Phytinsäure bzw. Phytat und das Einweichen oder Keimen

Bei der Verwendung von Hülsenfrucht- und Getreidemischungen als Beikost ist der hohe Phytatgehalt des Breis ein wichtiges Kriterium für die Eisen- und möglicherweise auch Zinkversorgung von Säuglingen und Kleinkindern. Die Kalzium- und Magnesiumversorgung ist weniger problematisch, Kupfer hingegen nicht. Phytinsäure hemmt die Eisenaufnahme sowohl bei Säuglingen als auch bei Erwachsenen stark; selbst bei Eisenmangel kann die Absorption nur 2–5 % betragen. Ein vollständiger Abbau der Phytinsäure kann die Absorption bis zu fünffach steigern, während ein Abbau von 90 % (1 % bis 0,1 %) die Absorption etwa verdoppeln kann. Obwohl ein vollständiger Abbau der Phytinsäure dringend empfohlen wird, ist dies nicht immer möglich. Um eine Verdopplung der Eisenaufnahme aus einer eisenangereicherten Beikost zu erreichen, sollte das molare Verhältnis von Phytinsäure zu Eisen von seinem natürlichen Wert auf <1 oder besser <0,5 reduziert werden.

Obwohl Phytinsäure die Zinkaufnahme bei Erwachsenen hemmt, ist die Situation bei Säuglingen und Kleinkindern unklar. Bei jungen Säuglingen wurde eine relativ hohe Zinkaufnahme aus phytatreichen Getreide- und Hülsenfruchtmischungen beobachtet. Dennoch würde eine Reduzierung des Phytinsäuregehalts um 90 % (von 1 % auf 0,1 %) die Zinkaufnahme bei Erwachsenen voraussichtlich verdoppeln, und ein vollständiger Abbau könnte die Zinkaufnahme sogar noch weiter steigern. Würde das molare Verhältnis von Phytinsäure zu Eisen in eisenangereicherten Lebensmitteln auf unter 0,5 gesenkt, wäre ein deutlicher Anstieg der Zinkaufnahme bei Erwachsenen zu erwarten. Der Einfluss einer Phytinsäurereduktion auf die Zinkaufnahme bei Säuglingen und Kleinkindern scheint gering zu sein, bedarf aber weiterer Untersuchungen.

Narratives Review

DOI: 10.1093/jn/133.9.2973S

Study: weak evidence

Phytic acid is a potent chelating agent, capable of binding to essential micronutrients such as zinc, iron, calcium, manganese, and magnesium [3]. This results in the formation of insoluble plant salt complexes that significantly reduce the bioavailability of bound minerals, inhibiting their absorption in the gastrointestinal tract [4] and thus leading to potential deficiencies, particularly in populations whose diets are based on foods high in phytic acid [5].

Narratives Review

DOI: 10.3390/nu16234069

Study: weak evidence

An increase in LDH release, histone-associated DNA fragmentation and cell membrane blebbing in Caco-2 cells treated with PA (IP6) may indicate that one of the mechanisms by which IP6 exerts its antitumorigenic effect which is observed in animal models is by inducing apoptotic activity in the tumor cell. Another mechanism may be by boosting the activity of natural killer (NK) cells which are immune system cells that can kill tumor cells demonstrated the mechanism of IP6 at the biochemical level with its involvement in a system of messenger cells or the signal transduction pathway which can be activated by tumor promoters. The tumor promoters activate protein 1 (AP-1), a crucial component of tumor growth, by way of an enzyme: phosphatidyl inositol-3 (PI-3) kinase. IP6 is found to have a structure very similar to a potent inhibitor of the enzyme PI-3 kinase, thus working against, or inhibiting the tumor by blocking the action of the enzyme. IP6 could also reduce the risk of cancer by increasing the activity of glutathione S-transferase which is a key enzyme responsible for detoxifying various chemicals including carcinogens (Challa et al., 1997).

Labortstudien (in vitro und in vivo)

DOI: 10.1016/j.lwt.2005.07.012

Study: weak evidence

Another potential mechanism for the effects of inositol compound may be via its antioxidant properties. This function of IP6 occurs by chelation of Fe3+ and
suppression of hydroxyl radical formation [24]. Therefore, IP6 may reduce carcinogenesis mediated by active oxygen species and cell injury via its antioxidative function. This activity seems to be closely related to its unique structure. The phosphate grouping in positions 1,2,3 (axial-equatorial-axial) is unique to IP6, specially interacting with iron to inhibit its ability to catalyze hydroxyl radical formation, making IP6 a strong antioxidant. The anticancer action of IP6 may be further related to its mineral binding ability. IP6, by binding with Zn2+, can affect thymidine kinase activity, an
enzyme essential for DNA synthesis [13, 22, 23, 25].

Inositol hexaphosphate (IP6) is a naturally occurring compound that is abundantly found in grains, cereals, nuts, and foods that are high in fiber content. IP6 has been found to have significant antitumor properties in regard to reduction of tumor growth in both in vivo and in vitro studies for prostate [1, 2], breast [3], and colon [4] cancers. To date the effect of IP6 in the treatment of pancreatic cancer has not been reported.

Laborstudie (in vitro)

DOI: 10.1016/j.jss.2005.01.022

Study: weak evidence

Die Studie mit stabilen Isotopen basierte auf einer Einzelmahlzeit, wodurch der Effekt der Phytinsäurereduktion auf die Eisenaufnahme möglicherweise überbewertet wurde [9] . Cook et al. [53] berichteten zuvor von einem signifikant geringeren Anstieg der Eisenaufnahme durch die Gesamtnahrung (2,5-fach) im Vergleich zum Anstieg durch eine Einzelmahlzeit (5,9-fach). Darüber hinaus kann nicht ausgeschlossen werden, dass andere, unbekannte Bestandteile des Weizenmehls die erhöhte Eisenaufnahme verursacht haben. Da Phytinsäure jedoch der Hauptinhibitor der Eisenaufnahme ist [9] und der signifikant reduzierte Phytinsäuregehalt darauf hindeutet, dass die natürliche Phytase im Weizen höchstwahrscheinlich für die Verbesserung der Eisenaufnahme verantwortlich ist, ist dies der Grund.

Interventionsstudie mit Crossover‑Design

DOI: 10.1371/journal.pone.0070613

Study: moderate evidence

IP ₅ hemmt die Eisenaufnahme, während IP ₃ und IP ₄ in isolierter Form keine solche Wirkung zeigen. IP ₃ und IP ₄ in verarbeiteten Lebensmitteln tragen vermutlich durch die Bindung von Eisen zwischen verschiedenen Inositolphosphaten zur negativen Wirkung auf die Eisenaufnahme bei . Um die Eisenaufnahme aus Getreide und Hülsenfrüchten zu verbessern, müssen die Inositolphosphate zu weniger phosphorylierten Inositolphosphaten als IP ₃ abgebaut werden .

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Zugabe von IP ₅ zu Weissweizenbrötchen die Eisenaufnahme deutlich weniger stark hemmt als IP ₆ , während IP _4, das durch säurekatalysierte Hydrolyse entsteht, und Ins(1,2,6)P ₃ die Eisenaufnahme nicht signifikant beeinträchtigen. Die Ergebnisse deuten zudem darauf hin, dass IP ₃ und IP ₄ durch Wechselwirkungen mit höher phosphorylierten Inositolphosphaten zur negativen Wirkung auf die Eisenaufnahme verarbeiteter Lebensmittel beitragen, was zu einer Erhöhung der Mineralbindungskapazität führt. Diese Erkenntnisse legen nahe, dass der Phytatabbau nicht nur von IP ₅ und IP ₆ , sondern auch von IP ₃ und IP ₄ in Getreide- und Sojaprodukten beispielsweise im Haushalt oder während des Herstellungsprozesses erfolgen muss, um die Eisenaufnahme solcher Lebensmittel zu verbessern.

Interventionsstudie mit Crossover-Design

DOI: 10.1093/ajcn.70.2.240

Study: moderate evidence

Both in vitro and in vivo methods have been used to estimate the bioavailability of Fe, Zn and Ca in plant foods. Some in vitro methods are based on a two-stage simulated digestive process of the food or test meal, followed by determination of the dialysable Fe, Zn or Ca released. In general, the magnitude of the responses measured using these methods are not the same as those observed in human subjects, but some of these methods have been used to rank foods with respect to the effect of processing and preparation practices on mineral bioavailability (Latunde-Dada et al. 1998). For example, increases in dialysable Fe, Zn and Ca have been reported after processing porridges prepared from legumes such as chickpea (Cicer arietinum) and black gram (Phaseolus mungo) flours and/or cereal flours such as maize, sorghum and rice by fermentation with a starter culture (Svanberg et al. 1993; Jood & Kapoor, 1997; Sharma & Khetarpaul, 1998) and/or by soaking and germination (Svanberg et al. 1993; Mbithi-Mwikya et al. 2002).

Narratives Review

DOI: 10.1079/pns2006489

Study: weak evidence

Der Abbau von Phytinsäure wurde zunächst in einer Mischung aus poliertem Reis (30 %) und Vollkornkichererbsen (60 %) mit 10 % Vollkornbuchweizen als Phytasequelle untersucht. Buchweizen weist eine geringere Phytaseaktivität als Weizen und Roggen auf, ist aber glutenfrei und besitzt daher anderes interessantes Potenzial. Es wurde in einer Mischung auf Reisbasis als Beispiel für ein glutenfreies Getreide getestet. Der relativ niedrige anfängliche Phytinsäuregehalt (3,6 mg/g) wurde nach 200 Minuten Inkubation bei 50 °C in einer Suspension mit einem Trockenmassegehalt von 20 % und einem pH-Wert von 5,0 vollständig abgebaut (Abbildung 3). Zusätzlich wurde der Phytinsäureabbau unter denselben Bedingungen in der Reis-Kichererbsen-Mischung ohne Zugabe von Buchweizen als Phytasequelle gemessen (Ergebnisse nicht dargestellt). Nach 200 Minuten war der anfängliche Phytinsäuregehalt von 3 mg/g auf 0,7 mg/g IP3, 0,7 mg/g IP4, 0,2 mg/g IP5 und 0,1 mg/g IP6 abgebaut, vergleichbar mit dem Gehalt nach 120 Minuten in der Buchweizen-haltigen Mischung. Die geringe Phytaseaktivität von Kichererbsen und Reis trug somit massgeblich zum Abbau von Inositolphosphaten bei. Die Zugabe von Buchweizen verkürzte jedoch die Inkubationszeit für den vollständigen Abbau von Phytinsäure erheblich.

Labor‑/Technologie‑Studie (in‑vitro food processing study)

DOI: 10.1111/j.1365-2621.2003.tb12342.x

Study: weak evidence

Derzeit liegen nur wenige Studien zum Einfluss von Phytat auf die Bioverfügbarkeit von Eisen, Zink und Kalzium bei Säuglingen und Kleinkindern vor. Daher ist unklar, ob die für die Ernährung Erwachsener als wünschenswert geltenden Phytat-Mineralstoff-Molverhältnisse auch für die Beikost von Säuglingen und Kleinkindern geeignet sind [22]. Ebenso ist ungewiss, ob Kinder sich an die hemmende Wirkung einer phytatreichen Beikost auf die Absorption dieser Mineralstoffe anpassen können. Es gibt Hinweise darauf, dass Erwachsene sich an eine zink- und phytatarme Ernährung anpassen können, indem sie die Zinkabsorption im Darm erhöhen. Eine vergleichbare Anpassung scheint jedoch bei phytatreichen Diäten nicht stattzufinden [23], obwohl die endogene Zinkausscheidung im Stuhl möglicherweise abnimmt [24]. Ebenso ist die Eisenaufnahme bei Erwachsenen, die sich phytatreich ernähren, nicht erhöht.
[25] Dieser Trend ist wahrscheinlich auch bei Kindern zu beobachten, da die Wirkung von Verstärkern und Hemmern der Eisenaufnahme bei Erwachsenen und Säuglingen vergleichbar ist.

Beispielsweise verbesserte selbst der vollständige Phytatabbau durch kommerzielles Phytaseenzym die Eisenaufnahme aus mit Wasser zubereiteten Getreidebreien, nicht aber aus mit Milch zubereiteten Breien [17]. Dieser Befund ist wichtig, da Hersteller häufig empfehlen, angereicherte Beikost mit Milch statt mit Wasser zuzubereiten. Auch der Gesundheitszustand von Säuglingen und Kleinkindern hat wahrscheinlich einen grossen Einfluss auf die Mineralstoffaufnahme, insbesondere in Umgebungen, in denen Umweltenteropathie weit verbreitet sein kann [71, 72].

Die Entphytinisierung im industriellen Massstab kann durch Mahlen oder die Zugabe exogener Phytase-Enzyme (Myo-Inositol-Hexakisphosphat-Phosphohydrolasen) erreicht werden. Beim Mahlen zur Entfernung der Kleie und/oder des Keimlings von Getreide können bis zu 90 % des Phytats verloren gehen. Es stehen verschiedene Phytase-Quellen zur Verfügung. Viele werden aus Schimmelpilzen gewonnen, die in einem breiteren pH-Bereich (2,5 bis 5,5) als Getreidephytasen (4,5 bis 5,6) und unter den physiologischen Bedingungen von Magen und Dünndarm wirken. Zu ihnen gehören Aspergillus ficuum (eine gentechnisch veränderte Variante von A. niger), A. oxyzae und A. fumigatus. A. fumigatus hat den zusätzlichen Vorteil, dass er Hitzebehandlungen bei Temperaturen bis zu 100 °C für 20 Minuten übersteht.
[60] Diese kommerziellen Phytase-Enzyme können Phytat in etwa 2 Stunden vollständig abbauen, vorausgesetzt, das Phytase-Enzym wird einer wässrigen Suspension der Beikost bei dem pH-Optimum des Enzyms zugesetzt.

Konventionelle Wärmebehandlungen führen nur zu mässigen Verlusten (5 % bis 15 %) an Phytinsäure, abhängig von der Pflanzenart, der Temperatur und dem pH-Wert. Das Einweichen von Getreide- und, in geringerem Masse, Hülsenfruchtmehlen unter optimalen Bedingungen kann deren IP5- und IP6-Gehalt deutlich reduzieren.

Cereals with the highest phytase activity are whole wheat, whole rye, buckwheat, and barley, whereas sorghum, maize, and rice have low phytase activity. Legumes and oilseeds have lower phytase activity than cereals.

Narratives Review

DOI: 10.1177/15648265100312S206

Study: weak evidence

Mechanismus der Phytathydrolyse im Darm Studien zum Phytatabbau im menschlichen Darm sind selten. Frühe Experimente zeigten, dass ein Teil des Phytats im menschlichen Darm abgebaut wird. Bereits 1935 beobachteten McCane und Widdowson 36–63 % Phytat im Stuhl von Erwachsenen nach einer phytatreichen Ernährung und berechneten den mittleren Phytatabbau auf 54 ± 8 % [151]. Dies wurde durch ein späteres Experiment bestätigt, das eine Phytat-Phosphor-Absorption von 50 % zeigte [24].

Magen
Bei Ileostomiepatienten stellten Sandberg et al. 1986 [155–158] einen Phytatabbau von 56–66 % während der gesamten Passage durch Magen und Dünndarm fest, wenn die Nahrung aktive Phytasen enthielt. Wurden die Phytasen in der Nahrung durch Extrusion oder Wärmebehandlung inaktiviert,
sinkt der gesamte Phytatabbau im oberen Darmabschnitt auf 0–28 % [155–158].

Tabelle zu Phytinsäure in Lebensmitteln (2,3,4,5)

Narratives Review

DOI: 10.1002/mnfr.200900099

Study: weak evidence

Aufgrund des hohen Phytatgehalts von Getreidebreien kann die Eisenaufnahme aus natürlichem und angereichertem Eisen sehr gering sein (6). Die Aufnahme lässt sich durch die Zugabe von Ascorbinsäure ( 4,6,7,8 ), EDTA (9 ) sowie durch den Abbau oder die Entfernung von Phytinsäure (10) erhöhen. Der Phytinsäuregehalt ist in Vollkornmehlen am höchsten und kann durch das Entfernen der Schale deutlich reduziert werden (11). Die Eisenaufnahme ist jedoch selbst bei Breien aus Mehlen mit niedrigem Ausmahlungsgrad gering (6), da bereits geringe Mengen an Phytat die Eisenaufnahme hemmen (10). Phytinsäure in Getreideprodukten kann vollständig durch Phytasen abgebaut werden. Diese Enzyme spalten sukzessive die Phosphatgruppen von der Phytinsäure ab, bis diese kein Eisen mehr bindet. Phytinsäure wurde in Beikostgetreide vollständig abgebaut, indem man kommerzielle exogene Phytasen hinzufügte (12) oder die natürlichen Phytasen durch eine Kombination aus Einweichen, Keimen und Fermentieren aktivierte (13).

Eine weitere Erkenntnis der vorliegenden Studie war, dass der positive Effekt der Entphytinisierung auf die Eisenaufnahme durch die Zubereitung der Weizenbreie mit Milch anstelle von Wasser stark verringert oder sogar vollständig aufgehoben wurde 

Interventionsstudie mit Crossover‑Design

DOI: 10.1093/ajcn/77.5.1213

Study: moderate evidence

Keimung hingegen steigerte den Nährstoffgehalt und die Phytaseaktivität und senkte gleichzeitig den Phytinsäuregehalt. Daraus lässt sich schliessen, dass die Keimung eine einfache Methode darstellt, um die Phytaseaktivität zu erhöhen und den Phytinsäuregehalt zu senken sowie den Nährwert von Quinoa zu verbessern. 

Laborstudie

DOI: 10.3390/foods12020389

Study: weak evidence

In der populärwissenschaftlichen Literatur wird behauptet, dass das Einweichen von Nüssen die Bioverfügbarkeit von Mineralstoffen erhöht. Studien an Hülsenfrüchten und Getreide zeigen, dass Einweichen den Phytatgehalt senkt. Für Nüsse gibt es jedoch keine Belege, die diese Behauptungen stützen oder widerlegen. Wir untersuchten die Auswirkungen verschiedener Einweichmethoden auf die Phytat- und Mineralstoffkonzentrationen von ganzen und gehackten Mandeln, Haselnüssen, Erdnüssen und Walnüssen. Die Behandlungen waren: 1. Roh; 2. 12 Stunden in Salzlösung eingeweicht; 3. 4 Stunden in Salzlösung eingeweicht; 4. 12 Stunden in Wasser eingeweicht. Die Phytatkonzentrationen wurden mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) und die Mineralstoffkonzentrationen mittels induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) analysiert. Die Unterschiede in den Phytatkonzentrationen zwischen behandelten und unbehandelten Nüssen waren gering und lagen zwischen −12 % und +10 %. Insgesamt führte das Einweichen zu niedrigeren Mineralstoffkonzentrationen, insbesondere bei gehackten Nüssen, und verbesserte das molare Verhältnis von Phytat zu Mineralstoffen nicht. Diese Forschung stützt nicht die Behauptung, dass die „Aktivierung“ von Nüssen zu einer höheren Bioverfügbarkeit von Nährstoffen führt.

Obwohl das Einweichen von Lebensmitteln in Ländern mit niedrigem Einkommen erfolgreich zur Reduzierung des Phytatgehalts von Getreide und Hülsenfrüchten eingesetzt wurde (Hotz & Gibson, 2001; Kruger, Oelofse & Taylor, 2014; Majzoobi, Pashangeh, Farahnaky, Eskandari & Jamalian, 2014; Perlas & Gibson, 2002), haben nur wenige Studien diesen Prozess bei Nüssen untersucht. Eine aktuelle Studie von Lin et al. berichtete über einen Anstieg des Phytatgehalts nach dem Einweichen von Mandeln (Lin et al., 2017). Dies ist wahrscheinlich auf die Kombination aus minimalem Phytatverlust während des Einweichens und Feuchtigkeitsverlust beim Trocknen zurückzuführen, was insgesamt zu einem höheren Phytatgehalt in Mandeln nach dem Einweichen und Trocknen führt.

Die Unterschiede in den Phytatkonzentrationen zwischen den Behandlungen verringerten sich nach Korrektur des Feuchtigkeitsverlusts. Bei Mandeln gab es keinen Hinweis auf einen Unterschied zwischen den Behandlungen. Dies stützt nicht die Behauptungen in der populärwissenschaftlichen Literatur, dass das Einweichen oder „Aktivieren“ von Mandeln zu einer Reduktion des Phytatgehalts und einer Verbesserung der Bioverfügbarkeit von Mineralstoffen führt (Cottis, 2012; Grossmann, 2014; Kimiharris, 2008; Mack, 2013; Nagel, 2010). Walnüsse waren die einzige Nussart, bei der wir eine statistisch signifikant niedrigere Phytatkonzentration in allen Einweichbehandlungen im Vergleich zu unbehandelten Walnüssen beobachteten. Es ist wahrscheinlich, dass die beobachteten Reduktionen des Phytatgehalts überwiegend auf passive Diffusion oder Auswaschung zurückzuführen sind (Elgi, Davidsson, Jullerat, Barclay & Hurrell, 2002; Hotz & Gibson, 2001). Ein weiterer möglicher Mechanismus wäre die
Hydrolyse von Phytat durch das endogene Enzym Phytase, die jedoch
in der vorliegenden Studie nicht untersucht wurde.

Experimentelle Laborstudie

DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.126529

Study: weak evidence

In einer zweiten Studiengruppe wurde untersucht, inwieweit Ascorbinsäure die hemmende Wirkung bestimmter Nüsse auf die Eisenaufnahme aufheben kann (Tabelle 2). 25 mg Ascorbinsäure verbesserten die Eisenaufnahme aus einer Mahlzeit aus Brot und Erdnüssen signifikant (t = 3,4, p < 0,005). Eine höhere Dosis von 50 mg Ascorbinsäure stellte die geometrische mittlere Eisenaufnahme aus einer Mahlzeit aus Brot und Erdnüssen auf einen Wert wieder her, der mit der Aufnahme aus einer Mahlzeit aus Brot allein vergleichbar war (t = 0,36, p > 0,1). Bei Paranüssen verbesserte 25 mg Ascorbinsäure die geometrische mittlere Eisenaufnahme aus der Mahlzeit aus Brot und Nüssen auf einen Wert, der dem Wert von Brot allein ähnelte (t = 1,2, p > 0,1). 50 mg Ascorbinsäure verbesserten die geometrische mittlere Eisenaufnahme aus einer Mahlzeit aus Brot und Paranüssen signifikant (t = 5,0, p < 0,001).

Kokosnuss war jedoch die einzige Nuss, die hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Eisenaufnahme aus einer Brotmahlzeit neutral war und deutlich geringere Konzentrationen an Phytat und Polyphenolen enthielt als alle anderen Nüsse.

Interventionsstudie mit Crossover‑Design

DOI: 10.1093/ajcn/47.2.270

Study: moderate evidence

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Experimentelle Laborstudie (in‑vitro Lebensmittel‑/Prozessstudie)

DOI: 10.1111/j.1365-2621.1992.tb14340.x

Study: weak evidence

 In Fingerhirse betrug der mittlere Rückgang nach 96 bzw. 72 Stunden 72,3 % bzw. 54,3 %. Das Mälzen führte nach 72 bzw. 96 Stunden zu einer durchschnittlichen Reduktion des Phytinsäuregehalts um 23,9 % bzw. 45,3 %. Das Ausmass der Reduktion variierte je nach Getreidesorte. Die Fermentation erhöhte den Gehalt an verfügbarem Eisen, Mangan und Calcium sowohl in Sorghum als auch in Fingerhirse. Der Gehalt an verfügbaren Mineralstoffen war nach der Fermentation in Fingerhirse im Allgemeinen höher als in Sorghum. Die Fermentation war zudem effektiver als das Mälzen bei der Reduktion von Phytinsäure in Sorghum und Fingerhirse. Einfache, traditionelle Lebensmittelverarbeitungsmethoden können daher zur Steigerung der Mineralstoffverfügbarkeit eingesetzt werden.

Experimentelle Laborstudie (in‑vitro Lebensmittel‑/Prozessstudie)

DOI: 10.1177/15648265020233S14

Study: weak evidence

Einweichen, Keimen und Fermentieren führten zu unterschiedlichen Reduktionen des Phytinsäuregehalts in braunem Reis. Der effektivste Ansatz (AF3) konnte den Gesamtphytinsäuregehalt um 96 % senken und das molare Verhältnis von Phytinsäure zu Zink unter 5 reduzieren. Die Nassverarbeitung (ausser Einweichen nach dem Erhitzen) führte zu einem Massenverlust von 1–20 % und einem ähnlichen Zinkverlust. Der starke Rückgang des Verhältnisses deutet darauf hin, dass insbesondere die Fermentation ein erfolgversprechender Weg zur Steigerung der Zinkbioverfügbarkeit ist. Allerdings zeigten In-vitro-Löslichkeitsmessungen von Zink nur geringe Verbesserungen gegenüber unbehandeltem braunem Reis. Dies könnte auf das Vorhandensein von Matrixbestandteilen wie Ballaststoffen oder Phosphaten zurückzuführen sein, die zur Bildung unlöslicher Zinkkomplexe führen. Es muss noch untersucht werden, inwieweit dies die In-vitro-Löslichkeit und Bioverfügbarkeit beeinflusst.

Mit Anreicherungsstarter fermentierter Reis (AF3) wies den niedrigsten Phytinsäuregehalt (0,7 mg g⁻¹) auf.

Auch die natürliche Fermentation (NF) reduzierte den anfänglichen Phytinsäuregehalt um 50 %. Während der Keimung sank der Phytinsäuregehalt leicht von 11,7 auf 8,4 mg g⁻¹, während der Einweichphase und weiter von 12,9 auf 5,7 mg g⁻¹ während des Keimprozesses über einen Zeitraum von 12–72 Stunden.

Experimentelle Laborstudie

DOI: 10.1016/j.foodchem.2008.02.064

Study: weak evidence

Book: moderate evidence

Website

Book: moderate evidence

Phytat kann in vitro und in Ratten mit Streptozotocin-Nicotinamid-induziertem Typ-2-Diabetes mellitus dosisabhängig die Aktivität von α-Glucosidase und α-Amylase hemmen, vergleichbar mit dem Standardmedikament Acarbose [ 103 ]. Die antidiabetische Wirkung der Phytinsäure beruht möglicherweise teilweise auf der verminderten Aktivität der intestinalen Amylase. Dies deutet auf eine geringere Bildung und anschliessende Absorption von Kohlenhydratverdauungsprodukten hin, was zu einem geringeren prozentualen Anstieg des Blutzuckerspiegels führt.

Epidemiologische Studien am Menschen

Die mediterrane und die DASH-Diät haben wiederholt ihre Wirksamkeit bei der Verbesserung der Blutzuckerkontrolle und der Senkung des kardiovaskulären Risikos unter Beweis gestellt. Darüber hinaus sind diese Diäten reich an Phytaten. Diese positiven Auswirkungen auf die kardiovaskuläre Gesundheit und die Blutzuckerkontrolle könnten auf die antioxidativen und entzündungshemmenden Eigenschaften der mediterranen Ernährung zurückzuführen sein. Verbesserungen der Blutzuckerkontrolle und eine Senkung des HbA1c-Werts wurden als Folge einer erhöhten Zufuhr von Hülsenfrüchten und Vollkornprodukten berichtet [ 107 , 108 , 109 ]. Eine hohe Zufuhr von Ballaststoffen, insbesondere löslichen Ballaststoffen, verbessert die Blutzuckerkontrolle, senkt den Insulinspiegel und reduziert die Plasmalipidkonzentrationen bei Patienten mit Typ-2-Diabetes.

Zum anderen zeigt es eine immunstimulierende Wirkung auf NK-Zellen, die mit einer Reduktion der Tumorinzidenz einhergeht.

Kontroversen um die Phytataufnahme

Die Bioverfügbarkeit beschreibt die Menge an Nährstoffen (Mikro- und Makronährstoffen), die von Zellen und Organen aufgenommen und bereitgestellt werden. Jede Verringerung der Bioverfügbarkeit von Nährstoffen kann unsere Gesundheit beeinträchtigen. Da unser Körper keine Endophytase besitzt, kann Phytat nicht abgebaut werden [ 186 ]. Die in Phytat chelatierten Mineralstoffe sind daher nicht bioverfügbar. Aufgrund dieser Erkenntnis gilt Phytat als „Antinährstoff“. Dieser Effekt kann jedoch durch den phytaseinduzierten Abbau von Phytinsäure während der Lebensmittelverarbeitung (durch in der Pflanze/im Mehl enthaltene Phytasen) sowie während der Verdauung (durch die Phytaseaktivität der Darmflora) umgekehrt werden [ 187 ]. Andere Techniken sind ebenfalls wirksam bei der Reduzierung des Phytatgehalts [ 188 ], so reduziert Kochen bei 95° für eine Stunde den Phytatgehalt um 11–80% [ 188 ], Einweichen reduziert den Phytatgehalt um 17–80% und Keimen reduziert den Phytatgehalt um mehr als 60% [ 188 ].

Einem früheren Bericht zufolge hemmt Phytinsäure die Aktivität von Enzymen, die für den Proteinabbau im Dünndarm und Magen notwendig sind (Kies et al. 2006 ).

Narratives Review

DOI: 10.3390/antiox12010146

Study: weak evidence

Mahlen

Das Mahlen ist die traditionellste Methode, die Kleieschicht vom Getreide zu trennen. Dabei wird das Getreide zu Mehl vermahlen. Durch das Mahlen werden Antinährstoffe (z. B. Phytinsäure, Lektine, Tannine) aus der Kleie entfernt. Allerdings hat diese Technik den Nachteil, dass auch wichtige Mineralstoffe verloren gehen (Gupta et al. 2015 ).

Beispielsweise können endogene oder exogene Phytaseenzyme während des Einweichens die In-vitro-Löslichkeit von Mineralstoffen wie Zink und Eisen um 2 bis 23 % erhöhen (Vashishth et al. 2017 ). Eine frühere Studie von Greiner und Konietzny ( 2006 ) zeigte, dass Einweichen den Phytatgehalt bei 45 °C und 65 °C signifikant reduzierte. Das Einweichen von Getreide und Hülsenfrüchten erwies sich als sehr wirksam, um die Mineralstoffkonzentration und die Proteinverfügbarkeit zu erhöhen und gleichzeitig den Phytinsäuregehalt zu senken (Coulibaly et al. 2011 ). Eine weitere Studie berichtete, dass die Phytinsäurekonzentration in Kichererbsen um 47,45 bis 55,71 % sank, wenn die Einweichzeit von 2 auf 12 Stunden verlängert wurde (Ertaş und Türker 2014 ).

In Getreide bildet Phytinsäure normalerweise Komplexe mit Metallkationen wie Eisen, Zink und Kalzium sowie mit Proteinen. 

Eine weitere Studie berichtete zudem, dass sich die Nährstoffqualität von Hülsenfrüchten durch Kochen aufgrund der Reduzierung des Lektin- und Saponingehalts deutlich verbesserte (Maphosa und Jideani 2017 

Narratives Review

DOI: 10.1186/s43014-020-0020-5

Study: weak evidence

The highest sulforaphane content in broccoli sprouts were 233.80 μg/g DW in 5-day-old sprouts and 1555.95 μg/g DW at day 4 of storage.

Laborstudie

DOI: 10.1007/s13197-016-2452-0

Study: weak evidence

Germination of mung beans dramatically increased vitamin C content in mung bean sprouts in a time-dependent manner and reached the peak on day 8 of germination up to 285 mg/100 g DW, almost 24 times higher than the initial concentration in mung bean seeds (p < 0.05). On fresh weight basis, one serving of mung bean sprouts (about 104 g) provides 21.6 mg of vitamin C, which could meet 36% of Daily Value (DV). 

Laborstudie

DOI: 10.1021/jf304443u

Study: weak evidence

Phenolics content increased from 1341.13 mg/100 g DW in raw lentil seeds to 1411.50, 1463.00, 1630.20 and 1510.10 in those samples germinated for 3, 4, 5 and 6 days, respectively. Sprouted seeds had higher DPPH radical scavenging and reducing power activities.

Laborstudie

DOI: 10.17306/J.AFS.2015.3.25

Study: weak evidence

Similar to Fe(III), binding of Zn(II) drastically decreases at lower degrees of inositol phosphorylation, like the IP3 and IP4 species (Persson et al. 1998). This corresponds with human studies that IP species below IP5 do not negatively affect.

Similar to observations with Zn, inositol species with lower levels of phosphorylation, such as IP3 were found to have no effect on Fe absorption when added to food (Sandberg et al. 1999).

Narratives Review

DOI: 10.1080/10408398.2020.1846014

Study: weak evidence

Phytinsäure und Quellen in Lebensmitteln Tabelle 1

Einweichen ist eine weit verbreitete und wichtige Methode im Keimungs- und Fermentationsprozess von Getreide. Das Einweichen von Getreide wie Perlhirse mit endogener oder exogener Phytase erhöhte die In-vitro-Löslichkeit von Eisen und Zink um 2–23 % (Lestienne et al. 2005 ). Das Einweichen von Sorghummehl für 24 Stunden bei Raumtemperatur reduzierte den Phytinsäuregehalt um 16–21 % (Mahgoub und Elhag 1998 ). Die Kombination von Einweichen und Kochen erwies sich als deutlich effektiver zur Reduzierung von Phytinsäure als das Einweichen allein über einen kurzen Zeitraum (Vidal-Valverde et al. 1994 ). Das Einweichen von Getreide und Bohnen ist sehr effektiv, um den Phytinsäuregehalt zu reduzieren und die Bioverfügbarkeit von Mineralstoffen zu erhöhen (Perlas und Gibson 2002 ; Coulibaly et al. 2011 ). Bei dieser Methode werden die Körner für eine bestimmte Zeit vollständig in Wasser eingeweicht, wodurch endogene Phytasen aktiviert werden. Durch Einweichen bei Temperaturen zwischen 45 und 65 °C und einem pH-Wert zwischen 5 und 6 wird ein beträchtlicher Anteil des Phytats hydrolysiert (Greiner und Konietzny 2006 ). Da diese Phytasen in den Körnern vorhanden sind, konnte durch deren Aktivierung der Phytinsäuregehalt signifikant reduziert werden. Diese Behandlung hat jedoch auch Nachteile, da dabei Mineralstoffe und wasserlösliche Proteine ​​verloren gehen. Mit zunehmender Einweichzeit von 2 auf 12 Stunden sank der Phytinsäuregehalt in Kichererbsen um 47,4 bis 55,71 % (Ertas und Turker 2012 ).

Eine Reduktion des Phytatgehalts um 88,3 % wurde beobachtet, als gekeimte Perlhirsesprossen mit Reinkulturen von Saccharomyces diasticus, S. cerevisiae, Lactobacillus brevis und L. fermentum 72 Stunden lang bei 30 °C fermentiert wurden (Kaur et al. 2011 ).

Keimung

Dieses Verfahren reduziert den Phytinsäuregehalt um bis zu 40 % (Masud et al. 2007 ). In ungekeimten Getreide- und Hülsenfruchtkörnern findet sich nur eine geringe endogene Aktivität, während der Keimung wurde jedoch ein deutlicher Anstieg der Phytat-abbauenden Aktivität beobachtet (Greiner und Konietzny 2006 ). Berichten zufolge reduziert das Mälzen von Hirse den Phytinsäuregehalt nach 72 Stunden um 23,9 % und nach 96 Stunden um 45,3 % (Makokha et al. 2002 ; Coulibaly et al. 2011 ). 

Mehrere Screening-Programme wurden durchgeführt, um verschiedene Gruppen von Bakterien, Hefen und Pilzen mit extrazellulärer Phytaseaktivität zu isolieren. Singh et al. ( 2013 ) isolierten phytaseproduzierende Bakterien aus verschiedenen Bodenproben und untersuchten diese mittels Phytase-Screening-Medium (PSM). Ein aus dem Boden einer Geflügelfarm isoliertes Bakterium ( Bacillus sp .) zeigt auf PSM eine 39 mm helle Zone und weist eine bessere Phytaseaktivität auf.

phytat reichert sich während der Reifungsphase rasch in Samen an. In Hülsenfrucht- und Ölsaaten wird es in globulären Kristallen innerhalb der Proteinkörper gespeichert (Erdman 1979 ). In Getreidekörnern wie Reis und Weizen findet es sich in der Kleiefraktion, beispielsweise in der Aleuronschicht und im Perikarp, in Mais im Endosperm (O'Dell et al. 1972 ). Monogastrische Tiere, einschliesslich Geflügel und Menschen, können Phytinsäure aufgrund unzureichender Aktivität phytatabbauender Enzyme in ihrem Verdauungstrakt nicht verstoffwechseln

Narratives Review

DOI: 10.1007/s13197-013-0978-y

Study: weak evidence

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen keinen Effekt der Intervention auf die Biomarker des Eisenstatus (Serumferritin, Serumtransferrinrezeptor und Körpereisen), da sich keiner dieser Werte nach der achtwöchigen Ernährungsumstellung signifikant veränderte. 

Diese Ergebnisse ähneln den Beobachtungen von Hunt und Roughead (15), die feststellten, dass eine zehnwöchige Ernährungsumstellung mit einer Diät mit hoher oder niedriger Bioverfügbarkeit keinen Einfluss auf die Blutwerte des Eisenstatus hatte. Basierend auf unseren früheren Studien fanden wir heraus, dass der langfristige Konsum von phytatreichem Sojaprotein die Ferritinkonzentration bei postmenopausalen Frauen mit hohem Eisenstatus senkte (28), während der Konsum von Sojaprodukten bei prämenopausalen Frauen mit niedrigem Eisenstatus keine signifikante Wirkung zeigte (13). Diese Studien legen nahe, dass die Wirkung von Phytat vom Ausgangs-Eisenstatus der Probanden abhängt. Daher gelten unsere Ergebnisse möglicherweise nur für Populationen mit suboptimalen Eisenspeichern und sind nicht auf alle Bevölkerungsgruppen übertragbar.

Randomisierte kontrollierte klinische Studie (Einzelstudie, nicht verblindet, kleine Stichprobengrösse)

DOI: 10.3945/jn.114.209957

Study: strong evidence

Vitamine
Die Keimung erhöht den Gehalt verschiedener Vitamine in Getreide und Hülsenfrüchten, wie beispielsweise Tocopherole (α-, β- und γ-Tocopherol), Riboflavin (Vitamin B₂ ) und Niacin (Vitamin B₃ ) (Kim et al., 2012 ), da die neuen Keimlinge diese Vitamine selbst synthetisieren (Zilic et al., 2015 ). Allerdings kommt es während der Keimung häufig zu Verlusten wasserlöslicher Vitamine. So wurde beispielsweise bei gekeimtem braunem Reis ein Verlust von Thiamin (Vitamin B₁ ) durch Auswaschung beobachtet (Moongngarm & Saetung, 2010 ). Auch der Gehalt an Pyridoxin (Vitamin B₆) und Niacin in gekeimtem braunem Reis war nur geringfügig erhöht . In einer weiteren Studie, in der Linsen und Ackerbohnen sechs Tage lang bei 20 °C keimten, zeigte sich eine Reduktion des Thiamingehalts (Prodanov, Sierra & Vidal-Valverde, 1997 ) sowie ein Anstieg des Riboflavin- und Gesamtniacingehalts. Bei verlängerter Keimungsdauer war jedoch ein Trend zu einem Anstieg des Thiamingehalts zu beobachten.

Der Vitamin-C-Gehalt (Ascorbinsäure) in gemälztem Hirse, Weizen, Mungbohnen, Kichererbsen und Weizen stieg signifikant an (Desai et al., 2010 ; Guo, Li, Tang & Liu, 2012 ; Laxmi et al., 2015 ). Vitamin C kann von Pflanzen und Tieren aus Glucose, Mannose und Galactose synthetisiert werden (Banhegyi & Mandl, 2001 ; Wheeler, Jones & Smirnoff, 1998 ). Der Anstieg des Vitamin-C-Gehalts während des Mälzens/Keimens wird daher durch die enzymatische Hydrolyse von Stärke durch Amylasen und Diastasen verursacht, wodurch mehr Glucose für die Vitamin-C-Biosynthese zur Verfügung steht.

Fermentierte Lebensmittel wie „Ogi“, hergestellt durch Säuregärung von Sorghum, Hirse oder Mais, sind in Westafrika weit verbreitet (Omemu, 2011 ), während „Chicha“ und „Masa“ gängige fermentierte Lebensmittel aus fermentiertem Mais sind, die in südamerikanischen Ländern häufig konsumiert werden (Chaves-Lopez et al., 2014 ). In Zentral- und Südafrika wird „Nshima“ aus fermentiertem Maismehl hergestellt. Obwohl diese Verfahren die Haltbarkeit, den Geschmack und die Transportfähigkeit verbessern, können sie auch negative Auswirkungen auf das Nährstoffprofil dieser Lebensmittel haben. Insgesamt scheint es, dass einige Verfahren wie Fermentation und Mälzen gleichzeitig antinutritive Faktoren reduzieren und die Nährstoffverfügbarkeit erhöhen können (Hotz & Gibson, 2007 ). Da Fermentation und Keimung häufig zur Verarbeitung von Getreide und Hülsenfrüchten eingesetzt werden, die einen grossen Teil der Ernährung von Haushalten in Entwicklungsländern ausmachen, geben wir hier einen Überblick darüber, wie diese Verfahren den Nährstoffgehalt und die Nährstoffverfügbarkeit beeinflussen.

Beispielsweise konnte durch Fermentation mit anschliessendem Kochen die Verdaulichkeit von Getreideproteinen erhöht und nahezu auf das Niveau von Fleisch gebracht werden. Dies ist wahrscheinlich nicht nur auf die Zerstörung von Protease-(Trypsin-)Inhibitoren, sondern auch auf die teilweise Vorverdauung von Getreideproteinen durch Bakterien während der Fermentation zurückzuführen. Es gibt auch eine Reduzierung von Tanninen, Oxalat, Phytinsäure und Kohlenhydraten, die mit Proteinen Komplexe bilden können und somit die Zugänglichkeit für Verdauungsenzyme einschränken.

Eine verbesserte Proteinverdaulichkeit durch Fermentation beruht auf dem teilweisen Abbau komplexer Speicherproteine ​​in besser lösliche Formen. Da die Effektivität der Fermentation von der Aktivierung der Phytase abhängt, ist es nicht verwunderlich, dass die Fermentation gerösteter oder gekochter Getreide den Phytinsäuregehalt nicht signifikant reduziert, da Rösten oder Kochen die Phytase zerstören. Darüber hinaus hängt der Grad des Phytinsäureabbaus von der Ausgangsmenge an Phytase im Getreide ab. Getreide mit geringem Phytasegehalt wie Mais, Reis, Hafer und Hirse benötigen entweder eine längere Fermentationszeit oder die Zugabe von phytasereichem Getreide, um den Phytatgehalt signifikant zu senken.

Narratives Review

DOI: 10.1002/fsn3.846

Study: weak evidence

Zitronensäure gehört zu den am besten untersuchten Substanzen bei Broilern. Den Daten in Tabelle 2 zufolge weist Zitronensäure einen der niedrigsten pKa-Werte auf
unter den in der Tierernährung häufig verwendeten Säuren und besitzt mehr Carboxylgruppen
(COOH) als die anderen. Diese erste Eigenschaft bedingt ein höheres Dissoziationspotenzial
der Zitronensäure, was zu einer stärkeren pH-Wert-Senkung unter
gastrointestinalen Bedingungen führt. Die zweite Eigenschaft verleiht ihr eine überlegene Fähigkeit zur
Chelatisierung von Mineralien und anderen Komponenten, da Carboxylgruppen die Hauptbindungsstellen
für Kationen in organischen Säuren darstellen. Tatsächlich kann Zitronensäure Kationen in der Hydroxylgruppe
(OH) binden, nachdem ihr Wasserstoffatom abgespalten wurde (Milewska, 1988).Da der pKa-Wert dieser Hydroxylgruppe jedoch 11 beträgt, ein Wert, der weit über dem üblichen pH-Bereich
im Darm liegt (Huta et al., 2012), wird die Bindungseigenschaft dieser Hydroxylgruppe in der Tierernährung im Allgemeinen vernachlässigt. Zusammengenommen tragen diese Eigenschaften dazu bei, die für Zitronensäure beschriebenen überlegenen Ergebnisse beim Vergleich verschiedener organischer Säuren als Verstärker der Phytaseaktivität und der Mineralstoffverfügbarkeit in vitro zu erklären.
Eine grosse Anzahl von In-vivo-Experimenten konnte jedoch keine positiven Effekte der Kombination von Phytase und organischen Säuren bei Broilern nachweisen (Tabelle 4). Mit Ausnahme der Studie von Emami et al. (2013), in der die Phosphorverdaulichkeit ausschliesslich bei Broilern, die mit der Kombination der Zusatzstoffe gefüttert wurden, um 18,2 % anstieg, zeigten Einzelstudien keine signifikanten Wechselwirkungen oder Synergien zwischen Phytasen und organischen Säuren. Es ist anzunehmen, dass ein positiver Effekt organischer Säuren auf die Effizienz der Phytase bei der Hydrolyse von Phytinsäure in Futtermitteln mit höherem Phytatgehalt, niedrigerer Phytasekonzentration und relativ hohem Mineralstoffgehalt stärker ausgeprägt wäre.

Narratives Review

DOI: 10.1017/S0043933918000697

Study: weak evidence