Wichtige Phenole in Olivenöl: Stoffwechsel und Auswirkungen auf die Gesundheit
Zeitschrift für Ernährungsbiochemie
Jahrgang 13, Heft 11, November 2002, Seiten 636-644
Phenolische Verbindungen
Hauptphenolverbindungen in Olivenöl: Stoffwechsel und gesundheitliche Auswirkungen
Autorenlinks Overlay-Panelöffnen Kellie L Tuck a, Peter J Hayball a
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https://doi.org/10.1016/S0955-2863(02)00229-2Rechte und Inhalte abrufen
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Abstrakt
Es wurde postuliert, dass die Bestandteile des Olivenöls in der mediterranen Ernährung, einer Ernährung, die weitgehend vegetarischer Natur ist, zu einer geringeren Inzidenz von koronarer Herzkrankheit und Prostata- und Darmkrebs beitragen können. Die mediterrane Ernährung beinhaltet den Verzehr großer Mengen Olivenöl. Olivenöl ist eine Quelle von mindestens 30 phenolischen Verbindungen. Die wichtigsten phenolischen Verbindungen in Olivenöl sind Oleuropein, Hydroxytyrosol und Tyrosol. In letzter Zeit ist die Zahl der Publikationen, die ihre biologischen Eigenschaften untersucht haben, stark angestiegen. Die phenolischen Verbindungen, die in Olivenöl enthalten sind, sind starke Antioxidantien und Radikalfänger. Oliven-"Abwasser" besitzt auch Verbindungen, die starke Antioxidans und Radikalfänger sind. Typischerweise ist Hydroxytyrosol ein überlegenes Antioxidans und Radikalfänger zu Oleuropein und Tyrosol. Hydroxytyrosol und Oleuropein haben eine antimikrobielle Wirkung gegen ATTC-Bakterienstämme und klinische Bakterienstämme. Jüngste Synthesen von markiertem und unmarkiertem Hydroxytyrosol in Verbindung mit überlegenen Analysetechniken haben es ermöglicht, seine Absorption und seinen Stoffwechsel zu untersuchen. Es wurde kürzlich gefunden, dass Hydroxytyosol unverändert über die Nieren ausgeschieden wird und folgende Metaboliten aufweist: Glucuronid-Konjugat, Sulfat-Konjugat, Homovanillinsäure, Homovanillinalkohol, 3,4-Dihydroxyphenylessigsäure und 3,4-Dihydroxyphenylacetaldehyd. Studien mit Tyrosol haben gezeigt, dass es unverändert und als Konjugate ausgeschieden wird. Dieser Review fasst die antioxidativen Fähigkeiten zusammen; die Fängerfähigkeiten und das biologische Schicksal von Hydroxytyrosol, Oleuropein und Tyrosol, die in den letzten Jahren veröffentlicht wurden.
Schlüsselwörter
Olivenöl
Mediterrane Ernährung
Hydroxytyrosol
Tyrosol
Oleuropein
Phenolische Verbindungen
1. Einleitung
In den letzten Jahren hat die Zahl der Berichte, die die positiven Eigenschaften von Olivenöl beschreiben, dramatisch zugenommen. Jüngste Daten deuten darauf hin, dass die Komponenten in Olivenöl mehr gesundheitliche Vorteile haben können, als bisher angenommen, und folglich gab es zahlreiche Experimente, die das Schicksal der Bestandteile in Olivenöl untersucht haben. Es wurde spekuliert, dass der Konsum von Olivenöl zu einer geringeren Inzidenz von koronarer Herzkrankheit und einigen Krebsarten beiträgt. Es wurde postuliert, dass die geringere Inzidenz von koronarer Herzkrankheit und Prostata- und Darmkrebs in Griechenland, Italien und Spanien auf die mediterrane Ernährung zurückzuführen ist. Die mediterrane Ernährung ist weitgehend vegetarischer Natur und der Verzehr von Olivenöl ist die Hauptfettquelle. Der Anteil an pflanzlichem Fett, der über Olivenöl gewonnen wird, beträgt in Griechenland, Italien und Spanien 71, 42 % bzw. 37 % [1]. Die Menge an Olivenöl, die in Griechenland konsumiert wird, beträgt 18 kg pro Jahr pro Kopf und Kopf, in Italien 13 kg pro Kopf und in Spanien 11 kg pro Jahr pro Kopf [2].
Die Zusammensetzung des Olivenöls besteht hauptsächlich aus Triacylglycerinen und ∼0,5%-1,0% nicht-glyceridischen Bestandteilen [3]. Olivenöl ist auch eine Quelle von mindestens 30 phenolischen Verbindungen [4], [5], [6], [7], [8], von denen viele zur Resistenz von Olivenöl gegen oxidative Ranzigkeit beitragen [9]. Es wurde festgestellt, dass ein linearer Zusammenhang zwischen dem phenolischen Gehalt und der oxidativen Stabilität von nativem Olivenöl extra besteht [10]. Der phenolische Gehalt von Olivenöl hängt von einer Reihe von Faktoren ab, aber er hängt hauptsächlich von der Produktion und Lagerung des Öls ab [11]. Der Gesamtphenolgehalt ist in nativem Olivenöl extra höher als in raffiniertem nativem Olivenöl [12].
2. Chemie der Phenole
2.1. Phenolgehalt in Olivenöl
Der Gesamtphenolgehalt von Olivenöl wurde in der Literatur mehrfach angegeben, es gibt jedoch Unstimmigkeiten mit den erhaltenen Konzentrationen. Die Ursache für diese Diskrepanz könnte auf die Ungenauigkeit der beiden üblicherweise verwendeten Methoden zur Bestimmung des Gesamtphenolgehalts zurückzuführen sein. Bei diesen Methoden handelt es sich um das Folin-Ciocalteau-Reagenz (das nicht spezifisch für Phenole ist), gefolgt von der Analyse durch UV und der Extraktion des Öls und der Analyse durch HPLC (die durch das Extraktionsverfahren und die Komplexität der phenolischen Fraktion begrenzt ist). Der Gesamtphenolgehalt in Olivenöl schwankt zwischen 800 mg/kg und 1 g/kg [13], über 500 mg/kg [14], bei 232 ± 15 mg/kg in nativem Olivenöl extra und 62 ± 12 mg/kg in raffiniertem Olivenöl [12] und es wurde auch berichtet, dass die Konzentration des Gesamtphenolgehalts zwischen 100 und 800 mg/kg schwankt [15] . Bei einem durchschnittlichen Gesamtphenolgehalt von 500 mg/kg wird der Verbrauch von Phenolphenolen in Olivenöl pro Person und Jahr in Griechenland auf 9 g, in Italien auf 7,5 g und in Spanien auf 5,5 g geschätzt.
Die wichtigsten phenolischen Verbindungen in Olivenöl sind in Abb. 1 dargestellt. Die drei phenolischen Verbindungen mit der höchsten Konzentration in Olivenöl sind das Glykosid Oleuropein, Hydroxytyrosol (3,4-Dihydroxyphenylethanol) und Tyrosol. Diese drei Verbindungen sind strukturell miteinander verwandt. Hydroxytyrosol und Tyrosol sind strukturell identisch, außer dass Hydroxytyrosol eine zusätzliche Hydroxygruppe in der Metaposition besitzt . Oleuropein ist ein Ester, der aus Hydroxytyrosol und Elenolsäure besteht. Oleuropein ist die wichtigste phenolische Verbindung in Olivenfrüchten, die in getrockneten Früchten bis zu 14% betragen kann, Hydroxytyrosol ist die wichtigste phenolische Komponente in Olivenöl [16]. Wenn die Olivenfrucht reift, nimmt die Konzentration von Oleuropein ab und Hydroxytyrosol, ein Hydrolyseprodukt von Oleuropein nimmt zu [17], [18].
Feige. 1. Die Hauptbestandteile des Olivenöls.
Wie beim Gesamtphenolgehalt von Olivenöl variiert der Gehalt an Oleuropein, Hydroxytyrosol und Tyrosol in Olivenöl in der Literatur. Es wurde berichtet, dass die Konzentration von Hydroxytyrosol in Olivenöl 1,4–5,6 mg/l [14]; 1,63 ± 0,25 mg/kg [19]; und 14,42 ± 3,01 mg/kg in nativem Olivenöl extra und 1,74 ± 0,84 mg/kg in raffiniertem nativem Olivenöl [12] beträgt. Die Konzentration von Tyrosol in Olivenöl wurde mit 4,69 ± 0,77 mg/kg [19] und 27,45 ± 4,05 mg/kg in nativem Olivenöl extra und 2,98 ± 1,33 mg/kg in raffiniertem nativem Olivenöl [12] angegeben. Die Konzentration von Oleuropein wurde mit 2,3–9,0 mg/l [14]; und 2,04 ± 0,78 mg/kg in nativem Olivenöl extra und in einer der Proben betrug die Konzentration von Oleuropein-Aglykon 18,64 ± 3,36 mg/kg [19] Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Konzentration von Hydroxytyrosol und der Stabilität des Öls, dies gilt jedoch nicht für Tyrosol [20]. [21].
Trotz der unzähligen Veröffentlichungen über die positiven Wirkungen von Olivenöl in den letzten Jahrzehnten wurde erst in den letzten fünf Jahren das Schicksal der in Olivenöl enthaltenen phenolischen Verbindungen im Körper untersucht. Dieser Review konzentriert sich auf die jüngsten Veröffentlichungen über die antioxidativen phenolischen Bestandteile Oleuropein, Hydroxytyrosol und Tyrosol, die in Olivenöl enthalten sind, und ihre jüngsten Erkenntnisse über ihren Stoffwechsel und ihre gesundheitlichen Auswirkungen.
2.2. Synthesen von Hydroxytyrosol
Bis vor kurzem gab es nur begrenzte Berichte über die Resorption und Entsorgung von Hydroxytyrosol. Dieser Mangel an Daten ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass Hydroxytyrosol leicht oxidiert wird und erst seit kurzem kommerziell erhältlich ist. Es ist wichtig, dass es leicht synthetisiert werden kann, damit die Untersuchung seiner biologischen Eigenschaften leichter erfolgen kann. Es gibt mehrere Methoden zur Synthese von Hydroxytyrosol und in letzter Zeit gab es mehrere Veröffentlichungen zur Synthese der markierten Verbindung.
Hydroxytyrosol kann auf verschiedenen Wegen aus (3,4-Dihydroxyphenyl)essigsäure synthetisiert werden; durch direkte Reduktion mit Aluminiumhydrid [22], durch Reduktion mit (Trimethylsilyl)diazomethan und Natriumborhydrid [23] und durch Reduktion der Säure mit Tetrabutylammoniumboronat [24]. Der Methylester der (3,4-Dihydroxyphenyl)essigsäure kann mit Lithiumaluminiumhydrid zu Hydroxytyrosol reduziert werden [25]. Kürzlich wurde Hydroxytyrosol enzymatisch unter Verwendung von Pilztyrosinase synthetisiert [26]. Dieses Verfahren ist umweltfreundlich und lässt sich an industrielle Prozesse anpassen. Die handelsübliche Pilztyrosinase ist teuer, kann aber gesammelt und wiederverwendet werden. Markiertes (Deuterium oder Tritium) Hydroxytyrosol wurde auf zwei Wegen synthetisiert [24], [27]. Die Markierung wird nach einem heterogenen säurekatalysierten H/D- oder H/T-Austausch entweder mit Amberlyst 15 oder Nafion mit Hydroxytyrosol in den aromatischen Ring eingebaut [27]. Alternativ führt die Reduktion von (3,4-Dihydroxyphenyl)essigsäure mit markiertem Tetrabutylammoniumboronat zum Einbau einer Deuteriummarkierung an der C2-Position [24]. Markiertes (14C) Hydroxytyrosol ist kommerziell erhältlich (berichtet in [28]). Diese jüngste Verfügbarkeit von markiertem Hydroxytyrosol hat mehrere Studien über die Absorption, den Metabolismus und die Disposition von Hydroxytyrosol ermöglicht, die später diskutiert werden.
2.3. Analyseverfahren zur Quantifizierung von Oleuropein, Hydroxytyrosol und Tyrosol im Plasma
Es gibt mehrere Studien, die die Menge an Oleuropein, Hydroxytyrosol oder Tyrosol im Plasma nach oraler Verabreichung an Menschen oder Ratten quantifiziert haben. Es gab zwei Studien, in denen mit Hydroxytyrosol versetzte Plasmaproben verwendet wurden, um analytische Methoden zu validieren [19], [29]. Es wurde eine HPLC-Methode zur Identifizierung und Quantifizierung von Hydroxytyrosol in humanem Plasma entwickelt. Dieses Verfahren vermied den sukzessiven Einsatz von SPE-Kartuschen und Plasmaproben wurden nach ihrer einfachen Konzentration mittels HPLC-Analyse analysiert [29].
Ein alternatives Experiment untersuchte die LDL-Oxidierbarkeit von Oleuropein bei Kaninchen. In diesem Experiment wurden die Plasmaproben mit SPE-Kartuschen extrahiert, nach Verdampfen des Lösungsmittels wurde der Trockenrückstand rekonstituiert und mittels HPLC analysiert [19].
Es wurden zwei Berichte über die Hydroxytyrosolspiegel im Urin durch GC-MS nach Extraktion und Bildung der Trimethylsilylderivate der Plasmaproben erstellt [23], [30].
3. Positive gesundheitliche Vorteile von phenolischen Bestandteilen in Olivenöl
3.1. Die positiven Auswirkungen der phenolischen Bestandteile des Olivenöls
Es gibt viele Berichte über die geringere Inzidenz von Krebs bei Tieren und Menschen nach dem Verzehr von Olivenöl. Eine Übersichtsarbeit von Lipworth et al. fasst den Zusammenhang zwischen der Aufnahme von Olivenöl und dem Krebsrisiko beim Menschen zusammen [19]. In diesem Review wurde der Schluss gezogen, dass Olivenöl nicht das krebsfördernde Potenzial anderer Fettarten hat. Es sind jedoch weitere Studien erforderlich, um diese Hypothese zu bestätigen.
Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass diese Phenole in vitro starke Inhibitoren der LDL-Oxidation sind [7], [8]. Die In-vivo-Oxidation von LDL ist mit der Bildung von atherosklerotischen Plaques verbunden, von denen angenommen wird, dass sie zur Entwicklung einer koronaren Herzkrankheit beitragen. Olivenölphenole wurden auch vorteilhaft mit Prozessen in Verbindung gebracht, die zur Pathogenese von Herzerkrankungen und Krebs beitragen [5].
Insbesondere von Hydroxytyrosol, einem der wichtigsten phenolischen Bestandteile in Olivenöl, wurde berichtet, dass es allein das Risiko für koronare Herzkrankheit und Atheroscelose reduziert [31], [32]. Es wurde auch postuliert, dass Hydroxytyrosol die Arachidonsäure-Lipoxygenase hemmt [ 33] oder die Thrombozytenaggregation [34], [35] hemmt. Es wird vermutet, dass Hydroxytyrosol in Zellmembranen eindringt und somit die Produktion von Leukotrien B4 (LTB4) aus endogener Arachidonsäure wirksam hemmen kann [4].
Oleuropein hemmt die Androstendion-6β-Hydroxylase-Aktivität, ein CYP3A-Marker in menschlichen Lebermikrosomen [36] und Oleuropein, aber nicht die strukturell ähnlichen Verbindungen Hydroxytyrosol und Secologanin, erwiesen sich als mechanismusbasierter Inhibitor der Androstendion-6β-Hydroxylase-Aktivität [37].
3.2. Antioxidative Wirkung phenolischer Verbindungen
Aufgrund des jüngsten Interesses an den phenolischen Bestandteilen des Olivenöls gab es zahlreiche Studien über ihre antioxidativen Eigenschaften. Es ist allgemein bekannt, dass Verbindungen, die eine orthodiphenolische (katechole) Struktur haben, eine antioxidative Aktivität besitzen, und es gibt eine Reihe von phenolischen Bestandteilen in Olivenöl, die diese Struktur besitzen, nämlich Hydroxytyrosol und Oleuropein, die die wichtigsten phenolischen Bestandteile in Olivenöl sind. Eine In-vitro-Bewertung der antioxidativen Aktivität von Olivenöl und seinen einzelnen Bestandteilen wurde in zahlreichen Arbeiten untersucht.
Saija et al. untersuchten die Fängeraktivitäten von Hydroxytyrosol und Oleuropein gegen das Radikal 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) sowie eine Modellverbindung, α-Tocopherol, um die Wirksamkeit von Antioxidantien gegen den Angriff von Sauerstoffradikalen auf Biomembranen aus der wässrigen Phase zu verstehen [6]. Das Modellsystem bestand aus einschaligen Dimyristoylphosphatidylcholin/Linolsäure-unilamellären Vesikeln und einer wasserlöslichen Azoverbindung als Radikalgenerator. DerSC50-Wert von Oleuropein betrug 25,22 μM und der entsprechende Wert von Hydroxytyrosol 20,51 μM. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass dieser Unterschied darauf zurückzuführen ist, dass Hydroxytyrosol als Fänger von wässrigen Peroxylradikalen in der Nähe der Membranoberfläche dienen kann, während Oleuropein auch als Fänger von kettenvermehrenden Lipidperoxylradikalen innerhalb von Membranen wirkt.
Es gab andere Studien, die die abfangende Wirkung von Hydroxytyrosol und Oleuropein mit DPPH untersucht haben. Diese Studien ergaben einen EC 50-Wert von Hydroxytyrosol (der dem SC50-Wert entspricht ) von 26,0 μM und 19 μM [6], [38]. DieEC-50-Werte von Oleuropein in diesen Studien betrugen 36 μM bzw. 22 μM [6], [38]. Gordon et al. ,untersuchten auch die fängerliche Wirkung von Oleuropein-Aglykon und Hydroxytyrospacetat [38]. Es wurde kürzlich berichtet, dass Hydroxytyrosolacetat in Olivenöl gefunden wurde [11]. Die antioxidative Aktivität von Hydroxytyrosolacetat (26 μM) war höher als die von Oleuropein und Oleuropein-Aglykon (12 μM).
Briante et al. untersuchten die antioxidative Aktivität, insbesondere ihre Fähigkeit, die Fettsäureperoxidationsrate zu hemmen, der wichtigsten Reaktionsprodukte, die nach Hydrolyse von Oleuropein durch hyperthermophile β-Glykosidase erhalten wurden [39]. Die Hauptreaktionsprodukte waren Oleuropeinaglykon, Hydroxytyrosol, Elenolsäure mit geschlossenem Ring und Elenolsäure mit offenem Ring. Es wurde entdeckt, dass die antioxidativen Eigenschaften der getesteten Moleküle mit dem Grad der Ungesättigtheit der Fettsäuren zusammenhängen. Diese Studie bestätigte auch, dass Oleuropein und Hydroxytyrosol eine größere antioxidative Kapazität besaßen als Elenolsäure in beiden Formen.
Die Radikalfängerpotenzen von Homovanillinsäure, Homovanillinalkohol, Hydroxytyrosol, das Glucuronid-Konjugat von Hydroxytyrosol und das Sulfat-Konjugat von Hydroxytyrosol mit dem Rest DPPH wurden ebenfalls untersucht. Die SC50-Werte von Homovanillinsäure und Homovanillinalkohol lagen bei 14,8 und 11,4 μM. Das Glucuronid-Konjugat war mit einem SC50 von 2,3 μM wirksamer als Hydroxytyrosol, und das Sulfat-Konjugat war fast frei von Radikalfängeraktivität [40].
Die antioxidative Wirkung von Hydroxytyrosol und Oleuropein-Aglykon wurde am Menschen untersucht. Menschlichen Probanden wurde phenolreiches Olivenöl verabreicht, das steigende Konzentrationen an katechylen Verbindungen aufwies [44]. Es wurde beobachtet, dass die Ausscheidung von Hydroxytyrosol und seinem Metaboliten Homovanillinalkohol im Urin dosisabhängig war. Die Ausscheidung von 8-iso-PGF2α nahm mit zunehmender Konzentration von Phenolen ab.
3.3. Antimikrobielle Eigenschaften von Hydroxytyrosol, Tyrosol und Oleuropein
Bisignano et al. testeten die in vitro Empfindlichkeit von Oleuropein und Hydroxytyrosol gegen mehrere Bakterienstämme, die Erreger von Darm- oder Atemwegsinfektionen beim Menschen waren [41]. Hydroxytyrosol und Oleuropein hatten beide eine antimikrobielle Aktivität gegen die ATCC-Bakterienstämme. Die minimale Hemmkonzentration (μg ml−1) von Hydroxytyrosol bzw. Oleuropein gegen diese Bakterienstämme ist in Klammern nach dem Bakterienstamm angegeben. Bei den getesteten Stämmen handelte es sich um Hämophilus influenzae ATCC 9006 (Hydroxytyrosol 0,97, Oleuropein 500), Moraxella catarrhalis ATTC 8176 (Hydroxytyrosol 1,92, Oleuropein >500), Salmonella typhi ATCC 6539 (Hydroxytyrosol 3,94, Oleuropein 125), Vibrio parahaemolyticus ATCC 17802 (Hydroxytyrosol 0,24, Oleuropein 62,5) und Staphylococcus aureus ATTC 25923 (Hydroxytyrosol 7,85, Oleuropein 62,5). Hydroxytyrosol und Oleuropein wurden gegen klinische Bakterienstämme getestet, sie waren zytotoxisch für eine große Anzahl von Bakterienstämmen, wenn auch in geringerem Maße als die ATCC-Stämme. Die getesteten Stämme waren Hämophilus influenzae (Hydroxytyrosol 0,96–15,60, Oleuropein >500), Moraxwlla catarrhalis (Hydroxytyrosol 3,80–15,60, Oleuropein >500), Salmonella spp. (Hydroxytyrosol 1,90–7,80, Oleuropein 125–250), Vibrio parahaemolyticus (Hydroxytyrosol 0,97, Oleuropein 125), Vibrio alginolyticus (Hydroxytyrosol 0,97–1,90 , Oleuropein 125), Vibrio cholerae (Hydroxytyrosol 1,90, Oleuropein 125), Staphylococcus aureus (Hydroxytyrosol 3,9–31,25, Oleuropein 62,5–125), Staphylococcus aureus (Hydroxytyrosol 3,9–31,25, Oleuropein 31,25– 125). Es wurde postuliert, dass, obwohl diese Biophenole ein o-Diphenol-System haben, das für die antibakterielle Aktivität der Olivenphenole verantwortlich ist, die Abnahme der Toxizität von Oleuropein auf seine glykosidische Gruppe zurückzuführen ist, die es unfähig machen kann, die Zellmembran zu durchdringen oder den Zielort zu erreichen.
Oleuropein, Hydroxytyrosol, Kaffeesäure und Tyrosol wurden als Fänger von Stickstoffspezies (NO• und ONOO−) Stickstoffmonoxid getestet. Der beobachtete Abfang von Stickstoffmonoxid durch Hydroxytyrosol, Oleuropein und Kaffeesäure war konzentrationsabhängig über den Bereich von 5 μM bis 75 μM. Bei einer Konzentration von 75 μM wurde eine Hemmung von ∼50% erreicht. Die Verbindungen Oleuropein, Hydroxytyrosol und Kaffeesäure zeigten einen sehr starken Schutz im Bereich von 67 bis 93% bei 1 mM gegen die Wirkungen von 0,5 mM ONOO−. In beiden Fällen war Tyrosol jedoch weniger aktiv als Oleuropein, Hydroxytyrosol und Kaffeesäure. Dies wurde durch das Fehlen des Catecholanteils in Tyrosol erklärt [42].
Es wurde auch gezeigt, dass Oleuropein eine schützende Wirkung auf die Oxidierbarkeit von Lipoproteinen niedriger Dichte bei Kaninchen hat