What you should know about omega-3 fatty acids

What you should know about omega-3 fatty acids

What you should know about fish oils
and omega-3 fatty acids
Reto Muggli, PhD * und Prof. Stefan Mühlebach, PhD **
Essential fatty acids
Omega-3 long chain polyunsaturated fatty acids (omega-3
LCPUFA) - primarily eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) - are essential for health. In addition
to serving the general function of fatty acids (FA), EPA and
DHA are precursors of short-lived, potent signalling molecules1. The unequal distribution into different tissues shows
the complex kinetics of the PUFA, not only of EPA and DHA,
and may also depend on their form.
Omega-3 LCPUFA oils of natural concentration
There are several biological raw material sources for omega-3
LCPUFA and each has its own advantages and limitations.
EPA and DHA are found naturally in fish, making fish oils a relatively inexpensive and easily available source of EPA/DHA.
Fish oils contain, beside saturated and mono-unsaturated FA,
about 30% EPA and DHA. The amount,
relative concentration – and therefore also
the ratio EPA/DHA – depends on the fish
species, the catch season and the geographical catch area. Fish oil is a by-product of fish meal production. Of the about
1 million metric tons of fish oil produced
annually only about 2-5% is used for human consumption.
Typical examples are:
•Menhaden oil (herring family): 18% EPA,
12% DHA
•Tuna oil: 8% EPA, 25% DHA.
•Krill oil (extracted from tiny Antarctic
crustaceans) 15% to 20% EPA, 9% to 14% DHA with seasonal
variations. Krill oil is unique in that it is made up of 80%
phospholipids (PL) whereas fish oils are 100% triglycerides
(TG).
*
AdviServ Consulting, 4114 Hofstetten, Switzerland
**
Chief Scientific Officer Consumer Health Care International
Vifor Pharma · Vifor Ltd, 1752 Villars-sur-Glâne, Switzerland
Essentielle Fettsäuren
Langkettige, mehrfach ungesättigte Omega-3-Fettsäuren
(Omega-3-LCPUFA - long chain polyunsaturated fatty
acids) - hauptsächlich Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA) - sind für die Gesundheit essentiell.
EPA und DHA erfüllen nicht nur die üblichen Funktionen
von Fettsäuren (FA) als Energie- und Baustoffe, sondern
stellen auch die Vorläufermoleküle für kurzlebige, stark
wirksame Signalstoffe dar1. Die ungleiche Verteilung in den
unterschiedlichen Geweben lässt die komplexe Kinetik von
PUFA, nicht nur von EPA und DHA, erkennen. Dabei spielt
auch ihre chemische Form eine Rolle.
Omega-3-LCPUFA-Öle in natürlicher Konzentration
Es gibt mehrere natürliche Quellen für Omega-3-LCPUFA,
und jede hat ihre Vor- und Nachteile. EPA und DHA kommen natürlicherweise in Fischen vor.
Daher stellen Fischöle eine relativ
günstige und leicht verfügbare Quelle
für EPA/DHA dar.
Neben gesättigten und einfach ungesättigten Fettsäuren enthalten Fischöle ca. 30% EPA und DHA. Die Menge
und relative Konzentration – und damit
auch das Verhältnis EPA/DHA – hängt
von der Fischart, der Fangsaison und
der geographischen Lage des Fangorts
ab. Fischöl ist ein Nebenprodukt der
Fischmehlproduktion. Von den jährlich produzierten ca. 1 Million Tonnen
Fischöl werden nur etwa 2-5% für die
menschliche Ernährung verwendet.
Typische Beispiele sind:
•Menhaden-Öl (Atlantikfisch (Bunker) aus der Familie der
Heringe): 18% EPA, 12% DHA
•Thunfisch-Öl: 8% EPA, 25% DHA.
•Krill-Öl (gewonnen aus antarktischen Kleinkrebsen): 15%
bis 20% EPA, 9% bis 14% DHA mit saisonalen Schwankun gen. Krill-Öl zeichnet sich dadurch aus, dass es zu 80%
Omega-3 LCPUFA are also produced by fermentation of
microalgae and/or lower fungi and subsequent extraction
of the cell lipids. A single cell oil with 40% DHA in the form
of TG is currently extensively used to fortify infant formulas.
All raw oils, whether from marine or microbial sources, are
refined to remove possible undesirable by-products (free
fatty acids, pigments, polymers, primary and secondary oxidation products) and environmental contaminants such as
heavy metals and pesticides. The degree of refining and
the expertise applied in refining the raw oils are decisive
for the ultimate quality and stability of the products. Quality
standards, such as those developed by the Omega-3 Working Group of the Council for Responsible Nutrition2, ensure
product quality and safety.
aus Phospholipiden (PL) besteht, wohingegen Fischöle
100% Triglyceride (TG) enthalten.
Omega-3-LCPUFA werden auch durch Fermentation von
Mikroalgen und/oder niederen Pilzen und anschliessender
Extraktion der Zell-Lipide gewonnen. Ein Algenöl mit einem 40%-igen DHA-Gehalt in Form von TG wird derzeit in
grossem Umfang zur Anreicherung von Säuglingsnahrung
eingesetzt.
Alle Rohöle, sowohl aus marinen als auch mikrobiellen
Quellen, werden raffiniert, um mögliche, unerwünschte
Nebenprodukte (freie Fettsäuren, Pigmente, Polymere,
primäre und sekundäre Oxidationsprodukte) und UmweltKontaminantien, wie z.B. Schwermetalle und Pestizide, zu
Fig. 1: Structure of triglycerides and phospholipids
entfernen. Die Art des Raffinierens des Rohöls und das
The chemical stability of omega-3 LCPUFA oils depends critidabei vorhandene Know-How sind entscheidend für die
cally on the absence of (reactive) peroxides and transition
Qualität und die Haltbarkeit des Endmetals (catalysts) as well as on the lipid
produkts. Produktqualität und -sicherclass (TG, PL) and FA composition. PL are
heit werden durch Qualitätsstandards
generally more stable than TG, and the
*
sichergestellt, die z.B. von der Omegastability decreases with increasing degree
3-Arbeitsgruppe des Council for Resof unsaturation of the FA.
ponsible Nutrition2 erarbeitet werden.
EPA and DHA can attach to the glycerol
backbone of triglycerides in three differDie chemische Stabilität von Omegaent positions, two in phospholipids. The
3-LCPUFA-Ölen hängt entscheidend
positional distribution is not at random. In
vom Fehlen (reaktiver) Peroxide und
fish oil 60% of the EPA and DHA are in the
Fig. 1: Structure of triglycerides and phospholipids
Übergangsmetalle (Katalysatoren) ab.
EPA and DHA can attach to the glycerol backbone of triglycerides in three different
R2 position (Fig.1).
Weitere
wichtige
Aspekte in dieser Hinpositions, two in phospholipids. The positional distribution is not at random. In
fish oil
60% of the EPA and DHA are in the Rsicht
2 position (Fig.1).
sind die chemischen Klassen der Lipide (TG, PL) und
die Fettsäuren-Zusammensetzung. PL sind im Allgemeinen
and physical modification of natural omega-3 LCPUFA oils
Chemical and physical modificationChemical
of natural
omega-3
stabiler als TG, wobei die Stabilität mit abnehmendem
To
obtain
an
oil
which
contains
50%
omega-3
LCPUFA or higher,
or an oil
LCPUFA oils
Sättigungsgrad
der Fettsäuren
sinkt.
containing EPA or DHA only, natural triglycerides are hydrolysed and the fatty acids
To obtain an oil which contains 50%fractionated
omega-3
LCPUFA
ormethods
by one
of several
urea crystallisation,
higher, or an oil containing EPA or DHA••only,
natural triglycBei Triglyceriden können EPA und DHA an drei verschiededistillation,
supercritical fluid
erides are hydrolysed and the fatty acids•fractionated
byextraction
one
nen Stellen an Glycerin gebunden sein, bei Phospholipiden
of several methods
an zwei. Die
Position
ist or
dabei nicht zufällig verteilt. Bei
The resulting products are either non-physiological
fatty acid
ethyl esters
reconstituted glycerides consisting of about
60% befinden
tri-, 30% di- and
10%
•urea crystallisation,
Fischöl
sich
ca. 60% der EPA und DHA an der
monoglycerides. Alternatively, lipids of defined structure can be obtained with
•distillation,
Position
R2(fermentation).
(Fig.1).
enzymes that exhibit substrate or position
specificity
•supercritical fluid extraction
Biodisposition of omega-3 LC-PUFA oils
The resulting products are either non-physiological
fatty acid
Chemische
und physikalische
von natürliDifferent forms of omega-3
LCPUFA oils
may not be necessarily
bioequivalent. InModifizierung
the
pancreas
enzymes of
called
lipases act on
the omega-3
LCPUFA oils. The hydrolysis
ethyl esters or reconstituted glycerides
consisting
about
chen
Omega-3-LCPUFA-Ölen
or addition of hydrogen splits the omega-3 as follows (Fig.2)
60% tri-, 30% di- and 10% monoglycerides.
Alternatively,
Zur(FFA)
Herstellung
eines Öls, das 50% oder mehr Omega-3• Triglyceride
two free fatty acids
and a monoglyceride
• Phospholipid one FFA and a lysophospholipid
lipids of defined structure can be obtained
with enzymes that
LCPUFA enthält, oder eines Öls, das ausschliesslich EPA
• Ethyl Ester one FFA and ethanol.
exhibit substrate or position specificity (fermentation).
oder DHA enthält, werden natürliche Triglyceride hydrolysiert und die Fettsäuren mit Hilfe eines der folgenden
Verfahren fraktioniert:
2
Omega-3 Fatty Acids | © ENA 2009
Biodisposition of omega-3 LC-PUFA oils
Different forms of omega-3 LCPUFA oils may not be necessarily bioequivalent. Pancreatic enzymes called lipases act on
the omega-3 LCPUFA oils. The hydrolysis (reaction with water)
splits the omega-3 as follows (Fig.2)
•Triglyceride → two free fatty acids (FFA) and a mono glyceride
•Phospholipid → one FFA and a lysophospholipid
•Ethyl Ester → one FFA and ethanol.
•Harnstoff-Kristallisation
•Destillation
•Extraktion mit überkritischen Fluiden (Supercritical Fluid
Extraction)
Dabei entstehen entweder nicht-physiologische FettsäureEthylester oder neu zusammengesetzte Glyceride, die aus
etwa 60% Tri-, 30% Di- und 10% Monoglyceriden bestehen.
Alternativ dazu können mit Hilfe von Enzymen mit Substrat- oder Positionsspezifität (Fermentation) Lipide mit einer
bestimmten Struktur gewonnen werden.
FFA and monoglycerides - together with bile salts, cholesterol and fat-soluble vitamins - are re-assembled to units known
as micelles which diffuse into the cells lining the enteral tract
(mucosal phase).
Bioverfügbarkeit von Omega-3-LCPUFA-Ölen
Unterschiedliche chemische Formen von Omega-3-LCPUFA-Ölen müssen nicht unbedingt bio-äquivalent sein.
Fig. 2: Intestinal
hydrolysis
of triglycerides
and phospholipidswirken auf die Omega-3-LCPUFAPankreas-Lipasen
Once inside the cell, the monoglycerides
and FFA
are conÖle ein. Durch Hydrolyse (Reaktion mit Wasser) werden
verted back into a TG format. The TGs then combine with
die Omega-3-Fette folgendermassen gespalten (Fig.2):
apoproteins, assemble into particles called chylomicrons and
• Triglyceride → zwei freie Fettsäuenter the circulation via the lymphatic
ren (FFA) und ein Monoglycerid
route. In the plasma the chylomicron• Phospholipide → eine FFA und
TG are converted back to FFA and
ein Lysophospholipid
remnant particles that can be taken
• Ethylester → eine FFA und
up by (extrahepatic/hepatic) tissues.
Ethanol.
Lysophospholipids are treated similarly.
FFA und Monoglyceride bilden zusammen mit Gallensalzen, CholesStudies in animals and humans comterin und fettlöslichen Vitaminen
paring the absorption of omega-3
Fig. 2: Intestinal hydrolysis of triglycerides and phospholipids
sogenannte Mizellen, die durch
fatty acids from TG versus absorption
FFA and monoglycerides - together with bile salts, cholesterol and fat-soluble
vitamins
re-assembled
to units known
as micellesin
which
into the cells
Diffusion
diediffuse
Darmmukosa-Zellen
aufgenommen werfrom non-physiological ethyl esters
have- are
been
somewhat
lining the enteral tract (mucosal phase).
den (Mukosa-Phase).
conflicting. In general, no significant differences in absorption
Once
inside, the
monoglycerides
were observed in studies in which the
feeding
spanned
sev-and FFA are converted back into a TG format. The
TGs then combine with apoproteins, assemble into particles called chylomicrons and
In der
die Monoglyceride
und FFA wieder
eral weeks and the omega-3 LCPUFA
were
givenviatogether
enter the
circulation
the lymphatic route.
In the Zelle
plasma werden
the chylomicron-TG
are
back to FFA and remnant particles that can be taken up by
zu
TG
vereint.
Die
TG
binden
dann
an
Apoproteine
und
with a fatty meal. Nevertheless it is converted
important
to
realize
that
(extrahepatic/hepatic) tissues. Lysophospholipids are treated similarly.
gelangen so als Chylomikronen bezeichnete Partikel über
omega-3 LCPUFA differ in their accretion rates and distribuStudies in animals and humans comparing the absorption of omega-3 fatty acids
das Lymphsystem
inbeen
densomewhat
venösen Blutkreislauf. Im Plasma
tion into individual lipid pools3.
from TG versus absorption from non-physiological
ethyl esters have
conflicting. In general, no significant differences
in absorption
were observed in
werden
die Chylomikronen-TG
zu FFA und Restkörpern
studies in which the feeding spanned several weeks and the omega-3 LCPUFA were
(Remnants)
hydrolysiert,
die
vom
given together with a fatty meal. Nevertheless it is important to realize that omega-3 (extrahepatischen/hepaLCPUFA differ in their accretion rates and distribution into individual lipid pools3.
tischen) Gewebe aufgenommen werden können. Ähnliches
Conclusion
Conclusion
gilt für die Lysophospholipide.
Omega-3 LCPUFA supplements on
the market today are
Omega-3 LCPUFA supplements on the market today are available in different
available in different formats namely:
formats namely:
Triglycerides(TG)
natural fish oils Untersuchungen an Tier und Mensch zur AbVergleichende
•Triglycerides(TG) – as un-processed •natural
fish oils – as un-processed
• Reconstituted glycerides – FA re-esterified with glycerol (mainly concentrates)
von Omega-3-Fettsäuren aus TG respektive nicht•Reconstituted glycerides – FA re-esterified
with
• Ethyl ester
– FA glycerol
re-esterified with sorption
ethanol (concentrates)
physiologischen
lieferten zum Teil widersprüch (mainly concentrates)
Caution should be exercised when comparing different omega-3Ethylestern
LCPUFA health
care
products.
They
may
differ
markedly
in
stability,
accretion
rates
and
distribution
liche Ergebnisse. Im Allgemeinen stellten Studien, bei denen
•Ethyl ester – FA re-esterified with ethanol (concentrates)
into individual lipid pools depending on raw material source, lipid form, composition
die Zufuhr von Omega-3-LCPUFA über mehrere Wochen
and method of production.
und zusammen mit einer fetthaltigen Mahlzeit erfolgte,
Caution should be exercised when comparing different omekeine signifikanten Unterschiede bei der Absorption fest.
ga-3 LCPUFA health care products. They may differ markedly
Omega-3 Fatty Acids | © ENA 2009
3
in stability, accretion rates and distribution into individual
lipid pools depending on raw material source, lipid form,
composition and method of production.
Trotzdem ist es wichtig zu wissen, dass die Aufnahmeraten
und die Verteilung von Omega-3-LCPUFA in die einzelnen
Lipidreservoirs verschieden sind3.
References
Schlussfolgerung
Omega-3-LCPUFA für Nahrungsergänzungsmittel sind
heute auf dem Markt in unterschiedlichen chemischen
Formen erhältlich:
•Triglyceride (TG) – unbehandelte, natürliche Fischöle
•neu zusammengesetzte Glyceride – mit Glycerin rück veresterte FA (vor allem Konzentrate)
•Ethylester – mit Ethanol rückveresterte FA (Konzentrate) 1
www.lipidlibrary.co.uk/index.html
2
www.crnusa.org
3
Katan MB et al. J Lipid Res 1997;38:2012-22.
Imprint
Editor:
European Nutraceutical Association (ENA),
Centralbahnstrasse 7, P.O.Box 253, 4010 Basel, Switzerland
www.enaonline.org
Editor journalist:
Dr. Peter Prock (ViSdP)
Layout and print:
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Bordeaux-Strasse 5, 4053 Basel, Switzerland
[email protected]
© ENA 2009
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Omega-3 Fatty Acids | © ENA 2009
Beim Vergleich von Gesundheitsprodukten mit unterschiedlichen Omega-3-LCPUFA muss Vieles bedacht werden. Es
können je nach Herkunft des Rohmaterials, der chemischen
Lipidart, der Zusammensetzung und des Herstellungsverfahrens grosse Unterschiede hinsichtlich Haltbarkeit, Aufnahmerate und Verteilung in einzelne Fettkompartimente
bestehen.