Beta-Glucane

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Beta-Glucane (β-Glucane) sind eine Gruppe von hochmolekularen β-D-Glucose-Polysacchariden, welche in den Zellwänden von Getreide, Bakterien und Pilzen vorkommen. In Abhängigkeit von der Quelle weisen sie signifikant unterschiedliche physikalisch-chemische Eigenschaften auf. Auch Cellulose und Chitin sind Glucane mit β-glycosidischer Bindung. Manche β-Glucane weisen antitumorale und antientzündliche Effekte auf.[1]

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine tägliche Aufnahme von 3 g Beta-Glucan aus Gerste reduziert den LDL-Spiegel und kann das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen senken.[2][3] Einige Studien lassen darauf schließen, dass Beta-Glucane aus Getreide auch immunmodulatorische Eigenschaften haben. Beta-Glucane finden als lösliche Ballaststoffe in verschiedenen medizinisch verwendeten Nahrungsergänzungsmitteln und in kosmetischen Produkten Anwendung, außerdem als Texturierungsmittel in Lebensmitteln. Beim Brauen von Bier fallen beta-Glucane als unerwünschte Nebenprodukte an, da sie ein Indikator für vermindertes Mälzen sind und die Viskosität der Bierwürze erhöhen.[4]

Beta-Glucane mit β-(1→3) und β-(1→6)-Verzweigung binden an die Rezeptoren Dectin-1, Komplementrezeptor 3 (CR3) und Toll-like Rezeptoren (TLR).[5]

Beta-Glucane wurde zum ersten Mal in Flechten entdeckt und kurz darauf in Gerste.

Vorkommen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

β-Glucane sind ein natürlicher Bestandteil der Zellwände von Bakterien, Pilzen, Hefen und Getreidesorten wie Hafer und Gerste. Die verschiedenen Arten von Beta-Glucanen sind durch unterschiedliche Molekülgerüste charakterisiert, außerdem durch verschiedene Verzweigungsgrade und unterschiedliches Molekulargewicht, wodurch seine Löslichkeit und physiologischen Eigenschaften bewirkt werden. Beta-glycosidische Bindungen können nicht von Menschen verstoffwechselt werden, da sie keine Enzyme zur Spaltung der β-glycosidischen Bindung besitzen. Deshalb zählen Beta-Glucane zur Kategorie der Ballaststoffe.

Beta-Glucane aus Getreide bestehen aus β-1,3- und β-1,4-verknüpften D-Glucopyranose-Einheiten. Hefe-Beta-Glucane sind β-1,3- und β-1,6-glyosidisch verknüpft. Die Beta-Glucane in Gerste sind zu 27 % in den Wänden der Aleuronzellen und zu 73 % in den Zellwänden des Endosperms vorhanden,[6] während sich die Beta-Glucane des Hafers in der Subaleuronschicht konzentrieren.[7] Die Brotgetreide Weizen (0,8 %) und Roggen (2,3 %) enthalten nur geringe Mengen Beta-Glucan. Eine der häufigsten Quellen von Beta-1,3-D-Glucanen für Nahrungsergänzungsmittel wird aus der Zellwand der Backhefe Saccharomyces cerevisiae gewonnen. Die aus Backhefe gewonnenen β(1,3)D-Glucane sind oft unlöslich. Beta-1,3- und Beta-1,4-Glucane werden auch aus Haferkleie sowie aus dem Korninneren von Gerste extrahiert. Von Beta-Glucan-Gersten dienen die Körner auch in Form von Gersten-Flocken und Gerstenmehl für Brote und Backwaren als Beta-Glucan-Lieferant. Andere Quellen sind einige Algen-Arten[8] und verschiedene Arten von Pilzen wie Reishi (Glänzender Lackporling, Ganoderma lucidum), Ganoderma applanatum,[9] Shiitake, Chaga (Schiefer Schillerporling) und Maitake (Gemeiner Klapperschwamm).[10]

Wirkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beta-Glucane aus Hafer und Gerste erzeugen eine Vielzahl von physiologischen Wirkungen, die sich teilweise positiv auf die Gesundheit auswirken. β-Glucane aus Gerste und Hafer wurden bei Probanden mit Hypercholesterinämie im Hinblick auf ihre Auswirkungen auf die Senkung des Herzinfarkt-Risikos untersucht.[11] Beta-1,3/1,4-Glucan senkt vermutlich einen erhöhten Cholesterinspiegel und vermindert damit einen wichtigen Risikofaktor für Gefäßerkrankungen, wie Arteriosklerose, Bluthochdruck, Herzinfarkt und Schlaganfall.[12]

Beta-Glucane aus Getreide erhöhen bei einer ausreichend hohen Konzentration in der Nahrung die Viskosität des Speisebreis im Magen-Darmtrakt.[13] Sie verzögern so den Abbau der Nährstoffe, insbesondere den Aufschluss von Kohlenhydraten zu Zucker und die Resorption ins Blut. Der Verzehr von Hafer- und Gerstenprodukten mit einem hohen Beta-Glucan-Gehalt führt so zu einem geringeren Anstieg des Blutzuckerspiegels nach den Mahlzeiten und einer verringerten Insulinausschüttung.[14] Das Risiko von Übergewicht und anderen ernährungsbedingten Erkrankungen, wie Typ 2-Diabetes, Herzinfarkt und Schlaganfall sinkt.[15]

Als lösliche Ballaststoffe werden die Beta-Glucane von der Darmflora zu kurzkettigen Fettsäuren wie Acetat, Butyrat und Propionat fermentiert. Die hierdurch bedingte Senkung des pH-Wertes verhindert insbesondere die Fehlbesiedlung des Dickdarms durch krankmachende Keime.[16] Kurzkettige Fettsäuren sind wichtige Regulatoren für einen gesunden Stoffwechsel, Butyrat ist der wichtigste Energielieferant für die Darmschleimhautzellen und wirkt entzündungshemmend.[17]

β-D-Glucan ist ein Teil der Zellwand von gewissen medizinisch relevanten Pilzen, insbesondere der Pilzarten Gießkannenschimmel (Aspergillus) und Champignons (auch Agaricus). Die Bestimmung der Anwesenheit von β-D-Glucan im Blut wird daher auch als Methode zur Diagnose invasiver Pilzinfektionen bei Patienten vermarktet.[18][19][20] Falsch positive Ergebnisse können aufgrund von Pilz-Kontaminationen in Antibiotika wie Clavulansäure-Amoxicillin,[21] und Piperacillin/Tazobactam auftreten. Falsch positive Ergebnisse können auch durch Kontamination klinischer Proben mit den Bakterien Streptococcus pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa und Alcaligenes faecalis auftreten, welche auch (1→3)β-D-Glucan erzeugen.[22] Pilz-Beta-Glucane wurden als "Modifikatoren der biologischen Immunantwort" erkannt.[23] Beta-1,3-1,6-Glucane als wesentliche Bestandteile der Zellwände von Pilzen, einigen Pflanzen und Bakterien sind Strukturen, die von unserem Immunsystem als Quasi-Erreger erkannt werden. Ohne ein Krankheitserreger zu sein, lösen sie eine Immunaktivierung aus, rufen jedoch keine Krankheitssymptome hervor. Beta-Glucane werden über spezielle Rezeptoren (Dectin-1 u. a.) von Fresszellen erkannt und aufgenommen. Dadurch aktivieren die Fresszellen die Bildung von weiteren Zellen für die Immunabwehr, die dann im Blut- und Lymphsystem den Körper vor neuen Erregern schützen können.[24][25] Diese Regulation der Immunantwort bewirkt auch Anti-Tumor-Eigenschaften.[26][27][28] Mehrere Studien stellten Auswirkungen auf die epitheliale Zell-Zytokin-Erzeugung fest.[29][30]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. K. M. Bashir, J. S. Choi: Clinical and Physiological Perspectives of β-Glucans: The Past, Present, and Future. In: International journal of molecular sciences. Band 18, Nummer 9, September 2017, S. , doi:10.3390/ijms18091906, PMID 28872611, PMC 5618555 (freier Volltext).
  2. Amtsblatt der Europäischen Union, Verordnung (EU) Nr. 1048/2012 Der Kommission vom 8. November 2012 zur Zulassung einer gesundheitsbezogenen Angabe über Lebensmittel betreffend die Verringerung eines Krankheitsrisikos, Artikel 14 Absatz 1 Buchstabe a: gesundheitsbezogene Angabe über die Verringerung eines Krankheitsrisikos.
  3. H. V. Ho, J. L. Sievenpiper, A. Zurbau, S. Blanco Mejia, E. Jovanovski, F. Au-Yeung, A. L. Jenkins, V. Vuksan: The effect of oat β-glucan on LDL-cholesterol, non-HDL-cholesterol and apoB for CVD risk reduction: a systematic review and meta-analysis of randomised-controlled trials. In: The British journal of nutrition. Band 116, Nummer 8, Oktober 2016, S. 1369–1382, doi:10.1017/S000711451600341X, PMID 27724985.
  4. V. Sileoni, O. Marconi, G. Perretti: Near-infrared Spectroscopy in the Brewing Industry. In: Critical reviews in food science and nutrition. Band 55, Nummer 12, 2015, S. 1771–1791, doi:10.1080/10408398.2012.726659, PMID 24915307.
  5. N. Dalonso, G. H. Goldman, R. M. Gern: β-(1→3),(1→6)-Glucans: medicinal activities, characterization, biosynthesis and new horizons. In: Applied Microbiology and Biotechnology. Band 99, Nummer 19, Oktober 2015, S. 7893–7906, doi:10.1007/s00253-015-6849-x, PMID 26252967.
  6. Bhatty, R.S. (1986). Physiochemical and functional breadmaking properties of hull-les barley fractions. Cereal Chemistry. 63 (1): 31.
  7. Ternes, W. (1994). Naturwissenschaftliche Grundlagen der Lebensmittel-Zubereitung. Behrs Verlag. 2. Auflage.
  8. Teas, J (1983). The dietary intake of Laminarin, a brown seaweed, and breast cancer prevention. Nutrition and cancer. Lawrence Erlbaum Associates. 4 (3): 217–222. doi:10.1080/01635588209513760, PMID 6302638.
  9. Isolation and characterization of antitumor active β-d-glucans from the fruit bodies of Ganoderma applanatum. Carbohydrate Research. 115, 16 April 1983: 273–280. doi:10.1016/0008-6215(83)88159-2.
  10. Wasser, SP; Weis AL (1999). Therapeutic effects of substances occurring in higher Basidiomycetes mushrooms: a modern perspective. Critical reviews in immunology. United States: Begell House. 19 (1): 65–96. doi:10.1615/critrevimmunol.v19.i1.30, PMID 9987601.
  11. Keogh, GF; Cooper GJ; Mulvey TB; McArdle BH; Coles GD; Monro JA; Poppitt SD (October 2003). Randomized controlled crossover study of the effect of a highly beta-glucan-enriched barley on cardiovascular disease risk factors in mildly hypercholesterolemic men. The American Journal of Clinical Nutrition. United States: American Society of Clinical Nutrition. 78 (4): 711–718. PMID 14522728.
  12. Braaten JT, Wood PJ, Scott FW, Wolynetz MS, Lowe MK, Bradley-White P, Collins MW: Oat (-glucan reduces blood cholesterol concentration in hypercholesterolemic subjects. Eur J Clin Nutrition 1994; 48:465-474.
  13. Anttila H., Sontag-Strohm T and Salovaara H. (2004). Viscosity of beta-glucan in oat products. Agricultural and Food Science. 13: 80-87.
  14. Amtsblatt der Europäischen Union, Verordnung (EU) Nr. 1048/2012 Der Kommission vom 8. November 2012 zur Zulassung einer gesundheitsbezogenen Angabe über Lebensmittel betreffend die Verringerung eines Krankheitsrisikos, Artikel 14 Absatz 1 Buchstabe a: gesundheitsbezogene Angabe über die Verringerung eines Krankheitsrisikos.
  15. EFSA Panel on Dietetic Products NaAN (2011). Scientific Opinion on the substantiation of health claims related to beta-glucans from oats and barley and maintenance of normal blood LDL-cholesterol concentrations (ID 1236, 1299), increase in satiety leading to a reduction in energy intake (ID 851, 852), reduction of post-prandial glycaemic responses (ID 821, 824), and “digestive function”' (ID 850) pursuant to Article 13(1) of Regulation (EC). No 1924/2006. EFSA Journal 9:2207 [21 pp.].
  16. Kasper, H. (2000). Ernährungsmedizin und Diätetik. Kapitel 1. 76-85 (2.1.). Urban & Fischer Verlag. München/Jena.
  17. Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) e.V. (2013). Ballaststoffe neu betrachtet. DGEinfo. 08: 114-118.
  18. Obayashi T, Yoshida M, Mori T, et al. (1995). Plasma (13)-beta-D-glucan measurement in diagnosis of invasive deep mycosis and fungal febrile episodes. Lancet. 345 (8941): 17–20. doi:10.1016/S0140-6736(95)91152-9.
  19. Ostrosky-Zeichner L, Alexander BD, Kett DH, et al. (2005). Multicenter clinical evaluation of the (1→3)β-D-glucan assay as an aid to diagnosis of fungal infections in humans. Clin Infect Dis. 41 (5): 654–659. doi:10.1086/432470, PMID 16080087.
  20. Odabasi Z, Mattiuzzi G, Estey E, et al. (2004). Beta-D-glucan as a diagnostic adjunct for invasive fungal infections: validation, cutoff development, and performance in patients with acute myelogenous leukemia and myelodysplastic syndrome. Clin Infect Dis. 39 (2): 199–205. doi:10.1086/421944, PMID 15307029.
  21. Mennink-Kersten MA, Warris A, Verweij PE (2006). 1,3-β-D-Glucan in patients receiving intravenous amoxicillin–clavulanic acid. NEJM. 354 (26): 2834–2835. doi:10.1056/NEJMc053340, PMID 16807428.
  22. Mennink-Kersten MA, Ruegebrink D, Verweij PE (2008). Pseudomonas aeruginosa as a cause of 1,3-β-D-glucan assay reactivity. Clin Infect Dis. 46 (12): 1930–1931. doi:10.1086/588563, PMID 18540808.
  23. Miura, NN; Ohno N; Aketagawa J; Tamura H; Tanaka S; Yadomae T (January 1996). Blood clearance of (1-->3)-beta-D-glucan in MRL lpr/lpr mice. FEMS Immunology and Medical Microbiology. England: Blackwell Publishing. 13 (1): 51–57. doi:10.1016/0928-8244(95)00083-6, PMID 8821398.
  24. Brown, GD; Gordon, S (Sep 6, 2001). Immune recognition. A new receptor for beta-glucans. Nature. 413 (6851): 36–7. bibcode:2001Natur.413...36B. doi:10.1038/35092620, PMID 11544516.
  25. Vetvicka, V; Dvorak B; Vetvickova J; Richter J; Krizan J; Sima P; Yvin JC (2007-03-10). Orally administered marine (1-->3)-beta-D-glucan Phycarine stimulates both humoral and cellular immunity. International journal of biological macromolecules. England: Butterworth-Heinemann. 40 (4): 291–298. doi:10.1016/j.ijbiomac.2006.08.009, PMID 16978690.
  26. Adams, Elizabeth L (2008). Differential High-Affinity Interaction of Dectin-1 with Natural or Synthetic Glucans Is Dependent upon Primary Structure and Is Influenced by Polymer Chain Length and Side-Chain Branching. The Journal of Pharmocology and Experimental Therapeutics.
  27. Wasser, S.P. (November 2002). Medicinal mushrooms as a source of antitumor and immunomodulating polysaccharides. Applied Microbiology and Biotechnology.
  28. Barsanti, Laura (17 January 2011). Chemistry, physico-chemistry and applications linked to biological activities of β-glucans. Natural Product Reports.
  29. Kim, Hyung Sook (August 2011). Stimulatory Effect of β-glucans on Immune Cells. Immune Network.
  30. Tsukada, C; Yokoyama H; Miyaji C; Ishimoto Y; Kawamura H; Abo T (January 2003). Immunopotentiation of intraepithelial lymphocytes in the intestine by oral administrations of beta-glucan. Cellular immunology. United States: Academic Press. 221 (1): 1–5. doi:10.1016/S0008-8749(03)00061-3, PMID 12742376.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]