meist krautigen Pflanzen besitzen handfingerig
gefiederte Blätter. Typisch für die Lupinenpflanzen sind ihre auffälligen, senkrecht aufragenden Blütentrauben. An ihrer Stelle findet man später die ledrigen, oft behaarten Hülsen mit den Samen (Hanelt 2006). Möglicherweise sind die Samen schon vor der neolithischen Revolution von Menschen verzehrt worden (Gladstones 1998). Sichere Belege finden sich erst während der Zeit des Altertums, z. B. durch Hippokrates von Kos (400-356 v. Chr.). Er erwähnt die Lupine als Lebensmittel und hebt ihre abführende, nicht-blähende Wirkung gegenüber anderen Hülsenfrüchten hervor. Auch andere Gelehrte jener Zeit heben ihre medizinische Anwendung hervor. Um den schädlichen Alkaloidgehalt der Samen zu senken, wandte man damals schon Entbitterungsverfahren an (Hanelt 2006). Dazu wurden und werden die Samen gewässert. Seit dem Auffinden alkaloidarmer Formen, den sog. Süßlupinen, werden bevorzugt diese für die Ernährung genutzt. Aus ihnen werden heute Milchprodukte wie Quark und Joghurt oder Eis, Nährmittel und proteinreiche oder entölte Mehle hergestellt. In Deutschland werden zurzeit jedoch nur L. albus und L. angustifolius angebaut (Bundessortenamt 2011). Die Gesamtanbaufläche 2009 in Deutschland betrug für Lupinen 19.400 ha. Sie werden hauptsächlich in Ost- und Norddeutschland angebaut. Spitzenreiter ist Brandenburg (10.100 ha) (Bundessortenamt 2011). Im weltweiten Vergleich liegt Australien mit einer Anbaufläche von 483.000 ha (2009) vorn, gefolgt von Weißrussland mit 39.306 ha und Polen mit 35.700 ha (FAOSTAT, 08.10.2011). Lupinen haben einen hohen Rohproteingehalt. Das Eiweiß der Körner ist zu 90% für den Menschen verdaulich (Plarre 1999). Anders als bei Erbsen und Ackerbohnen gelten bei Lupinen neben Eiweiß auch Fett und Alkaloide als Hauptmerkmale für die Qualitätsbewertung. Sie werden daher auch als Ölpflanzen verwendet (Plarre 1999)(siehe Kapitel 3.1.3). Lupinen enthalten nahezu keine Stärke, dafür aber sehr viele Ballaststoffe (vgl. Kap. 3.1). Außerdem findet man beispielsweise Oligosaccharide, Phytat, Tannine, Trypsin-Inhibitoren, Saponine und Lektine. Ausführliche Angaben über die Lupinenalkaloide findet man bei Petterson (1998).
3 Inhaltsstoffe
Um den Wert der einheimischen Körnerleguminosen für Mensch und Tier beurteilen zu können, sind Kenntnisse über deren Inhaltsstoffzusammensetzung nötig. Durch ihre Komposition aus Hauptnährstoffen, Ballaststoffen und sekundären Pflanzenstoffen ergeben sich sehr unterschiedliche Wirkungen, die in Kapitel 4 näher betrachtet werden.
3.1 Hauptnährstoffe
Hülsenfrüchte zeichnet ein hoher Proteingehalt und meist hoher Kohlenhydratgehalt aus, siehe Tabelle 1. Diese Komposition macht sie für die menschliche Ernährung günstig. Zu
Bei Hydrolyse der Proteine können Peptide freigesetzt werden, die wie die sekundären Pflanzenstoffe bioaktiv wirken können (siehe Kap. 3.3) (Ndiaye et al. 2011; Pownall et al. 2010). Auch die seltene Aminosäure L-Dopa reagiert bioaktiv. Sie ist in Vicia faba L. entdeckt worden (Fang et al. 2010; Ternes et al. 2005) und wird zur Behandlung von Morbus Parkinson genutzt (Pschyrembel 2004). Man hat in Arten der Gattungen Vicia und Lathyrus auch toxisch wirkende Aminosäuren gefunden. Sie wirken als Osteotoxine (β-Aminopropionitril), Antimetabolite (Mimosin) und Neurotoxine (β-N-oxalyl-α,β-diaminopropionsäure). Durch Kochen und anschließendes Entfernen des Kochwassers wird deren Wirkung aber reduziert (Champ 2002). Ungünstig sind auch die allergenen Proteine der Hülsenfrüchte, vor allem von Lupine, Erdnuss und Sojabohne. Sie führen zu Lebensmittelallergien auf die genannten Hülsenfrüchte und bergen gleichzeitig ein hohes Kreuzallergierisiko zu anderen ähnlich strukturierten Proteinen (siehe Kap. 6.1). Details zur Entstehung von Lebensmittelallergien finden sich bei Belitz et al. (2008) und Biesalski et al. (2010). 3.1.2 Kohlenhydrate Den größten Anteil an der Kohlenhydratfraktion bei den einheimischen Hülsenfrüchten, mit Ausnahme der Lupine, besitzt die Stärke (siehe Kap.3.1). Neben den löslichen und unlöslichen Stärken enthalten Körnerleguminosen auch eine große Menge resistente Stärken, die ähnliche Wirkungen wie die Ballaststoffe entfalten (siehe Kap. 3.2)(Rochfort und Panozzo 2007). Allgemein ist der glykämische Index von Hülsenfrüchten niedrig. Dies sorgt für einen langsamen Blutzuckeranstieg. Bei Ackerbohnen liegt er etwas höher (Madar und Stark 2002). Eine andere Gruppe charakteristischer Kohlenhydrate umfasst die α-Galaktoside, auch RFO genannt. Zu ihnen werden Raffinose, Stachyose, Verbascose und Ajugose gezählt. Lupinen enthalten gegenüber Ackerbohnen und Erbsen einen höheren Anteil an Stachyose, ansonsten sind ihre Gehalte an RFO ähnlich (Hedley 2001). Es konnte belegt werden, dass die α-Galaktoside von Erbsen und Lupinen nicht giftig sind (Gulewicz et al. 2002). Sie sind für Flatulenz, Blähungen und Diarrhö verantwortlich, da sie im Dickdarm von Bakterien zu CO 2 , CH 4 und H 2 metabolisiert werden (Belitz et al. 2008). Andererseits können sie die Komposition der Darmbakterien günstig beeinflussen und so Flatulenzen reduzieren (Gulewicz et al. 2002) und sie haben eventuell auch einen Nutzen für das Immunsystem des Darms. Die Gehalte unerwünschter Oligosaccharide können unter anderem durch Wässern und Kochen stark reduziert werden (Rochfort und Panozzo 2007). Detaillierte Informationen über die Kohlenhydrate der Hülsenfrüchte geben Hedley et al. (2001).
3.1.3 Fette Die meisten Hülsenfrüchte sind fettarm (siehe Kap. 3.1). Ausnahmen sind Erdnuss, Lupine und Sojabohne. Diese werden aufgrund ihres relativ hohen Fettgehaltes auch zur Ölgewinnung verwendet. Den Hauptanteil der Fette bestimmen die Triglyceride. Daten über deren Fettsäurezusammensetzung bei Ackerbohnen und Lupinen finden sich bei Petterson (1998) und Belitz et al. (2008). Sie besitzen generell hohe Gehalte an Ölsäure (18:1) und Linolsäure (18:2). Einfach ungesättigte Fettsäuren wirken sich günstig auf die Fluidität von Zellmembranen aus, dadurch können negative Effekte von Cholesterin reduziert werden. Linolsäure ist eine essentielle Fettsäure und muss deshalb mit der Nahrung aufgenommen werden. Durch ihren hohen Gehalt ungesättigter Fettsäuren sind Ackerbohne, Lupine und Erbse günstig für die menschliche Ernährung. Fette pflanzlichen Ursprungs enthalten kein Cholesterin, so auch die einheimischen Körner leguminosen. Dies ist ein Vorteil der pflanzlichen Fette gegenüber den tierischen Fetten, denn so wird kein zusätzliches Cholesterin zugeführt. Die pflanzlichen Fette enthalten schwer resorbierbare Phytosterine (siehe Kap. 3.3.6), welche die Cholesterinaufnahme aus dem Darm hemmen können und so cholesterinsenkend wirken (Biesalski und Adolph 2010). 3.2 Ballaststoffe Die strukturellen Polysaccharide der Zellwände haben neben der Stärke einen großen Anteil an der Kohlenhydratfraktion. Ihr Gehalt und ihre Komposition sind artabhängig. Lupinen besitzen durch ihren geringen Stärkeanteil einen wesentlich höheren Ballaststoffanteil als Erbsen und Ackerbohnen (je 26% und 12% des Samens) (Hedley 2001). Die enthaltene Menge ist außerdem in den Samenschalen höher als in den Kotyledonen. Die Gruppe der Ballaststoffe umfassen bei den Körnerleguminosen unter anderem Cellulose, Lignin und Pektin, außerdem die Zellwandbestandteile Galactose, Arabinose, Fucose und Xylose. Teilweise werden auch resistente Stärken dazu gezählt, da sie wie die Ballaststoffe nicht resorbiert werden und so ihre Wirkungen im Darm entfalten (Rochfort und Panozzo 2007). Beide Kohlenhydratgruppen werden teils von Darmbakterien fermentiert, wodurch kurzkettige Fettsäuren, CH 4 und CO 2 entstehen. Diese können sowohl zu Flatulenz und Blähungen führen, beeinflussen aber auch die Darmgesundheit positiv. Ballaststoffe beeinflussen die Bioverfügbarkeit anderer Stoffe, z.B. von Mineralstoffen und Phytinsäure und sie können in begrenztem Maß Einfluss auf den Lipid- und Glukosestoffwechsel nehmen. Durch Aufquellen kann die Stuhlmenge erhöht und so die Transitzeit verringert werden (Petterson 1998). Lupinen enthalten hohe Pektingehalte. Diese wirken wahrscheinlich nicht blutzuckersenkend (Feldman et al. 1995).
Tabelle 3 : Alkaloide der einheimischen Hülsenfrüchte Ackerbohne Erbse Lupine ▪ Hydroxypyrimidin-Glykosid- Alkaloide 3 ▪ Trigonellin 3 ▪ Quinolizidinalkaloide (z.B. Lupanin, Spartein, 13 - Hydroxylupanin, Lupinin, Angustifolin) 1 2 3 (^1) (Petterson 1998) 2 (Plarre 1999) 3 (Rochfort und Panozzo 2007) Alkaloide können in vielen Pflanzenteilen vorkommen. Unter den Hülsenfrüchten ist hierbei die Lupine am bedeutendsten. Die Samen von L. albus Wildformen enthalten meist über 1% Alkaloide (Hanelt 2006), wohingegen die Süßlupinen nur maximal 0,04% (Plarre 1999) bis 0,06% (Ternes et al. 2005) enthalten. Sehr geringe Alkaloidmengen sind aber auch in anderen Hülsenfrüchten zu finden, z.B. in Ackerbohne, Erbse oder Jackbohne (Champ 2002; Rochfort und Panozzo 2007). Interessanterweise gibt es Alkaloide auch im Tierreich, z.B. bei Stinktier, Feuersalamander und Kugelfisch (Wagner 1999). Die meisten Alkaloide wirken antinutritiv bzw. sogar toxisch. Dabei ist der Grad der Toxizität vom Alkaloid und seiner zugeführten Menge abhängig, z.B. sind Lupanin und Spartein zehnmal giftiger als 13-Hydroxylupanin (Plarre 1999). Bei der Lupine werden deshalb neben physikalischen Verfahren zur Entbitterung (Wässern) auch vermehrt Süßlupinen verwendet um die hohen Alkaloidgehalte zu reduzieren. Rochfort et al. (2007) beschreiben aber auch günstige Wirkungen von Alkaloiden. So können scheinbar Hydroxypyrimidin-Glykosid- Alkaloide der Ackerbohne gegen Malaria helfen und Quinolizidinalkaloide der Lupine eventuell die Insulinsekretion erhöhen. 3.3.2 Cyanogene Glykoside Cyanogene Glykoside sind Zuckerverbindungen, bei deren Zerfall Cyanwasserstoff (Blausäure) freigesetzt wird. Der Abbau wird durch substratspezifische β-Glukosidasen eingeleitet, aber erst bei der Zerstörung von Zellwandstrukturen (Belitz et al. 2008). Sie kommen in den Samen verschiedener Pflanzen vor, z.B. in bitteren Mandeln. Von den Hülsenfrüchten hat die Limabohne den höchsten Gehalt. Erbsen und Bohnen enthalten nur einen Bruchteil davon (Belitz et al. 2008; Champ 2002). Für Lupinen sind keine Angaben bekannt. Tabelle 4 : Menge an gebundener Blausäure in Lebensmitteln, die cyanogene Glykoside enthalten Erbse Bohne Kichererbse Limabohne Bittere Mandeln 2,3 2,0 0,8 210 - 310 280 - 310 HCN in mg/100g (Belitz et al. 2008) Durch die Bildung von Blausäure wirken die Glykoside toxisch. Es kommt zu
Bittermandelgeruch des Atems, Erbrechen, Atemnot und möglicherweise zum Ersticken. Schon 1 mg/kg KG an Blausäure ist tödlich (Pschyrembel 2004). Um die Samen zu entgiften, werden sie zerkleinert und angefeuchtet. Die, beim Zerfall der Glykoside, entstehende Blausäure wird durch Erhitzen entfernt (Belitz et al. 2008). 3.3.3 Favismus-Substanzen Unter dem Begriff Favismus-Substanzen werden die Glykoside Vicin und Convicin der Ackerbohne zusammengefasst. Sie bestehen jeweils aus β-Glukose und einer Pyrimidin- Nuleosid-Struktur (Divicin und Isouramil). Vicia faba L. enthält zwischen 1480 und 2680 μg/g Favismus-Substanzen. In anderen Hülsenfrüchten sind teilweise nur sehr geringe Mengen dieser Glykoside gefunden worden (Champ 2002). Sie lösen bei Personen mit angeborenem G6PD-Mangel Favismus aus. Dieser Mangel ist in Mitteleuropa sehr selten (Kasper 2004). Die dabei entstehende hämolytische Anämie ist unter Umständen tödlich (Pschyrembel 2004). Die auslösenden Stoffe können auch mit der Muttermilch weitergegeben werden (Ternes et al. 2005). Der Verzehr unreifer und ungekochter Bohnen birgt ein größeres Risiko als der Verzehr gekochter Bohnen, da erst nach längerem Erhitzen das thermisch relativ stabile Vicin abgebaut wird. Auch durch Einweichen und Schälen kann eventuell eine Verminderung von Vicin und Convicin in den Ackerbohnen erreicht werden (Ternes et al. 2005). 3.3.4 Lektine Ihr Name stammt von „ legere “ (lat. für „auswählen“). Andere Bezeichnungen für Lektine sind Hämagglutinine und Phytohämagglutinine. Sie sind zuckerbindende Proteine, welche bevorzugt an menschliche und teilweise tierische Erythrozyten binden und diese dadurch agglutinieren (verklumpen). Lektine binden auch an Zucker auf anderen Zellmembranen, dabei reagieren sie sowohl zucker- als auch toxizitätsspezifisch (Champ 2002; Römer 1998). Man findet Lektine vor allem in Samen von Getreide und Hülsenfrüchten. Sie sind jedoch nicht nur in Pflanzen enthalten (Carle 2010). Ihre Gehalte schwanken stark zwischen den einzelnen Hülsenfruchtarten und -sorten. Beispielsweise hat man in weißblühenden Erbsen weniger Lektine gefunden als in buntblühenden (Champ 2002; Stelling und Naumann 1999). Das könnte auf eine Abhängigkeit hindeuten und als Hilfe bei der Qualitätsbewertung von Erbsensamen genutzt werden. Aus Ackerbohnen ist Favin bekannt (Römer 1998; Fang et al. 2010). Es ist auch festgestellt worden, dass die Gehalte von Lektinen in Ackerbohnen und Erbsen im Vergleich zu Soja sehr niedrig sind (Römer 1998; Madar und Stark 2002). Lektine können die Nährstoffabsorption stark beeinträchtigen. Aber nicht alle in Hülsen früchten vorkommenden Lektine wirken toxisch, z.B. Soja. Symptome einer Lektinvergiftung äußern sich bei Tieren durch Wachstumsstörungen; bei Menschen mit Diarrhö, Blähungen,
3.3.6 Phytosterine Die Phytosterine oder Phytosterole sind Strukturkomponenten von pflanzlichen Zellmembranen. Sie sind dem tierischen Cholesterin strukturell sehr ähnlich, werden aber im Magen-Darm-Trakt in wesentlich geringerem Maß resorbiert (Watzl 1999). Ihr Vorkommen in Hülsenfrüchten ist gering, da sie an die Anwesenheit von Fett geknüpft sind (Watzl 1999). Lupine, Soja und Erdnuss bilden als fettreiche Hülsenfrüchte eine Ausnahme. Am bekanntesten sind β-Sitosterol, Campersterol und Stigmasterol (Rochfort und Panozzo 2007). Davon kommt das Erstgenannte am häufigsten in pflanzlichen Lebensmitteln vor (zu 65%) (Ternes et al. 2005). Phytosterine können LDL-Cholesterin senken, deshalb werden sie heute verschiedenen Lebensmitteln, z.B. Margarine, zugesetzt (Duane 1997; Champ 2002). Dadurch könnten fettreiche Hülsenfrüchte die Mortalitätsrate von kardiovaskulären Krankheiten senken. Es liegen auch Hinweise vor, dass Phytosterine vor Dickdarmkrebs schützen können (Rochfort und Panozzo 2007). Jedoch gibt es Menschen, bei denen sie keinen Einfluss haben (Biesalski und Adolph 2010). Durch Raffination bei der Ölgewinnung wird der Gehalt an Phytosterinen gesenkt (Ternes et al. 2005). Dieser Arbeit liegen keine Daten über Einflüsse anderer Verarbeitungsschritte (z.B. Kochen) vor. 3.3.7 Polyphenole Die Polyphenole umspannen eine große Stoffgruppe. Sie sind in sehr vielen Pflanzen zu finden. Dazu zählen unter anderem einfache Phenole, Phenolsäuren, Lignane, Chalkone, Flavonoide und Stilbene. Ihnen allen gemein ist die Grundstruktur des Phenols (Belitz et al. 2008; Biesalski und Adolph 2010). Charakteristisch für Hülsenfrüchte sind Isoflavone (Untergruppe der Flavonoide), Lignane und Tannine (Champ 2002; Rochfort und Panozzo 2007). Deshalb wird im Folgenden nur auf diese Stoffe eingegangen.
3.3.7.1 Phytoöstrogene
Phytoöstrogene bezeichnen Stoffe, die ähnlich wie Östrogene aufgebaut sind und dadurch an Östrogenrezeptoren andocken können. Dazu zählen Isoflavone, Coumestane und Lignane. Lignane sind gleichzeitig Vorstufen von Lignin. Die bedeutendsten Phytoöstrogene sind die Isoflavone. Man findet sie vor allem in Soja und in wesentlich geringeren Mengen in anderen Hülsenfrüchten (Carle 2010; Champ 2002). Ihr Vorkommen ist an das Vorhandensein der Isoflavon-Synthase gekoppelt. Lignane finden sich vor allem in ballaststoffreichen Lebensmitteln (Watzl 1999). Erbsen enthalten sehr wenig Genistein und Daidzein (Champ 2002). In Lupinen sind bislang keine Phytoöstrogene gefunden worden (Rochfort und Panozzo 2007).
Tabelle 6 : Bekannte Phytoöstrogene Isoflavone Coumestane Lignane ▪ Biochanin A ▪ Daidzein ▪ Formononetin ▪ Genistein ▪ Coumestrol ▪ Sativol ▪ Trifoliol ▪ Repensol ▪ 4'-Methyoxycoumestrol ▪ Secoisolaricirensinol ▪ Matairesinol (Champ 2002; Rochfort und Panozzo 2007; Ternes et al. 2005) Phytoöstrogene ahmen die Wirkungen von Östrogen nach, wirken aber wesentlich schwächer als 17β-Östradiol. Sie können bei der Prävention von hormonabhängigen Ereignissen helfen (Champ 2002). Dazu zählen Krebsprävention, menopausale Symptome, koronare Herzkrankheiten und Osteoporose. In Zukunft könnten sie eventuell auch bei neurodegenerativen Erkrankungen, wie Parkinson, und metabolischen Störungen, wie Hypercholesterinämie, eine Rolle spielen (Rochfort und Panozzo 2007). Lignane sind außerdem wirksame Antioxidantien (Ternes et al. 2005). Andererseits gibt es aber auch Hinweise auf Tumorwachstum und Unfruchtbarkeit (Champ 2002). Der Verarbeitungsgrad der Hülsenfrüchte beeinflusst den Isoflavongehalt, die Struktur der Isoflavone und ihre Resorbierbarkeit (Rochfort und Panozzo 2007), z.B. steigert Fermentation die Resorbierbarkeit von Isoflavonen aus Soja (Watzl 1999).
3.3.7.2 Tannine
Tannine, auch Gerbstoffe genannt, sind stark hydrolysierte Polyphenole, in warmem Wasser löslich und können mit Proteinen und Kohlenhydraten unlösliche Komplexe bilden. Man unterscheidet zwischen hydrolysierbaren und kondensierten Tanninen. Letztere werden auch als Proanthocyanidine bezeichnet. Nähere Informationen zur Struktur geben Belitz et al. (2008), Wagner (1999) und Petterson (1998). In den Schalen von Erbsen- und Ackerbohnensorten sind kondensierte Tannine gefunden worden. Bei beiden Arten sind die Gehalte in buntblühenden Sorten höher als in Weißblü henden (Champ 2002; Fang et al. 2010). Der Gehalt kondensierter Tannine in den Schalen von L. albus und L. angustifolius ist vernachlässigbar. Er liegt unter 0,01% (Petterson 1998) Als günstige Wirkung der Tannine ist die Senkung des Blutzuckerspiegels zu nennen. Die Bildung unverdaulicher Tannin-Protein-Komplexe führt unter anderem zum adstringierenden Geschmack tanninreicher Lebensmittel (z.B. Tee). Als weitere ungünstige Wirkungen werden Inhibierung von Verdauungsenzymen, erhöhte Ausscheidung endogener Proteine, erhöhtes Krebsrisiko in Mund und Speiseröhre, Senkung der Nahrungszufuhr und Toxizität beschrieben (Champ 2002). Durch Schälen der Samen werden die Tanningehalte der Hülsenfrüchte gesenkt (Champ 2002; Petterson 1998). Dadurch wird gleichzeitig die Proteinverdaulichkeit erhöht, bei
