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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung von Pflanzenstanolen
in veresterter Form, die einen Sitostanolfettsäureester enthalten, insbesondere
zur Verwendung als Mittel zur Absenkung des Serumcholesterinspiegels.
Eine derartige Zusammensetzung kann vorteilhafter Weise in Speiseölen und
-fetten und in fetthaltigen Nahrungsmitteln verwendet werden.
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Hintergrund der Erfindung
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Pflanzensterole
sind wesentliche Bestandteile aller Pflanzen. Ihre Funktionen bei
Pflanzen ähneln
den Funktionen von Cholesterin bei Säugetieren. Die am häufigsten
vorkommenden Pflanzensterole in der Flora sind β-Sitosterol, Campesterol und
Stigmasterol. Die chemische Struktur dieser Pflanzensterole ist
der von Cholesterin sehr ähnlich,
wobei die Unterschiede in der Seitenkette der Hauptkette des Moleküls liegen.
Im Vergleich zu Cholesterin weist die Seitenkette von Sitosterol
beispielsweise eine zusätzliche
Ethylgruppe auf und die Seitenkette von Campesterol eine zusätzliche
Methylgruppe.
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Seit
den 50er Jahren ist bekannt, dass Pflanzensterole den Serumcholesterinspiegel
wirksam senken. Auch bei Verabreichung in nur relativ kleinen Mengen
(einige Gramm pro Tag) verringern sie wirksam die Absorbierbarkeit
von biliärem
Cholesterin und Nahrungscholesterin und senken so den gesamten Serum-
und den LDL-Cholesterinspiegel (12, 28, siehe auch 27, 32). Der
Mechanismus, durch den die Cholesterinabsorption eingeschränkt wird,
ist noch immer nicht im einzelnen bekannt, es wird jedoch angenommen,
dass Pflanzensterole Cholesterin aus der micellaren Phase verdrängen und so
dessen Absorption verhindern. In praktisch allen frühen Studien
konzentrierte sich das Interesse an Pflanzensterolen hauptsächlich auf
Sitosterol oder dessen hydrierte Form Sitostanol. Die Sterolzusammensetzung
der getesteten Zubereitungen wurde jedoch nicht immer gut dokumentiert
und die Sterolzubereitungen, die in den meisten Studien verwendet
wurden, enthielten ebenfalls unterschiedliche Mengen anderer Sterole.
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Pflanzensterole
wurden als sicheres Mittel zur Senkung des Serumcholesterinspiegels
angesehen, da sie natürliche
Bestandteile von pflanzlichen Fetten und Ölen sind. Außerdem ist
ihre Absorption aus dem Darm gesunder Versuchsobjekte begrenzt und
die begrenzten Mengen, die absorbiert werden, werden in der Galle aus
dem Körper
ausgeschieden. Die Absorptionsrate der Pflanzensterole variiert
bei einzelnen Personen und bei den verschiedenen Pflanzensterolen,
doch bei gesunden Menschen werden gewöhnlich weniger als 5% der Pflanzensterole
aus dem Verdauungstrakt absorbiert (27). Es wurde jedoch auch gezeigt,
dass bis zu 10% Nahrungscampesterol absorbiert wurden (20).
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Bei
einigen seltenen Krankheiten wie Sitosterolämie werden Pflanzensterole
außergewöhnlich wirksam
absorbiert und auch die Ausscheidung aus dem Körper auf biliärem Wege
ist beeinträchtigt.
Der Serumspiegel von Sitosterol, Campesterol und auch deren gesättigter
Formen Sitostanol und Campestanol ist stark erhöht. Der erhöhte Spiegel an gesättigten
Stanolen ist höchstwahrscheinlich
eher auf deren wirksamere endogene Synthese als auf eine wirksamere
Absorption zurückzuführen (10,
27). Ohne Behandlung führt
Sitosterolämie
schon in jungen Jahren zu Xanthomatosis und Koronarherzkrankheiten.
Bei Menschen mit dieser Erkrankung kann eine Verabreichung von ungesättigten
Pflanzensterolen in größeren Mengen
als den normalerweise in der Nahrung vorliegenden zu gefährlichen
gesundheitlichen Auswirkungen führen.
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Lees
und Lees (25) haben die Wirkungen von drei verschiednen Sitosterolzubereitungen
auf Plasmalipid- und -lipoproteinkonzentrationen getestet. Eine
der Zubereitungen war Cytellin, eine handelsübliche Zubereitung (Eli Lilly
Co., USA), die 60–65%
Sitosterol und 35–40%
andere Sterole, hauptsächlich
Campesterol, enthielt. Eine durchschnittliche Dosis von 18 g/Tag,
auf drei Verabreichungen verteilt, führte zu einer durchschnittlichen
Senkung des gesamten Plasmacholesterins um 10,5% und des LDL-Cholesterins
um 15%. Wenn normalerweise nur Spuren von Pflanzensterolen einschließlich Campesterol
im Plasma gefunden werden (10, 33), so schwankte die Konzentration
der Campesterole im Plasma zwischen 4 bis 21 mg/dl bei den von Lees und
Lees getesteten Versuchsobjekten (25). In der Erörterung betonten die Autoren
deutlich, dass, da die atherogene Wirkung von Campesterol nicht
bekannt ist, die Verwendung einer Sitosterolzubereitung mit relativ
hohem Campesterolgehalt wie der in ihrer Studie verwendeten Cytellin-Zubereitung
nicht empfohlen werden kann.
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Lees
et al. (26) untersuchten außerdem
die Wirksamkeit von Pflanzensterolen aus Sojaöl und Tallöl zur Absenkung des Cholesterinspiegels
im Blut. Es wurden zwei verschiedene physische Formen eines jeden Pflanzensterols
verwendet, nämlich
eine Suspension und ein Pulver. Das Sojasterol bestand zu 60–65% aus Sitosterol
und zu 35% aus Campesterol und es wurde eine tägliche Dosis von durchschnittlich
18 g Sterole pro Tag (Bereich 9–24
g) in drei gleichen Dosen verabreicht. In dieser Studie wurde eine
Tallölsterolzubereitung mit
nur etwa 5% Campesterol verwendet. Eine tägliche Dosis von 3 Gramm beider
Tallölsterolzubereitungen (Pulver
und Suspension) wurde getestet. Außerdem wurden eine Dosis von
6 Gramm Tallölsterolsuspension getestet.
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Sojasterol
in beiden physischen Formen und Tallölsterol in Pulverform senkte
den Cholesteringehalt im Plasma um durch schnittlich 12% (26). In
dieser Studie wurde jedoch auch die relativ hohe Absorbierbarkeit von
Campesterol beobachtet, die schon zuvor gezeigt wurde. Bei den 5
getesteten Patienten lag der Campesterolgehalt im Plasma zwischen
5 und 21 mg/dl (Mittel 16 mg/dl). Auch wenn die cholesterinsenkende
Wirkung von Sojasterol sich als wesentlich erwies, empfahlen die
Autoren dessen Verwendung als cholesterinsenkendes Mittel auch hier
nicht. Sie empfahlen im Gegenteil, dass pharmazeutische Pflanzensterolzubereitungen
ein Minimum an Campesterol und ein Maximum an Sitosterol enthalten
sollten. Die beiden oben genannten Studien lassen den Schluss zu,
dass die Verwendung von Sterolen auf Basis von Pflanzenöl wie Sojasterol
nicht im geringsten empfehlenswert ist.
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Gesättigte Pflanzensterole
wie Sitostanol und Campestanol liegen in den meisten Pflanzenölen lediglich
in Spuren vor. Tallölsterole
enthalten jedoch 10–15%
Sitostanol, der gesättigten
Form von Sitosterol. Sitostanol kann ebenfalls durch Hydrierung
der Doppelbindung in Sitosterol hergestellt werden. In den jüngsten Studien,
die mit Tieren und Menschen als Versuchsobjekten durchgeführt wurden,
hat sich gezeigt, dass Sitostanol als cholesterinsenkendes Mittel
bessere Wirkung zeigt als Sitosterol (8, 16, 17, 18, 19, 36).
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Ein
weiterer Vorteil von Sitostanol ist, dass es faktisch nicht absorbierbar
ist. Mehrere Studien (z. B. 9, 16, 17, 21) haben gezeigt, dass Sitostanol
praktisch nicht absorbierbar ist, während kleine Mengen (< 5%) seiner ungesättigten
Form Sitosterol (33) absorbiert werden können. In ähnlicher Weise zeigten Amstrong
und Carey (6) in einer In-Vitro-Studie,
dass Cholestanol, eine gesättigte
Form des Cholesterins, stärker
hydrophob und schlechter absorbierbar war als Cholesterin.
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Wenn
Sitostanol durch Hydrierung der gebräuchlichsten Pflanzensteroiquellen
hergestellt wird, wird ein weiteres gesättigtes Pflanzensterol, nämlich Campestanol,
aus Campesterol gebildet. Bis vor kurzem war wenig über die
Absorbierbarkeit und die mögliche
hypocholesterinämische
Wirkung dieses Stanols bekannt. Auf Basis der oben genannten Daten,
die belegen, dass gesättigte
Sterole schlechter absorbiert werden als deren ungesättigte Formen,
könnte
man annehmen, dass Campestanol faktisch nicht absorbierbar ist.
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Zur
Untersuchung der Absorbierbarkeit verschiedener Pflanzensterole
haben Heinemann et al. (20) die intestinale Absorption von Cholesterin
mit Campesterol, Sitosterol, Stigmasterol und auch mit geringen Konzentrationen
von Sitostanol und Campestanol bei Menschen mittels eines intestinalen
Perfusionsverfahrens verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass die
Absorptionsrate der verschiedenen Pflanzensterole bei den verschiedenen
Pflanzensterolen unterschiedlich war, wobei diese im Durchschnitt
für Sitosterol
4,2%, für
Stigmasterol 4,8%, für
Campesterol 9,6% und für
Campestanol 12,5% betrug. Es wurden große Unterschiede bei der Absorptionseffizienz
bei den zehn männlichen
Versuchspersonen festgestellt.
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So
zeigte sich gemäß Heinemann
et al. (20), dass Campestanol wirksamer absorbiert wurde als seine ungesättigte Form
Campesterol. Dies steht der Annahme auf der Grundlage zuvor genannter
Studien entgegen, die zeigten, dass die gesättigten Sterole (Sitostanol,
Cholestanol) schlechter absorbierbar wären als die ungesättigten
(Sitosterol, Cholesterin). Der Grund hierfür wurde bisher nicht geklärt. Heinemann
et al. (20) vermuteten jedoch, dass der Grund für dieses widersprüchliche
Ergebnis darin liegt, dass die Studie von Amstrong und Carey (6)
unter In-Vitro-Bedingungen durchgeführt wurde und dass die Theorie,
der zufolge die Hydrophobie ein wichtiger Faktor in der micellaren
Bindung und/oder Absorption ist, unter In-Vivo-Bedingungen nicht
von Bedeutung ist. Diese Vermutung erklärt jedoch nicht die Tatsache,
dass mehrere Studien, die die geringere Absorbierbarkeit von Sitostanol
im Vergleich zu der von Sitosterol zeigten, unter In-Vivo-Bedingungen
durchgeführt
wurden. So wurde von den Autoren keine Erklärung für die Ergebnisse von Heinemann
et al. (20), die im Widerspruch zu früheren Ergebnissen stehen, gegeben.
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Sugano
et al. (34) untersuchten die hypocholesterinämische Wirkung von Maissterolen
(Zusammensetzung: 31% Campesterol, 4% Stigmasterol und 65% Sitosterol)
und Maisstanolen (Zusammensetzung: 31% Campestanol und 69% Sitostanol),
die durch Hydrierung eines Maisölsterolgemischs
hergestellt wurden. Zwei Versuche wurden an Ratten durchgeführt. Sowohl
Sterol als auch Stanol zeigten hypocholesterinämische Wirkung bei einem Anteil
von 0,5–1%
der Nahrung, wenn Cholesterin (1% der Nahrung) aufgenommen wurde. Beim
ersten Versuch wurde kein wesentlicher Unterschied in der hypocholesterinämischen
Wirkung von Pflanzensterolen und Pflanzenstanolen festgestellt.
Beim zweiten Versuch zeigten jedoch bei gleichem Nahrungsanteil
die Pflanzenstanole deutlich bessere Wirkung bei der Senkung der
Cholesterinkonzentration im Plasma als die Pflanzensterole (statistisch
signifikant bei p < 0,02).
Außerdem
war bei Ratten, denen die 1,0%-Stanol-Diät gefüttert wurde, der Cholesterinspiegel
im Plasma deutlich niedriger (p < 0,02)
als bei den Tieren, denen die cholesterinfreie Diät gefüttert wurde.
Bei Ratten, denen die 1,0%-Sterol-Diät gefüttert wurde, wurde dies nicht
beobachtet.
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Sugano
et al. (34) haben nicht den Unterschied in der hypocholesterinämischen
Wirkung von Stanolgemischen mit hohem Sitostanolgehalt und niedrigem
Campestanolgehalt (auf Basis von Tallölsterol) und Stanolgemischen
mit einem wesentlich höheren
Campestanolgehalt (auf Basis von Pflanzenölsterol) untersucht. Verglichen
wurde die hypocholesterinämische
Wirkung eines ungesättigten
Sterolgemischs mit der des entsprechenden gesättigten Stanolgemischs. Spätere Studien
dieser Forschungsgruppe konzentrierten sich auf die spezifische
cholesterinsenkende Wirkung von Sitostanol und im Vergleich zu Sitosterol
(21, 22, 23, 35). Tatsächlich
wird in einer späteren
Veröffentlichung
(23) auf die oben erwähnte
Pflanzenstanolstudie (34) verwiesen, wobei nur die hypocholesterinämische Wirkung
von β-Sitostanol
im Vergleich zu β-Sitosterol
erwähnt wird,
ohne dass eine hypocholesterinämische
Wirkung von gesättigten
Sterolen (einschließlich
Campestanol) im Vergleich zu ungesättigten Sterolen erörtert wird.
In den oben genannten späteren
Studien wurden Sterolgemische mit der typischen Zusammensetzung
aus hydrierten Tallölsterolen
mit hohem Sitostanolgehalt (> 90%)
verwendet.
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Miettinen
und Vanhanen (30) haben gezeigt, dass Sitostanol in der Fettsäureesterform
bessere Wirkung zeigt als freies Sitostanol bei der Senkung des
Serumcholesterinspiegels. Spätere
Studien haben auch gezeigt, dass die Verwendung von Sitostanolestern
als Teil der täglichen
Diät ein
wirksames Mittel zur Senkung der gesamten Serum- und LDL-Cholesterinkonzentrationen
ist (13, 14, 15, 31, 37, 38). Der Vorteil der Verwendung von Stanolestern
anstelle von freiem Stanol liegt auch darin, dass die Stanolester
fettlöslich
sind und daher leicht in viele verschiedene Nahrungsmittel eingearbeitet
werden können,
ohne den Geschmack, das Aroma oder das physikalische Verhalten des
Endprodukts zu verändern.
Das Verfahren zur Herstellung von Sitostanolfettsäureestern
und die Verwendung von fettlöslichen
Stanolestern in Nahrungsmitteln ist in
US-Patent Nr. 5,502,045 (2) beschrieben.
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Straub
(3) schlägt
die Verwendung von gesättigten
Stanolen (Sitostanol, Clionastanol, 22,23-Dihydrobrassicastanol,
Campestanol und Mischungen davon) vor für ein Verfahren zur Herstellung
einer Nahrungsmittelzusatzzusammensetzung, bei dem Stanole mit einem
essbaren Löslichkeitsverbesserer,
einer wirksamen Menge eines geeigneten Antioxidationsmittels und
einer wirksamen Menge eines geeigneten Dispergiermittels gemischt
werden. Diese Nahrungsmittelzusätze
sollen die Cholesterinabsorption aus cholesterinhaltigen Nahrungsmitteln
und Getränken
wie z. B. Fleisch, Eiern und Milchprodukten verringern. In diesem
Patent werden jedoch keine Daten vorgelegt, die eine klinische Wirkung
oder die Absorption von Nahrungssterolen belegen.
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Eugster
et al. (1) lehren die Verwendung geringer Mengen Sterole, ihrer
Fettsäureester
und Glucoside zur Behandlung von Tumoren. Die von Eugster et al.
vorgeschlagenen Herstellungsfahren beinhalten gefährliche
chemische Stoffe wie N,N'-Carbonyldiimidazol,
Thionylchlorid und Lösungsmittel
wie Tetrahydrofuran, Benzol, Chloroform oder Dimethylformamid. Eugster
et al. äußern sich
zwar zur möglichen
Verwendung dieser Stoffe als Nahrungsmittel und als Nahrungsmittelzusätze, legen
jedoch keine Daten zur hypocholesterinämischen Wirkung vor oder beanspruchen
eine solche Verwendung. Es ist schwierig, aus der Offenbarung von Eugster
et al. einen deutlichen Eindruck zu gewinnen, wie das Endprodukt
gereinigt wird, um einen ausreichend reinen Sterolester in ausreichend
großen
Mengen für
die Verwendung als Nahrungsbestandteil zu erhalten. Die einzigen
Reinigungsverfahren, auf die verwiesen wird, sind Dünnschichtchromatographie
und Hochleistungsflüssigchromatographie.
Aus diesem Grunde ist das Herstellungsverfahren, auf das Eugster
et al. in der Patentschrift verweisen, auf kleine Mengen beschränkt.
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Das
US-Patent 3,751,569 (4)
beschreibt die Zugabe von Pflanzensterolfettsäureestern zu Kochöl mit dem
Ziel, den Serumcholesterinspiegel beim Menschen zu senken. Das Patent
schlägt
ein Verfahren zur Verwendung in der Veresterung von freien Sterolen
vor, das keinesfalls die Anforderungen zur Herstellung eines nahrungsmittelgeeigneten
Produktes erfüllt.
Dem Patent zufolge wird die Veresterung zwischen einem freien Sterol
und einem Fettsäureanhydrid
durchgeführt,
wobei Perchlorsäure
als Katalysator eingesetzt wird. Der verwendete Katalysator und
der verwendete Stoff sind für
Nahrungsmittelverfahren nicht akzeptabel. Außerdem betrifft das Patent
nur die Fettsäureester
von nativen Pflanzensterolen. Das im deutschen Patent
DE 22 48 921 (5) vorgeschlagene Verfahren
für die
Veresterung von in Ölen
und Fetten vorliegenden Sterolen durch ein chemisches Umesterungsverfahren
erfüllt
die Kriterien für
Nahrungsmittelverfahren. Bei diesem Patent werden freies Sterol
und ein Überschuss
an Fettsäureestern
zu einer Öl-
oder Fettmischung gegeben, woraufhin das gesamte Fettgemisch durch
ein allgemein bekanntes Umesterungsverfahren umgeestert wird. In
dem daraus resultierenden Fettgemisch sind praktisch alle freien
Sterole zu Fettsäureestern
umgewandelt. Dies dient dem Zweck, freie Sterole in pflanzlichen
oder tierischen Ölen
vor möglichen
Veränderungen
während
der Verarbeitung zu schützen.
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Frühere Daten
zeigen, dass Campesterol, eines der wichtigsten Pflanzensterole,
relativ wirksam absorbiert wird. Daher wurde empfohlen, nur Pflanzensterolmischungen
mit einem Minimumgehalt an Campesterol zur verwenden. Dies hat in
der Praxis dazu geführt,
dass Sterolmischungen wie Tallölsterole
mit hohem Sitosterolgehalt verwendet werden.
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Die
meisten Arbeiten zu Stanolen beschäftigen sich nur mit Sitostanol.
Die Studie von Heinemann et al. (20), die zeigt, dass Campestanol,
die gesättigte
Form von Campesterol, schneller absorbiert wird als Campesterol
oder Si tosterol (12,5%, 9,6% bzw. 4,2%), hat zu einem „Konsens" geführt, dass
gesättigte
Sterolmischungen mit „erhöhtem" Campestanolgehalt
aufgrund der Campestanolabsorption gefährlich sind. Ein klarer Beweis
hierfür
ist, dass alle klinischen Studien zur Verwendung von Stanolen (Sitostanol)
auf Basis von Sterolmischungen mit hohem Gehalt an Sitostanol und
niedrigem Gehalt an Campestanol durchgeführt wurden.
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Viele
Studien (z. B. 8, 17, 18, 19, 23, 36) belegen die Tatsache, dass
Sitostanol, die gesättigte
Form von Sitosterol, in der Senkung des Cholesterinspiegels im Blut
wirksamer ist als das entsprechende ungesättigte Sitosterol. Außerdem werden
gesättigte
Sterole in sehr beschränkten
Mengen absorbiert, wodurch die Verwendung von gesättigten
Sterolen zu einem sicheren Mittel zur Absenkung des Cholesterins
auf einer Populations-Basis wird. Unter den ungesättigten
Sterilen wird insbesondere Campesterol in so großen Mengen absorbiert, dass
man sich deutlich gegen die Verwendung von Sterolmischungen mit
erhöhtem
Campesterolgehalt (z. B. Sterolmischungen auf Basis von Pflanzenöl) aussprechen
sollte (25, 26).
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Entsprechend
besteht ein starkes Vorurteil gegen die Verwendung von Campestanol
in wesentlichen Mengen als Nahrungszusatz und dies hat die gesamte
Bandbreite der Pflanzensterol enthaltenden Ausgangsstoffe ernstlich
auf die beschränkt,
die eine relativ geringe Menge an Campesterol und seiner gesättigten
Form Campestanol enthalten.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft Pflanzenstanolzusammensetzungen, die Sitostanol
als einen Hauptbestandteil enthalten, aber mit wesentlichen Mengen
Campestanol, verestert zu Fettsäure estern,
und die der Absenkung des Serumcholesterinspiegels im Blut dienen.
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Diese
Stanolfettsäureesterzusammensetzungen,
die Sitostanolfettsäureester
als Hauptbestandteil enthalten, aber mit wesentlichen Mengen Campestanolfettsäureester,
können
in essbaren Produkten als Nahrungsbestandteil zur Senkung des Serumcholesterinspiegels
im Blut verwendet werden.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist es, das Spektrum der Pflanzenrohstoffe
zu erweitern, die für
die Herstellung von Stoffen für
essbare Produkte, insbesondere Speiseöle und -fette und fetthaltige
Nahrungsmittel, geeignet sind, welche den Cholesterinspiegel im
Blutserum regulieren sollen. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung von Pflanzenölen und
-fetten, die außer
Sitosterol auch eine wesentliche Menge Campesterol enthalten, als
Ausgangsstoffe für
diese Zwecke.
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Geeignete
Ausgangsstoffe zur Verwendung in der Herstellung der Zusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung sind z. B. Mais, Soja und Raps, aber
auch andere Pflanzen mit einer Pflanzensterolzusammensetzung mit
hohem Campesterolgehalt können
verwendet werden.
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Die
neuartige Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann in Nahrungsmitteln
eingearbeitet werden wie Kochöle,
Margarine, Butter, Mayonnaise, Salatdressings, Backfett, Käse (sowohl
gereifte als auch ungereifte Käsesorten)
und andere fetthaltige Nahrungsmittel.
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Die
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls als solche
verzehrt werden.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
charakteristischen Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den
beigefügten
Ansprüchen
dargelegt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
die Pflanzenstanolfettsäureesterzusammensetzung
zusätzlich
zu ihrem Hauptbestandteil Sitostanolfettsäureester, auch eine wesentliche
Menge von mindestens 20% Campestanolfettsäureester.
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Die
Zusammensetzung enthält
vorzugsweise 20–40%
und weiter bevorzugt 25–35%,
z. B. etwa 30%, Campestanolfettsäureester.
Die Zusammensetzung wurde verestert, um diese lipophil zu machen.
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In
der gesamten Beschreibung werden alle Prozentangaben in Gewichtsprozent
angegeben, wenn dies nicht anderweitig spezifiziert ist. In der
vorliegenden Beschreibung beziehen sich die Zahlen in Klammern auf
Veröffentlichungen,
die in dem angefügten
Literaturverzeichnis aufgeführt
sind.
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Daten,
die überraschenderweise
und entgegen dem herrschenden Vorurteil erhalten wurden, zeigen, dass
eine hydrierte Stanolfettsäureestermischung,
die Sitostanolfettsäureester
als Hauptbestandteil, aber mit wesentlichen Mengen Campestanolfettsäureester,
enthält,
mindestens so wirksam ist wie eine Stanolfettsäureestermischung, die mehr
als 90% Sitostanolfettsäureester
enthält
und einen geringen Campestanolfettsäureestergehalt hat, wodurch
gezeigt wird, dass Campestanol bei der Verringerung der Cholesterinabsorption mindestens
so wirksam ist wie Sitostanol. Außerdem zeigen die Daten aus
der Sterolanalyse von Blutserum deutlich, dass Campestanol praktisch
nicht absorbiert wird, wobei der Gehalt im Blutserum etwa 40% geringer ist
als der des Sitostanols. So muss eine Stanolfettsäureestermischung,
die Sitostanolfettsäureester
als Hauptbestandteil enthält, aber
mit wesentlichen Mengen Campestanolfettsäureester, als ebenso ungefährlich angesehen
werden wie eine herkömmliche
Stanolfettsäureestermischung
auf Basis von Tallsterol. Diese Daten stehen in starkem Kontrast
zur herrschenden Meinung bezüglich
der Wirksamkeit und Ungefährlichkeit
von Stanolmischungen mit erhöhtem
Campestanolgehalt (siehe 20, 27, 34).
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US-Patent 5,502,045 (2)
zeigt, dass Sitostanolfettsäureester
bessere Wirkung bei der Senkung des Cholesterinspiegels im Blut
zeigen als freies Sitostanol. Spätere
Studien haben die cholesterinsenkende Wirkung einer Margarine, die
fettlösliche
Sitostanolfettsäureester
enthielt (z. B. 31), deutlich bestätigt.
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Die
Verwendung von Stanolfettsäureestern
anstelle von freien Stanolen ist entscheidend für deren breit gefächerte Verwendung
in verschiedenen fetthaltigen Nahrungsmitteln, da nur die Stanolfettsäureester
in Speiseölen
und -fetten in solchen Mengen löslich
sind, dass der Gehalt ausreicht, um die Absorption sowohl von Nahrungscholesterin
als auch biliärem
Cholesterin aus dem Verdauungstrakt zu reduzieren.
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Die
Löslichkeit
von Stanolestern in Speiseölen
und -fetten liegt bei bis zu 35–40%,
wohingegen die Löslichkeit
von freien Sterolen in Speisölen
und -fetten auf lediglich höchstens
2 Gew.-% bei einer Temperatur von 21°C (24) beschränkt ist.
Größere Mengen
könnten
unter Verwendung verschiedener oberflächenaktiver Stoffe, Lösungsvermittler
oder Dispergiermittel eingearbeitet werden, aber auch die Verwendung
dieser Stoffe gewährleistet
nicht die Fettlöslichkeit.
Die Verwendung der oben genannten Stoffe ist üblicher Weise gesetzlich eingeschränkt oder
untersagt. Außerdem
beeinträchtigt
ein Gehalt an freien Sterolen von 1% die physikalischen Eigenschaften
des Fetts oder Öls,
dadurch, dass sie eine Veränderung
der Struktur und des phy sikalischen Verhaltens des Produkts verursacht.
Dies ist bei der Verwendung von Stanolfettsäureestern nicht der Fall, da
die physikalischen Eigenschaften des Fettgemischs einfach durch
Abänderung
der Fettsäurezusammensetzung
des Gemischs verändert
werden können.
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Es
ist offensichtlich, dass Stanolfettsäureester leicht in andere Nahrungsmittel
als Margarine und Brotaufstriche eingearbeitet werden können wie
in dieser Erfindung beschrieben.
US-Patent
Nr. 5,502,045 (2) gibt weitere Beispiele möglicher
Verwendungen. Es ist jedoch für
den Fachmann offensichtlich, dass Stanolfettsäureester zu vielen verschiedenen
Nahrungsmitteln zugegeben werden können, insbesondere zu fetthaltigen Nahrungsmitteln.
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Es
wurden viele Verfahren zur Herstellung von Sterolfettsäureestern
vorgeschlagen. Die Nachteile dieser Verfahren bestehen darin, dass
bei fast all diesen Verfahren Stoffe verwendet werden, die für ein Produkt, das
als Makroernährungszusatz
in Nahrungsmitteln verwendet werden soll, nicht akzeptabel sind.
Die Verwendung giftiger Stoffe wie Thionylchlorid oder Anhydrid-Derivaten
von Fettsäuren
ist üblich.
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Das
bevorzugte Verfahren zur Herstellung von Stanolfettsäureestern
von Sterolen ist in
US-Patent
Nr. 5,502,045 (2) beschrieben. Dieses Verfahren basiert
auf dem Interesterifizierungsverfahren, das in der Speisefett- und
Speiseölindustrie
häufig
verwendet wird. Das Veresterungsverfahren weicht darin in vorteilhafter Weise
von früheren
Verfahren ab, dass keine weiteren Stoffe außer dem freien Stanol, einem
Fettsäureester oder
einer Fettsäureestermischung
und einem Umeste-rungskatalysator wie Natriumethylat verwendet werden.
Ein wichtiges Merkmal dieses Verfahren besteht darin, dass einer
der Stoffe, der Fettsäureester,
im Überschuss
verwendet wird und als Lösungsmittel
fungiert, das das Stanol unter den eingesetzten Bedingungen (Vakuum
5–15 mm
Hg) löst.
Die Reaktion liefert ein Gemisch von Fettsäureestern und Stanolfettsäureestern. Die
Stanolfettsäureester
können
durch Vakuumdestillation einfach zu fast reinen Stanolfettsäureestern
konzentriert werden, wodurch der Überschuss an Fettsäureestern
entfernt wird. Alternativ kann das Gemisch als solches vor der Durchführung des
Desodorierungsschritts zum endgültigen
Fettgemisch gegeben werden.
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Stanole
kommen in kleinen Mengen in der Natur vor, z. B. in Weizen, Roggen,
Mais und Triticale, und können
somit in kleinen Mengen in der täglichen
Nahrung vorkommen (11, 14). Stanole können leicht durch Hydrierung
natürlicher
Sterolgemische hergestellt werden. Anfang 1996 waren nur Tallsterolgemische
ausreichend hoher Reinheit (Sterolgehalt > 98%) zur Verwendung als solche in Nahrungsmitteln
im Handel erhältlich. Pflanzensterole
mit wesentlichem Gehalt an Campesterol wie Sterolmischungen auf
Basis von Pflanzenöl
erhält
man beispielsweise als Nebenprodukt der Tocopherol-Herstellung aus
Pflanzenöldestillaten.
Die so erhaltenen Pflanzensterole können durch bereits bekannte
Hydrierungsverfahren in Stanole umgewandelt werden, wie etwa ein
Verfahren, das auf der Verwendung eines Pd/C-Katalysators in organischen
Lösungsmitteln
basiert (7). Für
den Fachmann ist es offensichtlich, dass eine Vielzahl von Pd-Katalysatoren
und Lösungsmitteln zur
Durchführung
der Hydrierung verwendet werden können, bei der unter optimierten
Bedingungen nur geringe Mengen ungesättigte Sterole nicht umgewandelt
werden, während
nur geringe Mengen der typischen dehydroxylierten Nebenprodukte
Stane und Stene (< 1,5%)
gebildet werden.
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Die
vorliegende Erfindung vergleicht die hypocholesterinämische Wirkung
einer Stanolfettsäureestermischung,
die einen hohen Gehalt an Sitostanolfettsäureester aufweist, wo bei Sitostanol
im Allgemeinen unter Experten auf dem Gebiet als sicherstes und
wirksamstes Pflanzensterol zur Verminderung der Cholesterinabsorption
und somit zur Senkung des Serumcholesterinspiegels mittels einer
Stanolfettsäureestermischung,
die eine wesentliche Menge Campestanolfettsäureester enthält, gilt.
In dieser Patentbeschreibung wird zum ersten Mal die hypocholesterinämische Wirkung
von veresterten Stanolen auf Basis von Pflanzenölen beim Menschen berichtet.
In dieser Erfindung wird zum ersten Mal gezeigt, dass eine Stanolfettsäureestermischung
mit einem wesentlichen Campestanolfettsäureestergehalt (über 20%
und vorzugsweise etwa 30%) mindestens genauso wirksam ist wie Stanolfettsäureestermischungen
mit hohem Sitostanolfettsäureestergehalt.
Außerdem
weisen die Ergebnisse der vorliegenden Studie deutlich darauf hin,
dass Campestanol im Gegensatz zur Aussage von Heinemann et al. (20)
praktisch nicht absorbiert wird.
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Klinische Studien
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Zur
Erforschung der hypocholesterinämischen
Wirkung von Margarine mit Pflanzenölstanolester und Tallölstanolester
wurde eine fünfwöchige Doppelblind-Cross-Over-Studie
mit einer zweiwöchigen
Ausspülungsphase
angelegt. Der Versuchsaufbau der Studie war wie folgt:
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Versuchsaufbau der Interventionsstudie
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Die
Zahlen 1–6
bezeichnen die Blutproben, die bei normaler Ernährung (1, 2), nach der ersten
Interventionsphase (3, 4) und nach der zweiten Interventionsphase
(5, 6) genommen wurden.
- VS
- = Margarine mit Pflanzenölstanolester,
- TS
- = Margarine mit Tallölstanolester
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Vierundzwanzig
freiwillige, frei lebende, gesunde Frauen mit mäßig erhöhtem Cholesterinspiegel (Durchschnitt
6,12 ± 0,16
mmol/1) verzehrten etwa 25 g pro Tag (einen 250 g Becher/10 Tage)
der Testmargarine als Teil der täglichen
Ernährung
in zufälliger
Reihenfolge. Die Serumlipide (Gesamtcholesterin, LDL-Cholesterin,
HDL-Cholesterin und Triglyceride) und der Serumsterolgehalt wurde
bei normaler Ernährung
und am Ende jeder Versuchsphase gemessen. Blutproben wurden bei
normaler Ernährung
zwei Mal im Abstand einer Woche genommen und am Ende jeder Phase
mit Testmargarine. Die erhaltenen Serumlipidwerte sind unten in
Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 – Serumlipidkonzentrationen
(mmol/1, Mittel ± SE)
bei normaler Ernährung
und nach fünfwöchiger Behandlung
mit Margarine mit Pflanzenölstanolester
(VS) und Margarine mit Tallölstanolester
(TS), (n = 24).
| | Normale
Ernährung | VS | TS |
| Gesamtcholesterin | 6.12 ± 0.16 | 5.77 ± 0.18* | 5.95 ± 0.23 |
| LDL-Cholesterin | 4.03 ± 0.15 | 3.60 ± 0.17* | 3.76 ± 0.19* |
| HDL-Cholesterin | 1.54 ± 0.09 | 1.62 ± 0.09* | 1.63 ± 0.10* |
| Triglyceride | 1.22 ± 0.13 | 1.20 ± 0.11 | 1.26 ± 0.15 |
-
Beide
Testmargarinen führten
zu günstigen
Veränderungen
bei den Serumlipiden. Die Senkung der LDL-Cholesterinwerte und der
Anstieg der HDL-Cholesterinwerte waren statistisch signifikant (p < 0,05 oder weniger).
Der Sterolester auf Basis von Pflanzenöl führte ebenfalls zu einer statistisch
signifikanten Senkung des gesamten Cholesterins. Die erzielte Senkung
des gesamten Cholesterins und des LDL-Cholesterins war bei der Margarine
mit Pflanzenölstanolester
im Vergleich zur Margarine mit Tallölstanolester höher. Es
wurde keine Veränderung
des Triglyceridgehalts erzielt. Die Ergebnisse bei den Serumlipiden
weisen darauf hin, dass eine Margarine mit Pflanzenölstanolester,
die eine wesentliche Menge Campestanol in ihrer Stanolfraktion enthält, sogar
noch wirksamer sein könnte
als die Margarine mit Tallölstanolester.
Margarine mit Tallölstanolester hat
in früheren
Studien (14, 15, 31) effektive hypocholesterinämische Wirkung gezeigt. So
kann auf der Grundlage des Cross-Over-Aufbaus dieser Studie geschlossen werden,
dass Stanole auf Basis von Pflanzenöl mindestens genauso gute hypocholesterinämische Wirkung
zeigen wie Stanole auf Basis von Tallöl.
-
Die
Serumsterolkonzentrationen wurden mittels Gas-Flüssig-Chromatographie gemessen, gemäß einem
früher
veröffentlichten
Verfahren (29, welches hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird).
Das Mittel zweier Serumlipid-Messungen aus den Blutproben, die in
jeder Phase genommen wurden, wurde berechnet. Die Werte für die Bemittelten
Pflanzensterolkonzentrationen im Serum bei normaler Ernährung und
nach jeder Versuchsphase und die durchschnittlichen Veränderungen
dieser Konzentrationen sind unten in den Tabellen 2 und 3 dargestellt. Tabelle 2 – Serumpflanzensterolkonzentrationen
(Mittel ± SE, μg/dl) bei
normaler Ernährung
und nach jeder Interventionsphase (n = 24). VS = Margarine mit Pflanzenölstanolester,
TS = Margarine mit Tallölstanolester.
| | Normale
Ernährung | VS | TS |
| Campestanol | 47 ± 2 | 58 ± 3 | 47 ± 3 |
| Sitostanol | 94 ± 3 | 92 ± 5 | 96 ± 5 |
| Campesterol | 472 ± 37 | 337 ± 25 | 350 ± 28 |
| Sitosterol | 277 ± 17 | 198 ± 12 | 227 ± 15 |
Tabelle 3 – Durchschnittliche Veränderung
(± SE)
der Serumpflanzensterolkonzentrationen (μg/dl), (n = 24). VS = Margarine
mit Pflanzenölstanolester,
TS = Margarine mit Tallölstanolester,
HD = normale Ernährung. | | Δ(VS – HD) | Δ(TS – HD) | Δ(VS – TS) |
| Campestanol | 11 ± 2* | 0 ± 2 | 11 ± 2* |
| Sitostanol | –2 ± 3 | 2 ± 4 | –4 ± 4 |
| Campesterol | –134 ± 19* | –122 ± 21* | –12 ± 13 |
| Sitosterol | –80 ± 11 | –51 ± 12* | –29 ± 8* |
-
Beide
Testmargarinen senkten den Serumcampesterol- und den Serumsitosterolspiegel
deutlich. Die Campesterolkonzentration im Serum spiegelt bekanntermaßen die
intestinale Cholesterinabsorption beim Menschen wieder (29, 39).
Je kleiner also der Campesterolwert, desto geringer die prozentuale
Absorption von intestinalem Cholesterin.
-
Ein
deutliches Absinken des Serumcampesterolspiegels (25–28%) während der
Versuchsphasen weist darauf hin, dass die beiden Stanolestermargarinen
die intestinale Cholesterinabsorption verringerten. Außerdem konnten
keine Unterschiede in der Serumsitostanolkonzentration festgestellt
werden, während
die durchschnittliche Serumcampestanolkonzentration nach der Phase
mit Pflanzenölstanolester
deutlich höher war als
bei normaler Ernährung
und nach der Phase mit Tallölstanolester.
Die absolute Campestanolkonzentration lag jedoch bei nur etwa 63%
der Sitostanolkonzentration, das im Allgemeinen als praktisch nicht
absorbierbar gilt. Diese geringe Campestanolkonzentration im Serum
weist deutlich darauf hin, dass die Absorption von Campestanol sehr
begrenzt ist, was im Widerspruch zu den von Heinemann et al. vorgelegten
Ergebnissen (20) steht. Da Stanolmischungen mit hohem Sitostanolgehalt
als ungefährlich
für den
menschlichen Verzehr gelten, müssen
auch Stanolmischungen mit wesentlichen Mengen Campestanol aufgrund
der Tatsache, dass Campestanol ebenso wie Sitostanol praktisch nicht
absorbierbar ist, als ebenso unbedenklich angesehen werden.
-
Die
Herstellung der Stanolesterzusammensetzung der Erfindung und der
in den oben genannten klinischen Studien verwendeten Margarine wird
in den folgenden Versuchsbeispielen detailliert beschrieben:
-
Beispiel 1: Hydrierung von Sterolmischungen.
-
Eine
im Handel erhältliche
Sterolmischung, die aus Pflanzenöldestillat
erhalten wurde, (Zusammensetzung: Brassicasterol 2,7%, Campesterol
26,7%, Stigmasterol 18,4%, Sitosterol 49,1% und Sitostanol 2,9%) wurde
in einem Pilotmaßstab-Reaktor
(25 l) hydriert. 26 g eines faserigen Pd-Katalysators (Smop-20; Pd-Gehalt 10
Gew.-%, Smoptech, Turku, Finnland), 26 g destilliertes Wasser zur
Aktivierung des Katalysators und 11,7 kg Propanol wurden in den
Reaktor gefüllt.
Der Reaktor wurde mit Stickstoff gespult und die Aktivierung des
Katalysators wurde unter Wasserstoffgas bei einem Druck von 1 bar
und einer Temperatur von 65°C
30 Minuten lang durchgeführt.
Nach der Aktivierung wurde das Gemisch auf 40°C abgekühlt, anschließend wurden
1,3 kg des Sterolgemischs zugegeben.
-
Die
Propanol-Sterol-Mischung wurde in einer Stickstoffatmosphäre auf 65°C erhitzt,
anschließend wurde
Stickstoff durch Wasserstoff ersetzt. Anschließend wurde gründlich mit
Wasserstoff gespült
und die Hydrierungsreaktion bei einem Wasserstoffdruck von 1 bar
durchgeführt.
Die normale Umwandlungszeit beträgt etwa
120 Minuten. Die Umwandlung kann einfach durch Entnahme von Aliquoten überwacht
werden, die durch HPLC analysiert werden.
-
Der
Wasserstoffdruck wurde verringert und der Reaktor mit Stickstoff
gespült.
Der faserige Katalysator wurde mit Stickstoffdruck abgefiltert.
Man ließ das
Propanol-Stanol-Gemisch über Nacht
bei 10°C
kristallisieren, die Stanolkristalle wurden anschließend vakuumfiltriert
und der Filterkuchen wurde mit 0,5 kg kaltem Propanol gewaschen.
Die so erhaltene Stanolmischung wurde bei 60°C in einem Vakuumschrank getrocknet.
Die Ausbeute betrug 75% und die Zusammensetzung der erhaltenen Stanolmischung
war gemäß Kapillar-Gaschromatographie-Analyse
wie folgt: Campesterol 0,2%, Campestanol 28,9%, Stigmasterol 0,1%,
Sitosterol 0,2%, Sitostanol 70,1%. Es ist anzumerken, dass Brassicasterol
zu 24β-Methylcholestanol,
einem Campestanol-Epimer,
hydriert wird, da sie jedoch bei gewöhnlichen Kapillar-Gaschromatographieverfahren,
die nicht nach Chiralität
trennen können,
im selben Peak erscheinen, wird es gewöhnlicher Weise als Campestanol
gerechnet. Auf Grundlage der Ausgangssterolmischung sollte der 24β-Methylcholestanol-Gehalt
bei 2,7% liegen.
-
Beispiel 2: Herstellung von Stanolfettsäureestern.
-
Eine
Stanolfettsäureestermischung
wurde im Pilotmaßstab
hergestellt. 6 kg Stanole, die man durch Kombination verschiedener
Ansätze
aus dem in Beispiel 1 beschriebenen Hydrierungsverfahren erhielt,
wurden über
Nacht bei 60°C
ge trocknet und mit 8,6 kg von erucasäurearmem Rapsöl-Methylester-Gemisch
verestert. Die verwendeten Stanolgemische wiesen folgende Sterolzusammensetzung
auf: Campesterol 0,4%, Campestanol (+ 24β-Methylcholestanol) 29,7%, Stigmasterol
0,1%, Sitosterol 0,4% und Sitostanol 68,0%. Der Stanolgehalt des
Gemisch lag bei 98,2%. Die Veresterung wurde wie folgt durchgeführt:
Eine
Mischung von Stanolen und dem erucasäurearmem Rapsöl-Methylester wurde
in einem Reaktionsgefäß bei 90–120°C in einem
Vakuum von 5–15
mm Hg erhitzt. Nach einstündiger
Trocknung wurden 21 g Na-Ethylat zugegeben und die Reaktion wurde
für zwei
Stunden fortgesetzt. Der Katalysator wurde durch Zugabe von 30 Gew.-%
Wasser bei 90°C
zerstört.
Nach der Phasentrennung wurde die Wasserphase entfernt und ein zweites Mal
gewaschen. Nach der Abtrennung der Wasserphase wurde die ölige Phase
bei 95°C
unter Rühren
bei 200 U/min vakuumgetrocknet. Die Stanolfettsäureestermischung wurde 20 Minuten
lang bei 30 mm Hg und einer Temperatur von 110°C mit 1,0% Bleicherde (Tonsil
Optimum FF, Südchemie,
Deutschland) unter Rühren
bei 200 U/min leicht gebleicht. Die Bleicherde wurde abfiltriert
und die so erhaltene Mischung von Fettsäuremethylestern und Stanolfettsäureestern
kann als solche vor der Desodorierung zu Fettgemischen gegeben werden
oder der Methylesterüberschuss
kann im Vakuum abdestilliert werden. Das Gemisch kannentsprechend desodoriert
werden, um eine geschmacklose Stanolfettsäureestermischung zu erhalten,
die als solche bei verschiedenen Nahrungsmittelherstellungsverfahren
zugegeben werden kann.
-
Die
Umwandlung des Veresterungsverfahrens liegt normaler Weise bei > 99%, gemessen durch
ein schnelles HPLC-Verfahren,
und die Ausbeute liegt im Bereich von 95%.
-
Beispiel 3: Herstellung von Margarine
für die
klinischen Studien.
-
80%
Margarinen mit Tallölstanolfettsäureestern
und mit Stanolfettsäureestern
auf Basis von Pflanzenöl
wurden in einem Gerstenberg & Agger
3 × 57
Perfector im Pilotmaßstab
hergestellt. Tallölstanolfettsäureester
wurden aus der normalen Herstellung von Benecol
®-Margarine
von Raision Margariini, Finnland, erhalten. Es wurde ein normales
Fettgemisch ohne Trans-Fettsäuren
(Zusammensetzung: 30% nicht hydriertes umgeestertes Pflanzenfett
und 70% flüssiges
LEAR-Öl),
zu dem die Stanolfettsäuremischungen
zugegeben wurden, verwendet. Der angestrebte Stanolgehalt des Endprodukts
lag bei 12 g/100 g Produkt, was eine tägliche Aufnahme von 3 g Stanolen
bei einem Verzehr von 25 g/Tag ergeben würde. Die Produkte wurden gemäß dem folgenden
Rezept hergestellt:
| Fettgemisch
einschließlich
der Stanolfettsäureester | 80% |
| Wasser | 19% |
| Salz | 0,5% |
| Emulgator,
Dimodan BP | |
| Na-Bicarbonat
und Zitronensäure
als pH-Regler | |
| β-Carotin
als Farbstoff | |
| Geschmackstoffe. | |
-
Die
erhaltene Margarine wurde in 250 g Polypropen-Becher verpackt, die
mit Aluminiumfolie versiegelt wurden. Geschmack und Textur der Produkte
entsprachen denen von handelsüblicher
Margarine.
-
Der
Stanolgehalt der Tallölstanolmargarine
lag bei 12,7 g/100 g Produkt und der der Margarine mit Stanol auf
Basis von Pflanzenöl
bei 12,6 g/100 g Produkt. Die Sterolzusammensetzung der beiden Produkte
war wie folgt:
| | Margarine
mit Tallölstanolester | Margarine
mit Pflanzenölstanolester |
| Brassicasterol | 0.3% | 0.4% |
| Campesterol | 2.2% | 2.4% |
| Campestanol | 7.5% | 27.6% |
| Sitosterol | 7.4% | 4.2% |
| Sitostanol | 82.5% | 63.8% |
| Andere | 0.1% | 1.6% |
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