Klärung der Struktur und der Bildungsreaktionen kohlenhydratbasierter Melanoidine

• Applicants: Professor Dr. Thomas Hofmann; Professor Dr. Lothar Kroh
• Subject Area: Food Chemistry
• Term: from 2008 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 72557700

Die nicht-enzymatische Bräunung (Maillard-Reaktion) zwischen reduzierenden Kohlenhydraten und Aminosäuren führt zur Bildung komplex aufgebauter, farbiger Verbindungen (Melanoidine), die zur sensorischen Attraktivität thermisch verarbeiteter Lebensmittel beim Verbraucher beitragen. Die bisherigen Arbeiten zu Reaktionen von α-Dicarbonylverbindungen des Kohlenhydratabbaus sowie die Isotopologenperturbationsanalysen legen nahe, dass die komplexen nicht-enzymatischen Bräunungsprodukte aus einem kombinatorischen Zusammenspiel von verschiedenen α-Dicarbonyl-/Hydroxycarbonyl- Intermediaten, Furan-/Pyrrol-Intermediaten sowie Aminosäuren hervorgehen. Um diese Interaktionen zur Farbbildung systematisch weiter zu evaluieren, werden ausgewählte α−Dicarbonyl- und Hydroxycarbonylverbindungen, die identifizierten, mengenmäßig dominierenden Furan- und Pyrrol-Strukturen 3-6 (Abb. 11) sowie das Amadoriprodukt N-(Desoxyfructosyl)-L-alanin in binären Modellsystemen jeweils in Gegenwart bzw. Abwesenheit der Aminosäure L-Alanin zur Reaktion gebracht und deren Bräunungsaktivität im Vergleich zur Basisreaktion D-Glucose/L-Alanin (Abb. 16) untersucht. Die quantitative Verfolgung der Ab- und Umbauprodukte von α-Dicarbonyl- und Hydroxycarbonylverbindungen sowie die Anwendung von Isotopologperturbationstechniken und der LC-TOFMS- und NMR-Diagnostik sollen sichtbar machen, über welche Reaktionsabläufe die transienten Intermediate des Kohlenhydratabbaus in farbige Melanoidinstrukturen inkorporiert werden. Hierzu werden die mit den höchsten Bräunungsaktivitäten ermittelten binären Modellsysteme i) auf ihre Folge- und Abbaureaktionen untersucht und ii) mit jeweils einem markierten Edukt die Spaltung bzw. die Neogenese einzelner Kohlenstoff-Kohlenstoffsowie Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen in Maillard-Intermediaten bis hin zu den Melanoidinstrukturen über NMR-Experimente visualisiert. Dieser erfolgversprechende Ansatz lässt tiefgehende Einblicke in die Strukturdetails sowie in die Bildungsabläufe Kohlenhydratbasierter Melanoidine erwarten.

• DFG Programme: Research Grants