Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Constanze Walde

Biotransfer von Tocotrienolen aus Gersten- und Palmöl ins Hühnerei: Biotransferraten, Einfluss der Emulsionsbildung und Effekte auf die Cholesterolgehalte

im Ei und Blutserum

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-104482

title (engl.)

Transfer of dietary tocotrienols from barley and palm oils in hen’s egg yolk: transfer efficiency, influence of emulsification, and effects on cholesterol levels in egg and blood serum

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/waldec_ws13.pdf

abstract (deutsch)

Vitamin E ist eine Sammelbezeichnung für alle Tocopherol- und Tocotrienolvitamere, die qualitativ die gleiche biologische Wirkung wie RRR-α-Tocopherol aufweisen. Die Tocotrienole (α-, ß-, γ-, δ-T3) unterscheiden sich von den Tocopherolen (α- ,ß-, γ-, δ-T) lediglich durch drei isolierte Doppelbindungen in der Phytyl-Seitenkette.

Neben ihrer Funktion als Antioxidans zeichnen sich T3 durch cholesterolsenkende, neuroprotektive und antikarzinogene Eigenschaften aus. Gerste war die erste Substanz, die in Verbindung mit dem cholesterolsenkenden Effekt der T3 gebracht wurde und ist besonders reich an α-T3, dem Vitamer mit der höchsten Bioverfügbarkeit. Diese hohe Bioverfügbarkeit von α-T3 zeichnet die T3 aus Gerstenöl gegenüber den T3 aus Palmöl, der kommerziell am meisten verbreiteten Tocotrienolquelle, aus. Eine wertvolle Quelle zu Herstellung eines gesundheitsfördernden, T3-reichen Gerstenöls stellt Gerstenbiertreber dar. Gerstenbiertreber ist normalerweise ein Abfallprodukt der Brauereien und wird hauptsächlich als Tierfutter eingesetzt.

Wie Studien gezeigt haben, wird die Bioverfügbarkeit der T3 von vielfältigen Faktoren, wie Art der Verabreichung, chemische Struktur der Vitamere, Zusammensetzung der Nahrungsmittel und Dosishöhe beeinflusst. Zur Optimierung der gesundheitsfördernden Wirkung von T3 bietet es sich an, Emulsionssysteme einzusetzen, die zur Verbesserung der Bioverfügbarkeit von T3 beitragen.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde innerhalb des Versuchsmodells „Futter-Huhn-Ei“ die orale Bioverfügbarkeit der T3 aus Gerstenöl ohne Emulgierung, in einer Nanoemulsion und in einer selbstemulgierenden Formulierung bestimmt und mit den Ergebnissen für T3 aus Palmöl verglichen. Bisher wurde in einer Humanstudie nur eine Nanoemulsion aus γ-T3-reichem Palmöl einbezogen. Für die Bioverfügbarkeit des α-T3-reichen Gerstenöls in einer Nanoemulsion liegen noch keine Ergebnisse vor. Weiterhin wurde erstmals der Biotransfer der T3 aus Gerstenöl ins Hühnerei untersucht. Der Biotransfer der einzelnen T3-Vitamere ins Hühnerei wurde durch Supplementierung von Palmöl in nur einer Studie beschrieben. Bisher gibt es keine Studien, die die Transferraten von verschiedenen T3-Zubereitungen mit unterschiedlicher Vitamerzusammensetzung vergleichen. Aufgrund der cholesterolbiosynthesehemmenden Eigenschaften der T3 wurden in der Fütterungsstudie die Cholesterolgehalte im Eigelb und Blutserum bestimmt.

Die Supplementierung von Gerstenöl in einer Nanoemulsion führte zu hochsignifikant höheren (P ≤ 0,01) Gesamt-T3-Gehalten im Vergleich zu Gerstenöl ohne Emulgierung und Gerstenöl in einer selbstemulgierenden Formulierung. Dieser Verlauf wurde nicht in den Eiern der Hühner, die Palmöl-Zubereitungen erhielten, beobachtet. Weiterhin führte die Verabreichung von Gerstenöl-Supplementen zu hochsignifikant höheren (P ≤ 0,01) Gesamt-T3-Werten im Vergleich zu den Palmöl-Zubereitungen, hervorgerufen durch den höheren Gehalt an α-T3. Die Aufnahme der Palmöl-Zubereitungen führte zu hochsignifikant höheren (P ≤ 0,01) γ-T3-Werten als bei Gerstenöl-Supplementen, aber die γ-T3 Gehalte waren im Vergleich zu den α-T3-Gehalten bei der Gerstenöl bzw. Palmöl-Supplementierung viel niedriger.

Der prozentuale Anteil der T3 an den Gesamttocochromanolen war in den Eiern der Hühner, die mit Gerstenöl-Formulierungen gefüttert wurden, fast doppelt so hoch wie bei den Hühnern, die Palmöl-Zubereitungen bekamen, obwohl die Hühner nahezu die gleiche Menge an Gesamt-T3 erhielten.

Die Transferraten der T3-Vitamere erschienen in der Reihenfolge α-T3 > β-T3 > γ T3 > δ-T3. Die supplementierten T3 aus Palmöl zeigten eine signifikant höhere (P ≤ 0,05) α-T3-Transferrate als T3 aus den Gerstenöl-Zubereitungen. Weiterhin führte der hohe α-T3 Gehalt aus Gerstenöl-Supplementen zu hochsignifikanten geringeren (P ≤ 0,01) γ-T3-Transferraten im Vergleich zu den Palmöl-Zubereitungen. Bei Betrachtung der Gesamt-T3 tendierten die Gerstenöl-Supplemente zu höheren T3 Transferraten im Vergleich zu Palmöl-Zubereitungen. Daraus lässt sich schließen, dass die T3 aus den Gerstenöl-Supplementen, aufgrund des hohen Anteils an α-T3, welches eine besonders hohe Transferrate aufweist, den Tocotrienolen aus den Palmöl-Zubereitungen überlegen sind.

Durch Supplementierung von Gersten- bzw. Palmöl ist es gelungen den Cholesterolgehalt im Eigelb um jeweils bis zu 4 % bzw. 6 % zu senken.

Die Ergebnisse dieser Fütterungsstudie sollen zur besseren wirtschaftlichen Ausnutzung von wertvollen Inhaltsstoffen aus den Nebenströmen der Lebensmittelverarbeitung, wie z. B. Biertreber, der bisher hauptsächlich Futtermittel verwendet wurde, beitragen. Angesichts der gesundheitsfördernden Eigenschaften der Tocotrienole ist es möglich aus Biertreber ein α-T3-reiches Gerstenöl zu extrahieren, das in Darreichungen wie Nahrungsergänzungsmitteln oder Pharmazeutika zur Vorbeugung von Zivilisationskrankheiten Verwendung finden könnte. Da etwa 60 mg T3 als tägliche Dosis zu empfehlen sind, um einen positiven gesundheitsfördernden Effekt zu erreichen, wäre es vorteilhaft die T3 mit Molekulardestillation aus dem Gerstenöl zu isolieren und als stark angereichertes T3-Konzentrat auf den Markt zu bringen.

abstract (englisch)

Vitamin E is a collective term for all tocopherol and tocotrienol vitamers, which have the same biological effect as R,R,R-α-tocopherol. The tocotrienols (α, ß, γ-, δ-T3) differ from the tocopherols (α, ß, γ-, δ-T) only by having three isolated double bonds in the phytyl side chain.

Besides its function as an antioxidant T3 are characterized by cholesterol lowering, neuroprotective and anti-carcinogenic properties. Barley was the first substance to be associated with the hypocholesterolemic effect of T3 and is particularly rich in α-T3, the vitamer with the highest bioavailability. This is what makes T3 from barley oil superior to that from palm oil, the most prevalent commercial source of T3. A valuable source for producing a health-promoting T3 rich barley oil is brewer’s spent grain, a barley by-product of brewing which is mainly used as animal feed.

As studies have shown the bioavailability of T3 is influenced by many factors such as the route of administration, chemical structure of vitamers, food composition and dosage amount. In order to optimize the health promoting effects of T3, it is advisable to use emulsion systems that help to improve the bioavailability of T3. By feeding laying hens we determined the oral bioavailability of dietary T3 from non-emulsified barley oil, in nanoemulsified preparations and in self-emulsifying formulations and compared those findings with those for T3 from palm oil. So far, just the influence of a nanoemulsified preparation of γ-T3-rich palm oil on the oral bioavailability has been tested in a human study. However the bioavailability of α-T3-rich barley oil in a nanoemulsified formulation has not been investigated. Furthermore we investigated the biotransfer of T3 from barley oil in hen`s egg yolk for the first time. The biotransfer of single T3-vitamers in hen`s egg yolk has only been described by the supplementation of palm oil in one study. So far there are no studies, which compare the transfer efficiency of different T3 preparations with different vitamer proportions. Because of the cholesterolbiosynthesis inhibiting property of T3 we also determined the cholesterol levels in egg yolk and hen´s blood serum during this feeding trail.

The supplementation of barley oil in a nanoemulsified formulation resulted in highly significant (P ≤ 0.01) higher total T3 levels as compared to non-emulsified barley oil and barley oil in a self-emulsifying formulation. This pattern was not observed in the eggs of hens, which received palm oil preparations. Furthermore, dietary barley oil supplements resulted in highly significantly higher (P ≤ 0.01) total T3 levels in eggs than did palm oil preparations, due to the higher amount of α-T3. The intake of palm oil supplements led to highly significantly higher (P ≤ 0.01) γ-T3 levels than did barley oil supplementation, but γ-T3 levels were much lower than α-T3 levels following barley oil and palm oil supplementation.

The T3 percentages on tocochromanols were almost twice as high in eggs of hens fed barley oil supplements than in those of hens fed palm oil preparations, even though the hens received nearly the same amount of total T3 vitamers.

The transfer efficiency of T3 vitamers appeared in the order α-T3 > ß-T3 > γ-T3 > δ-T3. Supplemental T3 (sum of vitamers) from palm oil caused a significantly higher (P ≤ 0.05) α-T3 transfer efficiency than did barley oil supplements. Furthermore, the high α-T3 contents in the T3 from barley oil supplements resulted in a highly significantly (P ≤ 0.01) lower γ-T3 transfer efficiency than with palm oil preparations. In terms of the transfer efficiency of total T3, barley oil supplementation tended to result in higher T3 transfer efficiency values than did palm oil preparations. These results suggest that the transfer efficiency of T3 from barley oil is superior to that of the palm oil preparations, due to the higher proportions of α-T3 in the barley oil.

In our study, supplementation of barley oil and palm oil successfully decreased total cholesterol in egg yolk by up to 4% and 6%, respectively.

The results of this feeding study should contribute to improved economic use of valuable ingredients from the side flow of food processing, such as brewers' spent grains, which has its mainly purpose in animal food. Given the health benefits of tocotrienols, brewers' spent grain might be used to produce a α-T3-rich barley oil extract, which could be applied in formulations such as food supplements or pharmaceuticals for the prevention of lifestyle diseases. Since about 60 mg T3 are recommended as a daily dose, in order to achieve a positive health-promoting effect, it would be advantageous to isolate the T3 with molecular distillation from barley oil, and to bring a highly enriched T3 concentrate on the market.

Furthermore, the results demonstrate, that the addition of T3-rich barley by-products to laying hen`s feed decreases the cholesterol levels in egg yolk and thus contributes to nutritional improvement of eggs.

keywords

Gerste, Tocotrienole, Hühnerei; Barley, Tocotrienols, Hen’s egg yolk

kb

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