Vitamine und Mineralien sind essentielle Mikronährstoffe, die in geringen Mengen für eine normale physiologische Funktion benötigt werden. Im Gegensatz zu Makronährstoffen liefern sie keine Energie, sondern dienen als Cofaktoren, Antioxidantien und Strukturbestandteile. Ihre Aufbewahrung während der Lebensmittelverarbeitung und die genaue Quantifizierung sind wichtige Anliegen der Lebensmittelwissenschaft.
Fettlösliche Vitamine
Vitamin A (Retinol, Beta-Carotin) ist für das Sehvermögen und die Immunfunktion unerlässlich. Es ist empfindlich gegenüber Oxidation und Licht, insbesondere in Gegenwart ungesättigter Lipide. Vitamin D (Calciferol) wird bei UV-Einstrahlung in der Haut synthetisiert und ist entscheidend für den Kalziumstoffwechsel. Vitamin E (Tocopherole und Tocotrienole) fungiert als kettenbrechendes Antioxidans und schützt mehrfach ungesättigte Fettsäuren vor Lipidperoxidation. Alpha-Tocopherol ist die biologisch aktivste Form. Vitamin K (Phyllochinon, Menachinon) ist für die Blutgerinnung und den Knochenstoffwechsel notwendig.
Wasserlösliche Vitamine
Zu den Vitaminen des B-Komplexes gehören Thiamin (B1), Riboflavin (B2), Niacin (B3), Pantothensäure (B5), Pyridoxin (B6), Biotin (B7), Folsäure (B9) und Cobalamin (B12). Sie fungieren hauptsächlich als Coenzyme in Stoffwechselwegen. Thiamin ist hitzelabil und die Verluste beim Kochen können erheblich sein. Folat reagiert sehr empfindlich auf Oxidation, UV-Licht und das Auswaschen in Kochwasser. Vitamin C (Ascorbinsäure) ist ein starkes Antioxidans und wird durch Hitze, Sauerstoff, Licht und Metallionen leicht abgebaut.
Bioverfügbarkeit und Verarbeitung
Unter Bioverfügbarkeit versteht man den Anteil eines aufgenommenen Nährstoffs, der absorbiert und verwertet wird. Fettlösliche Vitamine benötigen für eine optimale Aufnahme Nahrungsfett. Verarbeitungsbedingungen wie Erhitzen, Lichteinwirkung, extreme pH-Werte und Oxidation können den Vitamingehalt erheblich reduzieren. Beispielsweise führt die Pasteurisierung zu einem Verlust von etwa 10–20 % an Vitamin C, während die Konservenherstellung zu einem Verlust von 50–90 % führen kann.
Makro- und Spurenelemente
Wichtige Mineralien (Kalzium, Phosphor, Magnesium, Natrium, Kalium, Chlorid) werden in Mengen über 100 mg pro Tag benötigt. Kalzium ist für die Knochengesundheit unerlässlich und kommt besonders häufig in Milchprodukten vor. Spurenelemente (Eisen, Zink, Selen, Jod, Kupfer, Mangan, Fluorid, Chrom, Molybdän) werden in geringeren Mengen benötigt. Eisenmangel ist die weltweit am weitesten verbreitete Ernährungsstörung. Zink ist wichtig für die Immunfunktion und die Wundheilung, während Selen ein wesentlicher Bestandteil antioxidativer Enzyme ist.
Analytische Methoden
Induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) und induktiv gekoppelte Plasma-Emissionsspektroskopie (ICP-OES) sind die Goldstandards für die Multielement-Mineralanalyse und bieten hohe Empfindlichkeit und einen großen Dynamikbereich. Die Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) ist eine traditionelle Technik, die immer noch zur Einzelelementanalyse von Metallen wie Kalzium, Eisen und Zink verwendet wird. Für die Vitaminanalyse wird HPLC in Verbindung mit UV-, Fluoreszenz- oder massenspektrometrischer Detektion eingesetzt, wobei spezifische Methoden auf die chemischen Eigenschaften jedes Vitamins zugeschnitten sind. Mikrobiologische Tests werden traditionell für bestimmte B-Vitamine verwendet, werden jedoch zunehmend durch instrumentelle Methoden ersetzt. Bei der Vitaminanalyse kommt typischerweise HPLC mit UV- oder Fluoreszenzdetektion zum Einsatz, während bei der Mineralanalyse Techniken der Atomspektroskopie wie AAS und ICP-MS zum Einsatz kommen. Der Gesamtmineralgehalt wird durch Bestimmung des Aschegehalts geschätzt.
