Einfluss von Inhaltsstoffen auf die Bioverfügbarkeit von Mikronährstoffen

Die Bioverfügbarkeit eines Mikronährstoffs wird nicht allein durch dessen analytisch bestimmten Gehalt im Lebensmittel bestimmt. Sie beschreibt den Anteil, der aus dem Lebensmittel oder einer Mahlzeit freigesetzt, im Gastrointestinaltrakt (Magen-Darm-Trakt) resorbiert und dem Stoffwechsel oder der Speicherung zur Verfügung gestellt wird. Die Biozugänglichkeit (Anteil, der während der Verdauung aus der Lebensmittelmatrix freigesetzt wird) ist eine wesentliche Voraussetzung der Bioverfügbarkeit, aber nicht mit ihr gleichzusetzen [1, 2].

Inhaltsstoffe einer Mahlzeit können die Bioverfügbarkeit von Mikronährstoffen sowohl vermindern als auch erhöhen. Sie beeinflussen unter anderem die Löslichkeit, den Oxidationszustand, die Komplexbildung, die Freisetzung aus der Lebensmittelmatrix und den Transport zur Dünndarmschleimhaut. Die Wirkung eines Inhaltsstoffs ist nicht isoliert zu beurteilen, sondern hängt von seiner chemischen Struktur und Konzentration, der Form und Dosis des Mikronährstoffs, der Zusammensetzung der gesamten Mahlzeit sowie vom individuellen Versorgungsstatus ab [1, 2].

Grundlegende Interaktionsmechanismen

Für die Wechselwirkungen zwischen Inhaltsstoffen und Mikronährstoffen sind insbesondere folgende Mechanismen relevant:

• Komplex- und Chelatbildung: Phytate, Oxalate und bestimmte Polyphenole können Mineralstoffe binden und dadurch deren Löslichkeit und Resorbierbarkeit vermindern.
• Veränderung des Oxidationszustands: Vitamin C (Ascorbinsäure) kann dreiwertiges Eisen zu besser resorbierbarem zweiwertigem Eisen reduzieren.
• Physikalischer Einschluss: Pflanzliche Zellwände und bestimmte Ballaststoffstrukturen können Mikronährstoffe innerhalb der Lebensmittelmatrix zurückhalten.
• Veränderung der Viskosität: Gelbildende Ballaststoffe können den Darminhalt zähflüssiger machen und damit die Freisetzung und Diffusion von Verdauungsprodukten beeinflussen.
• Fermentation im Dickdarm: Fermentierbare Ballaststoffe werden durch das Darmmikrobiom unter anderem zu kurzkettigen Fettsäuren wie Acetat, Propionat und Butyrat abgebaut. Die daraus resultierende Veränderung des Darmmilieus kann die Löslichkeit einzelner Mineralstoffe beeinflussen.
• Mizellenbildung: Bei der Fettverdauung entstehen aus Triglyzeriden vor allem freie Fettsäuren und 2-Monoacylglycerine. Diese bilden zusammen mit Gallensalzen und weiteren Lipidbestandteilen gemischte Mizellen (kleine Transportaggregate aus Gallensalzen und Lipiden), die für die Aufnahme von Carotinoiden und fettlöslichen Vitaminen von wesentlicher Bedeutung sind [1, 10].

Ballaststoffe

Ballaststoffe stellen keine einheitliche Stoffgruppe dar. Ihre Wirkung auf die Mikronährstoffaufnahme unterscheidet sich abhängig von Löslichkeit, Viskosität, Fermentierbarkeit, Molekülstruktur und Lebensmittelmatrix. Eine hohe Ballaststoffzufuhr ist daher nicht grundsätzlich mit einer verminderten Mikronährstoffversorgung gleichzusetzen [2].

Viskose oder gelbildende Ballaststoffe können die Durchmischung des Darminhalts, die Diffusion von Verdauungsprodukten und die Freisetzung lipophiler Substanzen beeinflussen. Die klinische Bedeutung dieser Effekte hängt jedoch von der jeweiligen Ballaststoffart, der aufgenommenen Menge und der Zusammensetzung der Mahlzeit ab. Ergebnisse zu einzelnen isolierten Ballaststoffen lassen sich nicht ohne Weiteres auf ballaststoffreiche Lebensmittel oder die Gesamtzufuhr übertragen [2].

Bei Vollkorngetreide, Hülsenfrüchten, Nüssen und Samen ist eine mögliche Verminderung der Mineralstoffresorption häufig nicht den Ballaststoffen allein zuzuschreiben. Diese Lebensmittel enthalten gleichzeitig Phytate und teilweise Polyphenole. Werden diese Begleitstoffe nicht getrennt berücksichtigt, kann der eigenständige Einfluss der Ballaststoffe überschätzt werden [2, 4].

Fermentierbare Ballaststoffe können die Mineralstoffaufnahme unter bestimmten Bedingungen fördern. Eine systematische Übersichtsarbeit zu Fruktooligosacchariden zeigte in Human- und Tierstudien Hinweise auf eine verbesserte Aufnahme insbesondere von Calcium, teilweise auch von Magnesium und Eisen. Die eingeschlossenen Studien waren jedoch hinsichtlich Population, Dosis, Studiendauer und untersuchtem Mineralstoff heterogen. Eine allgemein gültige Dosierung oder ein gesicherter langfristiger Nutzen für die Mikronährstoffversorgung lässt sich daraus nicht ableiten [11].

Als mögliche Mechanismen werden die Bildung kurzkettiger Fettsäuren, eine Absenkung des pH-Werts im Dickdarm sowie eine dadurch erhöhte Löslichkeit von Mineralstoffen diskutiert. Diese Effekte sind nicht auf alle Ballaststoffe übertragbar [11].

Phytate

Phytat ist die Salzform der Phytinsäure bzw. des Myo-Inositolhexaphosphats. Es dient Pflanzen als Speicherform für Phosphor und kommt insbesondere in Vollkorngetreide, Hülsenfrüchten, Nüssen und Samen vor. Aufgrund seiner negativ geladenen Phosphatgruppen kann Phytat mehrwertige Kationen binden und schwer lösliche Komplexe bilden [4].

Die ernährungsphysiologisch am besten belegte hemmende Wirkung betrifft Zink und Nicht-Hämeisen (überwiegend in pflanzlichen Lebensmitteln enthaltene Eisenform). Auch Calcium und Magnesium können durch Phytat gebunden werden; die quantitative Bedeutung hängt jedoch von der Phytatmenge, der Mineralstoffzufuhr und der Zusammensetzung der gesamten Mahlzeit ab [3-5].

Phytat gilt als einer der wichtigsten nahrungsabhängigen Hemmstoffe der Zinkresorption. Eine hohe Phytatzufuhr vermindert die fraktionelle Zinkresorption insbesondere bei gleichzeitig niedriger Zinkzufuhr. Das Phytat-Zink-Molverhältnis, also das mengenmäßige Verhältnis beider Stoffe auf molekularer Ebene, kann zur vergleichenden Bewertung von Lebensmitteln oder Ernährungsformen herangezogen werden. Es erlaubt jedoch keine präzise Vorhersage der individuellen Zinkresorption [5].

Auch die Resorption von Nicht-Hämeisen kann bereits durch vergleichsweise geringe Phytatmengen vermindert werden. Die hemmende Wirkung lässt sich durch Vitamin C fteilweise kompensieren. Vitamin C hält Eisen in einer löslichen Form, reduziert dreiwertiges zu zweiwertigem Eisen und kann die Bildung schwer resorbierbarer Eisenkomplexe begrenzen [3].

Die klinische Relevanz einer hohen Phytatzufuhr nimmt zu, wenn gleichzeitig eine geringe Zufuhr von Eisen oder Zink, ein erhöhter Bedarf oder bereits verminderte körpereigene Speicher bestehen. Aus dem Phytatgehalt allein lässt sich jedoch keine Empfehlung ableiten, Vollkornprodukte, Hülsenfrüchte, Nüsse oder Samen generell einzuschränken. Diese Lebensmittel weisen zugleich eine hohe Nährstoffdichte und weitere gesundheitlich relevante Inhaltsstoffe auf [4].

Oxalate

Oxalsäure und ihre Salze, die Oxalate, kommen unter anderem in Spinat, Mangold, Rhabarber, Sauerampfer, Roter Bete, Kakao und verschiedenen Nüssen vor. Hinsichtlich der Mineralstoffbioverfügbarkeit ist insbesondere der lösliche Oxalatanteil relevant [6].

Lösliches Oxalat kann im Gastrointestinaltrakt Calcium binden und schwer lösliches Calciumoxalat bilden. Lebensmittel mit einem hohen Verhältnis von Oxalat zu Calcium können deshalb trotz eines relevanten Gesamtcalciumgehalts nur wenig bioverfügbares Calcium liefern. Der analytisch bestimmte Calciumgehalt eines oxalatreichen Lebensmittels ist somit nicht mit der tatsächlich resorbierbaren Calciummenge gleichzusetzen [2, 6].

Auch Magnesium kann grundsätzlich mit Oxalat Komplexe bilden. Die quantitative Bedeutung dieser Interaktion für die Magnesiumversorgung des Menschen ist jedoch weniger gut untersucht als die Oxalat-Calcium-Interaktion und sollte nicht überschätzt werden [6].

Für eine klinisch relevante Hemmung der Nicht-Hämeisenresorption durch Oxalat liegen bislang keine belastbaren Belege vor. In zwei kleinen randomisierten Kreuzversuchen mit stabilen Eisenisotopen beeinflusste zugesetztes Kaliumoxalat die Eisenresorption aus einer Testmahlzeit nicht signifikant. Aufgrund der kleinen Probandenzahl und der akuten Versuchsanordnung erlaubt diese Studie jedoch keine uneingeschränkte Verallgemeinerung auf sämtliche Lebensmittel, Ernährungsformen oder Patientengruppen [7].

Polyphenole

Polyphenole zählen zu den sekundären Pflanzenstoffen und umfassen zahlreiche strukturell unterschiedliche Pflanzenstoffe, darunter Flavonoide, Phenolsäuren, Stilbene und Tannine. Ihre Wirkung auf die Mikronährstoffaufnahme ist substanz- und dosisabhängig. Besonders Polyphenole mit mehreren benachbarten Hydroxygruppen können Metallionen binden [3].

Die am besten dokumentierte Interaktion betrifft Nicht-Hämeisen. Bestimmte Polyphenole bilden im Darmlumen schwer resorbierbare Eisen-Polyphenol-Komplexe und vermindern dadurch die Löslichkeit und Aufnahme des Eisens. Dieser Effekt ist insbesondere für gleichzeitig zu einer Mahlzeit konsumierte polyphenolreiche Getränke wie Tee belegt [3, 8].

Die Stärke der Hemmung hängt von Art und Menge der Polyphenole sowie von weiteren Mahlzeitenbestandteilen ab. Eine hohe Menge an Vitamin C kann die hemmende Wirkung teilweise ausgleichen, indem sie die Löslichkeit des Eisens verbessert und dreiwertiges zu zweiwertigem Eisen reduziert [3].

In einer kleinen kontrollierten Humanstudie verminderte gleichzeitig mit einer eisenhaltigen Testmahlzeit konsumierter schwarzer Tee die Aufnahme von Nicht-Hämeisen. Ein zeitlicher Abstand von einer Stunde schwächte den hemmenden Effekt ab, hob ihn jedoch nicht vollständig auf. Da die Untersuchung lediglich zwölf nicht anämische Frauen und eine standardisierte Testmahlzeit umfasste, lässt sich daraus kein allgemeingültiger zeitlicher Grenzwert ableiten [8].

Bei Eisenmangel oder deutlich verminderten Eisenspeichern kann es dennoch sinnvoll sein, stark polyphenolhaltige Getränke nicht gleichzeitig mit den eisenreichsten Mahlzeiten zu konsumieren. Eine generelle Einschränkung polyphenolreicher Lebensmittel ist daraus nicht abzuleiten, da diese Lebensmittel weitere ernährungsphysiologisch relevante Inhaltsstoffe enthalten.

Fettgehalt der Mahlzeit

Der Fettgehalt einer Mahlzeit ist insbesondere für die Bioverfügbarkeit der fettlöslichen Vitamine A, D, E und K sowie von Carotinoiden relevant. Bei der Verdauung von Nahrungsfetten werden aus Triglyzeriden vor allem freie Fettsäuren und 2-Monoacylglycerine freigesetzt. Diese Verdauungsprodukte werden gemeinsam mit Gallensalzen und weiteren Lipidbestandteilen in gemischte Mizellen aufgenommen. Die Mizellen ermöglichen die Lösung fettlöslicher Substanzen im wässrigen Darminhalt und deren Transport zur Oberfläche der Enterozyten (Zellen der Dünndarmschleimhaut) [1, 10].

Für Carotinoide ist der resorptionsfördernde Effekt gleichzeitig aufgenommener Nahrungsfette besonders gut untersucht. Eine systematische Übersichtsarbeit und Metaanalyse von 27 In-vitro-Studien und zwölf randomisierten kontrollierten Studien zeigte, dass eine höhere gleichzeitig aufgenommene Fettmenge insgesamt mit einer verbesserten Biozugänglichkeit und Bioverfügbarkeit von Carotinoiden verbunden war. Für Fette mit einem hohen Anteil ungesättigter Fettsäuren ergaben sich stärkere Effekte als für Fette mit einem hohen Anteil gesättigter Fettsäuren. Die Ergebnisse unterschieden sich jedoch abhängig vom untersuchten Carotinoid, der Lebensmittelmatrix und dem Studiendesign [9].

Aus den verfügbaren Daten lässt sich keine allgemein gültige optimale Fettmenge für eine Mahlzeit ableiten. Ebenso ist nicht belegt, dass eine sehr fettreiche Mahlzeit erforderlich ist. Entscheidend ist vielmehr, dass carotinoidreiche Lebensmittel oder fettlösliche Vitamine nicht regelmäßig ausschließlich im Rahmen nahezu fettfreier Mahlzeiten aufgenommen werden [9].

Die Aufnahme fettlöslicher Vitamine ist ebenfalls eng an die Lipidverdauung und den mizellären Transport gekoppelt. Der Einfluss des Mahlzeitenfetts unterscheidet sich jedoch zwischen den einzelnen Vitaminen und hängt zusätzlich von ihrer chemischen Form, der Lebensmittel- oder Präparatematrix, der Gallensäuresekretion, der Pankreasfunktion und dem individuellen Versorgungsstatus ab [1, 10].

Zusammenspiel hemmender und fördernder Inhaltsstoffe

In einer gemischten Mahlzeit treten resorptionshemmende und -fördernde Einflüsse gleichzeitig auf. Die Wirkung eines einzelnen Inhaltsstoffs kann daher nicht ohne Berücksichtigung der übrigen Mahlzeitenzusammensetzung beurteilt werden. So kann Vitamin C die hemmende Wirkung von Phytaten und Polyphenolen auf die Nicht-Hämeisenresorption teilweise kompensieren. Gleichzeitig aufgenommenes Fett kann die Aufnahme von Carotinoiden und fettlöslichen Vitaminen fördern, während der Einfluss von Ballaststoffen abhängig von ihrer Struktur sowohl neutral als auch hemmend oder fördernd sein kann [1-3, 9, 11].

Praktische ernährungsmedizinische Konsequenzen

• Der analytisch bestimmte Mikronährstoffgehalt eines Lebensmittels darf nicht mit der tatsächlich resorbierbaren Menge gleichgesetzt werden.
• Bei Eisenmangel sollten pflanzliche Eisenquellen gezielt mit Vitamin-C-reichen Lebensmitteln kombiniert werden [3].
• Stark polyphenolhaltige Getränke sollten bei verminderten Eisenspeichern möglichst nicht gleichzeitig mit den eisenreichsten Mahlzeiten konsumiert werden. Ein exakt erforderlicher zeitlicher Abstand ist nicht hinreichend belegt [8].
• Bei überwiegend pflanzlicher Ernährung sind neben der Zufuhr von Eisen und Zink auch der Phytatgehalt und die gesamte Mahlzeitenzusammensetzung zu berücksichtigen [3-5].
• Oxalatreiche Lebensmittel sind nicht als verlässliche Calciumquellen einzustufen, wenn ein großer Anteil des enthaltenen Calciums als schwer lösliches Calciumoxalat gebunden ist [2, 6].
• Carotinoidreiche Lebensmittel sollten zusammen mit einer Fettquelle verzehrt werden. Eine sehr hohe Fettzufuhr ist hierfür nicht erforderlich [9].
• Ballaststoffreiche Lebensmittel sollten nicht allein wegen möglicher Mikronährstoffinteraktionen eingeschränkt werden. Entscheidend sind Ballaststoffart, Lebensmittelmatrix, Begleitstoffe und die Gesamtversorgung.
• Bei manifesten Mangelzuständen, Malabsorption oder stark erhöhtem Bedarf kann die Optimierung der Mahlzeitenzusammensetzung eine indizierte Mikronährstoffsubstitution nicht ersetzen.

Fazit

Inhaltsstoffe einer Mahlzeit beeinflussen die Bioverfügbarkeit von Mikronährstoffen über Komplexbildung, Veränderungen der Löslichkeit, physikalischen Einschluss, Fermentation und Mizellenbildung. Phytate vermindern insbesondere die Aufnahme von Zink und Nicht-Hämeisen. Oxalate begrenzen vor allem die Verfügbarkeit von Calcium. Bestimmte Polyphenole können die Aufnahme von Nicht-Hämeisen reduzieren, während Vitamin C diesem Effekt teilweise entgegenwirkt.

Ballaststoffe sind aufgrund ihrer strukturellen und funktionellen Heterogenität nicht pauschal als resorptionshemmend einzustufen. Fermentierbare Ballaststoffe können unter bestimmten Bedingungen die Aufnahme einzelner Mineralstoffe fördern. Gleichzeitig aufgenommenes Fett verbessert insbesondere die Bioverfügbarkeit von Carotinoiden und unterstützt die Aufnahme fettlöslicher Vitamine.

Für die klinische Bewertung ist daher nicht ein einzelner Inhaltsstoff ausschlaggebend. Entscheidend sind das Zusammenwirken sämtlicher Mahlzeitenbestandteile, die chemische Form des Mikronährstoffs, die Lebensmittelmatrix und der individuelle Versorgungsstatus des Patienten.

Literatur

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2. Melse-Boonstra A: Bioavailability of Micronutrients From Nutrient-Dense Whole Foods: Zooming in on Dairy, Vegetables, and Fruits. Front Nutr 2020;7:101. doi: 10.3389/fnut.2020.00101.
3. Piskin E, Cianciosi D, Gulec S et al.: Iron Absorption: Factors, Limitations, and Improvement Methods. ACS Omega 2022;7(24):20441-20456. doi: 10.1021/acsomega.2c01833.
4. Brouns F: Phytic Acid and Whole Grains for Health Controversy. Nutrients 2022;14(1):25. doi: 10.3390/nu14010025.
5. Maares M, Haase H: A Guide to Human Zinc Absorption: General Overview and Recent Advances of In Vitro Intestinal Models. Nutrients 2020;12(3):762. doi: 10.3390/nu12030762.
6. Salgado N, Silva MA, Figueira ME et al.: Oxalate in Foods: Extraction Conditions, Analytical Methods, Occurrence, and Health Implications. Foods 2023;12(17):3201. doi: 10.3390/foods12173201.
7. Storcksdieck genannt Bonsmann S, Walczyk T, Renggli S et al.: Oxalic acid does not influence nonhaem iron absorption in humans: a comparison of kale and spinach meals. Eur J Clin Nutr 2008;62(3):336-341. doi: 10.1038/sj.ejcn.1602721.
8. Ahmad Fuzi SF, Koller D, Bruggraber S et al.: A 1-h time interval between a meal containing iron and consumption of tea attenuates the inhibitory effects on iron absorption: a controlled trial in a cohort of healthy UK women using a stable iron isotope. Am J Clin Nutr 2017;106(6):1413-1421. doi: 10.3945/ajcn.117.161364.
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11. Costa GT, Vasconcelos QDJS, Abreu GC et al.: Systematic review of the ingestion of fructooligosaccharides on the absorption of minerals and trace elements versus control groups. Clin Nutr ESPEN 2021;41:68-76. doi: 10.1016/j.clnesp.2020.11.007.