Structure-related degradation of pectins and their impact on non-enzymatic browning and technological functionality
Final Report Abstract
Ziel des vorliegenden Projekts war es, den Reaktionsverlauf des thermisch induzierten Abbaus von Pektinen in Abhängigkeit von der Pektinstruktur und den Abbaubedingungen systematisch zu klären. Die beim Abbau entstehenden Reaktionsprodukte und Intermediate und deren Beitrag zur Farbbildung durch nicht-enzymatische Bräunung (Maillard-Typ-Reaktion) zu identifizieren und die Auswirkungen des Abbaus auf die Materialeigenschaften und technologisch relevanten Eigenschaften der abgebauten Pektine zu analysieren. Schüsselintermediate des Abbaus, die einen Einfluss auf die nachfolgenden Reaktionen wie die Bräunung oder auf die technologisch relevanten Eigenschaften haben, konnten weitgehend identifiziert werden. Die postulierte eliminative Decarboxylierung als eine dritte Depolymerisierungsreaktion neben Hauptkettenspaltung und ß-Eliminierung wurde verifiziert. Die aus unterschiedlichen Modifizierungen (sauer, alkalisch und enzymatisch) resultierende Pektinstruktur bestimmte dabei sowohl die Intensität des Abbaus als auch die jeweils dominierenden Reaktionstypen. Auf Grund diversester Unterschiede in der Herstellung und Verarbeitung zeigte sich ein sehr breites Spektrum an unterschiedlichen Reaktionsprodukten, wie CO2 oder polyphenolische Verbindungen (2,3-Dihydroxybenzaldehyd und 2,3-Dihydroxyacetophenon), die die Bräunung beeinflussen. Zudem konnte gezeigt werden, dass entgegen der Erwartung, ungesättigte Oligogalacturonide keinen erhöhten Effekt auf die Reaktionsvielfalt besitzen und somit keinen ausschlaggebenden Faktor für die Bräunung darstellen. Die Auswirkungen des thermisch induzierten Abbaus zeigten sich auch in der technologischen Funktionalität der Pektine. Die wichtigste Veränderung war hier die verzögert einsetzende Gelierung als Folge sowohl von Entesterung als auch von Depolymerisierung, wobei sich beide Effekte addieren. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die chemischen und strukturellen Veränderungen von Pektinen durch thermische Abbauprozesse systematisch dargestellt werden konnten. Die Mechanismen der Reaktionen und die strukturellen Veränderungen konnten weitgehend identifiziert und in den Zusammenhang zur Bildung von Bräunungsprodukten gestellt werden. Die vorliegenden Kenntnisse können für eine gezielte Beeinflussung der Qualität pektinhaltiger Lebensmittel durch Steuerung bzw. Hemmung relevanter chemischer Reaktionen im Rahmen technologischer Prozesse genutzt werden.
Publications
- 2017: Phenolic browning compounds in sugar acid degradation reactions. EuroFoodChem XIX Conference, Budapest, 04.-06.10.2017
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- 2017: Thermal degradation of citrus pectin - Influence of acidic and alkaline pre-treatment. Gums and Stabilisers for the Food Industry 19, Berlin, 27.-30.06.2017
Einhorn-Stoll., U., Kastner, H., Urbisch, A. and Drusch, S.
- 2018: Effects of depolymerisation and demethoxylation on the techno-functional properties of pectin. 17th Food Colloids Conference: Application of Soft Matter Concepts, Leeds, 08.-11.04.18
Kastner, H., Einhorn-Stoll, U. und Drusch, S.
- 2018: Formation of phenolic compounds from D-galacturonic acid. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 66, 11407-11413
Urbisch, A., Einhorn-Stoll, U., Kastner, H., Drusch, S. and Kroh, L. W.
(See online at https://doi.org/10.1021/acs.jafc.8b04158) - 2018: Impact of monovalent cations on pectin powder structure and techno-functional properties. 3rd Food Structure Design Congress, Debrecen, 20.-22.09.18
Einhorn-Stoll, U., Kastner, H. and Drusch, S.
- 2018: Reactivity of uronic acids in comparison to reducing sugars. 13th International Symposium on the Maillard Reaction, Montreal, 10.-13.09.2018
Urbisch, A. and Kroh, L. W.
- 2018: Techno-funktionelle Eigenschaften von Pektinen und deren Modifizierung. Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Lebensmittelverfahrenstechnik, Berlin, 05.-06.03.2018
Kastner, H. und Drusch, S.
- 2019: Thermal degradation of citrus pectin - Influence of acidic and alkaline pre-treatment. Food Hydrocolloids, 86, 104-115
Einhorn-Stoll, U., Kastner, H., Urbisch, A., Kroh, L. W. and Drusch, S.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2018.02.030)
