Fachinformationen

Die Polyamine Spermin und Spermidin spielen bei vielen biologischen Prozessen eine Rolle. Sie sind außerdem an der Zellproliferation und -differenzierung sowie an antioxidativen Effekten beteiligt. Die Gesundheit des menschlichen Körpers wird durch Polyamine aus der Nahrung beeinflusst. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Darmentwicklung sowie bei der Entwicklung und Differenzierung des Immunsystems. Polyamine können eine wichtige Rolle bei der Vorbeugung und Behandlung chronischer Krankheiten, wie z. B. Herzkrankheiten, spielen. Neben der körpereigenen Synthese ist die Nahrung eine wichtige Quelle für Polyamine. Es gibt zwar keine empfohlene Tagesdosis an Polyaminen, aber es ist bereits bekannt, dass der Bedarf an Polyaminen in den Phasen der schnellen Zellentwicklung (z. B. in der Neugeborenenzeit) am höchsten ist. Außerdem nimmt die De-Novo-Synthese von Polyaminen mit dem Alter ab. Aus diesem Grund ist eine stärkere Berücksichtigung der Zufuhr dieser Stoffe über die Nahrung in einer zunehmend älter werdenden Bevölkerung wichtig. Die Schätzungen der täglichen Polyaminzufuhr variieren aufgrund der unterschiedlichen Ernährungsgewohnheiten und Datenerhebungsmethoden. Polyamine können in allen Arten von Lebensmitteln in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten sein. Spermin und Spermidin können in Lebensmitteln vorkommen, während Putrescin eine mikrobielle Quelle haben muss. Spermidin ist das wichtigste Polyamin in pflanzlichen Produkten, während Spermin eher in Lebensmitteln tierischen Ursprungs vorkommt.

In diesem Artikel werden die wichtigsten gesundheitlichen Auswirkungen von Polyaminen auf den Menschen erörtert, einschließlich ihres Gehalts in Lebensmitteln, Muttermilch und Säuglingsnahrung. Außerdem wird die durchschnittliche Aufnahme von Polyaminen in verschiedenen Bevölkerungsgruppen angegeben.

Einleitung

Antoni van Leeuwenhoeck entdeckte 1678 Kristalle im menschlichen Sperma. J. Abel und A. Landenburg nannten sie 200 Jahre später (1888) Spermin. Die chemische Struktur von Spermin und Spermidin wurde im Jahr 1924 bestimmt. Die Polyamine Spermidin (N-(3-Aminopropyl)-1,4-butandiamin), Spermin (N,N-Bis-(3-Aminopropyl)-1,4-butandiamin) und Putrescin (1,4-butandiamin) haben ein geringes Molekulargewicht und zeichnen sich durch zwei oder mehr Aminogruppen aus. Sie kommen in allen lebenden Zellen, einschließlich Mikroorganismen und Pflanzen, vor. Polyamine können Wasserstoffbrückenbindungen mit Hydroxyl-Lösungsmitteln wie Wasser und Alkohol bilden. Dies ist auf ihre stabile Struktur zurückzuführen. Bei physiologischem pH-Wert sind sie vollständig protoniert und fest an polyanionische Makromoleküle wie DNA und RNA gebunden. Polyamine kommen sowohl in tierischen als auch in pflanzlichen Lebensmitteln vor. Muttermilch und Säuglingsnahrung sind wichtige Quellen von Polyaminen.

Polyamine und Gesundheit

Polyamine spielen eine wichtige Rolle beim Zellwachstum und bei der Zellvermehrung, bei der Stabilisierung der negativen Eigenschaften der DNA, bei der RNA-Transkription, bei der Proteinsynthese, bei der Regulierung des Immunsystems und als Antioxidantien.

Die antioxidative Aktivität von Polyaminen wird hauptsächlich von Membranlipiden, Nukleinsäuren und Nukleinsäuren beeinflusst. Aufgrund der größeren Anzahl positiver Ladungen hat Spermin die stärksten antioxidativen Eigenschaften. Die Metallchelation ist der Hauptmechanismus für die antioxidative Wirkung von Polyaminen. Dadurch wird die Bildung von sekundären Oxidationsverbindungen verhindert und verzögert. Es wird auch angenommen, dass Polyamine freie Radikale in lipophilen Medien eliminieren.

Polyamin-Homöostase

Die De-novo-Synthese von Polyaminen in einem Organismus beginnt mit der Bildung von Putrescin, das aus der Aminosäure Ornithin gebildet wird. Dies wird durch das Enzym Ornithin-Decarboxylase (ODC) katalysiert. . Putrescin wird von der Spermidin-Synthase durch Hinzufügen einer Propylamingruppe, die aus der Decarboxylierung von S-Adenosyl-Methionin stammt, in Spermidin umgewandelt. Die Sperminsynthase fügt ein zweites Propylamin hinzu, um Spermidin in Spermin umzuwandeln.

Die Umwandlung von Polyaminen ist ein zyklischer Prozess, der ihre Umwandlung steuert und die intrazelluläre Homöostase reguliert. Der Prozess beginnt mit der Acetylierung eines der drei Polyamine. Dies geschieht durch ein N-Acetyltransferase-Enzym unter Beteiligung von Acetylcoenzym A. Das Enzym Polyaminoxidase entfernt ein Propylamin, und Putrescin kann entweder aus dem acetylierten Stoffwechselprodukt oder aus Spermin gewonnen werden.

Polyamine werden aus einem Organismus durch den oxidativen Abbau einer primären Aminokette, hauptsächlich durch die Wirkung von PAO und Diaminoxidase, eliminiert. Beide Enzyme sind in der Lage, Polyamine und ihre Derivate zu beeinflussen.

Neben der endogenen Synthese haben Polyamine auch einen exogenen Ursprung, hauptsächlich in der Nahrung und der Muttermilch. Darüber hinaus ist die Darmmikrobiota als Quelle für Polyamine beschrieben worden. Sie werden hauptsächlich im Dickdarmtrakt gebilde. In einigen neueren Studien wurden verschiedene Arten des Darmmikrobioms mit der Synthese dieser Verbindungen in Verbindung gebracht. Es gibt noch viel zu lernen über die Fähigkeit der Darmmikrobiota, Polyamine zu produzieren, sowie über die Biosynthesewege. Schließlich tragen auch Sekrete des Darms und der Bauchspeicheldrüse sowie Abbauprodukte der Darmzellen zu den Polyaminen im Darm bei. Der Zwölffingerdarm und der erste Teil des Jejunums nehmen Polyamine über verschiedene Mechanismen auf. Dazu gehören transzelluläre (durch passive Diffusion, Transporter und parazelluläre Wege) und intrazelluläre (durch Transporter und Transporteure). Teilweise metabolisierte Polyamine in der Darmwand werden in den Blutkreislauf transportiert, bevor sie den Blutkreislauf erreichen. Diejenigen, die den Blutkreislauf nicht erreichen, werden dann im ganzen Körper verteilt und von den Geweben aufgenommen. Sie können Gegenstand von Umwandlungsreaktionen sein.

Die Leber, der Thymus und der Darm weisen die höchsten Werte an Polyaminen auf. Eine mit Polyaminen angereicherte Ernährung erhöht die Plasmaspiegel bei Versuchstieren und Menschen.

Polyamine: Mögliche Nebenwirkungen

Postnatales Stadium

Zahlreiche Studien haben die Bedeutung von Polyaminen für den Menschen, insbesondere in den ersten Lebensjahren, gezeigt. Polyamine werden für ein schnelles Zellwachstum benötigt, insbesondere in der Neugeborenenphase. Auch ist der Bedarf nach Operationen und während der Wundheilung und des Alterungsprozesses höher.

Das Wachstum, die Entwicklung und Differenzierung des Immunsystems wird durch Polyamine (Spermin, Spermidin) gefördert, die auch an der Proliferation und Reifung des Magen-Darm-Trakts beteiligt sind (5, 21, 25-31). Diese Verbindungen können auch eine Rolle bei der Regulierung und Aktivierung des Immunsystems spielen.

Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass die orale Verabreichung von Polyaminen an Mäuse eine frühe postnatale Entwicklung auslösen und bei der Reparatur und Entwicklung der Darmschleimhaut wirken kann. Spermin und Spermidin veränderten die Proteinexpression und die Aktivität von Disaccharidasen und beschleunigten die postnatale Darmreifung, was zu morphologischen Veränderungen des Darmepithels und zur Durchlässigkeit der Schleimhaut führte. Sie sind auch an der Reifung von verwandten Organen wie der Leber oder der Bauchspeicheldrüse beteiligt. In einer anderen Studie mit Mäusen wurde festgestellt, dass die orale Verabreichung von Polyaminen (hauptsächlich Spermidin) die Entwicklung der Glykoprotein-Fucosylierung fördert. Eine Dosis von 10 mmol/Tag jedes Polyamins erhöhte die Aktivität von a-1,2-Fucosyltransferase und a-L-Fucosidase und induzierte die Synthese von a-1,2-Fucoprotein (32, 33). Diese Studie legt nahe, dass postnatale Veränderungen der intestinalen Fucosylierung auf eine erhöhte Aufnahme von Polyaminen (Spermidin und insbesondere Spermin) zurückzuführen sein könnten. Eine andere Studie zeigte, dass die orale Verabreichung von Spermin bei Mäusen die Aktivität der alkalischen Phosphatase und der Disaccharidase erhöht und anschließend die Darmreifung verändert. Die Verabreichung von Spermin und Spermidin an neugeborene Ratten erhöhte das Gewicht und die Länge des Darms und beschleunigte seine Entwicklung. Zahlreiche Studien an Tieren haben gezeigt, dass die orale Verabreichung von Spermin oder Spermidin während der postnatalen Phase die Immunabwehr des Darms erhöht und seine Entwicklung verbessert.

Es ist bekannt, dass die Muttermilch die Entwicklung von Immunzellen beim Menschen fördert und die Durchlässigkeit des Darms für antigene Makromoleküle verringert. Dies verringert die Nahrungsmittelüberempfindlichkeit bei Säuglingen.

Altern

Mit zunehmendem Alter nimmt der zelluläre Gehalt an Spermin, Spermidin und die enzymatische Aktivität von ODC ab. In diesem Stadium können Polyamine in die Ernährung aufgenommen werden, um das Risiko der Entwicklung altersbedingter Krankheiten zu verringern. Außerdem fördert es die Lebenserwartung. In einer Studie an älteren Mäusen zeigte sich, dass eine Ernährung mit einem hohen Gehalt an Spermin und Spermidin (374 bzw. 1 540 nmol/g) die Konzentrationen dieser Verbindungen im Blut erhöht und die Konzentrationen entzündungsfördernder Marker, die altersbedingte DNA-Methylierung, die glomeruläre Nierenatrophie und die Mortalität verringert. Es wurde auch festgestellt, dass Spermidin die Autophagie (den Prozess der Beseitigung geschädigter Proteine aus den Zellen) steigern kann, was wiederum den Alterungsprozess hemmt . Eine Folgestudie mit 829 Teilnehmern über einen Zeitraum von 20 Jahren zeigte, dass Spermidin von allen 146 Nährstoffen den stärksten Zusammenhang mit der Sterblichkeit aufweist. Die Autoren erklärten, dass Spermidin die Autophagie anregen und die Acetylierung der Histone verringern kann. Dies sind entscheidende Prozesse für die Zellhomöostase während des Alterns. Eine spermidinreiche Ernährung (hauptsächlich Lebensmittel pflanzlichen Ursprungs wie grüne Paprika, Weizenkörner und Pilze) ist eine gute Wahl. ), wurde mit einem Rückgang des Risikos der Gesamtmortalität in der Allgemeinbevölkerung in Verbindung gebracht.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Die antioxidativen und entzündungshemmenden Wirkungen, die den Polyaminen zugeschrieben werden, können eine wichtige Rolle bei der Vorbeugung von chronischen Entzündungserkrankungen, wie z. B. Herz-Kreislauf-Erkrankungen, spielen. Eine höhere Zufuhr von Spermidin wurde mit einem geringeren Auftreten von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und einem Rückgang von Blutdruck und Herzinsuffizienz in Verbindung gebracht. Die entzündungshemmende Funktion von Polyaminen bei der Vorbeugung und Behandlung von Herzkrankheiten ist mit der von Statinen vergleichbar. In Tierversuchen, vor allem an älteren Mäusen, hat sich gezeigt, dass Spermidin die altersbedingte arterielle Versteifung und die oxidative Schädigung der Endothelzellen verringert. Darüber hinaus kehrte eine sechswöchige Supplementierung von Spermin und Spermidin bei Mäusen altersbedingte Veränderungen der Myokardmorphologie (Myokardfibrose) um und hemmte die zelluläre Apoptose des Herzens.

Diabetes

Die Glykation spielt eine wichtige Rolle bei den Komplikationen von Diabetes. Daher sind Verbindungen, die dieser Reaktion entgegenwirken, äußerst wünschenswert. Polyamine können aufgrund ihrer chemischen Struktur als Antiglykanmittel eingesetzt werden. Sie verzögern die Anhäufung von fortgeschrittenen Glykierungsendprodukten (AGEs). Dies geschieht durch die Wechselwirkung zwischen hochreaktiven Carbonylverbindungen und der freien Aminogruppe der Polyamine. In-vitro-Studien haben gezeigt, dass die im Zellkern vorhandenen millimolaren Konzentrationen von Spermin die DNA und Histone vor Glykierung schützen können.

Andererseits haben einige Autoren bei Kindern mit Diabetes mellitus Typ 1 eine höhere PAO-Aktivität beobachtet, was zu einer erhöhten Produktion freier Radikale und anschließenden oxidativen Schäden führen könnte. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Rolle von Polyaminen und die empfohlenen Zufuhrmengen für Diabetiker zu bestimmen.

Krebs

Krebspatienten mit einem hohen Polyamingehalt haben ein höheres Risiko für einTumorwachstum. Aufgrund einer erhöhten Aktivität des ODC-Enzyms führt die Deregulierung der Polyamin-Biosynthese zu hohen intrazellulären Polyaminwerten in Krebszellen (12,39, 45,49). Die Kontrolle der Polyaminproduktion könnte sich positiv auf die antineoplastische Therapie auswirken. Verschiedene experimentelle Studien und klinische Versuche haben gezeigt, dass die kombinierte Behandlung mit Difluormethylornithin (DFMO), einem potenten und irreversiblen Inhibitor der ODC, mit Arzneimitteln, die den Polyamintransport hemmen, oder mit nichtsteroidalen entzündungshemmenden Arzneimitteln (NSAIDs) die Karzinogenese durch Hemmung der Polyaminsynthese und Stimulierung des Polyaminabbaus und -exports wirksam reduziert.

Bei Krebspatienten wurde ein Anstieg des Gehalts an acetylierten Polyaminmetaboliten im Urin und im Blut festgestellt. Der Anstieg der acetylierten Polyamine im Urin kann durch eine Zunahme der zellulären Polyamine, eine Zunahme der SSAT-Aktivität, eine größere Ausscheidung von acetylierten Metaboliten aus den Zellen oder durch eine Abnahme ihres oxidativen Abbaus durch das PAO-Enzym erklärt werden, obwohl die molekularen Mechanismen nicht gut geklärt sind. Die Entwicklung empfindlicherer Metabolomtechniken im letzten Jahrzehnt hat es ermöglicht, detaillierte Polyamin-Stoffwechselprofile mit bestimmten Krebsarten in Verbindung zu bringen. Tatsächlich wurden bei Patienten mit Eierstock-, Prostata-, Kolorektal-, Bauchspeicheldrüsen-, Brust- und Lungenkrebs erhöhte Werte an acetylierten Polyaminen im Urin oder Blut festgestellt, insbesondere N1,N12-Diacetylspermin, N1,N8-Acetylspermidin, N1-Acetylspermin und N8-Acetylspermidin. Unter ihnen wurde N1,N12-Diacetylspermin ausführlich als der wirksamste Urin-Biomarker für verschiedene Krebsarten und zur Überwachung des Tumorwachstums beschrieben.

Obwohl es viele Fortschritte in unserem Verständnis der Rolle der Polyamine bei Krebs gegeben hat, sind weitere Forschungen erforderlich, um die molekulare Grundlage zu bestimmen, auf der Polyamine beteiligt sind. Die optimale Art und Weise, in den Polyamin-Stoffwechsel oder die Polyamin-Funktion einzugreifen, könnte therapeutische Vorteile für die Krebsbehandlung haben.

Polyamine in Lebensmitteln

Polyamine kommen sowohl in tierischen als auch in pflanzlichen Lebensmitteln vor, entweder in freier Form oder in konjugierter Form. Konjugierte Polyamine sind in pflanzlichen Lebensmitteln zu finden, die hauptsächlich mit phenolischen Verbindungen einhergehen. Spermidin und Spermin, die in Lebensmitteln vorkommen, sind größtenteils natürlich vorhanden. Sie stammen aus tierischem und unverarbeitetem Pflanzengewebe. Putrescin kann jedoch auch durch die Aktivität oder kontaminierende Mikroorganismen gebildet werden. In fermentierten Lebensmitteln können Spermidin, Spermin und andere Verbindungen einen bakteriellen Ursprung haben. Die Gesamtmenge an Polyaminen kann durch die Lagerungs- und Verarbeitungsbedingungen beeinflusst werden.

Muttermilch und Säuglingsnahrung

Muttermilch ist die erste Quelle für die ernährungsbedingte Exposition gegenüber Polyaminen. Alle untersuchten Studien stimmten darin überein, dass das Profil und der Gehalt dieser Verbindungen je nach Genetik, Stillzeit, Alter, und Ernährung der Mutter unterschiedlich sein können.

Spermidin und Spermin sind die wichtigsten in der Muttermilch vorkommenden Polyamine. Ihr Gehalt variiert stark, mit Variationskoeffizienten von über 68 bzw. 53 %. Mit Ausnahme von zwei Studien, die vom selben Autor durchgeführt wurden, sind die Sperminwerte höher als die Sperminwerte. Die in den verschiedenen Studien analysierte Muttermilch entspricht unterschiedlichen Phasen der Laktation, was zu der beobachteten hohen Variabilität beitragen könnte. Einige Autoren stellten auch fest, dass die Polyamingehalte im Laufe der Laktation tendenziell abnehmen. In zwei Studien wurde außerdem festgestellt, dass die Mütter von Frühgeborenen höhere Polyamingehalte aufwiesen als Mütter von Normalgeborenen. Als vorläufige Information sei angemerkt, dass die Milch von übergewichtigen Müttern weniger Polyamine enthielt als die Milch von normalgewichtigen Müttern.

Säuglingsnahrung weist eine höhere Varianz auf als Muttermilch. Die Variationskoeffizienten für Putrescin, Spermidin, Spermin und Spermidin liegen bei 89 %, 116 % bzw. 160 %. Aus dieser Variabilität lässt sich ableiten, dass sich die Polyaminprofile und der Polyamingehalt von Säuglingsnahrung von denen der Muttermilch unterscheiden. Putrescin ist das wichtigste Polyamin in Säuglingsnahrung. Sein Gehalt ist in der Regel höher als der der Muttermilch, während der Gehalt an Spermidin, Spermin und Spermin im Allgemeinen niedriger ist. Bei den durchschnittlichen Polyaminen gibt es keine Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Säuglingsanfangsnahrung. Die wenigen Daten, die über polyamingehaltige Säuglingsnahrung für Frühgeborene vorliegen, lassen keine Unterschiede in den Inhaltsstoffen erkennen.

Über den Polyamingehalt von Säuglingsanfangsnahrung und Muttermilch liegen nicht genügend Daten vor. Um festzustellen, ob die beobachteten Unterschiede in Säuglingsanfangsnahrung und Muttermilch auf unterschiedliche Analysemethoden oder andere, noch nicht ausreichend untersuchte Faktoren zurückzuführen sind, sind weitere Untersuchungen erforderlich.

Lebensmittel pflanzlichen Ursprungs

Polyamine sind in Lebensmitteln pflanzlichen Ursprungs allgegenwärtig, obwohl ihr Gehalt und ihre Verteilung je nach Art des Lebensmittels variieren. Im Allgemeinen ist Spermidin das am häufigsten vorkommende Polyamin in pflanzlichen Lebensmitteln. Getreide, Hülsenfrüchte und Sojaderivate weisen die höchsten Gehalte an Spermidin oder Spermin auf. Sojabohnen und Weizenkeime sind die wichtigsten Lebensmittelgruppen mit einem Spermidin- bzw. Spermin-Gehalt von 2 437 bzw. 1 425 Nanomol/g (37, 59). Beide Polyamine finden sich auch in Pilzen, grünen Bohnen, Haselnüssen und Haselnüssen. Die Kategorie Obst weist die niedrigsten Werte auf. Die gemeldeten Werte für Spermidin in Obst wie Äpfeln, Kirschen, Orangen und Mandarinen liegen unter 21 nmol/g, während die Werte für Spermin bei 1,98/g liegen.

Putrescin kommt wie Spermidin in fast allen Lebensmitteln pflanzlichen Ursprungs vor und ist besonders reichlich in Obst und Gemüse enthalten, insbesondere in Zitrusfrüchten (1.554 nmol/g) und grünem Paprika (794 nmol/g). (9, 61). Putrescin ist auch in Weizenkeimen (705 nmol/g) und Sojabohnensprossen (507 nmol/g) enthalten.

Die Variabilität des Polyamingehalts in pflanzlichen Erzeugnissen könnte auf viele Faktoren wie Herkunft, Ernte oder Lagerung zurückzuführen sein. Der Polyamingehalt könnte durch unterschiedliche Stressbedingungen für die Pflanzen beeinflusst werden. So kann der Polyamingehalt in Pflanzen beispielsweise als Reaktion auf Stress durch hohe oder niedrige Anbautemperaturen oder Trockenheit ansteigen. Studien haben gezeigt, dass Polyamine vor oder nach der Kultivierung eingesetzt werden können, um den Auswirkungen von Kälte und Trockenheit entgegenzuwirken. Dies kann die Keimung, das Wachstum oder das Überleben verbessern. Das Vorhandensein von Verderbnisbakterien wie Enterobacteriaceae oder Clostridium-Arten, die Putrescin aus einer Aminosäurevorstufe, dem Ornithin, herstellen können, könnte auch den hohen Putrescingehalt in bestimmten Gemüsesorten wie Spinat und Erbsen erklären.

Lebensmittel tierischen Ursprungs

In Lebensmitteln tierischen Ursprungs ist der Gehalt an Polyaminen ebenso wie in Lebensmitteln pflanzlichen Ursprungs sehr unterschiedlich. Hohe Gehalte an Spermidin oder Spermin können in Fleisch und Fleischprodukten gefunden werden. In Proben von Huhn, Rind, Schwein und Rohschinken wurden Spermingehalte von >148 nmol/g festgestellt. Es gibt keine signifikanten Unterschiede zwischen frischem und verarbeitetem Fleisch. Der Gehalt an Spermin und Spermidin in Fisch und seinen Derivaten ist niedriger als in Fleischerzeugnissen. Sie sind jedoch deutlich höher als die Werte in Eiern und Milch, die niedrige Werte aufweisen. In den meisten Käsesorten liegen die Werte von Spermin und Spermidin bei <10 bzw. 69 nmol/g, mit Ausnahme eines Schimmelkäses mit einem sehr hohen Spermidingehalt (262 nmol/g).

Frische Erzeugnisse tierischen Ursprungs (Fleisch, Fisch, Eier, Milch und Milchprodukte) weisen einen geringeren Putrescingehalt auf als pflanzliche Erzeugnisse. Produkte, die einer Fermentation mit potenziell aminogenen Mikroorganismen unterzogen wurden, weisen die höchsten Gehalte auf. Die Decarboxylase-Aktivität in Verderbnisbakterien könnte die große Bandbreite des Putrescingehalts erklären. Studien haben gezeigt, dass die Hygiene der Rohstoffe eine wichtige Rolle bei der Bildung von Putrescin oder anderen Aminen spielen kann, wenn sie zu verschiedenen Lebensmitteln verarbeitet werden. So wurde z. B. eine stärkere Anreicherung von Aminen in trockenfermentierten Würsten festgestellt, wenn diese aus Rohstoffen von geringer mikrobieller Qualität hergestellt wurden. Dies könnte für die erhöhten Putrescinwerte in lang reifenden Käsesorten verantwortlich sein, für deren Herstellung Rohmilch verwendet werden darf. In diesem Sinne ist die vorherige thermische Behandlung der Milch ein nützliches Instrument, nicht nur um die Abwesenheit von pathogenen Mikroorganismen zu gewährleisten, sondern auch um die Bildung von Putrescin und anderen biogenen Aminen zu vermeiden, da sie a) die Belastung durch verderbliche Mikroorganismen mit Aminosäure-Decarboxylase-Kapazität verringert; b) das Vorhandensein freier Aminosäurevorstufen durch Verzögerung der Proteolyse während der Reifung und c) den Gehalt an thermolabilem Pyridoxalphosphat, einem notwendigen Cofaktor des Aminosäure-Decarboxylase-Enzyms.

Zubereitung von Lebensmitteln: Die Auswirkungen

Es gibt zwei mögliche Mechanismen, durch die die Zubereitung den Polyamingehalt von Lebensmitteln verringern kann: (a) die Übertragung des Kochwassers und (b) die hohen Temperaturen, die bei bestimmten Arten des Kochens erreicht werden. Es gibt nur wenige Studien, die die Auswirkungen der Zubereitungsart auf Polyamine untersucht haben. Die Ergebnisse variieren je nach Art und Art der zubereiteten Lebensmittel. Kochwasser war ein gutes Mittel, um den Polyamingehalt in bestimmten Gemüsesorten wie Kartoffeln, Blumenkohl und Spinat zu senken. Bei anderen Lebensmitteln (Paprika, Erbsen und Spargel) führte das gleiche Kochverfahren jedoch nicht zu Verlusten. In einer anderen Studie wurden keine signifikanten Unterschiede im Polyamingehalt zwischen rohem und gekochtem Gemüse (Karotten, Brokkoli, Blumenkohl und Kartoffeln) festgestellt, obwohl die geringe Anzahl der analysierten Proben (zwei pro Lebensmittelart) ein limitierender Faktor war (9). Bei Fleisch, das mit viel Wasser gekocht wurde (Schmoren, Kochen usw.), gab es keine signifikanten Verluste an Spermidin oder Spermin. Bei einigen Garmethoden mit höheren Temperaturen wurde beschrieben, dass Braten, Grillen oder Frittieren zu einem Verlust von bis zu 60 % an Spermidin und Spermin in Hühnerfleisch führte.

Polyamine in Lebensmitteln haben ein antioxidatives Potenzial

Die antioxidative Rolle von Polyaminen ist weniger gut erforscht als die der biologischen Substrate. In vitro-Studien haben gezeigt, dass Polyamine vor Oxidation schützen, wenn sie der Lipidmatrix zugesetzt werden. Sie wirken hauptsächlich als Metallchelatoren. Für Spermin und Spermidin wurde eine konzentrationsabhängige antioxidative Kapazität festgestellt. Später beschrieben Toro Funes et al.  ebenfalls eine antioxidative Wirkung für jedes dieser Polyamine in einem breiten Konzentrationsbereich (von 30 bis 1.250 mg/ml). Sowohl Spermin als auch Spermidin verzögern die Bildung von Peroxiden und sekundären Oxidationsverbindungen, wobei die Wirkung von Spermin aufgrund der höheren Konzentration von Aminogruppen größer ist. Darüber hinaus haben diese beiden Studien gezeigt, dass die antioxidative Aktivität beider Polyamine gleich oder sogar höher ist als die einiger antioxidativer Zusatzstoffe, die üblicherweise in Lebensmitteln verwendet werden, wie z. B. Octylgallat, Alpha-Tocopherol, Ascorbylpalmitat oder tert-Butylhydrochinon und andere.

Natürliche antioxidative Inhaltsstoffe können aus polyaminreichen Lebensmitteln wie Weizenkeimen, Soja oder Pilzen gewonnen werden. Diese Extrakte und Konzentrate aus polyaminreichen Lebensmitteln könnten in sicheren und wirksamen Dosen als natürliche Antioxidantien verwendet werden.

Analyse von Polyaminen in Lebensmitteln

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit, hohen Auflösung, Empfindlichkeit und Flexibilität basieren die Analysemethoden zur Bestimmung von Polyaminen in Lebensmitteln hauptsächlich auf chromatographischer Trennung. Für die Analyse von Lebensmittelpolyaminen wurden die Gaschromatographie, die Dünnschichtchromatographie und die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie eingesetzt. Konkret sind Hoch- oder Ultra-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie mit Ionenaustauschersäulen oder Umkehrphasensäulen zur Trennung von Polyaminen die in der Literatur am häufigsten beschriebenen Techniken.

Es gibt viele Nachweismethoden, die in Verbindung mit chromatographischen Trennsystemen verwendet werden können, wie Fluoreszenz, UV und Massenspektrometrie. Niedrige Absorptionskoeffizienten und geringe Quantenausbeuten erschweren den Nachweis von Polyaminen. Sie erfordern eine Derivatisierung, wenn die Methode eine UV- oder Fluoreszenzdetektion beinhaltet. Die chemische Derivatisierung dieser Verbindungen kann mit einer Reihe von Reagenzien durchgeführt werden, vor allem mit 5-Dimethylamino-1-naphtalensulfonylchlorid (Dansylchlorid), das nach Reaktion mit primären und sekundären Aminogruppen stabile Verbindungen bildet, und mit o-Phthaldialdehyd (OPA), das schnell (d. h. innerhalb von 30 Sekunden) mit primären Aminen reagiert. Sie können Aminderivate vor, während oder nach der chromatographischen Trennung herstellen. Die Vor-Derivatisierung erfordert eine Reihe zeitaufwändiger manueller Schritte, die zu Ungenauigkeiten im gesamten Analyseprozess führen können. Die Nachsäulenderivatisierung hat den Vorteil, dass sie automatisch online durchgeführt wird, wodurch eine Probenmanipulation vermieden und die für die Analyse erforderliche Zeit verkürzt wird (89). Die Kombination von Flüssigchromatographie mit Massenspektrometrie oder Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS) ist eine beliebte Alternative zu herkömmlichen Analysetechniken. Sie ist sehr empfindlich, spezifisch und genau und erfordert keine Derivatisierung.

Die Alternative zu den oben genannten Analyseverfahren sind elektrochemische Sensoren oder Biosensoren. Sie sind weniger kostspielig und zeitaufwändiger als die traditionellen Methoden, können aber auch für Routineuntersuchungen eingesetzt werden. Die elektrochemischen Biosensoren bestehen in der Regel aus immobilisierten Amino-Oxidasen, die den oxidativen Abbau von Polyaminen in Lebensmitteln katalysieren. Sie verfügen außerdem über eine Arbeitselektrode, die anzeigt, ob die enzymatische Aktivität Redoxspezies produziert oder verbraucht. Verschiedene elektrochemische Sensoren, die für die schnelle Bestimmung von Polyaminen in Lebensmitteln entwickelt wurden, zeigten niedrige Nachweisgrenzen und eine gute Selektivität für diese Verbindungen.

Verzehr und tägliche  Aufnahme von Polyaminen

Die tägliche Aufnahme von Polyaminen wurde für verschiedene europäische Länder, Japan und die Vereinigten Staaten geschätzt. Die durchschnittliche Polyaminaufnahme der erwachsenen europäischen Bevölkerung wurde auf 354 mmol/Tag geschätzt, wobei es Unterschiede zwischen den Mitgliedstaaten gibt, wobei sie im Vereinigten Königreich am niedrigsten und in den Ländern des Mittelmeerraums, Italien und Spanien, am höchsten ist. Studien in Mittelmeerländern wie Spanien, der Türkei und Italien haben eine niedrigere Zufuhr ergeben. Dies könnte teilweise auf einen Rückgang des Verzehrs von pflanzlichen Lebensmitteln zurückzuführen sein, der in den letzten 20 Jahren zurückgegangen ist. Die Schätzungen der Polyaminaufnahme bei Erwachsenen in Japan und den Vereinigten Staaten liegen zwischen dem europäischen Durchschnitt und den Werten für den Mittelmeerraum. Die einzige Studie, in der die Aufnahme von Jugendlichen in den Vereinigten Staaten geschätzt wurde, wurde in Schweden durchgeführt, und ihre Ergebnisse ähnelten sehr stark denen, die zuvor für die schwedische Erwachsenenbevölkerung berichtet wurden.

Diese Unterschiede in den Aufnahmeschätzungen können auf die unterschiedlichen Ernährungsgewohnheiten der einzelnen Bevölkerungsgruppen sowie auf die untersuchte Altersgruppe, die Methodik der Datenerhebung und/oder die Variabilität des Polyamingehalts von Lebensmitteln zurückgeführt werden. Die zur Schätzung der Polyaminaufnahme verwendeten Daten zum Lebensmittelverzehr stammten beispielsweise aus veröffentlichten nationalen Erhebungen (Japan und Spanien), aus einem Fragebogen zur Verzehrshäufigkeit (Vereinigte Staaten), aus einem 7-Tage-Verzehrprotokoll (Schweden) und aus einer 24-Stunden-Erinnerung an die Ernährung (Türkei). Einige Studien verwendeten zur Bestimmung des Polyamingehalts in der Literatur veröffentlichte Daten. Andere hingegen verwendeten Daten, die speziell für Studien zur Schätzung der Aufnahme erhoben wurden.

Alle Studien zeigen, dass Putrescin die Hauptquelle für Polyamine in der Gesamtaufnahme ist. Es stammt hauptsächlich aus Obst und Gemüse und in Japan auch aus Getreide und Sojasauce. Die Hauptquellen für Spermidin sind Obst, Gemüse und Getreide. Außer in Schweden ist die Hauptquelle für Spermidin in der Nahrung Fisch und Fleisch.

Obwohl es derzeit keine Empfehlungen für die tägliche Zufuhr gibt, sind einige Vorschläge gemacht worden. Atiya Ali et al. schlagen eine tägliche Zufuhr von etwa 540 mg/Tag vor. Dies basiert auf den Leitlinien für eine gesunde Ernährung, die einen hohen Verzehr von Gemüse, Obst und Getreide propagieren. Dies ist zwei- bis dreimal so viel wie in den untersuchten Studien angegeben wurde.

Schlussfolgerungen

Wir haben viele Informationen über die physiologischen Wirkungen von Polyaminen und ihre Bedeutung für unsere Gesundheit. Zahlreiche Studien haben die Bedeutung von Aminen in der Nahrung in verschiedenen Situationen und Lebensabschnitten gezeigt. Dies gilt auch für die Zeit nach der Geburt oder als Begleiterscheinung des Alterns, wenn der Bedarf an Polyaminen in der Nahrung höher ist. Die antioxidativen und entzündungshemmenden Eigenschaften der Polyamine können auch eine wichtige Rolle bei der Vorbeugung und Behandlung von chronischen Krankheiten wie Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen spielen. Krebs wird mit einem hohen Polyamingehalt in Verbindung gebracht. Dies ist auf eine Störung ihrer Homöostase zurückzuführen.

Selbst innerhalb ein und desselben Lebensmittels können Polyamine eine große Bandbreite an Inhaltsstoffen aufweisen. Diese Verbindungen werden erstmals über die Muttermilch in den Körper aufgenommen. Trotz des Mangels an Daten und der Variabilität hat Muttermilch ein anderes Profil und einen anderen Gehalt an Polyaminen als Säuglingsnahrung. Getreide, Hülsenfrüchte und Sojaderivate weisen die höchsten Gehalte an Spermidin und Spermin auf, während Gemüse und Obst, insbesondere Zitrusfrüchte, die höchsten Gehalte aufweisen. Die höchsten Gehalte an Polyaminen in tierischen Lebensmitteln finden sich in Fleisch und seinen Derivaten, mit Ausnahme bestimmter Käsesorten. Es gibt viele Faktoren, die die großen Unterschiede im Polyamingehalt von Lebensmitteln erklären könnten. Dazu gehören die Herkunft, die Anbaubedingungen und die Lagerungsbedingungen. Auch die Decarboxylase-Aktivität oder Verderbnisbakterien könnten die großen Unterschiede im Putrescingehalt erklären.

Die hohe antioxidative Aktivität von Polyaminen in Lebensmittelmatrizen wurde mit Spermin und anderen Polyaminen in Verbindung gebracht. Natürliche antioxidative Inhaltsstoffe könnten daher aus polyamingehaltigen Lebensmitteln wie Weizenkeimen, Sojabohnen, Pilzen und Zitrusfrüchten hergestellt werden. Diese Extrakte oder konzentrierten Pulver können als eine Form von Polyaminen eingenommen werden. Um Sicherheit und Wirksamkeit zu gewährleisten, müssen solche Anwendungen getestet werden.

Es gibt nur sehr wenige Studien, in denen die Polyaminaufnahme geschätzt wurde. Diese uneinheitlichen Ergebnisse könnten auf unterschiedliche Ernährungsgewohnheiten und methodische Unterschiede zurückzuführen sein. Obwohl es keine aktuellen Empfehlungen für die tägliche Aufnahme von Polyaminen gibt, haben einige Autoren Werte vorgeschlagen, die deutlich über den Schätzungen aus verschiedenen Ländern liegen. Es ist wichtig, den Bedarf an Polyaminen in der Ernährung verschiedener Altersgruppen zu ermitteln, um eine an diesen Nährstoffen reiche oder arme Ernährung festzulegen.