AB 8_2.3
Thema: Biologische Wertigkeit von Proteinen – ein Qualitätsmerkmal?

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Neben der Quantität der Proteinzufuhr über die Nahrung ist die Qualität der Nahrungsproteine für den menschlichen Körper von großer Bedeutung. Ein Maß für diese Qualität ist die sogenannte „Biologische Wertigkeit“.
Grundgedanke bei der Bestimmung der biologischen Wertigkeit von Nahrungsmitteln war und ist, dass die Proteinaufnahme und die Aminosäure- bzw. Stickstoffverluste in einem Gleichgewicht stehen und damit der Proteinbedarf des Körpers jederzeit gedeckt ist (siehe auch Kap. 2.3).

Die Beschäftigung mit entsprechenden Fragestellungen und Untersuchungen begann mit Beginn des 20. Jahrhunderts. Zu diesem Zeitpunkt waren die meisten Aminosäuren der Wissenschaft bekannt. Einige Jahre später wurde in Zusammenhang mit der Fütterung von Vieh erkannt, dass das Aminosäureprofil (= Art und Menge der einzelnen Aminosäuren) der Proteine im Futter einen Einfluss auf die Entwicklung (Wachstum, Fleischquallität) der Tiere hatte. Auf den Menschen übertragen wurde diese Erkenntnis von dem Chemiker K. Thomas (1883-1969). Er bestimmte den Stickstoffgehalt in der Testnahrung und den in Kot und Harn. Die errechnete Differenz stand für die Wertigkeit bestimmter Futter- und Nahrungsmittel. Aufgrund noch nicht entwickelter Analyse- bzw. Untersuchungsmethoden entsprechen die von ihm damals ermittelten Werte in Hinblick auf verschiedene Futter- und Nahrungsmittel nicht mehr den heutigen wissenschaftlichen Erkenntnissen. So war er z.B. der Meinung, dass geringe Eiweißmengen bei gleichzeitiger Gabe von vielen Kohlenhydraten ausgeglichen werden können. Diese falsche Erkenntnis hatte gravierende negative Folgen in Hinblick auf Ernährungsvorgaben für körperlich schwer arbeitende Menschen.

Abb. AB 8_2.3-2 Mischkost

Die Definition der „Biologischen Wertigkeit“ von Proteinen lautet folgendermaßen:

Die Größe der „Biologischen Wertigkeit (BW)“ (engl.: protein value, PV) eines Nahrungsmittels steht für die Menge an Körperprotein, die aus 100 g aufgenommenen Nahrungsproteinen aufgebaut bzw. ersetzt werden kann. Je mehr also die Zusammensetzung der in einem Nahrungsmittel enthaltenen Proteine dem menschlichen Bedarf an Aminosäuren in Hinblick auf dessen Proteinbiosynthese entspricht, desto höher ist dessen biologische Wertigkeit. Besondere Bedeutung kommt hierbei dem Gehalt an essenziellen Aminosäuren in den Proteinen zu.
Eine größere biologische Wertigkeit ist dabei nicht automatisch mit „wertvoller“ oder „vollwertiger“ gleichzusetzen, da der gesundheitliche Wert eines Nahrungs- bzw. Lebensmittels durch zahlreiche weitere Faktoren bestimmt wird.

verändert nach:
https://de.wikipedia.org/wiki/Biologische_Wertigkeit (Zugriff 2017-01-20)
http://www.ernaehrung.de/lexikon/ernaehrung/b/Biologische-Wertigkeit.php (Zugriff 2017-01-20)

 

Wie kommt man zu einer der Definition entsprechenden Bewertung eines Nahrungsmittels?

In früheren Zeiten wurden entsprechende Werte über Tierversuche ermittelt. Dazu ernährte man die Tiere zunächst proteinfrei, um die Stickstoffverluste des Körpers – unabhängig von Futter – zu ermitteln. Dann wurden einzelne Proteine verfüttert und die jeweilige Stickstoffzufuhr mit den dann auftretenden Stickstoffverlusten über Kot und Urin verglichen, bis eine ausgeglichen Stickstoffbilanz erreicht war. Diese Vorgehensweise  erwies sich mit aufkommenden chemischen Analysemethoden zunehmend als ungenau.
Folgende Formel (Formel-1) wird aber immer noch häufig für die Berechnung der biologischen Wertigkeit verwendet:

(lat.: retentio, „zurückhalten“) Retinierter Stickstoff ist der aus den Nahrungsproteinen stammende Stickstoff, der im Körper im Rahmen der Proteinbiosynthese genutzt wird.
(lat.: absorbere, „ einschlürfen“) Absorbierter Stickstoff ist der aus den Nahrungsproteinen stammende Stickstoff, der nach der Verdauung ins Blut aufgenommen wird.

 

Eine wichtige Erkenntnis aus diesen Versuchen hat jedoch bis heute Gültigkeit: Bei Nahrungsmitteln, die eine hohe biologische Wertigkeit aufweisen, reichen kleinere Mengen, um die notwendige Stickstoffversorgung des Körpers über Aminosäuren aufrecht zu erhalten. Bei Nahrungsmitteln mit einer geringeren biologischen Wertigkeit muss eine größere Menge konsumiert werden, um denselben Effekt zu erreichen. Im Laufe der Jahre wurden eine Vielzahl weiterer Methoden zur Bestimmung der biologischen Wertigkeit entwickelt. In diesem Zusammenhang erkannte man, dass es hilfreich ist, die zu untersuchenden Nahrungsmittel zu einem feststehenden Wert  in Beziehung zu setzen (= Bezugswert). Als Bezugswert diente 1938 erstmals das Innere des Hühnereis (Eiweiß + Eigelb = Volleiprotein). Es wurde dabei willkürlich davon ausgegangen, dass die Proteine aus dem Volleiprotein vollständig in Körperproteine umgesetzt werden können und das Hühnerei damit eine biologische Wertigkeit (BW) von 100* besitzt. Alle anderen untersuchten Nahrungsmittel wurden bzw. werden dazu in Bezug gesetzt. *Der BW hat keine Einheit und man weiß heute auch, dass das Volleiprotein nicht vollständig in Körperproteine umgesetzt wird.

Abb. AB 8_2.3-3 vegetarische Kost

Etwas komplizierter wird die Berechnung (Formel-2) der biologischen Wertigkeit in Bezug auf den Menschen. Man geht vom täglichen Minimalbedarf an Proteinen des Volleis (Eigelb und Eiklar) pro Kilogramm Körpergewicht aus und dessen biologischen Wertigkeit wird mit 100 bewertet. Die Proteinzusammensetzung eines anderen Nahrungsmittels (=Testprotein) wird darauf bezogen. Der tägliche Minimalbedarf an Testprotein pro Kilogramm Körpergewicht wird experimentell bestimmt.

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Die folgende Tabelle gibt die biologische Wertigkeit (BW) für einige Nahrungsmittel an.

Nahrungsmittel	BW	Nahrungsmittel	BW
Hühnerei	94	Banane (frisch)	38
Sojabohne	bis 87*	Walnuss (frisch)	59
Kidneybohne (frisch)	45	Kuhmilch (unbehandelt)	97
Kartoffel (frisch)	68	Putenschnitzel (frisch)	79
Reis (ungeschält)	60	Schweineschnitzel (frisch)	76
Mais (frisch)	51	Rindersteak (frisch)	79
Weizenmehl (unbehandelt)	40	Lammkeule (frisch)	73
Haferflocken	60	Forelle (frisch)	75
Champignon (frisch)	52	Wildlachs (frisch)	75
Tab.1 AB 8_2.3 Biologische Wertigkeit verschiedener Nahrungsmittel *Die Angaben der BW für Soja sind sehr unterschiedlich. Quellen: div. Internetquellen (Zugriff 2019-05-01), z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/Biologische_Wertigkeit https://www.eucell.de/proteine/biologische-wertigkeit-der-proteine-in-lebensmitteln.html https://www.akademie-sport-gesundheit.de/lexikon/biologische-wertigkeit.html https://www.uebungen.ws/biologische-wertigkeit-massstab-fuer-die-qualitaet-von-protein/ Anmerkungen:  Umfangreiche Listen zum BW sind im Internet nur noch gegen Bezahlung einzusehen oder man erwirbt entsprechende Bücher. Das gilt leider auch für ausländische Quellen. Die ursprünglich werbungsfreie genutzte Quelle nährwertrechner.de enthält keine Angaben mehr zum BW. Die hier exemplarisch angegebenen Quelle enthalten ebenfalls Werbung.

In den letzten Jahren wurden einige neue Methoden – verbunden mit relativ komplizierten mathematischen Berechnungen –  zur Bestimmung der biologischen Wertigkeit entwickelt (z.B. PDCAAS, DIAAS*).
*Vorgeschlagen als zukünftig maßgebend von der WHO (Weltgesundheitsorganisation) und FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations)

Folgende Kriterien werden dabei besonders beachtet:

1. Die enthaltene Menge der verschiedenen essenziellen Aminosäuren.
2. Das Verhältnis von essenziellen, semi-essenziellen und nicht essenziellen Aminosäuren zueinander.
3. Die Verwertbarkeit der verschiedenen Aminosäuren im menschlichen Körper, d.h. die Menge einer Aminosäure, die – nach Aufnahme in den Körper, der Verdauung, dem Transport zu den Zellen – im Rahmen der Proteinbiosynthese, tatsächlich noch wirksam ist.

Ein Vergleich der auf der Grundlage neuester Methoden ermittelten Werte mit den herkömmlichen Werten der BW (siehe Tab.1) zeigt zwar Unterschiede, jedoch sind diese nicht so groß, dass die bisher genannten Werte ihre Gültigkeit als Orientierungsgröße verlieren.

Das Bemerkenswerte an der Vielfältigkeit der Proteine in Nahrungsmitteln besteht darin, dass das Vorkommen der einzelnen essenziellen Aminosäuren in verschiedenen Nahrungsmitteln sehr unterschiedlich ist (siehe Tab. 2).

essenz. AS / empfohlene Aufnahmemenge* Nahrungsmittel	Thr	Lys	Val	Leu	Iso	Phe	Try	Met	His	BW
	15	30	26	39	20	25	4	10	10
Bohnen (weiß)	916	1576	1278	1809	1193	1172	192	213	596	36
Weizen	340	317	528	786	457	540	117	176	223	69
Mais (frisch)	307	222	410	1068	307	410	60	162	231	54
Kartoffel (frisch)	71	118	108	118	84	88	29	31	31	68
Ei (frisch)	658	735	1045	1082	787	748	181	387	258	93
Kuhmilch (frisch)	135	234	205	310	188	152	43	76	79	81
Rindfleisch (frisch)	863	1707	1117	1587	1019	803	215	490	667	79
Reis	266	260	458	587	321	342	68	123	109	72
Soja	464	714	536	845	536	547	143	119	309	44-79
Tab. 2 AB 8_2.3 Beispiele Nahrungsmittel (100g) und ihr Gehalt an essenziellen Aminosäuren in mg Thr (=Threonin), Lys (=Lysin), Val (=Valin), Leu (=Leucin), Iso (=Isoleucin) Phe (=Phenylalanin), Try (=Tryptophan), Met (=Methionin), His (=Histidin) *empfohlene Aufnahmemenge in mg/pro kg Körpergewicht und Tag (nach WHO) Datenquelle: www.nährwertrechner.de   (Zugriff 2017-01-29)

Sowohl Mischkostesser als auch Vegetarier oder Veganer können durch eine Kombination von verschiedenen Nahrungsmitteln die biologische Wertigkeit ihrer Mahlzeiten erhöhen. Der Grund liegt darin, dass sich viele Nahrungsmittel ergänzen hinsichtlich ihres Gehaltes an unterschiedlichen essenziellen Aminosäuren . In diesem Zusammenhang wird auch vom „biologischen Ergänzungswert von Proteinen“ gesprochen. So ist z.B. in Mais relativ wenig Lysin enthalten, Bohnen dagegen enthalten relativ viel Lysin.Die folgende Tabelle zeigt einige Beispiele der Kombination von Nahrungsmitteln mit dem Ziel der biologischen Ergänzung von Proteinen bzw. Aminosäuren.

Abb. AB 8_2.3-4 vegane Kost

Nahrungsmittelkombinationen	BW*
Kartoffeln (64%) mit Ei (36%)	136
Milch (75%) mit Weizenmehl (25%)	125
Weizen (32%) mit Ei (68%)	123
Ei (60%) mit Soja (60%)	122
Milch (51%) mit Kartoffeln (49%)	114
Rindfleisch (78)% mit Kartoffeln (22%)	114
Soja (55%) mit Reis (56%)	111
Mais (48%) mit Bohnen (52%)	98
Tab.2 AB 8_2.3 Nahrungsmittelkombinationen und BW *Die Werte beziehen sich auf den Proteinanteil der Kombination insgesamt und nicht auf das Gesamtgewicht des jeweiligen Lebensmittels. Datenquelle: www.nährwertrechner.de (Zugriff 2017-01-29)

Folgende Anmerkungen zu dieser oft zu findenden Tabelle:

1. Leider gibt es häufig Missverständnisse beim Lesen der Inhalte:

• Die Werte in der Tabelle bedeuten nicht, dass durch 100 g der entsprechenden aufgenommenen Nahrungsmittelkombination z.B. 136 g Körperproteine gebildet werden!
• Die in der Kombination genannten Nahrungsmittel bzw. Proteine müssen keinesfalls gemeinsam zum gleichen Zeitpunkt aufgenommen werden. Dieses sollte etwa innerhalb von 4-6 Stunden der Fall sein, damit die in beiden Nahrungsmitteln enthaltenen AS nach Verdauung und Transport zum Aufbau körpereigener Proteine zur Verfügung stehen.
• Ernährungsphysiologisch wäre es Unsinn, wenn die tägliche Ernährung nur auf der Grundlage einer dieser Kombinationen erfolgen würde.
• Es sollte selbstverständlich sein, dass die in der Tabelle genannten Nahrungsmittel durch weiteres Gemüse und durch Obst ergänzt werden.

2. Die in der Tab. 2 genannten Zahlen werden manche Menschen im Rahmen der „Esspraxis“ zunächst eher verunsichern als helfen. Deshalb im Folgenden eine etwas andere Beschreibung der Kombinationsmöglichkeiten (Abb. AB 8_2.3-5). Sie zielt vor allem darauf ab, zu zeigen, wie vielfältig Nahrungskombinationen sein können, die der Protein- bzw. Aminosäureergänzung dienen.
   Vor allem soll sie aber Mut machen, sich etwas genauer mit diesen Kombinationsmöglichkeiten auseinanderzusetzen.
   Allerdings muss man wohl oder übel gelegentlich kochen – Fast Food geht kaum.

 

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Fazit

Ist die biologische Wertigkeit von Proteinen ein Qualitätsmerkmal von Nahrungsmitteln?

Kritiker benennen in Zusammenhang mit der Auflistung von Daten zur „Biologischen Wertigkeit“:

• Es gibt eine Vielzahl von Berechnungen, die nicht überschätzt werden sollten.
• Die Individualität bleibt weitgehend unberücksichtigt (Alter, Geschlecht, sportl. Aktivität, Gesundheitszustand etc.).
• Die exakte Verwertbarkeit einzelner Aminosäuren ist kaum zu bestimmen.
• Häufig ist man immer noch auf Tierversuche (Proteininput- / Proteinoutput-Messungen) angewiesen und diese sind nicht einfach auf den Menschen zu übertragen.
• Ein optimales Aminosäureprofil für den Menschen ist nicht genau zu bestimmen.

Obwohl manche der kritischen Äußerungen nicht völlig widerlegbar sind, bleibt die biologische Wertigkeit von Nahrungsmitteln dennoch eine nützliche Orientierungshilfe bei den Entscheidungen, den Körper mit den notwendigen Proteinen zu versorgen. Das heißt, dass mit Aufmerksamkeit und Nachdenken viele Ernährungsformen denkbar sind.
Wer sich schon vielfältig und bewusst ernährt, sollte sich den Kopf aber nicht zu sehr darüber zerbrechen.

An Bedeutung gewinnt die biologische Wertigkeit dann, wenn tendenziell zu wenige Proteine aufgenommen werden oder ausschließlich auf pflanzliche Proteinquellen zurückgegriffen wird. Dann wird es sehr sinnvoll, sich über die biologische Wertigkeit von Nahrungs- bzw. Lebensmitteln zu informieren und sich entsprechend zu ernähren.
Die Kombination von Nahrungsproteinen spielt übrigens besonders in solchen Ländern eine große Rolle, in denen die Ernährung kaum tierische Lebensmittel vorsieht.

Grundsätzlich darf nicht vergessen werden, dass ein Nahrungsmittel immer aus vielen Stoffen zusammengesetzt ist, die es aus ernährungsphysiologischer Sicht zu beachten gilt.
Das sollten vor allem diejenigen bedenken, die meinen, durch ein Mehr an Ernährung auf der Grundlage tierischer Nahrungsmittel ernährungsphysiologisch klüger zu handeln.

Noch ein Hinweis:
Es gibt gute Kochbücher und auch geeignete Seiten im Internet, die mit praktischen Ratschlägen weiterhelfen, wenn man bei der Ernährung auch die biologische Wertigkeit von Nahrungs- bzw. Lebensmitteln beachten möchte.
Bei entsprechenden Angeboten im Internet sollte man aber darauf achten, ob nur etwas verkauft werden soll!

 

	Bei neueren Methoden zur Bestimmung der biologischen Wertigkeit ist diejenige Aminosäure in den Proteinen eines Nahrungsmittels, die am geringsten vorkommt, entscheidend für den BW-Wert dieses Nahrungsmittels. Die betreffende Aminosäure wird in diesem Fall als „limitierender Faktor“ angesehen. Ein limitierender Faktor (lat: limitare „begrenzen“) ist ein Faktor unter mehreren gleichsam bedeutenden Faktoren, der nicht in ausreichender Menge vorliegt und deshalb zu einer Einschränkung bzw. Begrenzung von Stoffwechselprozessen führt. Vereinfacht ausgedrückt: Der limitierende Faktor ist der, von dem es zu wenig gibt.
	1a. Begründe zunächst anhand der folgenden Aussagen, warum es durchaus sinnvoll ist, die Berechnung der biologischen Wertigkeit auch auf der Grundlage von limitierenden Faktoren durchzuführen. Ein/e Fußballspieler/in muss u.a. folgende Fähigkeiten besitzen: Teamfähigkeit, Schnelligkeit, Treffsicherheit, Ausdauer, Taktik, Ballkontrolle, Koordinationsfähigkeit. Welchen Nutzen hat ein/e Fußballspieler/in für das Spiel, der/die den Ball nicht abgibt, aber läuft wie ein Weltmeister, präzise schießt und dem/der nie die Puste ausgeht? Wahrscheinlich keinen Nutzen! Er/Sie würde letztlich doch von den gegnerischen Spielern gestoppt, hätte keine Torerfolge und würde damit scheitern. 1b. Begründe nun, warum (siehe Tab. 2 AB 8_2.3) „weiße Bohnen“ eine geringere biologische Wertigkeit aufweisen als „Weizen“.	Abb. AB 8_2.3-6 Fußballspieler/in
	Säugetiere, also auch der Mensch, produzieren Harnstoff (CH4N2O). Er ist ein Stoffwechselendprodukt, das beim Abbau von Stickstoffverbindungen, z.B. Aminosäuren entsteht. Harnstoff wird mit Hilfe der Nieren aus dem Blut herausgefiltert und mit dem Urin ausgeschieden. Der menschliche Körper produziert pro Tag etwa 20-30 Gramm Harnstoff. Stelle Hypothesen auf, – warum bei bestimmten Erkrankungen der Nieren ein relativ hoher Harnstoffwert im Blut festzustellen ist und – warum bei bestimmten Nierenerkrankungen eine sogenannte Nierendiät eingesetzt wird, bei der unter quantitativen und qualitativen Gesichtspunkten auf die Zufuhr von Proteinen durch die Nahrung geachtet wird.
	Stelle Zusammenhänge zwischen den hier gemachten Aussagen und den AB 10_2.3 (Proteine – Nahrungsergänzungsmittel und Functional Food) her.

 

Lösungen zu Aufg. 1 – 3: zu 1. Der Aufbau körpereigener Proteine kann nur dann erfolgen, wenn ausreichende Mengen aller benötigten essentiellen Aminosäuren zur Verfügung stehen. Annahme: Im Vergleich zu allen anderen Aminosäuren ist zu wenig von der Aminosäure Lysin im Nahrungsmittel. Die im Rahmen der Proteinbiosynthese hergestellte Proteinmenge würde dadurch begrenzt. Durch eine höhere Zufuhr des Nahrungsmittels könnte zwar die notwendige Lysin-Menge erreicht werden, aber die anderen Aminosäuren wären im Überschuss vorhanden und könnten nicht alle sinnvoll verarbeitet werden. Zu bedenken ist, dass eine Speicherung überschüssiger Aminosäuren kaum möglich ist. zu 1a. Alle guten Eigenschaften eines/einer Fußballspieler/in werden nicht zum Erfolg führen, wenn z.B. keine Teamfähigkeit vorhanden ist. zu 1b. Die AS Try kommt im Verhältnis zu  den anderen essentiellen AS bei den Bohnen deutlich weniger vor als beim  Weizen. Deshalb haben Bohnen eine niedrigere BW als Weizen. zu 2. Zu hohe Harnstoffwerte im Blut weisen auf nicht voll leistungsfähige Nieren hin. Eine entsprechende Diät, die auf den minimalen Bedarf an bestimmten Proteinen bzw. Aminosäuren ausgerichtet wird, belastet die Nieren am wenigsten. Bei einer längerfristigen Zufuhr von zu vielen, d.h. nicht dem Bedarf entsprechenden Proteinen bzw. Aminosäuren, kann sich dieses negativ auf die Gesundheit der Nieren auswirken (siehe auch AB 10_2.3). zu 3. Die hier gemachten Aussagen zeigen, dass man sich gezielt ausreichend mit Proteinen bzw. Aminosäuren über die Nahrung versorgen sollte und das auch  kann. Zusätzlich aufgenommene Proteine bzw. Aminosäuren, die über den tatsächlichen Bedarf hinausgehen werden einfach wieder ausgeschieden. Nicht zu letzt deshalb, weil sich Proteine so gut wie gar nicht im Körper speichern lassen.

weitere Quellen:

https://en.wikipedia.org/wiki/Biological_value (Zugriff: 2019-08-13)
http://www.fao.org/ag/humannutrition/35978-02317b979a686a57aa4593304ffc17f06.pdf (Zugriff: 2017-01-03)
Biesalski, H.K. u.a. Ernährungsmedizin: nach dem neuen Curriculum Ernährungsmedizin der Bundesärztekammer Stuttgart 2010
Elmadfa, I. Ernährungslehre Verlag Eugen Ulmer Stuttgart 2015
Der kleine Souci/Fachmann/Kraut. Lebensmitteltabelle für die Praxis Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart 2011

 

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