Zur Bestimmung der biologischen Wertigkeit von

HOPPE SEYLER'S Z. PHYSIOL. CHEM.
Bd. 348, S. 84—88, Januar 1967
Zur Bestimmung der biologischen Wertigkeit
von Nahrungsproteinen, XII1
Die Mischung von Ei mit Reis, Mais, Soja, Algen
Von ERNST KOFRÄNYI und FRIEDRICHKARL JEKAT
Aus dem Max-Planck-Institut für Ernährungsphysiologie, Dortmund*
(Der Schriftleitung zugegangen am 16. August 1966)
Zusammenfassung:
1. Im Bilanzversuch am Menschen wurde die biologische Wertigkeit von Proteinen aus Mischungsreihen von Ei mit Algen, Mais, Reis und Soja
bestimmt. In Übereinstimmung mit unseren
früheren Befunden zeigt sich in allen Fällen eine
optimale Mischung, bei der der Umsatz (= Bedarf) ein Minimum ist; die den Minimalpunkt
einschließenden Kurven sind gerade Linien.
2. Ein Normierungsverfahren wird beschrieben,
nach dem die an verschiedenen Personen er-
mittelten Ergebnisse des Stickstoffumsatzes vergleichbar gemacht werden können.
, An Hand experimenteller Befunde wird nachgewiesen, daß bei Ernährung mit natürlichen
Nahrungsmitteln die biologische Wertigkeit der
Proteinmischung nicht durch einzelne „begrenzende" Aminosäuren bedingt ist und daß verminderte Zufuhr an essentiellen Aminosäuren
teilweise durch unspezifische Stickstoff träger ausgeglichen werden kann.
Summary:
l The biological value of proteins in mixtures of
egg with algae, maize, rice and soya was determined in balance experiments on humans. In
agreement with our earlier findings, there was an
optimal composition for each mixture, in which
the turnover (— requirement; was at minimum.
The minimal point is bisected by two straight
lines.
2. A standardisation procedure is described,
whereby results for the nitrogen turnover of
different persons can be compared.
3. It was shown that with natural foods the biological value of the protein mixture does not
depend upon single 'imiiiiiig ctiiiiuo -oüita·, u decreased level of essential amino acids can be partly compensated by unspecific nitrogen carriers.
In früheren Publikationen2»3 wurde der Minimalbedarf des Menschen für eine Reihe von Eiweißgemischen (Ei, Milch, Weizen, Kartoffeln, Bohnen,
Rindfleisch, Thunfisch) angegeben. In der vorliegenden Arbeit soll über die Ergebnisse der Untersuchungen von neuen Mischungen (Ei mit Reis,
Mais, Soja und Süßwasser-Grünalgen) berichtet
werden, die zur Komplettierung unserer Bilanzdaten sowie der Wertigkeitsermittlung dienen
sollen.
Die Definition der biologischen Wertigkeit eines
Proteins wurde im Laufe der Zeit wiederholt geändert. Wir bezeichnen sie als die reziproke Zahl
des Minimalbedarfs an Protein bei ausgeglichener
Bilanz; die Wertigkeit von Volleiweiß setzen wir
gleich 100. Diese Definition ist in den anderen,
älteren implizit enthalten; da wir den Minimalbedarf bestimmen, schließt sie sich eindeutiger an
die Versuchsbedingungen an. Unsere Untersuchungen zielen jedoch auf eine neue Begriffsbestimmung,
* Postanschrift: Dr. E. KOFRÄNYI,46Dortmund, Rheinlanddamm 201.
1
XL Mitteil.: E. KOFRÄNYI u. F. JEKAT, diese Z. 342,
248 [1965].
2
VIII. Mitteil.: E. KOFRÄNYI u. F. JEKAT, diese Z. 335,
174 [1964].
3
X. Mitteil.: E. KOFRÄNYI u. F. JEKAT, diese Z. 338,
159 [1964].
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Bd. 348 (1967)
Wertigkeit von Nahrungsproteinen, XII
denn der Begriff der biologischen Wertigkeit ist
operativer Art und steht in Zusammenhang mit der
Natur der geregelten Stickstoffbilanzierung in Abhängigkeit von der Qualität und Quantität der
Aminosäurezufuhr.
85
verschiedener Versuchspersonen zur Deckung bringen.
In jedem Falle werden die sogenannten Volleipunkte der
Ordinaten durch Multiplikation mit einem Faktor auf
0,500 normiert. Der Umsatz von 0,500 g Eiweiß pro kg
Körpergewicht und Tag deckt sich mit dem arithmetischen Mittel der mit Ei-Protein an 27 Personen gefundenen Minimalbedarfswerte. Sie lagen zwischen 0,370 und
0,620, der Mittelwert war 0,509 g Eiweiß pro kg Körpergewicht und Tag.
In Tab. l sind die an 7 Personen gefundenen und daraus
durch Normierung errechneten Minimalbedarfswerte
für eine Reihe von Proteingemischen wiedergegeben.
Die gefundenen Ergebnisse der Reihe Ei/Soja sind in
Abb. l a, die normierten Bilanzdaten in Abb. l b dargestellt. Aus den Schnittpunkten der Kurven in Abb. l b
ergibt sich, daß bei einem Mischungsverhältnis von 60%
Ei- und 40 % Sojaprotein ein Minimalumsatz von 0,405g
Eiweiß pro kg Körpergewicht und Tag erzielt wird. Auf
diese Weise lassen sich an vielen Versuchspersonen mit
unterschiedlich hohem Eibedarf gewonnene Ergebnisse
miteinander vergleichen. So werden in Abb. 2 früher
gewonnene Ergebnisse2'3 von den Gemischen Milch/
Weizen, Rind/Kartoffeln und einigen Ei-Mischungen
zum erstenmal normiert wiedergegeben.
Methodik
Die Technik der Bilanzuntersuchungen wurde früher
ausführlich beschrieben4. Die Streubreite der Methode
ist±l,5% 4 .
Die Untersuchungsergebnisse werden auf Grund der
folgenden Zusammenhänge normiert: Trägt man die
Minimalbedarfswerte gegen die prozentualen Mischungsverhältnisse graphisch auf, so findet man bei verschiedenen Versuchspersonen geometrisch ähnliche Kurven,
die proportional gegeneinander verschoben sind. Bezieht man nun alle Werte auf einen bei jeder Versuchsperson bestimmten Minimalbedarf an Vollei als gemeinsamen Bezugswert, so lassen sich die Kurvenzüge
4
VII. Mitteil.: E. KOFRANYI u. F. JEKAT, diese Z. 335,
166 [1964].
Tab. 1. Minimalbedarf in g Eiweiß/kg Körpergewicht und Tag bei Mischungen von Ei- mit Reis-, Mais-, Sojaund Algenprotein.
gefundene Werte
\ Versuchspers.
Eiweißgemisch\
100% Vollei-protein
Normier.-Faktor auf Ei -·^ 0,5
100% Reis-protein
100% Mais-protein
Gri.
Puh.
Gei.
Pil.
Der.
normierte Werte
Bor.
88% Ei- +
75% Ei- +
50% Ei- +
25% Ei- +
0,588
0,519
0,525
0,518
0,537
0,611
—
—
—
-
-
-
-
12% Mais-protein
25% Mais-protein
50% Mais-protein
75% Mais-protein
_
-
-
0,433
0,474
0,530
0,592
75% Ei- + 25% Soja-protein
50% Ei- + 50% Soja-protein
25% Ei- + 75% Soja-protein
-
-
-
0,513
0,509
-
0,439
0,435
0,511
-
-
75% Ei50% Ei39% Ei25% Ei-
-
-
-
-
-
-
0,460
0,44.3
0,433
0,492
+
+
+
+
25% Algen-protein
50% Algen-protein
61 % Algen-protein
75% Algen-protein
bezogen auf
Eiprotein = 0,500
0,543 0,540
0,493 0,585 0,497 0,452 0,477
0,500; 0,500; 0,500
0,92081 0,92593 1,01420 0,85470 1,00604 1,10619 1,04822
0,672
0,672
0,619; 0,622
0,650
0,659
100% Algen-protein
75 % Ei- + 25 % Reis-protein
50% Ei- + 50% Reis-protein
25% Ei- + 75% Reis-protein
Kap.
-
-
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',616'
0,478; 0,480
0,483; 0,487
- ; 0,566
0,439
0,481
0,538
0,600
0,439; 0,441
0,435; 0,438
- ; 0,514
0,482
0,464
0,454
0,516
86
E. KOFRANYI und F. JEKAT
Ergebnisse
Die Ergebnisse sind in Tab. l und Abb. l und 2
zusammengefaßt. Durch die Abszissen werte ist die
untersuchte Eiweißmischung definiert: % Eiweiß A
plus % Eiweiß B ergänzen sich in jedem Falle zu
100%. Auf den Ordinaten lassen sich die minimalen
Proteinmengen (in g/kg Körpergewicht und Tag)
ablesen, mit denen Bilanzausgleich für Stickstoff
erzielt wird. Kleine Ordinaten werte zeigen hohe,
große Ordinatenwerte niedrige biologische Wertigkeit eines Proteins oder einer Proteinmischung
an.
Die höchste biologische Wertigkeit fanden wir bei
der Mischung 35% Ei-Protein + 65% Kartoffeleiweiß mit einem Umsatz von 0,37 g Eiweiß/kg
Körpergewicht und Tag. Die niedrigste Wertigkeit
zeigte Weizenprotein, von dem fast 0,9 g Eiweiß/kg
Körpergewicht und Tag zum Bilanzausgleich erforderlich waren.
Alle von uns in diesem Zusammenhang geprüften
Proteingemische zeigten Optima der Wertigkeit mit
Umsatzgrößen von 0,4—0,5 g Eiweiß/kg Körpergewicht und Tag. Das bedeutet eine mehr als
doppelte Sicherheitsspanne gegenüber den in der
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Ernährungspraxis üblichen Zufuhrempfehlungen
von l — 1,2 g Eiweiß/kg Körpergewicht und Tag.
Die Kombination Ei/Soja (60% + 40%) erreicht
einen Ordinatenwert von 0,405 und somit eine biologische Wertigkeit, die nur ca. 10% niedriger liegt
als die beste, die bisher von uns gefunden wurde.
Ungünstiger sind die Ergebnisse der Mischungsreihe Ei/Bohnen*. Das bedeutet, daß Zugehörigkeit
zur gleichen Pflanzenfamilie (Leguminosen) nicht
die gleiche Proteinqualität zur Folge haben muß.
Der Kurvenverlauf der Kombination von Ei mit
Algen* * ähnelt dem von Ei/Bohnen. Reiseiweiß * * *
zeigt im normierten Diagramm etwa gleiche Wertigkeit wie Algen und eine bessere als Mais****,
Bohnen und Weizen. Jedoch ist die Ergänzungswertigkeit gegen Ei geringer als die der besten Mischungen von Ei mit Bohnen, Soja, Algen, Kartoffeln.
* Phaseolus vulgaris.
** Wir danken der FÖRDERERGESELLSCHAFT FÜR KOHLENSTOFFBIOLOGIE in Dortmund für die Überlassung von
walzengetrockneten Algen Scenedesmus obliquus.
*** Oryza satwa, Patna-Reis.
**** Zea mays, Yellow corn III.
Oßb)
0,7-
0,6\·
0,5
Ei
Soja
0,3
WO
0
80
20
60
40
60
20
80
0100 A
WOO B
20
60
40
60.
20
Wl
Abb. 1. Minimalbedarf bei Ei- und Sojaprotein. Auf den Abszissen ist das Mischungsverhältnis von Eipntein
mit Sojaprotein (a), bzw. mit Protein aus Bohnen, Soja oder Kartoffeln (b) angegeben. Die Ordinaten zeigen
die Minimalmengen Protein pro kg Körpergewicht und Tag für den Bilanzausgleich.
a) Gefundene Werte der Versuchspersonen Pil., Der. und Bor. — b) Auf 0,5 g Ei pro kg „normierte" Werte,
zum Vergleich'die entsprechenden Kurven von Bohnen und Kartoffeln. A = Eiprotein, B = Protein aus Bohlen,
Soja oder Kartoffeln in %-Anteilen an der Mischung.
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Wertigkeit von Nahrungsproteinen, XII
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Abb. 2. Normierte Diagramme für den Minimalbedarf von Proteingemischen. Auf den Abszissen ist das Mischungsverhältnis zweier Proteine angegeben. Die Ordinaten zeigen die Minimalmengen Protein pro kg Körpergewicht und Tag für den Bilanzausgleich. Alle 10 Mischungen sind auf Ei = 0,5 g pro kg normiert. A = Eiweiß
aus Milch, Ei oder Rindfleisch, B = Eiweiß aus Kartoffeln, Soja, Bohnen, Reis, Weizen, Mais oder Algen
in %-Anteilen an der Mischung.
Diskussion
Die Ergebnisse stehen im Prinzip mit unseren früheren Resultaten2»3 in Übereinstimmung: Die
Kurvenzüge der Abb. l und 2 zeigen in allen Fällen
bei Gemischen zweier Proteine Minima des StickstofTumsatzes, d. h. Optima der biologischen Wertigkeit; die den Minimalpunkt einschließenden
Kurvenäste sind Geraden. Alle durch die Kurven
verbundenen Punkte geben jeweils die zum NBilanzausgleich erforderlichen minimalen EiweißUmsatzgrößen an; niedrigere Eiweißversorgung
führt zu negativen Bilanzen. Daraus läßt sich ableiten, daß die Gesamtmenge an zugeführten Stickstoffträgern den Faktor darstellt oder enthält, der
den Stickstoffumsatz limitiert.
Nach der derzeitigen Lehrmeinung wird der Eiweiß(Stickstoff-) Umsatz begrenzt durch die Menge an
einzelnen oder mehreren essentiellen Aminosäuren
(sogenannte limitierende essentielle Aminosäuren).
Prüft man den Zusammenhang zwischen zugeführten Eiweißbausteinen und -minimalumsatz, so ergibt sich kein Hinweis, daß eine einzelne essentielle
Aminosäure aus natürlichen Proteinen den Kurvenverlauf und damit die biologische Wertigkeit ganz
oder teilweise zu bestimmen vermag. Die zunächst
naheliegende Auffassung, der Kurvenverlauf könnte
längs des einen Kurvenastes durch eine essentielle
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20
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Abb. 3. Minimalbedarf bei Ei-N/NH3-N und Ei-N/
Kartoffel-N. Auf den Abszissen ist das Mischungsverhältnis von 2 Stickstoffträgern angegeben. Die
Ordinaten zeigen die zum Bilanzausgleich genügende
Minimalmenge N 6,25 pro kg Körpergewicht und Tag.
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Wertigkeit von Nahrungsproteinen, XII
Aminosäure, längs des anderen Astes durch eine
zweite Aminosäure bestimmt werden, läßt sich nicht
aufrechterhalten. Die Analyse führt zu einer anderen Vorstellung, deren Beweis am Beispiel der in
Abb. 3 und Tab. 2 aufgeführten Versuchsergebnisse1'2 erbracht werden soll:
Bei zwei Versuchspersonen (Fre., Kap.) wurde bereits ohne Normierung der gleiche Umsatz an EiProtein gefunden (s. Abb. 3). Die Unterschiede der
Mischungen Ei/Kartoffeln (Kurvenzug A—B—C)
der einen Versuchsperson und Ei/Ammoniak (Kurve A—D—E) der anderen Versuchsperson ergaben,
wie zu erwarten, unterschiedliche Kurvenzüge.
Prüft man die Mischungen von B, D und E auf
ihren Gehalt an essentiellen Aminosäuren nach den
in Tab. 2 zusammengestellten Analysendaten, so
zeigt sich, daß beide Versuchspersonen unterschiedliche Muster an essentiellen Aminosäuren unter den
Bedingungen von Bilanzausgleich aufgenommen
Tab. 2. Analysen der Eiweißmischungen auf essentielle
Aminosäuren und Gesamtstickstoff, berechnet als
Aminosäure-N in mg pro kg Körpergewicht und Tag.
B, D und E vgl. Abb. 3.
B
Leucin
2,62
Valin
2,46
l/2Lysin
1,99
Isoleucin
1,74
Threonin
1,72
Phenylalanin
1 ,42
Methionin 4- Cystin 1,34
Gesamt-N
346
D
1,54
1,39
1,03
1,02
0,99
0,75
0,93
475
1,31
1,18
0,88
0,86
0,83
0,63
0,78
797
Bd. 348 (1967)
haben. Für die Kurve A — B —C liegt die niedrigste
Zufuhr an essentiellen Aminosäuren und an Gesamtstickstoff im Punkt B. Es ist bemerkenswert,
daß der Gehalt an Met-N + Cys-N in den Punkten
B und C gleich ist. Sieht man das Muster der
essentiellen Aminosäuren als bilanzlimitierend an,
so müßte bei Unterschreitung der Zufuhren an
essentiellen Aminosäuren im Punkt B der Stickstoffumsatz limitiert und durch negative Bilanzen
zu erkennen sein. In den Punkten D (34% Ei-N +
66% NH3-N) und E (17% Ei-N + 83% NH3-N)
sind jedoch alle essentiellen Aminosäuren in weit
geringerer Konzentration vorhanden als in Punkt B,
obwohl Bilanzausgleich erreicht wurde. Der Vergleich mit den auf Tab. 2 angegebenen Gesamtstickstoffwerten zeigt andererseits, daß in Punkt D
und E Bilanzausgleich durch vermehrte Zufuhr von
nicht essentiellem Stickstoff erzielt worden ist.
Aus den Ergebnissen der Tab. 2 und Abb. 3 lassen
sich zwei Folgerungen ziehen:
1. Bei Ernährung mit natürlichen Nahrungsmitteln
ist die biologische Wertigkeit der Proteinmischung nicht durch einzelne „begrenzende"
Aminosäuren bedingt und
2. die Minderzufuhr an essentiellen Aminosäuren
kann durch erhöhte Gaben an unspezifischen
Stickstoffträgern mindestens teilweise ausgeglichen werden.
Man muß sich also von der Vorstellung lösen, daß
die biologische Wertigkeit durch „begrenzende"
Aminosäuren — zumindest bei Ernährung mit natürlichen Nahrungsmitteln — bestimmt ist. Vielmehr liegen diesen Befunden Reselmechanismen
zugrunde, deren Wirkungsweise an unserem Institut
untersucht wird.
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