Arbeitsgruppe Richling

Forschung

von Prof. Dr. Elke Richling

Bioverfügbarkeit, Metabolismus und biologische Effekte von Lebensmitteln & Lebensmittelinhaltsstoffen in vitro und im Menschen

Bioaktive Verbindungen in Lebensmitteln wie z.B. Polyphenole, Triterpene und Vitamine kommen in zahlreichen Obst- und Gemüsesorten vor und sind daher Bestandteile unserer täglichen Ernährung. Die Aufnahme von solchen Verbindungen wird mit einem verminderten Risiko chronische Erkrankungen wie Diabetes mellitus Typ 2, Parkinson’sche Krankheit, kardiovaskuläre Erkrankungen oder bestimmte Krebsarten in Verbindung gebracht.

In den letzten Jahren sind Anthocyane, eine spezielle Untergruppe der Flavonoide, in den Fokus unserer Forschungsarbeiten gerückt. Im Rahmen verschiedener Projekte wurden bereits die Bioverfügbarkeit und zahlreiche biologische Wirkungen untersucht. So konnte im Rahmen von in vitro Studien gezeigt werden, dass die Verkapselung eines anthocyanhaltigen Heidelbeerextrakts die antioxidative Wirksamkeit nicht beeinflusste Schantz et al.,2014. Die im Rahmen einer Humanstudie gewonnenen Ergebnisse zeigten, dass die Verkapselung von Anthocyanen deren Bioverfügbarkeit im Vergleich zu nichtverkapselten Anthocyanen modulieren konnte Müller et al., 2017; Müller et al., 2018. Außerdem war zu beobachten, dass nach Aufnahme eines Heidelbeerextraktes Kropat et al., 2013 sowie eines anthocyanreichen Mischfruchtsaftes FEI-Abschlussbericht AiF 18068N, Kurzfassung DNA- protektive und antioxidative Wirkungen bei gesunden Probanden auftraten Bakuradze et al., 2019. Das in 2018 abgeschlossene Projekt (AiF 18506N) mit dem Titel „Aktivitätsgeleitete Fraktionierung von Fruchtsaftextrakten zur Identifizierung von Wirkstoffen zur Beeinflussung der Glucoseresorption im Menschen“ befasst sich mit dem Einfluss der Anthocyane auf den Glucosestoffwechsel (Berger et al., submitted), Ostberg-Potthoff et al., 2019. Durch die Hemmung der Aktivität diverser Schlüsselenzyme der Kohlenhydratverdauung (α‑Amylase, α‑Glucosidase), kann es indirekt zu einer Senkung des postprandialen Blutzuckerspiegels kommen. Diese Projekte sind im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (via AiF) über die Forschungsvereinigung Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V. (FEI) gefördert. Das seit Oktober 2018 geförderte Projekt (Aif 20277N) hat das Ziel den Einfluss der Fruchtinhaltsstoffe auf den Lipidstoffwechsel im Menschen zu untersuchen. Dabei liegt der Fokus auf der Frage ob die sekundären Pflanzeninhaltsstoffe von Fruchtsäften (insbesondere von Buntsäften) in der Lage sind, regulierend in den Lipidstoffwechsel einzugreifen. (Titel des Projektes: ‚Beeinflussung des Lipidstoffwechsels im Menschen durch Fruchtsaftinhaltsstoffe‘).

Jüngst konnte die Bioverfügbarkeit von Anthocyan-Rutinosiden aus schwarzem Johannisbeerextrakt erfasst werden. Es zeigte sich, dass die Rutinoside intakt resorbiert werden, im Blut zirkulieren und über den Urin ausgeschieden werden Roehrig et al., 2019.

Bei der Weinherstellung fallen große Mengen an Weinnebenprodukten wie Trester, Rappen, Weinblätter und Rebholz an. Die Erschließung innovativer, wertsteigernder Verwertungsmöglichkeiten dieser Weinnebenprodukte ist zunehmend von Bedeutung. Aufgrund hoher Gehalte sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe, wie beispielsweise Polyphenolen, sind Weinnebenprodukte aus ernährungsphysiologischer Sicht von Interesse. Im Rahmen des durch die Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation geförderten Projektes mit dem Titel ,,ldentifizierung und lsolierung von biologisch aktiven Verbindungen aus Nebenströmen der Wein- bzw. Traubensaftherstellung" werden Extrakte aus Weinnebenprodukten der Rebsorte Vitis vinifera L. cv. Riesling, Fraktionen dieser als auch identifizierte Reinsubstanzen in vitro hinsichtlich ihrer biologischen Wirkungen auf die humane Hepatokarzinomzelllinie HepG2 untersucht Fuchs et al., 2019

Kaffee zählt zu den am häufigsten konsumierten Getränken weltweit. Er ist eine komplexe Mischung aus über tausend verschiedenen Substanzen, von denen einige eine biologische Aktivität besitzen. Kaffee enthält neben Kohlenhydraten, Lipiden, Proteinen und freien Aminosäuren sekundäre Pflanzen­stoffe, wie Alkaloide (vor allem Koffein und Trigonellin), Phenolcarbonsäuren (z.B. Chlorogensäuren), Röstprodukte, flüchtige Aromastoffe (z.B. Pyrazine) sowie Diterpene (Cafestol, Kahweol), Vitamin B3 (Niacin) und Mineralstoffe. In unserer Arbeitsgruppe wurden mittels SIVA-GC-MS zwölf verschiedene Alkylpyrazine in Kaffee quantifiziert Pickard et al., 2013. In der Vergangenheit wurden mehrere Interventionsstudien mit Probanden durchgeführt, um einerseits biologische Wirkungen der Kaffeegetränke aber andererseits auch den Metabolismus ausgewählter Kaffeeinhaltstoffe zu untersuchen. Die Ergebnisse der Interventionsstudien zeigen, dass regelmäßiger Kaffeekonsum mit DNA-protektiver und antioxidativer Wirkung assoziiert ist Bakuradze et al., 2014; Bakuradze et al., 2015; Bakuradze et al., 2016. Zudem konnte im Rahmen unserer Studien eine Erhöhung des high density lipoproteins (HDL) im Blut und eine Hemmung der Phosphodiesterase-Aktivität in Thrombozyten durch mehrwöchigen Kaffeekonsum festgestellt werden Riedel et al., 2014; Montoya et al., 2014.

In einer kürzlich durchgeführten humanen Interventionsstudie wurde der Metabolismus von Kaffee-Inhaltsstoffen untersucht. Die Ausscheidung von Niacin, einem semiessentiellen Vitamin, sowie dessen Metaboliten wurden hierbei erfasst. Mit Hilfe der Stabilisotopenverdünnungsanalyse (SIVA) konnte eine detaillierte Kinetik der renal ausgeschiedenen Niacinmetaboliten in Folge des Kaffeekonsums erstellt werden. Die Ergebnisse bestätigen, dass Kaffeekonsum zur Niacinversorgung beiträgt Kremer et al., 2018. Des Weiteren wurde in dieser Studie auch der Metabolismus von Alkylpyrazinen untersucht. Sie sind die Hauptaromakomponenten in Kaffee und entstehen während dessen Röstung im Rahmen der Maillard-Reaktion. Es konnte gezeigt werden, dass sie fast vollständig zu ihren Pyrazincarbonsäuren metabolisiert und über die Niere ausgeschieden werden Kremer et al., 2019.

Im Zuge des EFRE (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung) -geförderten Interreg Projektes BIOVAL soll eine grenzüberschreitende Wertschöpfungskette basierend auf dem Brauereirückstand Biertreber, welcher mit ca. 39 Millionen Tonnen weltweit jährlich anfällt, entwickelt werden. Neben drei Arbeitsgruppen der TUK sind die Universitäten Lüttich, Lothringen und Saarland sowie das Luxembourg Institute of Health und das belgische Unternehmen Celabor beteiligt.

Biertreber, ein Hauptnebenprodukt nach dem Maischeprozess der Bierherstellung, wird aufgrund seines hohen Cellulosegehaltes aktuell vor allem als Viehfutter genutzt. Allerdings bieten weitere Inhaltsstoffe wie Proteine, Hemicellulosen als auch Minorkomponenten wie Polyphenole das Potential weiterer Anwendungen.

In der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Elke Richling wird an den Auswirkungen auf die humane Gesundheit durch Substanzen und Extrakte aus Biertreber geforscht. Dabei stehen die biologischen Wirkungen der Inhaltsstoffe hinsichtlich ihres Einflusses auf den Glucosestoffwechsel sowie die toxikologische Bewertung potentieller Komponenten unter Anwendung von in silico und in vitro Methoden im Vordergrund.

Das Projekt wurde auch auf der ACHEMA 2018 vorgestellt (Link).

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