Gerit Grünthal

Cholesterinoxidationsprodukte in tierischen Lebensmitteln: Möglichkeiten zur Hemmung ihrer Bildung durch gezielte Fütterung landwirtschaftlicher Nutztiere

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ernährungswissenschaften (Dr. troph.) vorgelegt an der Naturwissenschaftlichen Fakultät III der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 20.11.2006

Abstract
Aufgrund der pathophysiologisch hohen Bedeutung von Cholesterinoxidationsprodukten (COP; Oxide des Cholesterins), speziell im Hinblick auf die Entstehung von Atherosklerose und Folgeerkrankungen sowie von Krebserkrankungen, sind der Gehalt und die Entstehung von COP in cholesterinhaltigen, somit in tierischen Lebensmitteln, von besonderer Relevanz. Da COP in tierischen Lebensmitteln durch oxidative Prozesse vor allem während der Lagerung, thermischen Behandlung und Verarbeitung entstehen, wurde davon ausgegangen, dass ihre Bildung durch das Verhältnis von pro- und antioxidativen Faktoren im Gewebe beeinflussbar ist. Es sollte festgestellt werden, in wie weit die Oxidationsempfindlichkeit von Fleisch und Fleischprodukten durch eine modifizierte Fütterung von Masttieren reduziert werden kann. In Fütterungsversuchen erhielten Schweine und Broiler bei jeweils gleicher Grundmischung unterschiedliche Futterfette sowie modifizierte Vitamin E-Dosierungen. Die Diät für Mastschweine enthielt 5 % Palmöl oder Sojaöl und 15, 40 bzw. 200 mg TE/kg, die Diät der Broiler enthielt 6 % Palmöl, Sojaöl oder Leinöl und 20, 40 bzw. 200 mg TE/kg. Für die menschliche Ernährung nutzbare Gewebearten dieser Masttiere wurden hinsichtlich der Bildung von COP sowie von Lipidperoxidationsprodukten im Rohzustand sowie nach Behandlung (Gefrierlagerung, Erhitzung, Verarbeitung) untersucht. Als die quantitativ bedeutsamsten COP wurden 7β-Hydroxy-Cholesterol, 7-Keto-Cholesterol, 5,6β-Epoxy-Cholesterol, 5,6α-Epoxy-Cholesterol, Cholestantriol und 25-Hydroxy-Cholesterol nachgewiesen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigten, dass Fettart und Vitamin E-Gehalt in Diäten von Mastschweinen und Broilern die Bildung von COP im Gewebe der Tiere beeinflussen. Prooxidative Effekte von PUFA sowie antioxidative Wirkungen des Vitamin E wurden im Gewebe der Versuchstiere besonders stark nach Erhitzung und Verarbeitung deutlich: Hohe Gehalte an PUFA, besonders an ω3-PUFA, erhöhen die Anfälligkeit zur Bildung von COP in Fleischprodukten von Schweinen und Broilern, speziell dann, wenn die Vitamin E-Konzentration gering ist. Infolge der Lipidperoxidation der PUFA wird die Oxidation des Cholesterin induziert, bei der die COP gebildet werden. Diäten für Mastschweine und Broiler mit geringem Anteil an PUFA, supplementiert mit den üblichen Mengen an Vitamin E, liefern gegen die Bildung von COP im Fleisch ausreichend Schutz für die menschliche Ernährung. Werden in der Fütterung jedoch Fette mit hohem Anteil an PUFA, besonders an ω3-PUFA, eingesetzt, sollte das Fleisch durch ausreichend hohe Vitamin E-Gaben geschützt werden.

The pathophysiological relevance of cholesterol oxidation products (COP; oxids of cholesterol) is high, especially relating to the development of diseases like coronary heart diseases (CHD) or cancer. Therefore, the concentration as well as the generation of COP in cholesterol containing food like animal products is of particular relevance. Because COP are generated in animal products during storage, thermal treatment or processing, its formation depends on the ratio between prooxidative and antioxidative factors in the tissue. Aim of this study was to determine, how far the oxidation susceptibility of meat and meat products can be reduced by modification of the animal diet. In two experiments, first with pigs and second with broilers, all animals within one experiment received isoenergetic and isonitrogenic diets. The dietary fat and the vitamin E concentration in the diets were modified. The pig diet contained 5% of either palm oil or soybean oil with a vitamin E concentration of either 15, 40 or 200 mg α-tocopherol equivalents per kg. The chicken diet contained 6% of either palm oil, soybean oil or linseed oil with a vitamin E concentration of either 20, 40, or 200 mg of α-tocopherol equivalents per kg. The concentration of COP and of lipid peroxidation products was analysed in fresh and treated (frozen-storage, heat-processing and use-processing) tissue used for human feeding.
As the quantitatively most significant COP were identified 7β-hydroxycholesterol, 7-ketocholesterol, 5,6β-epoxycholesterol, 5,6α-epoxycholesterol, cholestantriol and 25-hydroxycholesterol. The results of this study showed that fat type and vitamin E concentration in diets of pigs and broilers influence the formation of COP in the tissue of these animals. Prooxidative effects of PUFA as well as antioxidative effects of vitamin E were noticeable especially after heating and processing of the tissue: High concentrations of PUFA, particularly n-3-PUFA, increase the susceptibility of meat and meat products to generate COP, especially when the vitamin E supply is low. The peroxidation products of PUFA induce the oxidation of cholesterol to a variety of COP. Diets with low content of PUFA require only low quantities of vitamin E to give a sufficient protection against COP formation in the meat. Diets with fats rich in PUFA, particularly n-3-PUFA, however, should be supplemented with a sufficient high vitamin E concentration to protect the meat against increased oxidation susceptibility.

Keywords:
Cholesterinoxidationsprodukte, Oxysterole, Lipidperoxidationsprodukte, Broilerfleisch, Schweinefleisch, Vitamin E-Supplementation, Broilerdiät, Mastschweinediät

cholesterol oxidation products, oxysterols, peroxydation products of lipids, chicken, pork, vitamin E supplementation, chicken diet, pigs diet

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis (1, I-VI)
1 Einleitung (1-8)
2 Material und Methoden (9-23)
3 Ergebnisse (24-73)
4 Diskussion (74-86)
5 Schlussfolgerungen (87-88)
6 Zusammenfassung / Summary (89-94)
Literaturverzeichnis (95-100)
Anhang (101-103)