Fra industrielt madspild til sundhedsfremmende fødevarer og målrettet medicin.
Æbleskræl og løgtoppe er affald fra den moderne fødevareindustri, men kan fremover blive en bæredygtig kilde til målrettede medicinalprodukter til diabetikere. Ny teknologi viser, at spildprodukter fra fødevareproduktionen indeholder mange gavnlige indholdsstoffer, som kan blive effektive våben mod livsstilssygdomme.
af Jeppe Secher Schmidt, Anna Katharina Jäger og Dan Stærk.
Bæredygtig produktion af fremtidens funktionelle fødevarer og morgendagens målrettede medicin kan med fordel tage udgangspunkt i fødevareindustriens spildprodukter. Derved bliver disse affaldsprodukter en del af løsningen på de helbredsproblemer, som er fulgt i kølvandet på de seneste årtiers eksplosive vækst i livsstilssygdomme. Årsagen til den dramatiske vækst er blandt andet at mange voksne har fået stillesiddende jobs med store krav til effektivitet og produktivitet, mens børn og unge sidder stille foran computere og fjernsyn i timevis. Samtidig har vi konstant adgang til store mængder, ofte usunde, fødevarer. Derfor stiger antallet af mennesker med livsstilssygdomme som fedme, hjertekarsygdomme og type 2 diabetes; sidstnævnte også kendt som »gammelmandssukkersyge«. Et fællestræk ved livsstilssygdommene er, at de let kan forebygges, men de er svære – og måske endda umulige – at helbrede.
Medicinsk behandling af livsstilssygdomme kan sjældent stå alene, idet øget fysisk aktivitet og ændrede kostvaner også er vigtige for at holde sygdommene under kontrol. Fremover bør effektiv sygdomsforebyggelse, behandling og helbredelse derfor inkludere både funktionelle fødevarer, naturlægemidler og ordinære lægemidler. Fælles for alle tre kategorier er den gavnlige indflydelse på helbredet, som naturligt forekommende bioaktive molekyler spiller. Derfor er det afgørende, at vi til stadighed udvikler nye teknologier, som kan give et indgående kendskab til disse biologisk aktive molekylers kemiske og farmakologiske egenskaber.
Hvad er hvad?
Funktionelle fødevarer defineres som fødevarer, der har en sundhedsfremmende eller sygdomsforebyggende effekt ud over deres ernæringsmæssige værdi.
Naturlægemidler er komplekse blandinger af bioaktive molekyler, som typisk udvindes fra planter.
Lægemidler indeholder normalt et enkelt farmakologisk aktivt stof til behandling af en specifik sygdom.
Livsstil gør type 2 diabetes til en folkesygdom.
Overvægt og manglende motion er blandt de væsentligste faktorer for udvikling af type 2 diabetes. På globalt plan er antallet af overvægtige ifølge WHO mere end fordoblet siden 1980, og i dag er der 1,4 milliarder overvægtige mennesker med et Body Mass Index (BMI) på over 25. Af dem er 500 millioner fede, også kaldet svært overvægtige, hvilket betyder, at de har et BMI på over 30. I Danmark er 47 procent af den voksne befolkning overvægtige, og 13 procent er fede, men også børnene fylder godt i statistikken. I København er således mere end hvert femte barn overvægtigt ved skolestart.
Fedmeepidemien vil medføre, at en hastigt stigende andel af befolkningen fremover vil udvikle type 2 diabetes, og allerede nu er sukkersyge i høj grad en folkesygdom: 250.000-300.000 danskere menes at have diabetes, og halvdelen af dem er endnu ikke diagnosticeret. Patienter med type 2 diabetes rammes af en række alvorlige senkomplikationer med kraftigt forringet livskvalitet og øget dødelighed til følge. Eksempler på senkomplikationer er hjertekarsygdomme, ned- sat nyrefunktion, svækket syn og eventuelt blindhed, og det skønnes, at omkring 7 procent af Danmarks sundhedsbudget bruges til behandling af diabetes og de medfølgende senkomplikationer.
Funktionelle fødevarer og Lægemidler til diabetikere.
I dag findes der ingen helbredende medicinsk behandling for type 2 diabetes, men med den rette kombination af ændrede kostvaner, motion og medicin kan komplikationerne udskydes og deres sværhedsgrad formindskes. Der er specielt to områder, hvor anvendelsen af bioaktive stoffer fra fødevareproduktionens spildprodukter har et stort potentiale.
Det første er udvikling af funktionelle fødevarer og naturlægemidler med et højt indhold af α-glukosidase inhibitorer. Disse stoffer hæmmer omdannelsen af komplekse kulhydrater til monosaccharider i tarmen, hvilket reducerer blodsukkerets topniveau efter indtagelse af et måltid. Netop blodsukkerniveauet bør være under streng kontrol og ikke nå op på for høje topniveauer for at minimere senkomplikationerne, og det kan opnås ved at indtage funktionelle fødevarer eller naturlægemidler med α-glukosidase inhibitorer i forbindelse med måltiderne. Det andet område, hvor bioaktive stoffer fra fødevareindustriens spildprodukter kan udnyttes, er som kilde til nye lægemidler, der hæmmer enzymet aldose reduktase. Aldose reduktase katalyserer omdannelsen af glukose til sorbitol, og for diabetikere, hvis blodsukkerniveau ikke er under nøje kontrol, medfører det ophobning af sorbitol i øjets linse. Konsekvensen er, at det osmotiske tryk i øjet stiger, hvilket kan medføre nedsat syn eller i værste fald blindhed.
Bioaktive stoffer i æbleskræl og løgtoppe.
For at finde biologisk aktive stoffer i fødevareindustriens spildprodukter, som kan minimere risikoen for følgesygdomme ved type 2 diabetes, anvender vi en ny forskningsdisciplin kaldet metabolomics. Metabolomics er defineret som ‘en dybtgående analyse, hvorved alle metabolitter i et biologisk system identificeres og kvantificeres’. Vore metabolomicsundersøgelser har muliggjort effektiv analyse af bioaktive stoffer i overjordiske dele af forskellige løgarter samt æbleskræl – alt sammen spildprodukter i fødevareproduktionen.
De første resultater viser, at æbleskræl fra æblesorten ‘Pink lady’ indeholder en bred vifte af stoffer medα α-glukosidase aktivitet, herunder stofferne reynoutrin, avicularin og (-)-epicatechin. Det er lykkedes, at udvikle en selektiv ekstraktionsprocedure, hvor hele gruppen af stoffer kan udvindes til bæredygtig fremstilling af funktionelle fødevarer og naturlægemidler, ligesom de mest potente stoffer kan isoleres i ren form til fremstilling af ordinære lægemidler.
Ligeledes har vores metabolomicsundersøgelser været brugt til at undersøge både toppe og løgknoldene af en lang række løgsorter, herunder almindelig løg, forårsløg, hvidløg, elefant hvidløg, ramsløg, porrer og purløg. Her viser det sig, at mange af løgsorterne har α-glukosidase aktivitet, og at denne aktivitet også findes i løgtoppene, som er spildprodukter i fødevareindustrien.
For løg er de aktive stoffer især N-p-coumaryloctopamine, N-p-coumaryltyramine og quercetin. Både løg og æbler forarbejdes i meget store mængder i fødevareindustrien, og derfor er mængden af spildprodukter så stor, at der er rigeligt med råvarer til en stor produktion af både funktionelle fødevarer, naturlægemidler og ordinære lægemidler.
Metabolomics.
For at kunne udføre avancerede metabolomics eksperimenter har vi på Institut for Lægemiddeldesign og Farmakologi udviklet en ny unik metabolomics teknologiplatform, som muliggør samtidig kemisk og farmakologisk karakterisering af alle indholdsstoffer i en prøve af fx æbleskræl eller løgtoppe.
Det sker ved at sammenkoble fire avancerede teknikker. Væskekromatografi (HPLC) bruges til at adskille komplekse blandinger i enkeltstoffer, og fastfase ekstraktion (SPE) bruges til at fange og opkoncentrere de isolerede enkeltstoffer. Kernemagnetisk resonans spektroskopi (NMR) karakteriserer de enkelte indholdsstoffer kemisk, og højtopløsende bioassay (HR-bioassay) anvendes derpå til farmakologisk karakterisering af hvert enkelt indholdsstof.
Vi råder over en lang række bioassays, som alle er baseret på mikrofraktionering i 96-brønds plader. Vi har fx udviklet et α-glukosidase enzym assay, som bruges til at karakterisere stoffer, som kan hæmme dette enzym og derved reducere blodsukkerets topniveau i type 2 diabetes. Eksperimenterne udføres ved at tilsætte en buffer med α-glukosidase til alle brønde, hvorpå enzymreaktionen startes ved at tilsætte et farveløst substrat: p-nitrophenol-α-D-glukopyranosid. I de brønde, hvor der ikke er inhibitorer af enzymet, vil substratet blive spaltet til glukose og det farvede p-nitrophenol, hvorimod der ikke vil ske nogen reaktion, og dermed heller ikke nogen farvedannelse i brønde, som indeholder α-glukosidase inhibitorer. Reaktionen måles i hver enkelt brønd.
Fra industrielt madspild til sundhedsfremmende fødevarer og målrettet medicin: Populærvidenskabelige artikler på FARMA
