Die Bedeutung von Pro- und Präbiotika in der Ernährung ist in den letzten Jahren verstärkt in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Nach den Probiotika in der Ausgabe 2/2017 behandelt dieser Beitrag nun Eigenschaften, Wirkungen und Besonderheiten von Präbiotiaka.
Wolfgang Kneifel, Seppo Salminen
Auch wenn Präbiotika im Grunde genommen wie Probiotika auch das Ziel verfolgen, die Darmgesundheit positiv zu beeinflussen, so handelt es sich hierbei um eine völlig andere Stoffgruppe und zwar nicht um Mikroorganismen, sondern um selektive Nährstoffe für die Förderung einer positiven Darmmikrobiota. Per definitionem versteht man daher unter Präbiotika unverdauliche Kohlenhydrate, die bei deren selektivem, mikrobiellem Abbau durch positive Darmmikrobiota im Dickdarm die dortigen Keime hinsichtlich Wachstum und Zusammensetzung fördern. Sie üben somit in sekundärer Weise einen günstigen physiologischen Effekt auf den Organismus aus. Um diese Wirkung zu erzielen, gilt jedoch als Voraussetzung, dass diese Kohlenhydrate im oberen Gastrointestinaltrakt weder absorbiert, noch durch Enzyme hydrolysiert oder durch dort vorkommende Keime metabolisiert werden, damit sie dann im Colon von Bifidobakterien und Milchsäurebakterien gezielt verwertet werden können.
Wirkungsweise von Präbiotika
Chemisch gesehen gelten Präbiotika eigentlich als unverdauliche Kohlenhydrate, im Prinzip also als Ballaststoffe, die vorwiegend den Oligosacchariden zuzuordnen sind und nur von bestimmten Keimen abgebaut werden können. Präbiotika zählen daher auch zu essentiellen Nahrungskomponenten mit biofunktionellem Einfluss auf die Mikrobiota. Wachstumsfördernde Effekte beobachtet man z.B. auf Bifidobakterien, wovon sich auch der Begriff bifidogene Wirkung ableitet. Biofunktionelle Kohlenhydrate unterschiedlichster Struktur sind in der Natur weit verbreitet, d.h. ihr Vorkommen reicht von der Muttermilch bis hin zu verschiedenen Obst- und Gemüsesorten. Darüber hinaus werden heute einige präbiotische Produkte auch aus natürlichen, pflanzlichen Quellen oder aber aus Nebenprodukten der Lebensmittelindustrie (z.B. aus Molke) enzymatisch bzw. großtechnisch gewonnen.
| Per definitionem versteht man unter Präbiotika unverdauliche Kohlenhydrate, die bei deren selektivem, mikrobiellem Abbau durch positive Darmmikrobiota im Dickdarm die dortigen Keime hinsichtlich Wachstum und Zusammensetzung fördern. |
Für das Verständnis der präbiotischen Wirkung ist es sinnvoll, die Details der metabolischen Fähigkeiten von Mikroorganismen näher zu betrachten. Neue Analysetechniken haben dazu beigetragen, dass heute nicht nur die Darmmikrobiota, sondern auch deren Stoffwechselleistungen wesentlich transparenter geworden sind. In diesem Zusammenhang wurde jüngst mit dem „Metabolom“ ein neuer Begriff geprägt. Im Darm, insbesondere im Colon, entstehen in Abhängigkeit von dem dort vorkommenden Keimspektrum und dem Nährstoffangebot bakterielle Metabolite wie z.B. Acetat, Butyrat, Lactat, Propionat, aber auch Alkohole und Gase (insbesondere Wasserstoff und Kohlendioxid) sowie Aldehyde und Ketone, die wiederum auf unterschiedlichste Weise mikrobiell oder zellulär weiterverwertet bzw. abgebaut und letztlich ausgeschieden werden. Daraus resultieren sowohl direkte als auch indirekte Effekte auf den Organismus.
Kategorien
Tabelle 1 gibt einen Überblick über Substanzen bzw. Produkte mit präbiotischen Eigenschaften. Unter diesen sind derzeit die Gruppen der Fructo– und Galactooligosaccharide die bedeutendsten, beide werden auch kommerziell am häufigsten genutzt. Es gibt bereits zahlreiche klinische Ernährungsstudien, in denen unter anderem die präbiotische Wirkung auf die Darmgesundheit sowie auf die individuelle Befindlichkeit der jeweils betrachteten Probandengruppe untersucht wurde.
Effekte auf die Darmgesundheit
Primäre Effekte auf die Darmgesundheit hängen wie erwähnt zumeist mit der mikrobiell-fermentativen Entstehung von Stoffwechselprodukten, z.B. der Bildung kurzkettiger Fettsäuren, zusammen. Unter diesen spielt etwa Butyrat als Energiequelle für Darmcolonozyten eine bedeutende Rolle. Daraus resultieren wiederum die Stärkung der Darmbarriere und der Darmschleimhaut sowie verringerte Konzentrationen an zytotoxisch relevanten Substanzen (z.B. Skatol) in den Faeces (Rastall & Gibson 2015). Mit hoher Wahrscheinlichkeit hängen diese Effekte mit der nutritiven Förderung bestimmter Keimgruppen im Colon, vor allem der Bifidobakterien, zusammen. Diese „Bifidusflora“ (ein inzwischen bereits historischer Begriff) nimmt vor allem beim Säugling eine wichtige Rolle ein, der über die Muttermilch die darin natürlich vorkommenden Oligosaccharide aufnimmt, die das Wachstum der Bifidobakterien stimulieren. Viele moderne Formelnahrungs- und Kindernährmittelkonzepte zielen daher darauf ab, die natürliche Situation der Muttermilch nachzustellen, indem sie neben präbiotischen Kohlenhydraten (GOS, Humanmilchpräbiotika oder FOS) oft auch Bifidobakterien enthalten (Radke et al. 2017). Ob die Gabe von Präbiotika im frühen Kindesalter auch die Entstehung von Allergien beeinflusst, ist allerdings noch nicht ausreichend geklärt. In Tabelle 2 sind basierend auf der aktuellen Datenlage die wichtigsten Effekte von Präbiotika zusammengestellt.
Durch präbiotische Kohlenhydrate werden auch funktionelle Effekte erzielt, die sich z.B. auf die Regulierung von Verdauungsstörungen oder Darmträgheit beziehen. Darüber hinaus wird die Absorption von Mineralstoffen positiv beeinflusst, weil die fermentativ bewirkte pH-Absenkung im Darm die Bioverfügbarkeit von Calcium verbessert. Aus diesem Effekt resultiert letztlich ein positiver Effekt auf die Knochengesundheit. Interessant sind außerdem auch die durch Präbiotika erreichten physikalische Effekte in Lebensmitteln, wo sie z.B. zur Ausprägung der Vollmundigkeit („Texturizer Effekt“) beitragen und bei relativ geringer kalorischer Wertigkeit dennoch sättigend wirken. Vor allem fettreduzierte Milchprodukte können durch Ergänzung mit FOS oder Inulin so verbessert werden, dass der sensorische Eindruck eines wesentlich fettreicheren Produktes vermittelt wird.
Konzentrationsabhängige Nebenwirkungen
Im Gegensatz zur Anwendung von Probiotika, bei denen die zugeführte Keimzahl so hoch wie möglich sein sollte und auch keine Probleme einer Überdosierung bekannt sind, ist bei der Zufuhr von Präbiotika mit konzentrationsabhängigen Nebenwirkungen zu rechnen. Geht man davon aus, dass sich die zur Erzielung eines präbiotischen Effekts empfohlene Konzentration im Rahmen einer Tagesdosis zwischen rund 3 und 5 g pro Tag (in der Literatur werden manchmal auch höhere Werte angegeben) bewegen sollte, so können unerwünschte Begleitsymptome nicht ausgeschlossen werden. Dazu zählen z.B. Völlegefühl, Blähungen, Darmgeräusche und bei höheren Dosen auch Durchfall. Positive Veränderungen in der Mikrobiota werden zumeist individuell wahrgenommen, d.h. gering ausgeprägte Nebenerscheinungen sind durchaus üblich. Dennoch sollte berücksichtigt werden, dass man als Erwachsener ohnehin mehr oder weniger regelmäßig – größtenteils aber nicht wissentlich – präbiotisch wirksame Nahrungskomponenten im Rahmen seiner Ernährung mit aufnimmt. Speziell die mediterrane Ernährung enthält im Allgemeinen ein relativ hohes Angebot an präbiotischen Kohlenhydraten. Ergänzt man nun den Speisezettel durch präbiotische Produkte oder Nahrungsergänzungsmittel, kann rasch eine Gesamtkonzentration erreicht werden, die sich durch die oben erwähnten Nebenwirkungen bemerkbar macht.
Pro- und Präbiotika – Ausblick
- Probiotika und Präbiotika werden heutzutage sehr erfolgreich und teilweise auf einer gut evidenzbasierten Grundlage eingesetzt. Dennoch sind nach wie vor viele Detailfragen offen, die in klinischen Studien erst untersucht werden müssen (Kumar et al. 2015, Sanders et al. 2014). Betrachtet man die Bedeutung von Lebensmitteln als geeignete Vektoren für die beiden Stoffklassen, so stehen hier vor allem die präventive Wirkung im Sinne einer gesunden Ernährung und ein begleittherapeutischer Ansatz im Vordergrund. Therapeutische Effekte sind medizinisch indizierten Maßnahmen vorbehalten und bleiben daher vorwiegend auf pharmazeutisch geprüfte Produkte und Präparate beschränkt.
- Nach dem derzeitigen Wissensstand ist davon auszugehen, dass sowohl bei Pro- als auch bei Präbiotika keine Verallgemeinerung hinsichtlich ihrer erzielten Positiveffekte zulässig ist, weil es in Bezug auf deren Wirksamkeit innerhalb dieser Gruppen große individuelle (stamm- bzw. stoffklassenspezifische) Unterschiede gibt. Es ist daher wichtig, dass für die Behandlung einzelner Störungen und Krankheiten die richtige Auswahl getroffen wird. Einschlägige Empfehlungen hierzu existieren bereits in Form von Leitlinien medizinischer Fachorganisationen. Diese Strategie sollte auch weiterhin verfolgt werden und auf fundierten klinischen Studien und Metaanalysen basieren.
- Methodische Fortschritte in der Mikrobiologie und Molekularbiologie haben in den letzten Jahren ein geändertes Bild des menschlichen Mikrobioms mit neuen probiotischen Kandidaten innerhalb der Vielzahl der Mikroorganismen ergeben und auch neue Perspektiven eröffnet. Auf dem Gebiet der Präbiotika hat neben eher exotischen, meist pflanzlichen Quellen die biotechnologische Erschließung und Weiterverarbeitung von Nebenprodukten aus der Lebensmittelerzeugung zu neuen Produkten geführt.
- Die praktische Umsetzung all dieser Erkenntnisse ist jedoch nicht einfach, denn neue, bisher noch nicht beschriebene Keime oder Produkte müssen, wenn sie im Lebensmittel-, human- oder auch veterinärmedizinischen Anwendungsbereich Einzug halten sollen, nicht nur die üblichen umfangreichen Sicherheitsprüfungen bestehen, sondern auch weitreichende gesetzliche Auflagen erfüllen. So ist bei Lebensmitteln (und damit auch bei darin eingesetzten, neuen Keimen und Ingredienzien) die sogenannte Novel Food-Verordnung (Verordnung [EU] 2015/2283) relevant, auf deren Basis neuartige Lebensmittel einer eigenen Zulassung bedürfen, bevor sie in Verkehr gebracht werden dürfen. Im Zentrum dieser Prüfung bei der EFSA steht wie immer das wichtige Ziel, dass für den Verbraucher kein gesundheitliches Risiko bestehen darf. Beispielsweise bekamen zwei humanmilchspezifische Präbiotika (Fucosyllactose und Lacto-N-Tetraose) jüngst die Zulassung als Novel Food. Berücksichtigt man die Tatsache, dass selbst bei den bereits langjährig bekannten und inzwischen vielfach untersuchten probiotischen Keimen noch immer viele Fragen offen sind, so ist bei den neuen Probiotika, aber auch bei neuen Stoffklassen der Präbiotika, noch ein wesentlich umfangreicherer Forschungsbedarf zu erkennen.
Univ.-Prof. Dr. Wolfgang Kneifel, Department für Lebensmittelwissenschaften und -technologie, Universität für Bodenkultur Wien, Muthgasse 18, 1190 Wien, Österreich; Email: wolfgang.kneifel@boku.ac.at
Prof. Dr. Seppo Salminen, Functional Food Forum, Faculty of Medicine, University of Turku, 20014 Turku, Finland; Email: sepsal@utu.fi
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