Beta-Carotin gehört zur großen Gruppe der Carotinoide – lipophile (fettlösliche) Pigmentfarbstoffe pflanzlicher Herkunft –, die zu den sekundären Pflanzenstoffen (bioaktive Substanzen mit gesundheitsfördernder Wirkung – "anutritive Inhaltsstoffe") gerechnet werden. Beta-Carotin ist der bekannteste und mengenmäßig wichtigste natürliche Vertreter aus der Substanzklasse der Carotinoide, von dem sich auch der Sammelname der Verbindungen ableitet [3, 4, 15, 36, 37].

Strukturmerkmal von Beta-Carotin ist die symmetrische, mehrfach ungesättigte Polyenstruktur (organische Verbindung mit mehreren Kohlenstoff-Kohlenstoff (C-C)-Doppelbindungen), bestehend aus acht Isoprenoid-Einheiten und 11 konjugierten Doppelbindungen (→ Tetraterpen mit 40 C-Atomen). An beiden Enden der Isoprenoidkette ist je ein Beta-Iononring (nicht substituierter, konjugierter Trimethylcyclohexen-Ring) gebunden – ein Strukturelement, das auch im Retinol (Vitamin A) vorkommt und Voraussetzung für die Vitamin A-Wirksamkeit ist [3, 13, 15, 31, 36, 37]. Das System konjugierter Doppelbindungen verleiht dem Beta-Carotin seine orange-rote bis rote Farbe und ist für einige physikochemische Eigenschaften des Carotinoids verantwortlich, die im direkten Zusammenhang mit dessen biologischen Wirkungen stehen [32]. Die ausgesprochene Lipophilie (Fettlöslichkeit) von Beta-Carotin beeinflusst sowohl die intestinale (den Darm betreffend) Resorption als auch die Verteilung im Organismus [3].
Beta-Carotin kann in verschiedenen geometrischen Formen (cis-/trans-Isomere) auftreten, die ineinander umwandelbar sind. In der Pflanze liegt Beta-Carotin vorrangig (~ 98 %) als stabiles all-trans-Isomer vor. Im menschlichen Organismus können teils verschiedene isomere Formen nebeneinander vorkommen [3, 36, 37, 39].
Im Gegensatz zu den Xanthophyllen, wie Lutein, Zeaxanthin und Beta-Cryptoxanthin, enthält Beta-Carotin wie auch Alpha-Carotin und Lycopin keine funktionelle Sauerstoffgruppe [3, 4, 6, 13, 15, 23, 27, 36, 37].

Von den rund 700 identifizierten Carotinoiden sind etwa 60 durch den menschlichen Stoffwechsel in Vitamin A (Retinol) umwandelbar und weisen demnach Provitamin A-Aktivität auf. Beta-Carotin (all-trans- und 13-cis-Isomer) ist der bedeutendste Vertreter mit dieser Eigenschaft und besitzt die höchste Vitamin A-Aktivität, gefolgt von all-trans-Alpha-Carotin, all-trans-Beta-Cryptoxanthin und 8´-Beta-Apocarotinal. Somit leistet Beta-Carotin einen entscheidenden Beitrag zur Vitamin A-Versorgung, insbesondere bei Personen mit niedriger Vitamin A-Zufuhr, wie Vegetarier [6, 15, 16, 20, 23, 27, 36, 37, 43].

Molekulare Voraussetzungen von Carotinoiden für die Vitamin A-Wirksamkeit sind [1, 13, 23, 31]:

• Beta-Iononring (nicht substituierter, konjugierter Trimethylcyclohexen-Ring)
  • Veränderungen am Ring führen zu Aktivitätsminderungen
  • Carotinoide mit Sauerstoff (O)-tragendem Ring, wie Lutein und Zeaxanthin, oder ohne Ringstruktur, wie Lycopin, besitzen keine Vitamin A-Aktivität
• Isoprenoide Kette
  • Mindestens 15 C-Atome plus 2 Methylgruppen
  • cis-Isomere besitzen eine geringere biologische Aktivität als trans-Isomere

Licht und Hitze beziehungsweise die Anwesenheit von Sauerstoff können die Vitamin A-Aktivität von Beta-Carotin durch Isomerisierung (Umwandlung trans- → cis-Konfiguration) beziehungsweise oxidative Veränderung der Molekülstruktur herabsetzen [6, 13, 16, 18, 36].

Synthese

Beta-Carotin wird von Pflanzen, Algen und zur Photosynthese befähigten Bakterien synthetisiert und im pflanzlichen Organismus in den Chromoplasten (durch Carotinoide orange, gelb und rötlich gefärbten Plastiden in Blütenblättern, Früchten oder Speicherorganen (Karotten) von Pflanzen) und Chloroplasten (Organellen der Zellen von Grünalgen und höheren Pflanzen, die Photosynthese betreiben) – eingebunden in eine komplexe Matrix aus Proteinen, Lipiden und Kohlenhydraten – eingelagert [3, 19, 23, 36]. Dort bietet Beta-Carotin gemeinsam mit anderen Carotinoiden Schutz vor photooxidativen Schäden, indem es als "Quencher" ("Entgifter", "Inaktivierer") reaktiver Sauerstoffverbindungen (¹O₂, Singulettsauerstoff) fungiert, das heißt Strahlungsenergie über den Triplettzustand direkt absorbiert und über Wärmeabgabe deaktiviert. Da die Fähigkeit zum Quenching mit der Anzahl der Doppelbindungen steigt, besitzt Beta-Carotin mit seinen 11 Doppelbindungen im Vergleich zu anderen Carotinoiden die stärkste Quenching-Aktivität [4, 13, 17, 23, 31, 36, 37].

Beta-Carotin stellt das in der Natur meist verbreitete Carotinoid dar. Es findet sich in den verschiedensten Obst- (2-10 mg/kg) und Gemüsesorten (20-60 mg/kg), wobei der Gehalt je nach Sorte, Jahreszeit, Reifegrad, Wachstums-, Ernte- und Lagerbedingungen sowie in den unterschiedlichen Teilen der Pflanze stark variieren kann. So ist beispielsweise in den äußeren Blättern von Kohl 200-mal mehr Beta-Carotin enthalten als in den inneren Blättern. Besonders reich an Beta-Carotin sind gelb-/orangefarbene Obst- und Gemüsesorten und dunkelgrüne Blattgemüsen, wie Karotten, Kürbis, Grünkohl, Spinat, Wirsing, Feldsalat, Paprika, Chicoreé, Süßkartoffeln sowie Melonen [4, 9, 16, 23, 27, 31, 36, 40]. Aufgrund seiner farbgebenden Eigenschaften wird Beta-Carotin – aus Pflanzen extrahiert oder synthetisch hergestellt – in Deutschland in etwa 5 % aller Lebensmittel als Farbstoff (E 160 beziehungsweise E 160a) verwendet, unter anderem zur Einfärbung von Butter, Margarine, Molkereiprodukten, Brotaufstrichen, Süßwaren oder Limonaden, wobei fester Nahrung und Getränken durchschnittlich zwischen 1-5 mg/kg beziehungsweise mg/l zugesetzt werden [3, 6, 16].

Resorption

Aufgrund seines lipophilen (fettlöslichen) Charakters wird Beta-Carotin im Rahmen der Fettverdauung im oberen Dünndarm resorbiert (aufgenommen). Dies macht die Anwesenheit von Nahrungsfetten (3-5 g/Mahlzeit) als Transportmittel, von Gallensäuren zur Solubilisierung (Erhöhung der Löslichkeit) und Micellenbildung und von Esterasen (Verdauungsenzymen) zur Spaltung von verestertem Beta-Carotin notwendig [3, 4, 16, 22, 23, 36, 42, 46].

Nach Freisetzung aus der Nahrungsmatrix vereint sich Beta-Carotin im Dünndarmlumen mit anderen lipophilen Substanzen und Gallensäuren zu gemischten Micellen (kugelförmige Gebilde mit 3-10 nm Durchmesser, in denen die Lipidmoleküle so angeordnet sind, dass die wasserlöslichen Molekülanteile nach außen und die wasserunslöslichen Molekülanteile nach innen gekehrt sind) – Micellarphase zur Solubilisierung (Erhöhung der Löslichkeit) der Lipide –, die über einen passiven Diffusionsprozess in die Enterozyten (Zellen des Dünndarmepithels) des Duodenums (Zwölffingerdarm) und Jejunums (Leerdarm) aufgenommen werden [1, 3, 4, 6, 13, 16, 23, 36, 37, 46].

Die Absorptionsrate von Beta-Carotin aus pflanzlichen Lebensmitteln ist intra- und interindividuell sehr unterschiedlich und beträgt je nach Anteil gleichzeitig zugeführter Fette zwischen 30 bis 60 % – durchschnittlich 50 % bei Aufnahme von circa 1-3 mg Beta-Carotin [1, 3, 4, 16, 36, 37].

Im Hinblick auf ihren fördernden Einfluss auf die Beta-Carotin-Absorption sind gesättigte Fettsäuren weitaus effektiver als mehrfach ungesättigte Fettsäuren (Polyenfettsäuren, PFS), was wie folgt begründet werden kann [13]:

• PFS erhöhen die Größe gemischter Micellen, wodurch die Diffusionsgeschwindigkeit sinkt
• PFS verändern die Ladung der micellaren Oberfläche und setzen somit die Affinität (Bindungsstärke) zu den Enterozyten (Zellen des Dünndarmepithels) herab
• PFS (Omega-3- und -6-Fettsäuren) beanspruchen in Lipoproteinen (Aggregate aus Lipiden und Proteinen – micellenähnliche Partikel –, die dem Transport lipophiler Substanzen im Blut dienen) mehr Raum als gesättigte Fettsäuren und begrenzen somit den Raum für andere lipophile Moleküle, darunter Beta-Carotin
• PFS, vor allem Omega-3-Fettsäuren, hemmen die Lipoproteinsynthese

Die Bioverfügbarkeit von Beta-Carotin ist neben der Fettzufuhr auch von folgenden endogenen und exogenen Faktoren abhängig [3, 6, 7, 11-13, 16, 23, 24, 26, 30, 31, 33, 34, 37, 41, 42, 46]:

• Menge an alimentär (mit der Nahrung) zugeführtem Beta-Carotin – mit steigender Dosis nimmt die relative Bioverfügbarkeit des Carotinoids ab
• Isomere Form – Beta-Carotin wird in seiner all-trans-Konfiguration besser resorbiert als in seiner cis-Form
• Nahrungsquelle – aus Supplementen (isoliertes Beta-Carotin) ist das Carotinoid besser verfügbar als aus Obst und Gemüse (natives Beta-Carotin), was sich in einem deutlich höheren Anstieg des Beta-Carotin-Serumspiegels nach Einnahme von Supplementen gegenüber der Aufnahme gleicher Mengen aus der üblichen Nahrung manifestiert
• Lebensmittelmatrix, in die Beta-Carotin eingebunden ist – aus verarbeitetem Gemüse (mechanische Zerkleinerung, Hitzebehandlung) wird Beta-Carotin deutlich besser resorbiert (> 15 %) als aus rohen Lebensmitteln (< 3 %), da das Carotinoid in rohen Gemüsen in der Zelle kristallin vorliegt und von einer festen unverdaulichen Cellulosematrix umschlossen ist
• Interaktionen mit anderen Nahrungsmittelinhaltsstoffen:
  • Ballaststoffe, wie Pektine aus Früchten, setzen die Bioverfügbarkeit von Beta-Carotin herab, indem diese schwerlösliche Komplexe mit dem Carotinoid bilden
  • Olestra (synthetischer Fettersatzstoff, bestehend aus Estern von Fettsäuren und Saccharose (→ Saccharosepolyester), der von den körpereigenen Lipasen (fettspaltende Enzyme) nicht gespalten werden kann und unverändert ausgeschieden wird) reduziert die Beta-Carotin-Resorption
  • Phytosterine und -stanole (in fettreichen Pflanzenteilen, wie Samen, Keime und Kerne, vorkommende chemische Verbindungen aus der Klasse der Sterine, die der Struktur des Cholesterins sehr ähnlich sind und deren Absorption kompetitiv hemmen) beeinträchtigen die intestinale Aufnahme von Beta-Carotin
  • Die Aufnahme von Carotinoidgemischen, wie Beta-Carotin, Lutein und Lycopin, kann die intestinale Beta-Carotin-Aufnahme sowohl hemmen als auch fördern
  • Proteine und Vitamin E steigern die Beta-Carotin-Resorption
• Individuelle Verdauungsleistung, wie mechanische Zerkleinerung im oberen Verdauungstrakt, pH-Wert des Magens, Gallenfluss – gründliches Kauen und ein niedriger pH-Wert des Magensaftes fördern den Zellaufschluss und die Freisetzung von gebundenem beziehungsweise verestertem Beta-Carotin, was die Bioverfügbarkeit des Carotinoids erhöht; ein verminderter Gallenfluss senkt die Bioverfügbarkeit aufgrund der beeinträchtigten Micellenbildung
• Versorgungsstatus des Organismus
• Versorgungsgrad mit Vitamin A – bei gutem Vitamin A-Status ist die Absorption von Beta-Carotin erniedrigt
• Genetische Faktoren

Biotransformation

Im Zytosol der Zellen des Jejunums (Leerdarm) wird ein Teil des Beta-Carotins in Retinol (Vitamin A) umgewandelt. Dazu wird das Carotinoid entweder an der zentralen oder einer exzentrischen (dezentralen) Doppelbindung durch das zytosolische, nicht membrangebundene Enzym 15,15´-Dioxygenase – Carotinase – gespalten, wobei die zentrale Spaltung der vorherrschende Mechanismus ist [4, 13, 31, 36, 45]. Während aus der zentralen (symmetrischen) Spaltung von Beta-Carotin zwei Moleküle Retinal hervorgehen, entsteht bei der dezentralen (asymmetrischen) Spaltung des Carotinoids je nach Ort der Degradation (Zerlegung) 8´-, 10´- beziehungsweise 12´-Beta-Apocarotinal, das durch weiteren Abbau beziehungsweise Kettenverkürzung zu einem Molekül Retinal umgewandelt wird. Es folgt die Reduktion von Retinal zum biologisch aktiven Retinol durch die Alkohol-Dehydrogenase – reversibler (umkehrbarer) Prozess –, das an das zellulär retinolbindende Protein II (CRBPII) bindet und – bei physiologischer Konzentration – durch die Lecithin-Retinol-Acyltransferase (LRAT) beziehungsweise – bei höheren Konzentrationen – durch die Acyl-CoA-Retinol-Acyltransferase (ARAT) mit Fettsäuren, vor allem mit Palmitinsäure, verestert wird (→ Retinylester). Daneben kann Retinal zu Retinsäure oxidiert werden – ein irreversibler Prozess, der nur in geringem Maße stattfindet [1, 3-5, 13, 31, 36, 37].

Die Konversion (Umwandlung) von Beta-Carotin zu Retinol im Zytosol der Enterozyten (Zellen des Dünndarmepithels) wird auf 17 % geschätzt. Die Metabolisierung (Verstoffwechselung) kann neben den Enterozyten auch im Zytosol von Leber-, Lungen-, Nieren- und Muskelzellen erfolgen [13, 36]. Zur Aufrechterhaltung der Aktivität der 15,15´-Dioxygenase ist sowohl Sauerstoff als auch ein Metallion – vermutlich Eisen – notwendig [13].

Die Umwandlung von Beta-Carotin zu Retinol hängt von folgenden Faktoren ab [6, 10, 13, 28, 31, 36, 37]:

• Genetische Faktoren
• Merkmale der Nahrung, die die intestinale Absorption beeinflussen, wie Lebensmittelmatrix und Fettgehalt
• Menge an zugeführtem Beta-Carotin
• Proteinstatus
• Versorgungslage des Organismus
• Versorgungsgrad mit Vitamin A und Vitamin E
• Alkoholkonsum

Bei gleichzeitiger Zufuhr von Beta-Carotin und Retinol (Vitamin A) oder bei gutem Vitamin A-Status nimmt die Aktivität der 15,15´-Dioxygenase in den Dünndarmzellen ab, wodurch die Konversionsrate sinkt und der Anteil an nicht gespaltenem Beta-Carotin steigt. Aus diesem Grund besteht selbst bei sehr hohen Dosen an Beta-Carotin kein Risiko einer Hypervitaminose A [2, 4, 9, 10, 31, 36].

Welchen Einfluss die Art des Lebensmittels, die Lebensmittelmatrix, in die das Beta-Carotin eingebunden ist, und die Menge an gleichzeitig zugeführtem Fett auf die enterozytäre Konversion von Beta-Carotin zu Retinol hat, zeigt die nachfolgende Tabelle [1, 6, 8, 20, 21, 23, 44].

Zur Erzielung einer Vitamin A-Aktivität entsprechend der Zufuhr von 1 µg all-trans-Retinol ist eine Beta-Carotin-Aufnahme von beispielsweise 2 µg aus Milch, 12 µg aus gekochten, passierten Möhren oder 26 µg aus gekochten grünblättrigen Gemüse notwendig. Dies macht deutlich, dass durch eine gezielte Lebensmittelauswahl, Anwesenheit von Nahrungsfetten beziehungsweise Lebensmittel-verarbeitende Prozesse, wie Garen oder mechanisches Zerkleinern, weniger Beta-Carotin für die Umwandlung zu Retinol über die Nahrung zugeführt werden muss, was auf deren verbesserte intestinale Resorption zurückzuführen ist. Mit Erhöhung der Beta-Carotin-Absorption steigt auch die Konversion des Carotinoids zu Retinol in den Enterozyten [6, 31, 36, 46].

Transport und Verteilung im Körper

Der Teil an Beta-Carotin, der in den Mukosazellen des Dünndarms nicht zu Retinol metabolisiert wurde, wird gemeinsam mit den Retinylestern und anderen lipophilen Substanzen in Chylomikronen (CM, lipidreiche Lipoproteine) eingebaut, die durch Exocytose (Stofftransport aus der Zelle) in die Zwischenräume der Enterozyten sezerniert (abgesondert) und über die Lymphe abtransportiert werden. Über den Truncus intestinalis (unpaarer Lymphsammelstamm der Bauchhöhle) und Ductus thoracicus (Lymphsammelstamm der Brusthöhle) gelangen die Chylomikronen in die Vena subclavia (Schlüsselbeinvene) beziehungsweise Vena jugularis (Halsader), die zur Vena brachiocephalica (linke Seite) zusammenfließen – Angulus venosus (Venenwinkel). Die Venae brachiocephalicae beider Seiten vereinen sich zur unpaaren Vena cava superior (obere Hohlvene), die in den rechten Herzvorhof mündet. Durch die Pumpkraft des Herzens werden die Chylomikronen in den peripheren Blutkreislauf eingebracht [3, 4, 13, 16, 23, 29, 36, 37, 46].

Chylomikronen haben eine Halbwertszeit (Zeit, in der sich ein exponentiell mit der Zeit abnehmender Wert halbiert hat) von etwa 30 Minuten und werden während des Transports zur Leber zu Chylomikronen-Remnants (CM-R, fettarme Chylomikronen-Restpartikel) abgebaut. In diesem Zusammenhang spielt die Lipoproteinlipase (LPL) eine entscheidende Rolle, die sich auf der Oberfläche von Endothelzellen der Blutkapillaren befindet und durch Lipidspaltung zur Aufnahme freier Fettsäuren und geringer Mengen an Beta-Carotin sowie Retinylestern in verschiedene Gewebe, zum Beispiel Muskel-, Fettgewebe und Milchdrüse, führt. Der überwiegende Teil des Beta-Carotins und der veresterten Retinol-Moleküle verbleibt jedoch in den CM-R, die an spezifische Rezeptoren der Leber binden und mittels rezeptorvermittelter Endozytose (Einstülpungsvorgang der Zellmembran → Abschnürung CM-R-haltiger Vesikel (Zellorganellen) ins Zellinnere) in die Parenchymzellen der Leber aufgenommen werden. Während die Retinylester dem Stoffwechselweg des Vitamin A folgen, wird Beta-Carotin in den Leberzellen teilweise zu Retinol metabolisiert (verstoffwechselt) und/oder gespeichert. Der andere Teil wird in VLDL (very low density lipoproteins; lipidhaltige Lipoproteine sehr geringer Dichte) eingelagert, durch die das Carotinoid über den Blutkreislauf zu extrahepatischen ("außerhalb der Leber") Geweben gelangt [13, 16, 23]. Indem im Blut zirkulierendes VLDL an periphere Zellen bindet, werden die Lipide durch Einwirkung der LPL gespalten und die dabei freiwerdenden lipophilen Substanzen, darunter Beta-Carotin, durch passive Diffusion internalisiert (nach innen aufgenommen). Daraus resultiert der Katabolismus von VLDL zu IDL (intermediate density lipoproteins). IDL-Partikel können entweder von der Leber rezeptorvermittelt aufgenommen und dort abgebaut oder im Blutplasma durch eine Triglyceridlipase (fettspaltendes Enzym) zum cholesterinreichen LDL (low density lipoproteins; cholesterinreiche Lipoproteine geringer Dichte) metabolisiert werden. An LDL gebundenes Beta-Carotin wird einerseits über rezeptorvermittelte Endozytose in Leber und extrahepatische Gewebe aufgenommen und andererseits auf HDL (high density lipoproteins; proteinreiche Lipoproteine hoher Dichte) übertragen, die am Transport von Beta-Carotin und anderen lipophilen Molekülen, vor allem Cholesterin, aus peripheren Zellen zurück zur Leber beteiligt sind [3, 4, 13, 16, 23, 37].

Der Gesamtkörperbestand an Beta-Carotin beträgt etwa 100-150 mg. Das Provitamin-A kommt in allen Organen des Menschen vor, wobei die höchsten Konzentrationen Leber, Nebennieren, Testes (Hoden) und Ovarien (Eierstöcke), vor allem das Corpus luteum (Gelbkörper), aufweisen [3, 39]. Die Speicherung des Carotinoids erfolgt zu 80-85 % im subkutanen Fettgewebe (Unterhautfettgewebe) und zu 8-12 % in der Leber [3, 4, 23, 31, 36, 37, 39]. Daneben ist Beta-Carotin geringfügig in Lunge, Gehirn, Herz, Skelettmuskulatur, Haut und anderen Organen gespeichert. Zwischen der Gewebespeicherung und oralen Zufuhr des Carotinoids herrscht eine direkte jedoch nicht lineare Korrelation. So wird Beta-Carotin nach Aussetzen der Zufuhr nur sehr langsam über mehrere Wochen aus den Gewebedepots freigesetzt [36].

Im Blut wird Beta-Carotin durch Lipoproteine transportiert, die sich aus lipophilen Molekülen und Apolipoproteinen (Proteinanteil, Funktion als strukturelles Gerüst und/oder Erkennungs- und Andockmolekül, beispielsweise für Membranrezeptoren), wie Apo A-I, B-48, C-II, D und E, zusammensetzen. Das Carotinoid ist zu 58-73 % an LDL, zu 17-26 % an HDL und zu 10-16 % an VLDL gebunden [13, 23, 33, 36-38, 45]. Bei normaler Mischkost liegt die Beta-Carotin-Serumkonzentration zwischen 20-40 µg/dl (0,4-0,75 µmol/l) [4, 6, 37], wobei Frauen einen um durchschnittlich 40 % höheren Wert aufweisen als Männer [6]. Neben dem Geschlecht kann auch das biologische Alter, der Gesundheitszustand, die Gesamtkörperfettmasse sowie der Konsum von Alkohol und Zigaretten die Beta-Carotin-Serumkonzentration beeinflussen [6]. Während das Carotinoid bei einem Serumwert von ≥ 0,4 µmol/l – im Sinne der Gesundheitsprophylaxe – optimal wirksam ist, können Serumkonzentrationen < 0,3 µmol/l als Beta-Carotin-Defizit identifiziert werden [4, 13].
Beta-Carotin ist plazentagängig und geht in die Muttermilch über [6].

Im menschlichen Serum und in der Muttermilch wurden von den rund 700 bekannten Carotinoiden bisher 34, einschließlich 13 geometrischer all-trans-Isomere, identifiziert [6, 25, 35, 36, 43]. Dabei konnte Beta-Carotin neben Lutein, Cryptoxanthin, Zeaxanthin und Alpha-Carotin am häufigsten nachgewiesen werden. Beta-Carotin macht im Serum circa 15-30 % der Gesamt-Carotinoide aus [13, 31]. Während das Provitamin-A im Serum vorrangig in seiner all-trans-Form auftritt, ist die cis-Konfiguration (9-cis-Beta-Carotin) in den Gewebespeichern ständig vorhanden [36].

Ausscheidung

Nicht resorbiertes Beta-Carotin verlässt den Körper mit den Fäzes (Stuhl), während Apocarotinale und andere Metabolite des Beta-Carotins über den Urin eliminiert werden [13, 37]. Um die Metabolite in eine ausscheidbare Form zu überführen, werden diese – wie alle lipophilen (fettlöslichen) Substanzen – der Biotransformation unterzogen [13, 16, 36].

Die Biotransformation findet in vielen Geweben, vor allem in der Leber, statt und kann in zwei Phasen unterteilt werden [23, 36]:

• In Phase I werden die Metabolite des Beta-Carotins zur Erhöhung der Löslichkeit durch das Cytochrom-P-450-System hydroxyliert (Einfügen einer OH-Gruppe)
• In Phase II erfolgt die Konjugation mit stark hydrophilen (wasserlöslichen) Stoffen – dazu wird mit Hilfe der Glucuronyltransferase Glucuronsäure auf die zuvor eingefügte OH-Gruppe der Metabolite übertragen

Ein Großteil der Metabolite des Beta-Carotin ist noch nicht aufgeklärt. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass es sich bei den Ausscheidungsprodukten vorwiegend um glucuronidierte Metabolite handelt [23, 36].

Nach einmaliger Gabe beträgt die Verweildauer der Carotinoide im Körper zwischen 5-10 Tagen [36].

Literatur

1. Bässler KH, Golly I, Loew D, Pietrzik K: Vitamin-Lexikon für Ärzte, Apotheker und Ernährungswissenschaftler. 3. Auflage. Urban & Fischer, München 2002
2. Beta-Carotene  Natural Medicines Comprehensive Database (2003) [Web site] Available at: http://www.naturaldatabase.com/monograph.asp?mono_id=999&brand_id=
3. Biesalski HK, Köhrle J, Schümann K: Vitamine, Spurenelemente und Mineralstoffe. Prävention und Therapie mit Mikronährstoffen. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2002
4. Biesalski HK, Bischoff SC, Puchstein C: Ernährungsmedizin. Nach dem Curriculum Ernährungsmedizin der Bundesärztekammer. 4. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 2010
5. Blomhoff R, Green MH, Green JB et al.: Vitamin A metabolism: new perspectives on absorption, transport, and storage. Physiol Rev. 1991 Oct;71(4):951-90.
6. Bundesinstitut für Risikobewertung: Domke A, Großklaus R, Niemann B, Przyrembel H, Richter K, Schmidt E, Weißenborn A, Wörner B, Ziegenhagen R (Hrsg.) Verwendung von Mineralstoffen in Lebensmitteln – Toxikologische und ernährungsphysiologische Aspekte, Teil 1, BfR-Hausdruckerei Dahlem, 2004
7. Castenmiller JJM, West CE: Bioavailability and bioconversion of carotenoids. Annu Rev Nutr. 1998;18:19-38.
8. de Pee S, West CE, Permaesih D et al.: Orange fruit is more effective than are dark-green, leafy vegetables in increasing serum concentrations of retinol and beta-carotene in schoolchildren in Indonesia. Am J Clin Nutr. 1998 Nov;68(5):1058-67.
9. Dietl H, Ohlenschläger G: Handbuch der Orthomolekularen Medizin. Karl F. Haug Verlag, Stuttgart 2003
10. During A, Harrison EH: Intestinal absorption and metabolism of carotenoids: insights from cell culture. Arch Biochem Biophys. 2004 Oct 1;430(1):77-88.
11. Edwards AJ, Nguyen CH, You CS et al.: alpha- and beta-Carotene from a commercial carrot puree are more bioavailable to humans than from boiled-mashed carrots, as determined using an extrinsic isotope reference method. J Nutr. 2002 Feb;132(2):159-67.
12. Elmadfa I, König J (Hrsg.): Nährstoffanreicherung von Lebensmitteln. Wissenschaftliche Schriftenreihe der Ernährungsgesellschaften Deutschland, Österreich, Schweiz. 2002
13. Elmadfa I, Leitzmann C: Ernährung des Menschen. 4. Auflage. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart 2004
14. Gerster H: Vitamin A – functions, dietary requirements and safety in humans. Int J Vitam Nutr Res. 1997;67(2):71-90.
15. Hahn A: Nahrungsergänzungsmittel. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart 2001
16. Hahn A, Ströhle A, Wolters M: Ernährung. Physiologische Grundlagen, Prävention, Therapie. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart 2006
17. Halliwell B, Gutteridge JMC: Free Radicals in Biology and Medicine. Third ed. New York, Oxford University Press 1999
18. Heiss R, Eichner K: Haltbarmachen von Lebensmitteln. 4. Auflage. Springer Verlag, Berlin 2002
19. International Agency for Research on Cancer (IARC): IARC Handbooks of Cancer Prevention: Carotenoids. International Agency for Research on Cancer, Lyon 1998
20. Institute of Medicine (IOM): Food and Nutrition Board: Beta-carotene and other carotenoids. Dietary reference intakes for vitamin C, vitamin E, selenium, and carotenoids. National Academy Press 2000; Washington DC, 325-400
21. Institute of Medicine (IOM): Food and Nutrition Board: Dietary Reference Intakes for Vitamin A, Vitamin K, Arsenic, Boron, Chromium, Copper, Iodine, Iron, Manganese, Molybdenum, Nickel, Silicon, Vanadium and Zinc. National Academy Press 2001, Washington DC
22. Jalal F, Nesheim MC, Agus Z et al.: Serum retinol concentrations in children are affected by food sources of beta-carotene, fat intake, and anthelmintic drug treatment. Am J Clin Nutr. 1998 Sep;68(3):623-9.
23. Kasper H: Ernährungsmedizin und Diätetik. 10. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München 2004
24. Katan MB, Grundy SM, Jones P et al.: Efficacy and safety of plant stanols and sterols in the management of blood cholesterol levels. Mayo Clin Proc. 2003 Aug;78(8):965-78.
25. Khachik F, Spangler CJ, Smith JC et al.: Identification, quantification, and relative concentrations of carotenoids and their metabolites in human milk and serum.
    Anal. Chem., 1997, 69 (10), pp 1873–1881. doi: 10.1021/ac961085i
26. Kostic D, White WS, Olson JA: Intestinal absorption, serum clearance, and interactions between lutein and beta-carotene when administered to human adults in separate or combined oral doses. Am J Clin Nutr. 1995 Sep;62(3):604-10.
27. Leitzmann C, Müller C, Michel P et al.: Ernährung in Prävention und Therapie. Hippokrates Verlag in MVS Medizinverlage Stuttgart GmbH & Co. KG 2005
28. Leo MA, Lieber CS: Alcohol, vitamin A, and beta-carotene: adverse interactions, including hepatotoxicity and carcinogenicity. Am J Clin Nutr. 1999 Jun;69(6):1071-85.
29. Moll KJ, Moll M: Anatomie: Kurzlehrbuch zum Gegenstandskatalog 1. 18. Ausgabe. Elsevier, Urban & Fischer Verlag, München 2006
30. Neuhouser ML, Rock CL, Kristal AR et al.: Olestra is associated with slight reductions in serum carotenoids but does not markedly influence serum fat-soluble vitamin concentrations. Am J Clin Nutr; Am J Clin Nutr; April 2006  83(3): 624-631
31. Niestroj I: Praxis der Orthomolekularen Medizin. Hippokrates Verlag GmbH, Stuttgart 2000  
32. Olson JA, Krinsky NI: The colorful fascinating world of the carotinoids: important physiologic modulators. FASEB J. 1995 Dec;9(15):1547-50.
33. Parker RS: Absorption, metabolism, and transport of carotenoids. FASEB J. 1996 Apr;10(5):542-51.
34. Parker RS, Swanson JE, You CS et al.: Bioavailability of carotenoids in human subjects. Proc Nutr Soc. 1999 Feb;58(1):155-62.
35. Pelz R, Schmidt-Faber B, Heseker H: Die Carotinoidzufuhr in der Nationalen Verzehrsstudie. Z Ernahrungswiss; 37(4): 319-27, 1998 Dec.
36. Pietrzik K, Golly I, Loew D: Handbuch Vitamine. Für Prophylaxe, Beratung und Therapie. Urban & Fischer Verlag, München 2008
37. Schmidt E, Schmidt N: Leitfaden Mikronährstoffe. Orthomolekulare Prävention und Therapie. 1. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München 2004
38. Solomons NW: Vitamin A and carotenoids. In: Present Knowledge and Nutrition. 8th Edition. Bowman BA, Russel RM (Eds.) ILSI 2001
39. Stahl W, Schwarz W, Sundquist AR, Sies H: cis-trans Isomers of lycopene and beta-carotene in human serum and tissues. Arch Biochem Biophys. 1992 Apr;294(1):173-7.
40. U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service: USDA Nutrient Database for Standard Reference, Release 21. 2008. Available at: http://www.nal.usda.gov/fnic/foodcomp/search/
41. van den Berg H: Carotenoid interactions. Nutr Rev. 1999 Jan;57(1):1-10.
42. van het Hof KH, West CE, Weststrate JA, Hautvast JG: Dietary factors that affect the bioavailability of carotenoids. J Nutr. 2000 Mar;130(3):503-6.
43. Watzl B, Bub A: Carotinoide. Ernährungs-Umschau; 48: 71-74 (2001)
44. West CE: Meeting requirements for vitamin A. Nutr Rev. 2000 Nov;58(11):341-5.
45. Wolf G: The enzymatic cleavage of ß-carotene: end of a controversy. Nutr Rev. 2001 Apr;59(4):116-8.
46. Yeum KJ, Russell RM: Carotenoid bioavailability and bioconversion. Annu Rev Nutr. 2002;22:483-504.