Vitamine

Vitamine sind organische Substanzen, deren Fehlen Mangelerscheinungen im Körper hervorruft; auch ein Überangebot kann zu Erkrankungen führen.

Vitamine sind essentielle Nahrungsbestandteile. Sie können vom Körper nicht (oder nicht ausreichend) hergestellt werden; sie kommen - zum Teil auch als Vorstufen (Provitamine) - in Lebensmitteln vor und werden nur in ganz kleinen Mengen benötigt. Normalerweise enthält unsere Nahrung sämtliche Vitamine im erforderlichen Umfang.
Die Vitamine ermöglichen den Abbau der Hauptnährstoffe, die Steuerung des Stoffwechsels und den Aufbau körpereigener Substanzen, indem sie den Ablauf enzymatischer Vorgänge unterstützen.
Die Vitamine werden in eine wasserlösliche und fettlösliche Gruppe eingeteilt, von denen nur auf die Vitamine A, D und E, welche in der Margarine enthalten sind, näher eingegangen werden soll.
Margarine wird in der Regel zur ernährungsphysiologischen Aufwertung vitaminiert mit 15 bis 20 Internationalen Einheiten (I.E.) Vitamin A, mit 5 I.E. Provitamin A und mit bis zu einer I.E. Vitamin D pro g Margarine. Vitamin E kann bis zu einer Gesamtmenge von 0,5mg pro g Margarine zugesetzt werden, wenn dieser Gehalt natürlicherweise nicht erreicht wird.

Vitaminierung der Margarine
 

Wenn man den Empfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) glauben mag, kann der Tagesbedarf für Kinder und Erwachsene in den meisten Fällen mit 100g Margarine abgedeckt werden. Aber: Wer ißt schon pro Tag 100g Margarine?
Im folgenden sollen o.a. Vitamine erläutert werden und Nachweise aus Margarine zu den Vitaminen vorgestellt werden.

Vitamin D - Reihe
 

Die Vitamin-D–Gruppe dient als Sammelbezeichnung für die aus 5,6.7,8-Tetradehydro-Sterinen durch photochemische Ringöffnung entstehende Vitamine, mit mehr oder weniger starker antirachitischer Wirkung, die häufig unter der Gruppenbezeichnung Calciferole zusammengefaßt werden.
Vitamin D₂ (Freiname: Ergocalciferol) wird auch als pflanzliches Vitamin D bezeichnet, weil es aus Ergosterin entsteht, das in der Pllanzenwelt häufig vorkommt. Seine physiologische Wirkung entspricht bei Säugern denen des Vitamins D₃.
Vitamin D₃ (Freiname: Cholecalciferol) entsteht mittelbar aus dem in der Tierwelt weit verbreiteten Cholesterin und wird deshalb gelegentlich als tierisches Vitamin D bezeichnet.
Die D-Vitamine sind notwendig für die Regulierung des Calcium- und Phosphat-Haushalts im Organismus. Sie sorgen für die Calcium-Resorption im Darm und für die Mineralisation der Knochen.
Die Folge von Vitamin D-Mangel ist das Auftreten von Rachitis (Englische Krankheit), insbesondere bei Säuglingen und Kleinkindern. Beim Erwachsenen tritt durch Entmineralisierung des Skeletts ein Knochenumbau mit Deformationen der Röhrenknochen, des Beckens und des Brustbeins ein. Die Ursache des Vitamin D-Mangels liegt häufig in zu geringer Sonnenbestrahlung.

(1 I.E. entspricht 0,025 µg kristallines Vitamin D₃)

Vitamin A - Reihe

(gelb-orange) Farbe der Margarine

Die Vitamin-A-Gruppe ist die Sammelbezeichnung für die beiden isoprenoiden C₂₀-Vitamine A₁ und A₂, die etwas unterschiedliche physiologische Bedeutung haben. Bedeutend jedoch ist das Vit. A₁.
Vitamin A₁ (Freiname: Retinol) wird in der Leber gespeichert und ist von großer Bedeutung für das Wachstum und die normale Entwicklung des Menschen, für den Aufbau und die Resistenz der Haut und der Schleimhäute. Da Vitamin A₁ die Zellvermehrung reguliert, wird ihm eine Tumor-hemmende Wirkung nachgesagt. Sein Fehlen ruft abnorme Hauttrockenheit, Sekretions-einschränkungen der Schweiß-, Tränen-, Talg- und Magendrüsen, Gewichtsabnahme, Wachstumshemmungen, Minderung des Sauerstoff-Verbrauchs und erhöhte Infektionsanfälligkeit hervor. klärt.
Am Sehprozeß ist Vitamin A₁ über sein Oxidationsprodukt Vitamin A₁-Aldehyd (Retinal) als prosthetische Gruppe des Rhodopsins beteiligt. Mangel an Vitamin A resultiert infolgedessen auch in verminderter Fähigkeit zum Dämmerungssehen, Nachtblindheit und gesteigerter Blendempfindlichkeit der Augen.
Der Vitamin A-Bedarf wird vorwiegend aus tierischen Quellen (Leber, Fischölen, Milch, Butter, Eigelb) gedeckt. Eine weitere Quelle ist das in Pflanzen reichlich vorkommende Provitamin b -Carotin, das zu ca. 50% in der Darmwand in 2 mol Retinol gespalten wird.

(1 I.E. entspricht 0,30mg Vitamin A₁ bzw. 0,344mg krist. Vitamin A-Acetat, 1 I.E. Provitamin A entspricht 0,6mg b -Carotin)

Im Versuch wird Vitamin A qualitativ aus Margarine nachgewiesen.

Versuch 3: Nachweis von Vitamin A nach der Carr-Price-Reaktion

Chemikalien:

KOH (w=0,3), Petrolether, Ethanol (96%), Chloroform, Essigsäureanhydrid, Trifluoressigsäurelösung (1 Teil TFE : 5 Teile CHCl₃), Wasser dest.

Prinzip:

Die Vitamine A, D und b-Carotin werden mit Hilfe von KOH (Verseifung) und Petrolether/Ethanol unter Hitze aus Margarine extrahiert. Der abgetrennte Petroletherextrakt wird eingedampft und das Retinol nach der Carr-Price-Reaktion in einen blauen Farbkomplex von geringer Dauer (30sec.) überführt.

Durchführung:

Ca. 10g Margarine werden im 100ml Becherglas mit 30ml KOH-Lösung gut durchmischt und im Wasserbad (90°C) 15min erwärmt. Nach dem Abkühlen werden 20ml Ethanol und 100ml Petrolether hinzugefügt und 10min stark gerrührt. Der Ansatz wird 1h im Dunkeln stehen gelassen. 50ml des Petrolethergemischs werden abpippetiert und im Scheidetrichter mit 100ml dest. Wasser vorsichtig ausgeschüttelt bis die Lösung klar ist.10ml von der Etherphase werden in einem Becherglas vorsichtig eingedampft. Der Rückstand wird in 0,5ml Chloroform sowie in 0,5ml Essigsäureanhydrid aufgenommen und mit 5ml Trifluoressigsäurelösung angefärbt.

Erklärung:

Carr-Price-Reaktion mit Trifluoressigsäure

Absorption bei l_max=618nm  (blau-blaugrün)

Erläuterung:

Da Trifluoressigsäure eine sehr starke Säure ist, kann von Retinol die Hydroxygruppe als Wasser abgespalten werden. Es entsteht ein Carbeniumion, dessen p -Elektronen delokalisiert sind.
Warum erscheint der Zustand des Carbeniumions dem menschlichen Auge blau-blaugrün?
Tatsache ist, daß Retinol gelblich erscheint, aber die Anzahl der p -Elektronen sich nicht ändert. Dieses Farbphänomen muß also anders erklärt werden.
Dazu vergleiche man die Molekülorbitale von Propen (bei Retinol) und des Allyl-Kations (bei Carbeniumion) [vgl. eingezeichnete Kästen], um in vereinfachter Form die wesentlichen Unterschiede der jeweiligen p -Elektronensysteme zu betrachten.
 

Molekülorbitale im Vergleich
 

Propen besitzt 2 p -Elektronen, die auf 2 Zentren (=C-Atome) verteilt sind. Daraus ergibt sich für die Molekülorbitale ein bindender und ein antibindender Zustand. Bei der Anregung der Elektronen vom höchsten besetzten Molekülorbital (HOMO) in das niedrigste unbesetzte Molekülorbital (LUMO) erscheint das Propen, stellvertretend für Retinol, gelb.Bei dem Allyl-Kation sind im Gegensatz zu Propen 2 p -Elektronen auf 3 Zentren verteilt und zu dem bindenden und antibindenden Zustand existiert noch ein nichtbindender Zustand, welcher hier das LUMO bildet. Der HOMO-LUMO-Übergang ist "kürzer" als bei dem Propenmolekül und als Ergebnis erhält man eine längerwellige Absorption (l _max=618nm), welches dem menschlichen Auge blau erscheint.
Dieses Farbphänomen ist nur von kurzer Dauer, da die Carbeniumionen nicht genügend stabilisiert sind und durch elektrophile Addition weiter reagieren können.
 
 

Vitamin E – Reihe

Die Vitamin-E-Gruppe ist die Sammelbezeichnung für die fettlöslichen, natürlich vorkommenden Verbindungen mit einem Chroman-Grundgerüst und einer C₁₆-Seitenkette. Die Vitamin-E-Reihe werden auch als Tocopherole bezeichnet, welche sich durch verschiedene Substituenten unterscheiden.
Meist wird a-Tocopherol als das eigentliche Vitamin E angesehen.
Tocopherole kommen in vielen Pflanzenölen vor. Besonders reich an Vitamin E sind die Samenöle von Soja, Weizen, Mais, Reis und Baumwolle. Bei der Ölraffination geht jedoch ein Teil der Tocopherole verloren . Auch Früchte und Gemüse, z.B. Himbeeren, Bohnen, Erbsen, Fenchel, Paprika, etc. enthalten Tocopherole. Geringe Konzentrationen von Tocopherolen findet man auch in tierischen Produkten wie Innereien (Leber), Eiern und Fisch. Neben ihrer Anwendung aufgrund des Vitamin-Charakters (Fortpflanzung und Fettstoffwechsel; Tocopherol ist abgeleitet von griech.: tokos = das Gebären und pherein = tragen) wirken Tocopherole als Antioxidantien in Fetten und Ölen. Im Menschen ist a-Tocopherol das wichtigste fettlösliche Antioxidans. In den USA wird a-Tocopherol Räucherschinken zugesetzt, um die Bildung von Nitrosaminen zu hemmen. Die Wirkung von Vitamin E als Nitrit-Fänger und Inhibitor der N-Nitrosamin-Bildung in vivo wird ebenfalls diskutiert. Darüber hinaus besitzen Tocopherole eine Vielzahl von günstigen physiologischen Eigenschaften (z.B. Reduzierung von Muskelschäden, die auf oxidativen Stress während körperlicher Höchstleistung zurückzuführen sind, Verzögerung diabetischen Spätschäden, Verminderung des Risikos der Kataraktbildung, Verminderung des oxidativen Stress bei Rauchern , anticarcinogene Effekte, Reduzierung des Arteriosklerose-Risikos, protektive Wirkung gegen Hautschäden wie Hautalterung, Schutz der Haare vor Witterungseinflüssen). Bei der Margarineverarbeitung gelangt Vitamin E über die Pflanzenöle in die Margarine. Bei der mengenmäßigen Aufnahme von Vitamin E nimmt Margarine die Spitzenposition unter den Lebensmitteln ein.

(Basis: Nationale Verzehrstudie 1991)
 

Versuch 4: Nachweis des Vitamins E durch Oxidation zu Tocopherolrot

Chemikalien:

Margarine, Ethanol (getrocknet über Molekularsieb 4A), konz. HNO₃, Siedesteinchen

Durchführung:

In einem mit Siedesteinchen bestückten Reagenzglas werden 10ml verflüssigte Margarine in 5ml wasserfreiem Ethanol gelöst. Zu dieser Lösung werden vorsichtig tropfenweise 2ml konz. HNO₃ gegeben. Anschließend wird die Mischung unter dauerndem Schütteln mit dem Bunsenbrenner (Vorsicht: Lösungsmittel) zum Sieden erhitzt.

Ergebnis:

Das Gemisch färbt sich orange-rot. Die Intensität der Färbung nimmt bei niedrigeren Temperaturen deutlich zu.

Erklärung:

In Gegenwart von Tocopherol entsteht Tocopherolrot. Aus Tocopherol bildet sich durch Oxidation Tocopherolrot, dabei wird der aromatische Charakter des Tocopherols aufgehoben und es entsteht ein ortho-chinoides System.

OXIDATION:
 

l = 450 – 500nm gelb - rot

Konzentrierte Salpetersäure fungiert als Oxidationsmittel und wird selbst reduziert.

REDUKTION: (formal)

In einer Nebenreaktion können durch Luftsauerstoff nitrose Gase entstehen.
Es sind aber auch andere Oxidationsstufen des N an der Redoxreaktion des a-Tocopherols beteiligt. Vereinfacht:

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