Bedeutung der Fettsäurezusammensetzung von Milch und

Bedeutung der Fettsäurezusammensetzung von Milch und
Rindfleisch für die menschliche Ernährung –
Einflussmöglichkeiten durch die Fütterung
Eine Literaturübersicht erstellt im Rahmen des Projektes Omega 3 Herzmilch. Das Projekt
wurde gefördert mit Mitteln des Bundesministeriums für Verbraucherschutz, Ernährung und
Landwirtschaft. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.
Dr. Daniel Weiß
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85354 Freising
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1 Fette und deren Struktur
Chemisch gesehen versteht man unter Fetten Tri(acyl)glyzeride (Abbildung 1), die aus drei
Fettsäuren und Glycerol aufgebaut sind. Fette sind wichtige, sehr energiereiche
Nahrungsbestandteile. Im Körper übernehmen Fette verschiedenste Aufgaben. Eine wichtige
Bedeutung haben Sie als Reservestoff für den Organismus, aber Fette sind auch Bausteine für
biologische Membrane sowie Ausgangsstoff für Eicosanoide, einer Gruppe von Hormonen.
Fettsäuren
Fett
c
c
c
c
H2
H 2c
c
o
o
o
c
0H
o
H 2c
+
o
H2c
0H
H
c
o
c
0H
H2
c
Abbildung 1: Die Grundstruktur von Fetten, aufgebaut aus drei Fettsäuren und Glycerol.
Fettsäuren unterscheiden sich in Ihrer Kettenlänge und der Art der Bindung zwischen den
Kohlenstoffatomen. Fette mit einem hohen Anteil von kurzen Fettsäuren sind bei
Zimmertemperatur fest (Talg, Schmalz), während Fette mit einem hohen Anteil an
langkettigen Fettsäuren bei gleichen Bedingungen flüssig sind (Pflanzenöle).
Nach Art der Bindung werden gesättigte von ungesättigten Fettsäuren unterschieden.
Ungesättigte Fettsäuren enthalten mindestens eine Doppelbindung (Abbildung 2). Mit Hilfe
der Omega Nomenklatur wird die Lage der ersten Doppelbindung, vom apolaren Kettenende
her gesehen, definiert. Omega-3 Fettsäure bedeutet also, dass eine Doppelbindung am 3. CAtom vorhanden ist, Omega-6 Fettsäuren haben entsprechend eine Doppelbindung am 6. C
2
Atom. Der menschliche Organismus ist auf die Zufuhr von Omega-3 und Omega-6 Fettsäuren
angewiesen, da er nicht in der Lage ist diese selbst zu synthetisieren. Diese Fettsäuren sind
daher essentielle Nährstoffe, vergleichbar mit Vitaminen.
H2
gesättigte Fettsäure
H2
c
H3c
H2
c
c
H2
H2 H2 H2 H2
c
c
H2
c
c
H2
c
c
c
c
o
c c
c
c oH
H2 H2 H2 H2
o
vereinfachte Schreibweise
c
oH
o
einfach ungesättigte Fettsäure
Ölsäure
Mehrfach ungesättigte Fettsäure Ω - 6
Linolsäure
Mehrfach ungesättigte Fettsäure Ω - 3
α-Linolensäure
Mehrfach ungesättigte Fettsäure Ω - 6
Arachidonsäure
c
o
oH
c
o
oH
c
oH
o
c
oH
Abbildung 2: Beispiele für verschiedene gesättigte und ungesättigte Fettsäuren. Die Omega
Nomenklatur gibt die Position der ersten Doppelbindung an (3. oder 6. C Atom von links
gezählt).
Die Art der Doppelbindung bei Fettsäuren wird entsprechend Ihrer räumlichen Struktur in cis
und trans Anordnung unterschieden. Trans Fettsäuren treten in pflanzlichen Organismen nicht
auf, sie entstehen durch bakterielle Fermentation im Pansen des Rindes sowie im Euter bei der
Milchfettsynthese, jedoch auch durch technische Behandlung von Fetten, wie z. B. starkes
Erhitzen. Eine Untergruppe von trans Fettsäuren sind die sogenannten Conjugated Linoleic
Acids (CLA, oder deutsch Konjugierte Linolsäuren). CLAs werden verschiedenste
gesundheitliche Wirkungen zugeschrieben (Lee et al. 1993; Jahreis 1999; Munday et al.
1999). Bei der bakteriellen Fermentation im Pansen entstehen jedoch gleichzeitig auch andere
trans Fettsäuren, die ungünstige Effekte auf die Gesundheit haben sollen (Solomon et al.
2000, Chouinard et al. 2001). Angesichts der großen Anzahl von laufenden Untersuchungen
3
zu diesem Thema ist in naher Zukunft davon auszugehen, dass die Rolle von CLA besser
definiert werden kann.
o
Linolsäure cis 9, cis 12
c
oH
o
Linolensäure cis 9, cis 12, cis 15
c
oH
o
Konjugierte Linolsäure cis 9, trans 11
Konjugierte Linolsäure trans 7, cis 9
c
o oH
c
oH
Abbildung 3: Zwei Beispiele für Conjugated Linoleic Acids (CLA, oder zu deutsch
konjugierte Linolsäuren). CLA werden aus Linolensäuren im Pansen und in der Milchdrüse
gebildet.
2
Essentielle Fettsäuren in der menschlichen Ernährung
Die sogenannten Omega-3 und Omega-6 Fettsäuren sind essentielle Nahrungsbestandteile, da
der menschliche Organismus nicht über die Enzymausstattung verfügt, diese Fettsäuren selbst
zu synthetisieren.
Zusammenhänge zwischen der geringen Inzidenz von Herzerkrankungen und einer hohen
Aufnahmerate von Omega-3 Fettsäuren wurden erstmals Ende der 70er Jahre bei Eskimos
diskutiert (Bang et al. 1976; Kromann und Green 1980). In der Zwischenzeit wurden anhand
einer Vielzahl von Studien dieser Zusammenhang bestätigt. Die Deutsche Gesellschaft für
Ernährung (DGE) empfiehlt für Erwachsenen eine Tageszufuhr von etwa 6,5 g Omega-6
Fettsäuren und 1,3 g Omega-3 Fettsäuren (DGE 2000). In vielen anderen Ländern wurden
Empfehlungen zur Aufnahme von essentiellen Fettsäuren ausgesprochen, die teilweise
4
deutlich über den deutschen Werten liegen (Simopoulos et al. 1999; Legrand et al. 2001,
Wijendran und Hayes 2004).
Nach einer deutschen Studie werden im Mittel der Bevölkerung diese empfohlenen
Verzehrsmengen an essentiellen Fettsäuren erreicht (Linseisen et al. 2003). Im Mittel übetrifft
die Aufnahme von Omega-6 Fettsäuren mit der Nahrung die empfohlenen Werte sogar
deutlich. Die Omega-3 Fettsäurezufuhr entspricht in etwa gerade den Empfehlungen. Daher
ist das Omega-6 Omega-3 Fettsäurenverhältnis deutlich weiter als das empfohlene Verhältnis
von 5 – 6 : 1 (Linseisen 2003; Wijendran und Hayes 2004).
Die Unterschiede in der
Aufnahme von Omega-3 Fettsäuren aufgrund länderspezifischer Ernährungsgewohnheiten
und
aufgrund
individueller
Verzehrsgewohnheiten
(auch
innerhalb
der
deutschen
Bevölkerung) sind jedoch erheblich (Astorg et al. 2004). Länder und Individuen, die viel
Fisch verzehren nehmen in aller Regel ausreichend Omega-3 Fettsäuren zu sich, insbesondere
die
Aufnahme
von
langkettigen
Omega-3
Fettsäuren
(Eicosapentaensäure
und
Docosapentaensäure) ist in diesem Fall relativ hoch. Bei einem geringen Fischverzehr besteht
jedoch oftmals eine Unterversorgung mit Omega-3 Fettsäuren (Astorg et al. 2004).
Verschiedene Arbeitsgruppen verfolgen daher den Ansatz den Gehalt an Omega-3 Fettsäuren
in Nahrungsmitteln anzuheben, in der Regel durch die gezielte Verwendung von Fischöl
(Mantzioris et al. 2000; Metcalf et al. 2003; Carrero et al. 2004). Damit kann erfolgreich die
Versorgung mit Omega-3 Fettsäuren verbessert werden, ohne die Ernährungsgewohnheiten zu
verändern.
3 Bedeutung von Milch und Rindfleisch für die Zufuhr von Omega Fettsäuren
Es sind relativ wenige Studien verfügbar, welche sich mit der Bedeutung verschiedener
Nahrungsmittel für die Versorgung mit Omega Fettsäuren beschäftigen. Nach einer
französischen Studie sind Milchprodukte, und hier vor allem Käse, die wichtigsten Quelle für
α-Linolensäure, die mengenmäßig wichtigste Omega-3 Fettsäure (Astorg et al. 2004). Eine
australische Studie verwendet eine Klassifizierung der Lebensmittel nach der Verarbeitung
5
und kann daher nicht direkt mit den französischen Ergebnissen verglichen werden (Meyer et
al. 2003).
Fleisch ist nach Fisch die zweite wichtige Quelle für langkettige Omega-3 Fettsäuren (Astorg
et al. 2004, Meyer et al. 2003). Studien, die verschiedene Spezies unterscheiden (Rind-,
Schwein,- Geflügelfleisch) sind jedoch nicht verfügbar. Eine weitere Schwäche dieser
Ernährungsstudien ist, dass über Befragungen die Diät erfasst wird und dann anhand
gemittelter Werten der jeweiligen Nahrungsmittel die Versorgung mit verschiedenen
Nährstoffen errechnet wird.
Das Problem dieser Vorgehensweise ist, dass damit unterschiedliche Inhaltstoffe in derselben
Produktgruppe nicht berücksichtigt wird. Die Gehalte von Omega Fettsäuren in Milch und
Fleisch werden sehr stark durch die Fütterung beeinflusst (French et al. 2000; Collomb et al.
2001; Scollan et al. 2001; Kraft et al. 2003; Dannenberger et al. 2004; Flachowsky 2004).
Hauswirth et al. (2004) sprechen in diesem Zusammenhang sogar von einem „alpinen
Paradoxon“. Käse, der aus Alpmilch hergestellt wird, enthält sehr hohe Gehalte an Omega-3
Fettsäuren, dies könnte, so argumentieren die Autoren, ein Grund für die niedrige Rate von
Herzerkrankungen im Alpenraum sein. 100 g Käse der aus Alpmilch hergestellt ist und damit
sehr hohe Gehalte an Omega-3 Fettsäuren enthält, liefert 1/3 des empfohlenen Tagesbedarfs
(Hauswirth et al. 2004).
4
Zusammenhänge zwischen der Fütterung und der Fettzusammensetzung beim
Rind
Die Fettbiosynthese, d.h. die Bildung von Milchfett im Euter sowie die Bildung von Depotfett
im Muskel (intramuskuläres Fett), greift auf den vorhandenen Nähstoffpool im Blut zurück.
Die gesättigten Fettsäuren werden in erster Linie aus den kurzen Fettsäuren der
Pansenfermentation (Essig-, Propion- und Buttersäure) aufgebaut. Die langen, mehrfach
ungesättigten Fettsäuren (Omega Fettsäuren) kann das Rind jedoch nicht selbst synthetisieren
(essentielle Fettsäuren).
6
Futter:
Pansen:
Blutkreislauf: Euter/Fettgewebe/Fleisch:
Biohydrierung Pool aus
Lipoproteinen
Langkettige (ungesättigte) Fettsäuren
fast ausschließlich aus dem Blutpool
0,3 bis 1,5 kg pro Tag
bis zu 0,5 kg
Linolensäure (Gras)
Fettbiosynthese
≈25 g pro Tag mehrfach ungesättigte FS = 5 %
Abbildung 4: Stoffwechselweg von langkettigen, ungesättigten Fettsäuren beim Rind. Die
Aufnahme dieser Fettsäuren schwankt sehr stark in Anhängigkeit der Futterration.
Ungesättigte Fettsäuren werden durch die Pansenmikroben hydriert und nur etwa 5 % der
mehrfach ungesättigten Fettsäuren passieren den Pansen um im Dünndarm resorbiert zu
werden (maximal 25 g pro Tag). Aus dem Blutpool werden langkettige, ungesättigte
Fettsäuren direkt ins Milchfett bzw. Depotfett eingebaut.
Die eingebauten Omega Fettsäuren entstammen daher direkt dem Blutpool. Für den Gehalt
dieser Fettsäuren ist damit ihre Konzentration im Blutplasma verantwortlich. Der Blutpool
spiegelt wiederum die Menge an langen, mehrfach ungesättigten Fettsäuren wieder, die im
Dünndarm resorbiert werden. Die Gehalte an Omega Fettsäuren in der Milch und im Fleisch
können daher durch die Fütterung manipuliert werden (Abbildung 4). Ungesättigte Fettsäuren
unterliegen einer starken Biohydrierung im Pansen, daher passieren nur etwa 5 % der
aufgenommenen Omega Fettsäuren den Pansen, können im Dünndarm resorbiert werden und
stehen damit für die Fettbiosynthese zur Verfügung.
7
350
Fett pro kg Futter (g)
800
50
600
40
30
400
20
200
10
Le
in
sa
at
G
et
re
id
e
M
ai
s
G
H
eu
/S
ila
ge
0
ra
s
0
mögliche tägliche Fettaufnahme aus dem Futter (g)
1000
g e s ä ttig te F e tts ä u re n
u n g e s ä ttig te F e tts ä u re n
m e h rfa c h u n g e s ä ttig te F e tts ä u re n
Abbildung 5: Fettgehalte und Fettzusammensetzung verschiedener Futtermittel (jeweils
linker, schmaler Balken). Die mögliche tägliche Fettaufnahme bei praxisüblicher
Futteraufnahme werden durch den jeweils rechten, breiter Balken veranschaulicht.
Zugrundegelegte Futteraufnahme in kg Trockenmasse pro Tag: Frischgras 18 kg, Heu/Silage
16 kg, Mais 14 kg, Getreide 5 kg, Leinsaat (vollfett) 2 kg.
Ändert sich die Anflutung von langkettigen Fettsäuren am Dünndarm, ändert sich damit auch
die Fettsäurecharakteristik im Milchfett bzw. im Fleisch. Die Fettgehalte und die
Fettzusammensetzung unterscheiden sich erheblich zwischen verschiedenen Futtermitteln,
frisches junges Weidegras z. B. enthält erhebliche Mengen α-Linolensäure (Abbildung 5).
Die Gehalte in konserviertem Gras sind niedriger als im Frischgras. Dies hängt zum einen mit
den Konservierungsvorgang zusammen, zum anderen aber auch mit dem physiologischen
Alter der Grünlandpflanzen. Mais und Getreide enthalten nur sehr geringe Anteile mehrfach
ungesättigter, langkettiger Fettsäuren.
8
3,0
60
2,5
2,0
40
1,5
1,0
20
0,5
0
Schweiz Alp
Schweiz mittlere Höhe
Alp
Öko Weide
Schweiz Talgebiet
D him an et al. 1999
Hochleistung TMR
3/3 Weide
2/3 Weide
1/3 Weide
0,0
Omega 3 / CLA Fettsäuren (%)
Gesättigte Fettsäuren (%)
gesättigte F ettsäuren
O m ega 3
C LA
K raft et al. 2003
C ollom b et al. 2001
Abbildung 6: Gehalt an gesättigten Fettsäuren (roter Balken) und Omega-3 bzw. CLA Gehalte
im Milchfett bei unterschiedlichen Rationen. Fütterung von konserviertem Futter und hohe
Anteile von Kraftfutter (TMR Fütterung) führen zu hohen Gehalten von gesättigten Fettsäuren
und geringen Omega-3 und CLA Gehalten. Weidehaltung (Frischgrasfütterung) reduziert den
Gehalt an gesättigten Fettsäuren und liefert deutlich höhere Omega-3 und CLA Gehalte. In
Milch von Almen ist der Gehalt von Omega-3 Fettsäuren und CLA nochmals deutlich höher.
Der Gehalt an Omega-3 Fettsäuren im Milchfett ist daher bei ausschließlicher
Frischgrasfütterung (Vollweidehaltung) etwa doppelt so hoch wie bei einer intensiven
Stallfütterung (Abbildung 6). Interessanterweise weist Alpmilch einen nochmals deutlich
höheren Gehalt an Omega-3 Fettsäuren auf. Dies lässt sich durch den hohen Kräuteranteil auf
Alpweiden erklären, der dazu führt, dass die Aufnahme von langkettigen, ungesättigten
9
Fettsäuren im Futter gegenüber grasreichen Grünlandbeständen in Tallagen erhöht ist
(Collomb et al. 2001).
Eine weitere Möglichkeit, das Fettsäurespektrum von Milch und Rindfleisch zu verschieben
ist die Zufütterung von Fetten. Damit können vergleichbare Gehalte von Omega-3 Fettsäuren
wie bei reiner Weidehaltung erzielt werden. Untersuchungen zeigen jedoch, dass der Gehalt
an mehrfach ungesättigten Fettsäuren die entscheidende Rolle spielt (Dhiman et al. 1999).
Das einzige Pflanzenfett, welches hier zur Verfügung steht ist, Leinöl bzw. Leinsaat.
Alternativ wäre nur die Verfütterung von Fischöl denkbar. Die gezielte Verschiebung der
Fettsäurezusammensetzung
mittels
Fettfütterung
stellt
jedoch
wesentlich
höhere
Anforderungen an das Management als eine reine Vollweidefütterung.
5
•
Zusammenfassung
Von entscheidender Bedeutung für einen hohen Gehalt an Omega-3 Fettsäuren in der
Milch bzw. im Fleisch ist die Zufuhr von mehrfach ungesättigten Fettsäuren über das
Futter .
•
Frischgrasfütterung liefert mehr als doppelt so hohe Gehalte an Omega-3 Fettsäuren in
der Milch und im Fleisch gegenüber Rationen auf Maissilagebasis mit viel Kraftfutter.
•
½ l Vollmilch auf Vollweidebasis liefert rund 300 mg Omega-3 Fettsäuren, dies
entspricht knapp 25 % der empfohlenen Tagesmenge.
•
Das Fettsäuremuster wird durch die Milchverarbeitung nicht beeinflusst.
Freising Januar 2005
Dr. Daniel Weiß
10
6
Literatur
Astorg P. Arnault N. Czernichow S. Noisette N. Galan P. Herberg S. 2004 Dietary intakes an
food sources of n-6 and n-3 PUFA in French adult men and women. Lipids 39:
Bang HO. Dyerberg J. Hjørne N. 1976 The composition of food consumed by Greenland
Eskimos. Acta Med. Scand. 200: 69-73
Collomb M. Bütikofer U. Sieber R. Bosset JO. Jeangros B. 2001 Conjugated linolic acid and
trans fatty acid composition of cows milk fat produced in lowlands and highlands. J.
Dairy Res. 68: 519-523
Carrero JJ. Baró L. Fonollá J. González-Santiago M. Martinez-Férez A. Castillo R. Jiménez J.
Boza JJ. López-Huertas E. 2004 Cardiovascular effects of milk enriched with ω-3
polyunsaturated fatty acids, oleic acid, folic acid, and vitamins E and B6 in volunteers
with mild hyperlipidemia. Nutrition 20: 521-527
Chouinard PY. Corneau L. Butler WR. Chillard Y. Drackley JK. Bauman DE. 2001 Effect of
dietary lipid sources on conjugated linoleic acid concentration in milk fat. J. Dairy Sci.
84: 680-689
Dannenberger D. Nürnberg G. Scollan N. Schabbel W. Steinhart H. Ender K. Nürnberg K. J.
2004 Effect of diet on the deposition of n-3 fatty acids, conjugated linoleic and C18:1
trans fatty acid isomers in muscle lipids of German Holstein bulls. Agric. Food Chem.
52: 6607-6615
Deutsche Gesellschaft für Ernährung 2000 Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr. Frankfurt
am Main, Umschau/Braus
Dhiman TR. Anand GR. Satter LD. Pariza MW. 1999 Conjugated linoleic acid content of
milk from cows fed different diets. J. Dairy Sci. 82: 2146-2156
Dhiman TR. Satter LD. Pariza MW. Galli MP. Albright K. Tolosa MX. 2000 Conjugated
linoleic acid content of milk from cows offered diets rich in linoleic and linolenic acid.
J. Dairy Res. 83: 1016-1027
Flachowsky G. 2004 Beiträge der Tierernährung zur Nährstoffökonomie bei der
Milcherzeugung mit gesunden Kühen. Züchtungskunde 76: 432-448
French P. Stanton C. Lawless F. O`Riordan EG. Monahan FJ. Caffrey PJ. Moloney AP. 2000
Fatty acid composition, including conjugated linoleic acid, of intramuscular fat from
steers offered grazed grass, grass silage, or concentrate based diets. J. Anim. Sci. 78:
2849-2855
Hauswirth CB. Scheeder MRL. Beer JH. 2004 High ω-3 fatty acid content in alpine cheese
The basis for an alpine paradox. Circulation 6/13: 103-107
Jahreis G. 1999 Funktionelle Inhaltstoffe aus tierischen Lebensmitteln. In Kluthe R. und
Kasper M.: Lebensmittel tierischer Herkunft in der Diskussion. Georg Thieme Verlag
Stuttgart 1-8
11
Kraft J. Collomb M. Möckel P. Sieber R. Jahreis G. 2003 Differences in CLA Isomer
Distribution of cow´s milk lipids. Lipids 38: 657-664
Kromann N. Green A. 1980 Epidemiological studies in the Upernavik District, Greenland –
Incidence of some chronic diseases 1950 – 1974. Acta Med. Scand. 208: 401-406
Lee KN. Kritchevsky D. Priza MW. 1993 Conjugated linoleic acid and atherosclerosis in
rabbits. Atherosclerosis 108: 19-25
Legrand P. Bourre JM. Descomps B. Durand G. Renaud S. 2001 Lipides, in apports
nutritionnels conseillés pour la population francaise, Tec&Doc, Paris, 63-82
Linseisen J. Schulze MB. Saadatian-Elahi M. Kroke A. Miller AB. Boeing H. 2003 Quantity
and quality of dietary fat, carbohydrates, and fiber intake in the German EPIC cohorts.
Ann. Nutr. Metab. 47: 37-46
Mantzioris E. Cleland LG. Gisbson RA. Neumann MA. Demasi M. James MJ. 2000
Biochemical effects of a diet containing foods enriched with n-3 fatty acids. Am. Clin.
Nutr. 72: 42-48
Metcalf RG. James MJ. Mantzioris E. Cleland LG. 2003 A practical approach to increasing
intakes of n-3 polyunsaturated fatty acids: use of novel foods enriched with n-3 fats.
Eur- J. Clin. Nutr. 57 : 1605-1612
Munday JS. Thompson KG. James KAC. 1999 Dietary conjugated linoleic acids promote
fatty streak formation in the C57 BL/6 mouse atherosclerosis model. Brit. J. Nutr. 81:
251-255
Scollan ND. Choi NJ. Kurt E. Fisher AV. Enser M. Wood JD. 2001 Manipulating the fatty
acid composition of muscle and adipose tissue in beef cattle. Brit. J. Nutr. 85: 115-124
Solomon R. Chase LE. Ben-Ghedalia D. Bauman DE. 2000 The effect of nonstructural
carbohydrate and addition of full fat extruded soybeans on the concentration of
conjugated linoleic acid in the milk fat of dairy cows. J. Dairy Sci. 83: 1322-1329
Simopoulos AP. Leaf A. Salem N. 1999 Workshop on the essentiality of and recommended
dietary intakes for Omega-6 and Omega-3 fatty acids. J. Am. Coll. Nutr. 18: 487-489
Wijendran V. Hayes KC 2004 Dietary n-6 and n-3 fatty acid balance and cardiovascular
health. Annu. Rev. Nutr. 24: 597-615
12
3,00
Omega 6 Fettsäuren
Omega 3 Fettsäuren
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
2
S
vi tallf
el üt
K te
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1
W
w eid
e n eh
ig al
K tu
rá n g
ftf Ö
ut k
te o,
r
Fettsäuregehalt (% Gesamtfett)
Anhang :
Quelle: Tankmilchproben aus 7 Betriebe im Chiemgau, September 2004, Probenahme
Andreas Remmelberger
13