Antioxidantien: Wirkmechanismen und Typen

Antioxidantien: Schutz vor Fettoxidation

Antioxidantien sind essenziell, da die Oxidation von Fettsäuren (Fette), Vitaminen (Obst) und einigen essentiellen Aminosäuren in Fleisch, Fisch usw. eine Form des Verderbs von Lebensmitteln darstellt. Die Autoxidation ist abhängig von mehreren Faktoren:

Faktoren der Autoxidation

1. Zusammensetzung der Fettsäuren:
   • Ungesättigte Fettsäuren oxidieren schneller, da die Doppelbindungen am meisten von Sauerstoff (O2) betroffen sind.
   • Fettsäuren mit konjugierten Doppelbindungen oxidieren schneller als solche mit nicht-konjugierten.
   • Die Oxidation von Triglyceriden hängt stark von der Fettsäurezusammensetzung ab (Grad der Ungesättigtheit).
2. Temperatur: Je höher die Temperatur, desto stärker die Oxidation.
3. Konzentration und Aktivität der pro- und antioxidativen Stoffe im Lebensmittel.
4. Partialdruck des O2.
5. Oberfläche des Lebensmittels, die mit Luft in Berührung kommt (Entlüftung).
6. Lagerbedingungen (Temperatur, O2-Permeabilität der Verpackungen etc.).

Auswirkungen der Lipidoxidation

Bei der Oxidation von Lipiden muss Folgendes berücksichtigt werden:

• Die Oxidationsreaktion ist eine Kettenreaktion: Einmal begonnen, beschleunigt sie sich, bis alle oxidationsanfälligen Substanzen verbraucht sind.
• Mit der Oxidation entstehen ranzige Gerüche und Aromen, Farbe und Textur ändern sich. Qualität und Nährwert nehmen ab durch den Verlust einiger Vitamine und mehrfach ungesättigter Fettsäuren.
• Die gebildeten Oxidationsprodukte können gesundheitsschädlich sein.

Phasen der Fettsäureoxidation

Die Oxidation von Fettsäuren wird in drei Phasen unterteilt:

1. Phase 1 – Initiierung: Bildung reaktiver freier Radikale.
2. Phase 2 – Propagation: Radikale reagieren und führen zu einer Vervielfachung der Kettenreaktion.
3. Phase 3 – Abbruch: Assoziation radikalischer Verbindungen oder gleichzeitige Reaktionen (ohne Initiierung), sowie das Auftreten und Verschwinden vieler Verbindungen.

Was sind Antioxidantien?

Antioxidantien sind Stoffe, die Lebensmitteln zugesetzt werden, um folgende Veränderungen zu vermeiden:

1. Ranziger Geruch und Geschmack.
2. Farb- und Texturveränderungen.
3. Abnahme des Nährwerts durch Verlust von Vitaminen, essentiellen Aminosäuren und Fettsäuren.
4. Bildung potenziell gesundheitsschädlicher Produkte.

Anforderungen und Wirkungsweise

Zusätzlich müssen Antioxidantien sicher sein und dürfen die Oxidation nicht dauerhaft stoppen, sondern nur verzögern. Sie müssen wirken, solange gesättigte Fette vorhanden sind, was bedeutet, dass die oxidative Veränderung verzögert, aber nicht endgültig verhindert wird. Andere Zusatzstoffe (z. B. Sulfite) können ebenfalls antioxidative Wirkungen haben.

Nach dem Wirkmechanismus unterscheidet man zwei Arten von Antioxidantien:

1. Reduzierende Antioxidantien: Sie stoppen die Kettenreaktion der Oxidation, indem sie Sauerstoff einfangen oder entfernen, der im Produkt oder im Kopfraum (der freie Raum in einem Behälter) gelöst ist.
2. Chelatbildner oder synergistische Antioxidantien: Sie wirken, indem sie Spuren bestimmter Metalle wie Eisen oder Kupfer eliminieren, welche die Oxidation erleichtern.

Typen von Antioxidantien

Natürliche Antioxidantien

Die meisten reduzierenden Antioxidantien sind Phenolderivate:

• Flavonoide: Enthalten in Kakao, Kartoffeln, Tomaten, Spinat, Hülsenfrüchten, Tee, Sesam, Gewürzen (Ingwer, schwarzer Pfeffer, Salbei, Rosmarin), Soja, Ginseng und Resveratrol (Wein).

Es gibt Lebensmittel, die von Natur aus Antioxidantien enthalten, einige gehen jedoch bei der Verarbeitung verloren.

Synthetische Antioxidantien

Ascorbinsäure (Vitamin C) und Derivate (E 300–304)

• E 300: L-Ascorbinsäure (Vitamin C).
• E 301: Natriumascorbat.
• E 302: Calciumascorbat.
• E 304: Ascorbylpalmitat (fettlöslich).

Die L-Ascorbinsäure wird industriell gewonnen. Sie sind sehr gut wasserlöslich, außer Ascorbylpalmitat. Sie verhindern die Bildung von Nitrosaminen. Verwendung: In Fleischwaren, Gemüsekonserven, Erfrischungsgetränken, Säften, Backwaren und Bier, um Sauerstoff im Kopfraum zu entfernen. Ascorbinsäure verhindert das Braunwerden von geschnittenem Obst und Metallkorrosion. In der Bäckerei wird sie auch als technologische Hilfe zur Verbesserung der Teigleistung eingesetzt. Der Zusatz in Wein und Traubensaft kann die Verwendung von Sulfiten reduzieren. E 304 ist in Ölen und Saatgut zugelassen. Sie gelten als sicher.

Isoascorbinsäure und Erythorbat (E 315, E 316)

E 315: Isoascorbinsäure und E 316: Natriumerythorbat sind Stoffe, die der Ascorbinsäure ähneln, aber keine Vitaminaktivität besitzen. Ihr Einsatz ist in der EU für Fisch und halbkonserviertes Fleisch zugelassen.

Tocopherole (E 306–309)

• E 306: Tocopherole (reichlich natürlichen Ursprungs).
• E 307: Alpha-Tocopherol (synthetisch).
• E 308: Gamma-Tocopherol (synthetisch).
• E 309: Delta-Tocopherol (synthetisch).

Sie werden in sehr niedrigen Konzentrationen eingesetzt und sind reichlich in Pflanzenfetten und Ölen (Weizenkeimöl, Reis, Mais, Sojabohnen) enthalten. Industriell werden sie als Nebenprodukt der Ölraffination (E 306) oder chemisch gewonnen. Eigenschaften: Ihre antioxidative Aktivität folgt der umgekehrten Reihenfolge ihrer biologischen Aktivität; Delta ist am wirksamsten. Sie sind nur in Fett löslich. Sie verschwinden schnell durch Oxidation in Bratfetten. Die gemeinsame Nutzung mit einem Schaumverhinderer schützt das Öl, indem der Luftkontakt reduziert wird. Sie schützen Vitamin A sehr wirksam vor Oxidation und vermeiden die Bildung von Nitrosaminen. Sie werden in fetthaltigen Lebensmitteln verwendet. Raffiniertes Olivenöl kann E 307 zugesetzt werden, um das im Prozess verlorene Antioxidans zu ersetzen. Sie werden auch in Käse, Saatölen und Gemüsekonserven verwendet und gelten als sicher.

Gallate (E 310–312)

• E 310: Propylgallat.
• E 311: Octylgallat.
• E 312: Dodecylgallat.

Gallussäure kommt natürlich vor (z. B. in Tee). Die Gallate sind Alkohole, die durch Veresterung von Gallussäure mit den entsprechenden Alkoholen entstehen. Ihre wichtigste Eigenschaft ist die geringe Hitzebeständigkeit, weshalb sie für den Schutz von Lebensmitteln oder Frittierölen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind (wie Kekse oder Backwaren), nutzlos sind. Sie werden gemischt mit BHA (E 320) und BHT (E 321) zum Schutz von Fetten und Ölen verwendet. In Spanien werden Gallate zusammen mit BHA und BHT in Ölen verwendet, außer in Olivenöl. Sie finden sich auch in Back- und Süßwaren, Keksen, Konserven sowie halbkonserviertem Fisch und Käse. Toxizität: Mehrere Studien haben gezeigt, dass Gallate im Allgemeinen recht toxisch sind. Bei Mäusen wurde beispielsweise eine Hepatotoxizität festgestellt, obwohl der Mechanismus noch nicht gut verstanden ist. Die zulässige Tagesdosis, festgelegt vom FAO/WHO-Gremium, liegt zwischen 0 und 1,5 mg pro kg Körpergewicht.

E 320 – Butylhydroxyanisol (BHA)

BHA ist nur in Fett löslich. Es ist sehr wirksam in Bratfetten, da es sich nicht zersetzt oder verdampft wie Gallate oder BHT und das frittierte Produkt schützt. Es wird zum Schutz von Fetten in Süßwaren, Gebäck, Suppen usw. verwendet. Sicherheit: Die Sicherheit wurde ausgiebig diskutiert. Es ist in den meisten Ländern (einschließlich EWG und USA) erlaubt, in anderen jedoch nicht (wie Japan). Der weltweite Trend geht dahin, die Verwendung von BHA und BHT (E 321) zu reduzieren. Es wirkt gewöhnlich in Kombination mit anderen Antioxidantien, insbesondere BHT (E 321), da sich ihre Maßnahmen gegenseitig verstärken. Es ist nicht mutagen, kann aber in hohen Dosen bei Ratten eine modulierende Wirkung auf bestimmte Karzinogene ausüben, indem es die Verbreitung abnormaler Zellen in bestimmten Teilen des Verdauungstrakts und neoplastische Läsionen bei noch höheren Dosen fördert, durch einen unbekannten Mechanismus. Die anatomischen Unterschiede machen eine Übertragung auf den Menschen schwierig, obwohl eine anomale Zellproliferation auch bei Affen, die mit BHA behandelt wurden, nachgewiesen wurde.

E 321 – Butylhydroxytoluol (BHT)

BHT wird fast immer gemischt mit BHA (E 320) verwendet. Verwendung: Die gleichen Anwendungen wie BHA (E 320). Sicherheit: Die gleichen rechtlichen Bestimmungen wie BHA (E 320). Diese Substanz ist nicht mutagen, kann aber wie BHA die Wirkung bestimmter Karzinogene verändern. Auch in hohen Dosen wirkt es sich auf die Reproduktion bei Ratten aus, insbesondere auf die Anzahl der Nachkommen pro Wurf und die Wachstumsrate während der Stillzeit. Basierend auf diesen Daten wurde die akzeptable tägliche Einnahme kürzlich gesenkt.

E 512 – Zinnchlorid (SnCl2)

Das Sn2+ ist ein anorganisches Antioxidans mit einer starken Tendenz, zu Sn4+ zu oxidieren. Es ist sehr empfindlich gegenüber HCl, das durch die Reaktion von Zinn mit Luft bei Kontakt mit gasförmiger Salzsäure entsteht. Es wird nur als Antioxidans in weißem Spargel in Dosen bis maximal 25 mg/kg verwendet. Zinn wird schlecht absorbiert, weshalb die als Zusatzstoff verwendeten Mengen als ungefährlich für die Gesundheit gelten.