Amino-Spiking, Protein-Spiking, Stickstoff-Spiking: Was steckt dahinter? Wie erkennt man es?

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Von Filipe Teixeira (Science Driven Nutrition) | Benötigte Lesezeit: 7 Minuten |

Stickstoff-Spiking, Amino-Spiking und Protein-Spiking sind Begriffe die generell dafür verwendet werden, um die Zugabe von billigeren oder höher konzentrierten Stickstoffquellen zu beschreiben. Das Ziel? Den Gesamtgehalt an organischem Stickstoff in einem Lebensmittel anheben.

Grundlage dessen ist, dass der Proteingehalt eines Lebensmittels über den gemessenen Gehalt an Stickstoff (nach Kjeldahl oder Dumas) berechnet wird und dieser durch die Zugabe stickstoffhaltiger Verbindungen ansteigt (1).

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1 Amino-Spiking, Protein-Spiking, Stickstoff-Spiking: Was steckt dahinter? Wie erkennt man es?

Amino-Spiking, Protein-Spiking, Stickstoff-Spiking: Was steckt dahinter? Wie erkennt man es?

Grundlegendes zu Protein, Stickstoff und dem Strecken von Milchpulvern

Proteine sind im Grunde Aneinanderreihungen von Aminosäuren und beinhalten in der Regel einen Anteil an Stickstoffatomen von 16% (2)(3)(4). Das durchschnittliche Verhältnis zwischen Protein und reinem Stickstoff liegt daher bei 6,25 für die meisten Eiweißquellen (3)(5). Der Stickstoffgehalt gilt als verlässliche Berechnungsgrundlage für den Eiweißgehalt da es fast ausschließlich in Aminosäuren vorkommt. Allerdings enthalten auch synthetische Arzneimittel, Düngemittel, Sprengstoffe und Farbstoffe dieses Atom (6).

Die herkömmlichen Analysemethoden für den Stickstoffgehalt sind die Verfahren nach Kjeldahl oder Dumas. Für den Gehalt an gesamten organischen Stickstoff ist meist Kjeldahl die Methode der Wahl, da sie sehr verlässlich ist, wenig Aufwand benötig und für mehrere Proben gleichzeitig durchgeführt werden kann (6).

Diese Methode basiert auf einer Titration nach dem pH-Wert (6). Weitere Methoden sind die nach Dumas (instrumentell), Biuret und Lowry. Die erste davon bestimmt ebenfalls den Proteingehalt aufgrund der Konzentration an organischem Stickstoff, wohingegen die anderen beiden eine kalorimetrische Reaktion zur Grundlage haben, die quantitativ über eine Spektroskopie gemessen werden kann.

Sowohl bei Kjeldahl, als auch Dumas, muss der gemessene Stickstoffgehalt über einen probenanhängigen Umrechnungsfaktor in den Eiweißgehalt (g/100 g) umgerechnet werden. Der Umrechnungsfaktor hängt davon ab, wie viel Stickstoff das reine Protein des jeweiligen Lebensmittels enthält. Verschiedene Arten von Protein enthalten unterschiedliche Verhältnisse an Aminosäuren, die wiederum individuelle Prozentanteile an organischem Stickstoff beinhalten und deshalb auch unterschiedliche Umrechnungsfaktoren benötigen.

Üblicherweise sehen diese Proteinfaktoren wie folgt aus:

Fleisch und Eier: 6,25
Milchprodukte: 6,38
Getreide: 5,70

Auch wenn die Kjeldahl-Methode als der Goldstandard unter den Methoden gilt, so kann sie im Falle von Milchprodukten nur den Gehalt an organischem Stickstoff ermitteln, jedoch nicht den gesamten Stickstoffgehalt des Proteins.

Zwar waren sich Analytiker dieser Problematik bewusst, jedoch wurde die Öffentlichkeit erst durch die Medien im Zuge des „Melamin-Milchfälschungs-Skandal“ darauf aufmerksam (8).

Melamin (C₃N₆H₆) ist ein Stoff mit einem extrem hohen Stickstoffgehalt von rund 66% (9), der dafür verwendet wurde, in Kombination mit Wasser, Milch zu „fälschen“ oder zu „strecken“, wobei der Proteingehalt nach Kjeldahl und Dumas fälschlicherweise als normal angezeigt wurde (10). Bis dahin galt der Proteingehalt als Analysemarker für Milchfälschung durch Verwässerung. Die starke Toxizität von Melamin führte jedoch zu Todesfällen bei Babys und Kleinkindern, sowie zu Nierenversagen und Nierensteinen (11)(12).

Warum wurde Whey zum Opfer dieses Spikings?

Whey Protein (Molkeprotein) ist eine der Proteinfraktionen in der Milch, die nach dem Ausfällen des Caseins bei einem pH-Wert von 4,6 und 20°C, löslich bleibt (13). Aufgrund ihrer kugelförmigen Struktur sind diese Proteine wasserlöslich und typischerweise beeinflusst von der Art der Wärmebehandlung (14). Rohmolke entsteht bei der Produktion von Käse oder kann direkt aus der Milch durch Ultra- und Mikrofiltration gewonnen werden. Außerdem kann sie durch Ionenaustasch hergestellt werden, wobei der Gehalt an Protein angehoben wird und die Gehalte an Fett, Mineralien und Laktose gesenkt werden (15).

Zur Info, auch wenn die Molke für Proteinpulver in der Regel von Milchkühen stammt, kann sie außerdem von anderen milchproduzierenden Tieren gewonnen werden (16)(17)(18)(19).

Whey Protein werden verschiedene Vorteile zugesprochen: Es kann die Glutathionspiegel aufgrund seiner hohen Gehalte an γ-Glutamylcystein, steigern (20)(21)(22), könnte Vorteile bei der Therapie von Krebs (23)(24)(25), HIV (26) und Hepatitis zeigen (27), sowie den Appetit hemmen (28)(29).

Um die Muskelproteinsynthese (MPS) maximal zu stimulieren, haben sich 10g essentielle Aminosäuren, davon 2-3 g Leucin als optimal herausgestellt (30). Allerdings hat sich gezeigt, dass die Zugabe von Leucin zu einer geringeren Menge an Whey weniger effektiv ist, als die Einnahme einer ausreichenden Portion (25g) reinem Whey nach dem Training (31). Diese einzigartige Tatsache, zusammen mit dem hohen Gehalt an verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAA’s), macht das Whey zur Proteinquelle der Wahl für Sportler die ihre MPS und Regeneration verbessern wollen (32)(33).

Allein in den USA wurden im Jahr 2013 über 39500 Tonnen Wheyisolat hergestellt, was über 49800 Tonnen getrockneter Rohmolke entspricht (34)(35). Aufgrund der steigenden Nachfrage aus der Sporternährungs-Industrie und des generellen Anstiegs des Milchpreises, stieg auch der Preis für Molkeprotein-Konzentrat von 2010 auf 2014 um das Doppelte, was manche Hersteller dazu veranlasste nach Möglichkeiten zu suchen um die Produktionskosten ihrer Supplemente zu senken.Auch wenn es daher plausibel erscheint, dass manche Proteinpulver mit hochgradig giftigen Substanzen wie Melamin verunreinigt waren (37), gab es unseres Wissens nach keine Berichte über derartige Fälschungen.

Der Fall Amino-Spiking: Steigerung des Proteingehalts durch Hinzugabe billiger Aminosäuren

Die Zugabe von freien Aminosäuren führt ebenfalls zur Steigerung des Stickstoffgehaltes, jedoch ohne Nebenwirkungen wie beim Melamin. Gewisse Aminosäuren sind in der Regel billiger als Wheyprotein, liefern gute Mengen an Stickstoff und manche von ihnen können sogar einen bitteren Nachgeschmack von Süßstoffen überdecken (38).

Die Streckung von Proteinpulver mit Aminosäuren birgt wahrscheinlich keine Gefahr für die Gesundheit der Verbraucher, jedoch täuscht es ihn sowohl finanziell als auch physiologisch, da der Verzehr freier Aminosäuren nicht denselben Effekt auf die MPS hat wie Wheyprotein (39).

Grund dafür sind wahrscheinlich verschiedene Transporter im Darm, da Whey in der Regel in Form von Di- und Tripeptiden über den Peptid-Cotransporter PEPT1 aufgenommen wird (40). Allerdings zeigen aktuellere Daten an älteren Frauen vergleichbare Ergebnisse zwischen freien Aminosäuren und Whey (41).

Welche Aminosäuren werden gerne zum Strecken verwendet?

Die Verwendung von Aminosäuren zum Strecken des Wheys ist meist eine Kombination aus Preis und Stickstoffgehalt. Glycin und Taurin werden aufgrund ihres geringen Preises verwendet (Glycin verbessert außerdem den Geschmack und die Konsistenz), wohingegen Arginin und Creatin (chemisch gesehen eine Aminsäure) aufgrund ihres hohen Stickstoffgehaltes Einsatz finden. Die meisten Aminosäuren sind billiger als Whey.

Glycin zum Beispiel kann für 4 $/kg in Asien bestellt werden, Creatin liefert dagegen drei (statt einem) Stickstoffatome pro Molekül (42). Wenn du Creatin mit Kjeldahl analysierst und annimmst es sei Whey (also einen Proteinfaktor von 6,38 verwendest), landest du bei einem Proteingehalt von irgendetwas über 100% (inoffizielle Berichte beschreiben Werte von 148% oder 148 g/100 g).

Was wird gegen Amino-Spiking unternommen? Welche Analysemethoden sind im Einsatz?

Zumindest wurde es im amerikanischen Gesetz mittlerweile durchgesetzt, dass der ausgeschriebene Proteingehalt eines Produktes nur auf Grundlage des reinen Wheys, ohne die deklarierten freien Aminosäuren berechnet werden darf (43). Um dies zu garantieren, müssen die freien Aminosäuren vom Protein getrennt werden, ohne es dabei zu hydrolysieren. Manche Methoden verwenden dazu Trichloressigsäure, Hitze oder Filtration, jedoch muss die Probe dann immer noch über eine Chromatographie analysiert werden um Restgehalte freier Aminosäuren zu entfernen.

Im Moment gibt es nur diese chromatographische Techniken (HPLC-DAD, LC-MS sind die gebräuchlichsten) um diese Art von Proteinfälschung zu ermitteln, wobei eine Raman-Spektroskopie als neue Alternative gehandelt wird (44)(45). Weiterhin kann eine GC-MS verwendet werden, jedoch ist diese für diesen Zweck recht teuer (46). Generell kann man sagen, dass diese chromatographischen Analysen oder die Raman-Spektroskopie recht kostspielig sind und von den meisten Laboren technisch gar nicht durchgeführt werden können.

Selbst ist der Mann: Wie erkenne ich Amino-Spiking?

Nicht alle Firmen versuchen dich zu veräppeln. Es gibt eine Menge hochqualitativer, vertrauenswürdiger Marken da draußen. Wenn du dir das Label ansiehst, dann halte nach freien Aminosäuren Ausschau. Wenn es sich dabei um Glycin, Taurin, Arginin oder Creatin handelt, dann sei vorsichtig.

Manche Firmen setzen auch BCAA’s ein. Auch wenn sie zu damit zu einem höheren Proteingehalt beitragen, werden sie jedoch meistens aufgrund ihres Einflusses auf die MPS verwendet. BCAA’s sind in dieser Hinsicht jedenfalls sehr viel effektiver als Glycin und Taurin (47)(48)(49). (Es macht finanziell keinen Sinn ein Protein mit BCAA’s „zu strecken“, um einen höheren Proteingehalt vorzutäuschen. Einerseits weil diese nicht billiger sind als Whey und andererseits, weil sie mit ca. 11-12% sogar weniger Stickstoff enthalten, als das Protein an sich).

Nach den Aminosäuren auf dem Label zu schauen macht jedoch nur Sinn, wenn sie der Hersteller dort auch auflistet. Rechtlich gesehen muss er das…. Aber… naja…

Eine weitere Möglichkeit ist der Blick auf das Aminosäure-Profil. Manche Hersteller drucken dies jedoch nicht auf die Verpackung – aber wenn sie es tun, dann schau nach der Menge an Leucin. Whey enthält typischer Weise zwischen 8 und 11 g Leucin pro 100 g (50)(51)(52)(53)(54)(55)(56)(57). Die meisten Hersteller nutzen jedoch einfach das Amino-Profil, welches sie von Ihrem Rohstofflieferanten bekommen (und nicht das Profil des letztendlichen Produktes). Ein komplettes Aminogramm mit 20 Aminosäuren, analysiert durch HPLC (beispielsweise), ist nicht gerade billig und die meisten Hersteller versuchen zusätzliche Kosten zu vermeiden.

Wenn du nicht gerade eine HPLC-DAD, LC-MS, GC-MS oder sogar Raman Spektrometer zu Hause hast und weist wie man die Proben vorbereitet, sie analysiert und die Ergebnisse interpretiert, kannst du nie 100% sicher sein.

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Abschließende Worte

Nochmal: Manche Marken sind Vorreiter in dieser Thematik und unterstützten sogar die wissenschaftliche Forschung in diesem Gebiet. Dieser Artikel soll dich nicht vor bestimmten Marken warnen oder diese bloßstellen – er soll dich als Verbraucher nur auf gewisse Dinge aufmerksam machen. Er soll dich befähigen, die Spreu vom Weizen zu trennen um für dich die beste Marke zu finden.

Vergangenes Jahr hatte ich das Privileg mein Forschungsprojekt an der wissenschaftlich-technologischen Fakultät der Universität von Lisbon (FCT-UNL) durchzuführen. Wir arbeiteten an dieser Problematik in der Abteilung für Wissenschaft und Technologie von Biomasse (DCTB). Es wurde eine neue Früherkennungsmethode entwickelt um den Gehalt an freien Aminosäuren in kommerziellen Whey0 Proteinen zu ermitteln und dabei die Verwendung kostspieliger Analysemethoden zu vermeiden. Die Analyse zeigt 19 der 20 Standard-Aminosäuren und kann als verlässlicher Test für Fälschungen verwendet werden. Derzeit arbeiten wir noch an der Zulassung und wir hoffen es bald auf den Markt bringen zu können. Aus offensichtlichen Gründen kann ich dazu jedoch nichts Näheres sagen.

Die Früherkennung von Aminosäuren in Whey ist nur ein kleiner Schritt in Richtung Aminospiking. Bedenke, dass alle Verbindungen, die organischen Stickstoff und sogar Ammoniak (NH₃) und Ammonium (NH₄) liefern, den Stickstoffgehalt der Probe erhöhen und damit zu einem höheren Ergebnis beim Proteingehalt nach Kjeldahl oder Dumas führen.

Das bedeutet, dass auch das Strecken mit billigeren Proteinen wie Weizen oder Soja und sogar Rote-Beete-Saft (Betain und Betanin enthalten hohe Mengen an Stickstoff) den gemessenen Proteingehalt erhöhen. Jede organische Stickstoffquelle wird den analysierten Proteingehalt nach den erwähnten Methoden erhöhen, was jedoch nicht bedeutet, dass du dadurch auch das verwertbare Protein bekommst, für das du bezahlst.

Du fandest diesen Beitrag zum Thema Amino Spiking und Protein Spiking informativ & lehrreich – und würdest gerne mehr evidenzbasierte Informationen (Praxis & Theorie) lesen? Dann werde Leser unseres monatlich erscheinenden Magazins, der Metal Health Rx!

Quellen & Referenzen

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(4) Stipanuk, M. (2006): Biochemical physiological & molecular aspects of human nutrition. 2. Auflage. St. Louis: Saunders Elsevier. Erhältlich auf Amazon.de.

(5) Brody, T. (1999): Nutritional Biochemistry. 2. Auflage. San Diego: Academic Press. Erhältlich auf Amazon.de.

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Bildquelle Titelbild: Fotolia / Denis Anikin

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