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Dr. Isabelle Aeberli
ETH Zürich, Labor für Humanernährung, <email-pii>
Prof. Dr. med. Michael Zimmermann
ETH Zürich, Leiter Labor für Humanernährung,
<email-pii>
Ein Forschungsschwerpunkt am Labor für Humanernährung der ETH Zürich ist die Anreicherung von Lebensmitteln mit unterschiedlichen Mikronährstoffen. Mikronährstoffmangel ist weltweit nach wie vor stark verbreitet, und gerade in Entwicklungsländern ist es oft schwierig, die am meisten betroffenen Bevölkerungsschichten zu erreichen. Die Anreicherung von Salz oder von Grundnahrungsmitteln wie Reis und Getreide ist daher ein vielversprechender Ansatz. Sensorische Veränderungen der Produkte durch den Zusatz der Mikronährstoffe können allerdings auftreten und würden zu einer Ablehnung durch die Bevölkerung führen. Die Entwicklung geeigneter Verbindungen, die gut bioverfügbar sind, aber nicht zu sensorischen Veränderungen führen, ist daher einer der Schwerpunkte der Forschung.
Jodiertes Salz. Bis Anfang des 20. Jahrhunderts waren vor allem die alpinen Regionen der Schweiz ausgeprägte Jod-Mangelgebiete. Kropf und Kretinismus waren weit verbreitet. Die Schweiz war denn auch eines der ersten Länder, welches bereits im Jahr 1922 in einzelnen Regionen jodiertes Salz einführte. Bereits ab 1952 gab es ein nationales Programm, und es wurde gesamtschweizerisch Salz mit 3,75 mg Jod/kg angeboten. Sporadische Überprüfungen über die Jahre haben immer wieder gezeigt, dass die beigefügte Menge an Jod den Bedarf nur sehr knapp decken konnte, was mit der Zeit zu einer Erhöhung auf 20 mg Jod/kg Salz führte. Seit 1999 führt das Labor für Humanernährung alle fünf Jahre eine nationale Untersuchung zur Überprüfung der Jodversorgung bei Schulkindern und schwangeren Frauen durch. Die letzte Untersuchung im Jahre 2009 zeigte, dass zwar beide Gruppen ausreichend versorgt sind, sich die Mittelwerte der Jodkonzentration im Urin jedoch im Vergleich zum Jahr 2004 leicht verschlechtert hatten. Ein grosser Anteil (zirka 80 Prozent) des gesamten Salzkonsums wird in Form von verarbeiteten Lebensmitteln zugeführt. Die Verwendung von jodiertem Salz in der Lebensmittelindustrie ist daher ein wichtiger Faktor, um eine ausreichende Jodversorgung der Bevölkerung sicherzustellen. Verschiedene Forschungsprojekte befassen sich zurzeit mit Fragestellungen rund um Jodmangel, speziell in gefährdeten Bevölkerungsgruppen wie schwangeren und stillenden Frauen sowie Kleinkindern. Eine Schweizer Studie im Jahr 2009 zeigte, dass die Aufnahme von Jod in Kleinkindern tief ist. Da der Jodbedarf von Kleinkindern jedoch nie zuverlässig ermittelt wurde, geht es in einem ersten Schritt vor allem darum, dies zu tun. Denn gerade in dieser Altersgruppe kann ein Mangel, in Bezug auf die geistige Entwicklung, verheerende Folgen haben.
Extrudierter Reis. Obwohl Eisen eines der häufigsten Elemente in der Erdkruste ist, ist Eisenmangel weit verbreitet. Reis ist ein Grundnahrungsmittel in weiten Teilen der Welt, aber die Anreicherung dieser Getreideart stellt eine grosse Herausforderung dar. Es existieren zwar Methoden, um den Reis mit Mikronährstoffen zu überziehen, aber da er vor dem Kochen meist gewaschen wird, ist dieser Ansatz nur begrenzt erfolgreich. Die Herstellung von extrudierten, angereicherten Reiskörnern, die dem normalen Reis beigemischt werden, ist ein möglicher
Weg, der sich als vielversprechend herausgestellt hat. Diese Methode eignet sich sowohl für die Anreicherung mit einzelnen Mikronährstoffen wie auch für Kombinationen. Dabei müssen Wissenschaftler besonders darauf achten, dass die Reiskörner ihre weisse Farbe behalten und die Mikronährstoffe während der Lagerung und der Reiszubereitung nicht verlorengehen. Im Endprodukt ist das Verhältnis zwischen extrudierten und natürlichen Reiskörnern zwischen 1:100 und 1:200, wodurch Konsumenten den fortifizierten vom natürlichen Reis nicht unterscheiden können. Studien mit Eisen sowie mit einer Kombination von Zink, Eisen und Vitamin A haben Wissenschaftler bereits in Indien und Thailand erfolgreich durchgeführt. In der Zwischenzeit ist angereicherter, extrudierter Reis auch kommerziell erhältlich. Überlegungen richten sich nun auch auf andere Getreidearten oder auch Hülsenfrüchte, um weitere Teile der Weltbevölkerung mit einem solchen Ansatz erreichen zu können.
Biofortifizierung. Bei der Biofortifizierung von Getreide oder Hülsenfrüchten erzielen Experten durch gezielte Züchtung, agronomische Massnahmen wie zum Beispiel Düngung zur Anreicherung des Bodens oder durch moderne Gentechnologie einen höheren Gehalt an bestimmten Mikronährstoffen in den Früchten. Verschiedene Projekte am Labor für Humanernährung befassen sich mit biofortifizierten Pflanzen (Anreicherung mittels Züchtung oder spezieller Nährmedien). So arbeiten die Forscher einerseits mit Bohnen mit hohem Eisengehalt und andererseits mit Reis und Weizen mit erhöhtem Zinkgehalt.
Die grössten Herausforderungen liegen bei diesen Projekten bei der Pflanzenzüchtung. Aber auch die Überprüfung der Wirksamkeit ist von grosser Bedeutung, um zu beweisen, dass die Produkte tatsächlich einen ernährungsphysiologischen Mehrwert besitzen und auf den Markt gebracht werden können. Dies untersuchen Fachleute mittels Absorptionstudien, in welchen stabile Eisen- oder Zinkisotope eine sehr genaue Bestimmung der absorbierten Menge der Mikronährstoffe aus einzelnen Mahlzeiten erlauben. Um einen langfristigen Effekt nachzuweisen, führen Wissenschaftler Wirksamkeitsstudien in betroffenen Bevölkerungsgruppen durch, welche die angereicherten Produkte über mehrere Monate verzehren. Erste Erfolge liessen sich mit Bohnenprodukten erzielen. Es stellte sich allerdings heraus, dass in Bohnen häufig eine Erhöhung des Eisengehalts auch zu einer Erhöhung der Phytinsäure führt, welche die Eisenaufnahme hemmt. Studien mit biofortifiziertem Reis zeigten, dass sich der Zinkgehalt in den biofortifizierten Pflanzen leicht erhöhte und das Zink eine gute Bioverfügbarkeit hatte.
Nanopartikel. Wie oben beschrieben, ist die Anreicherung von Lebensmitteln eine gute Möglichkeit, die Eisenaufnahme zu verbessern. Jedoch ist es nicht immer einfach, Lebensmitteln Eisen beizugeben. Eisenverbindungen mit guter Bioverfügbarkeit sind häufig sehr reaktiv im Lebensmittel und führen zu Farb- und Geschmacksveränderungen. Eisenverbindungen, die keine Veränderungen im Lebensmittel hervorrufen, sind meist nicht gut verfügbar.
Das Labor für Humanernährung konnte zeigen, dass mit der Reduktion der Partikelgrösse von schlecht bioverfügbaren Verbindungen auf zirka 10 nm diese besser verfügbar werden und dennoch zu wenigen Veränderungen im Lebensmittel führen. Diese Nanopartikel (im Vergleich dazu: ein Menschenhaar ist zirka 10 000-mal grösser, also 100 000 nm) werden meistens mittels der sogenannten Flammenspray-Pyrolyse hergestellt. Mit dieser Methode lässt sich auch die Zusammensetzung der Partikel variieren und verschiedene Mineralien lassen sich beifügen, was die Herstellung von massgeschneiderten Verbindungen erlaubt. Aufgrund der kleinen Grösse erwarten Fachleute, dass sich die Nanopartikel im Magen sehr schnell auflösen und dadurch mehr Eisen freisetzen als bei herkömmlichen Verbindungen, die sich nur langsam und unvollständig auflösen. Das so freigesetzte Eisen verhält sich dann aber wie Eisen aus herkömmlichen, grösseren Verbindungen. Zurzeit untersuchen die Experten am Labor für Humanernährung intensiv das genaue Verhalten der Nanopartikel im Magen wie auch im Darmtrakt, um abzuklären, ob alternative Aufnahmewege existieren. ¡
Weitere Informationen:
www.humannutrition.ethz.ch
Dieser Artikel ist der zweite von zehn Beiträgen, welche die Forschungsgruppen am Institut für Lebensmittel, Ernährung und Gesundheit der ETZ vorstellen.