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Wirksame Gewichtskontrolle

Prebiotika und funktionelle Kohlenhydrate zur Bekämpfung von Fettleibigkeit

Fettleibigkeit wird als ernstzunehmende Krankheit angesehen, da übermäßiges Körpergewicht eine Prädisposition in Bezug auf verschiedene Krankheiten darstellt. Die Entwicklung von Lebensmitteln zur Bekämpfung der Fettleibigkeit ist eine Herausforderung für die Lebensmittelindustrie.

Kohlenhydrate stellen den Hauptanteil unserer täglichen Nahrung, doch wurde bislang wenig beachtet, dass verschiedene Arten von Kohlenhydraten sehr unterschiedliche physiologische Wirkung haben. Dieses Thema stand im Mittelpunkt des 1. Europäischen wissenschaftlichen BENEO-Symposium „Energy Metabolism of Functional Carbohydrates: New Findings“, zu dem die BENEO-Gruppe am 11. April 2008 nach Brüssel eingeladen hatte.

Die Sättigungskaskade

Die Nahrungsaufnahme wird allgemein durch Hunger und Appetit ausgelöst. Doch nach Prof. John Blundell, Leiter des Institute of Psychological Sciences an der Universität Leeds (Großbritannien), ist der Sättigungsprozess ein komplexer Vorgang, der sich aus verschiedene Mechanismen zusammensetzt, die sich zeitlich überschneiden. Bereits vor rund 20 Jahren wurde dieser Zusammenhang von Blundell in dem Modell der Sättigungskaskade integriert. Das Modell unterscheidet zwischen dem bereits während der Mahlzeit einsetzenden Sättigungsgefühl - Stillen des Hungers und Befriedigung des Appetits (satiation), das die weitere Nahrungsaufnahme stoppt - und einem anhaltenden Sättigungsgefühl zwischen den Mahlzeiten (satiety), das bewirkt, dass bis zur nächsten Mahlzeit eine bestimmte Zeit vergeht.
An der Kaskade beteiligt sind durch unterschiedliche Faktoren ausgelöste Körperreaktionen. Damit lassen sich auf der Zeitachse verschiedene Prozesse unterscheiden, nämlich der sensorische, der kognitive, der postingestionale und der postresorptive Prozess - die bestimmten Phasen der Sättigung zugeordnet werden. Der sensorische Prozess umfasst beispielsweise Geruch, Konsistenz und Geschmack der Nahrung. Zum kognitiven Prozess zählt man die Einschätzung der Nahrung. Wird eine Mahlzeit zum Beispiel als sehr kalorienreich eingeschätzt, versucht man, nicht so viel davon zu essen. Postingestionale Prozesse sind physiologische Vorgänge im Körper wie etwa die Magendehnung oder die Ausschüttung von gastrointestinalen Hormonen. Sättigungsmechanismen, welche durch die Nährstoffaufnahme und ihre Stoffwechselprodukte ausgelöst werden, wie Anstieg des Glucosespiegels im Blut, fallen unter den Begriff der postresorptiven Prozesse.
Wissenschaftler konnten feststellen, dass eine Reihe von Signalstoffen, die während der Sättigungskaskade ausgeschüttet werden, erhebliche Auswirkungen auf Sättigung oder Hungergefühl haben. Dazu zählen die „Sättigungspetide“ CCK, GLP-1, PYY33-36 und Amylin. Im Gegensatz dazu kann das Sättigungshormon Ghrelin Appetit-stimulierend wirken: Seine Konzentration sinkt nach der Nahrungsaufnahme und steigt dann allmählich wieder an. Leptin ist ein weiteres Appetit-steuerndes Hormon und wird von den Fettzellen des Körpers freigesetzt. Je weniger Leptin im Blut vorhanden ist, desto häufiger treten starke Hungergefühle auf.
Ein wesentlicher Auslöser von Hunger ist der Blutzuckerspiegel: Eine Unterzuckerung löst Hungerreize aus. Parallel dazu spielt der Insulinspiegel eine wichtige Rolle.
Die Makronährstoffe Protein, Fett und Kohlenhydrate haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Sättigungskaskade. Kohlenhydrate spielen dabei eine besondere Rolle, denn sie können das Hungergefühl durch verschiedene Mechanismen beeinflussen. Fettreiche Nahrung bewirkt dagegen eine geringe und nicht lange anhaltende Sättigung, besitzt jedoch eine hohe Energiedichte und wird im allgemeinen schneller verzehrt, da sie weniger gekaut werden muss.

Kohlenhydrat ist nicht gleich Kohlenhydrat

Kohlenhydrate sind klassische pflanzliche Energiespeichermaterialien. Funktionelle Kohlenhydrate haben über die Rolle des Energielieferanten hinausgehend den Effekt, sich positiv auf die Gesundheit auszuwirken. Nach Prof. Gunhild Kozianowski, BENEO-Group, Obrigheim, unterscheiden sich funktionelle Kohlenhydrate in der Art der Verdauung im Magen-Darmtrakt. Klassische nahrhafte Kohlenhydrate wie Stärke, Saccharose und Laktose werden rasch zu Monosacchariden, Glucose, Fructose und Galactose hydrolysiert, die absorbiert und verstoffwechselt werden. Sie besitzen einen Brennwert von 4 kcal/g.
Funktionelle Kohlenhydrate werden dagegen im oberen Magen-Darm-Trakt entweder langsam, nur teilweise oder überhaupt nicht verdaut. Daher liefern sie verstoffwechselte Energie aus Monosacchariden langsamer als herkömmliche Kohlenhydrate oder sie wirken sich positiv auf oder durch die Darmflora aus.
Dieses unterschiedliche Verhalten in Bezug auf die Verdaubarkeit bestimmt auch die Einwirkung auf die Energiebilanz des Körpers. So kann beispielsweise ihr Brennwert geringer sein, oder sie fördern die Fettverbrennung, unterstützen die Thermogenese oder verstärken den Sättigungseffekt und führen damit zu einer reduzierten Energieaufnahme.
Das aus Saccharose hergestellte Polyol Isomalt wird zum Beispiel im Dünndarm nur partiell verdaut, sodass ein großer Anteil davon in den Dickdarm gelangt und dort wie Ballaststoffe von der Darmflora fermentiert wird. Sein Brennwert beträgt daher nur 2 kcal/g, die glykämische Wirkung 2 und die Insulinantwort 10 - beides sehr geringe Werte.
Das Disaccharid Isomaltulose wird dagegen wie Zucker voll verstoffwechselt und weist deshalb denselben kalorischen Wert von 4 kcal/g auf. Doch im Gegensatz zu Zucker findet dieser Prozess wesentlich langsamer statt, sodass die glykämische Wirkung sehr niedrig ist und die Glukose dem Körper über einen längeren Zeitraum zur Verfügung gestellt wird. Aus Forschungen zur optimalen Sportlerernährung ist bekannt, dass der Verzehr von Kohlenhydraten mit hohem glykämischem Index zu einer starken Insulinausschüttung führt, was laut Dr. Daniel König, Abteilung für Rehabilitative und Präventive Sportmedizin am Klinikum der Universität Freiburg, eine verminderte Fettoxidation zu Folge hat. Anhand mehrerer Humanstudien konnte gezeigt werden, dass die geringglykämische Isomaltulose die Fettverbrennung unterstützt. Somit werden Glycogenspeicher nicht sofort angegriffen, der Blutzuckerwert bleibt länger konstant und die Fettverbrennung wird angekurbelt.
Beispiele für nicht-verdauliche Ballaststoffe sind Inulin und Oligofructose, die das Wachstum gesundheitsfördernder Darmbakterien, insbesondere Bifidobakterien, selektiv stimulieren. Ihr Brennwert ist 1,5 kcal/g. In Hinsicht auf das Ziel der Kalorienreduktion haben sie sich als Fettersatz bewährt gemacht und liefern zusätzlich einen sättigenden Effekt.

Die Rolle des GI

Die rasante Zunahme von Übergewichtigkeit und Diabetes geschieht nicht zufällig zeitgleich, sondern steht in engem Zusammenhang zueinander. Prof. Jeya Henry, School of Life Sciences, Oxford Brookes University, Großbritannien, sieht daher auch die Notwendigkeit, diese beiden Krankheiten gemeinsam zu bekämpfen. Eine wesentliche Rolle weist er einer niedrig-glykämischen Ernährung zu, da Lebensmittel mit einem geringen GI das Hungergefühl reduzieren und das Sattsein verstärken beziehungsweise hinauszögern. Strategien zur Entwicklung von niedrig-glykämischen Produkten schließen die Verwendung von nicht-verdaulichen Kohlenhydraten und viskositätserhöhenden Ingredienzien zur Verzögerung der Durchgangsgeschwindigkeit durch das Verdauungssystem ein. Doch weist Henry darauf hin, dass der Glykämische Index für die alltägliche Ernährung wenig praxisgerecht ist. Einerseits ist er abhängig von der einzelnen Person, denn das gleiche Lebensmittel verursacht bei verschiedenen Personen nicht denselben Anstieg des Blutzuckerspiegels. Andererseits hängt die tatsächliche Blutzuckerreaktion stark davon ab, wie ein Lebensmittel zubereitet ist und welche Lebensmittel bei einer Mahlzeit in Kombination verzehrt werden. Die GI-Werte der einzelnen Lebensmittel dürfen nicht einfach addiert werden, das führt zu falschen Ergebnissen. Als Alternative wird daher immer häufiger die Glykämische Last (GL) verwendet, die zusätzlich zum jeweiligen GI auch den Kohlenhydratgehalt der einzelnen Lebensmittel berücksichtigt, jedoch nicht den Gehalt an Fett und Eiweiß.

Gesunde Darmflora

Die Bedeutung teilweise oder unverdaulicher Kohlenhydrate, insbesondere der Einfluss von Prebiotika auf Gewichtskontrolle und Gesundheit kann durch Tierstudien begründet werden. So wurden in einer älteren Untersuchung Mäuse fettreich ernährt, wobei an einige Tiere zusätzlich Oligofructose sowie andere Ballaststoffe verfüttert wurden. Die fettreiche Nahrung verringerte die Anzahl der Bifidobakterien und anderer nützlicher Bakteroiden im Darm. Bei Gabe von Oligofructose kehrte die Anzahl der Bakterien auf das ursprüngliche Niveau zurück. Eine Regeneration der Darmflora trat dagegen nicht ein, wenn der Ballaststoff Zellulose zugefüttert wurde – was darauf hinweist, dass Oligofructose nicht nur durch reine Ballaststoffwirkung, sondern auch durch seine Fermentationseigenschaften die Darmgesundheit fördert. Die Studie deutet darauf hin, das Oligofructose die negativen Auswirkungen einer fettreichen Ernährung auf die Darmflora ausgleichen kann.
Dr. Kieran Tuohy, Department of Food Sciences der School of Chemsitry, Food Sciences and Pharmacy, Universität Reading in England, betonte die Wichtigkeit einer intakten Darmflora, da die Zusammensetzung der Darm-Mikroflora mit dem Auftreten von Fettleibigkeit verbunden ist. Diabetes wie Fettleibigkeit sind Stoffwechselerkrankungen, die durch Insulinresistenz und eine ständig vorhandene Entzündung auf niedrigem Entzündungsniveau (low-grade inflammation) charakterisiert sind. Bei Individuen mit einer Prädisposition zur Fettleibigkeit ist möglicherweise die Darmflora derart zusammengesetzt, dass sie das Auftreten metabolischer Erkrankungen fördert.

Neue Erkenntnisse aus Humanstudien

Prof. Nathalie Delzenne (Katholische Universität Leuven, Belgien) erläuterte anhand von Tier- und Humanstudien, warum Fermentation – und so der Verzehr von Prebiotika – für die Regulierung von Nahrungsaufnahme und Energiehaushalt sehr bedeutsam sind. Der Fermentationsprozess hat weitreichenden Einfluss auf Fett- und Kohlenhydratstoffwechsel und den Insulinspiegel. Eine entscheidende Rolle spielen hier vor allem kurzkettige Fettsäuren (short-chain fatty acids, SCFA), die während des Fermentationsprozesses freigesetzt werden.
Nach neuen Erkenntnissen fördern SCFA die Ausschüttung des Sättigungshormons GLP-1. Um diese These zu belegen, wurde mit Prebiotika angereicherte Tiernahrung drei Wochen lang an Wistar-Ratten verfüttert. Im Vergleich zur Kontrolldiät erhöhte die mit Oligofructose angereicherte Nahrung das Niveau von GLP-1 und PYY, einem weiteren appetitzügelnden Hormon. Die Ghrelin-Werte waren gleichzeitig reduziert. Der Gehalt von Butyrat, einer SCFA, im Darm stieg. Der erhöhte GLP-1-Spiegel konnte nach einer Analyse des Darmgewebes erklärt werden – Oligofructose führt zu einer Vermehrung von Darmzellen, die zur Produktion von GLP-1 fähig sind. Veränderungen des Stoffwechsels wie diese führen zu einer reduzierten Kalorienaufnahme und einer langsameren Gewichtszunahme. Die schädlichen Wirkungen einer fettreichen Ernährung werden somit gemildert.
Humanstudien bestätigen diese Resultate. So beschrieben Probanden das Sättigungsgefühl nach Frühstück und Abendessen als erheblich größer, wenn sie mit den Mahlzeiten auch Oligofructose erhielten. Die Testpersonen nahmen etwa fünf Prozent weniger Kalorien zu sich.
Prof. Rob Welch (Centre for Food and Health an der Universität Ulster, Großbritannien) belegte die Sättigungseigenschaften unverdaulicher Kohlenhydrate – wie Oligofructose – anhand vier weiterer Humanstudien. Er bezog sich dabei unter anderem auf eine Doppelblind-Untersuchung mit Placebo-Kontrollgruppe [1], bei der neun Probanden ballaststoffarme Nahrung mit täglich 20 Gramm Oligofructose bzw. 20 Gramm eines Placebos verabreicht wurde. Nach einer Woche und einer weiteren Mahlzeit lag der GLP-1-Spiegel im Blutplasma bei Testpersonen mit Oligofructose höher als bei Testpersonen mit Placebo. Dieses Resultat deutet darauf hin, dass Oligofructose die Ausschüttung des Sättigungshormons stimuliert und so die Kalorinaufnahme reduzieren kann.

Produkte zur Gewichtskontrolle

Die Generation der kalorienarmen Lebensmittel wird abgelöst durch intelligentere Produkte. Eine wesentliche Zielsetzung der Nahrungsmittelindustrie ist, die Sättigung während einer Mahlzeit früher herbeizuführen und den Sattheitszustand zu verlängern.
Die BENEO-Gruppe bietet dem Produktentwickler mit Isomalt, Isomaltulose - von BENEO-Palatinit unter dem Markennamen Palatinose vermarktet, Orafti® Inulin und Orafti® Oligofructose sowie Reiskleie von BENEO-Remy gleich mehrere Zutaten, mit denen dieses Ziel verwirklicht werden kann.

Literatur

1 Piche, T. et al. (2003): Gastroenterology, Nr. 124, S. 894-902