Beiträge zur Chemie der Osone in der nichtenzymatischen Bräunung (Maillard-Reaktion)

Die nichtenzymatische Bräunung (Maillard Reaktion), ist eine komplexe Reaktion zwischen reduzierenden Zuckern und Aminokomponenten, bei der diverse Endprodukte gebildet werden. Bei der Lebensmittelverarbeitung liefern diese Substanzen einen wesentlichen Beitrag zum Geruch, zum Aroma oder zur Farbe. Andererseits sind in den letzten Jahren auch Verbindungen mit toxikologischer Relevanz bekannt geworden, nicht zuletzt durch die Bildung von Acrylamid. In der ersten Phase der Maillard Reaktion kommt es zur Bildung von a-Dicarbonylverbindungen. Diese sehr reaktiven Intermediate leiten die zweite, komplexe Phase der Reaktion ein, die zu Melanoidinen als auch zu kurzkettigen, stabilen Endprodukten führen, die mitverantwortlich für die sensorischen Eigenschaften des Lebensmittels sind. Ein weiterer Bildungsweg für a-Dicarbonyle besteht neben der Maillard Reaktion in der direkten Oxidation des reduzierenden Zuckers. Dabei kann aus D-Glucose oder D-Fructose das D-Glucoson gebildet werden, welches anschließend über typische Phase zwei Reaktionen der Maillard Reaktion abgebaut wird. Somit kommt es zur Bildung von Folgeprodukte der Maillard Reaktion, ohne dass Aminokomponenten als Reaktionspartner zur Verfügung stehen müssen. Die durchgeführten Versuche sollen klären, in wie weit die Bildung und der Abbau von D-Glucoson unter verschiedenen Bedingungen Einfluss auf die Maillard Reaktion hat. Dazu wurde zunächst D-Glucoson nach einer klassischen Methode synthetisiert und der Trocknungsprozess durch einen Lyophilisationsschritt verbessert. Das Produkt konnte mittels verschiedener Analysemethoden als D-Glucoson nachgewiesen werden. Die so produzierte Substanz steht damit den Untersuchungen des Abbaus zur Verfügung. In Versuchen, die die Bildung von D-Glucoson neben anderen a-Dicarbonylen in Modellreaktionen darstellt, konnte gezeigt werden, dass mit zunehmenden oxidativen Bedingungen die Bildung von D-Glucoson steigt, während dies für weitere a-Dicarbonyle, wie der 3-Desoxyhexosulose, nicht nachgewiesen werden konnte. So erhält man in basischem Milieu unter Sauerstoffumgebung die maximalen Glucosonkonzentrationen, während unter Stickstoffumgebung generell kein D-Glucoson gebildet wird. Nach der Bildung des D-Glucosons wurde dessen Abbau untersucht, um den Einfluss eines oxidativ gebildeten Produkts auf die Maillard Reaktion zu klären. Anhand von Farbmessungen konnte zunächst der Einfluss des D-Glucosons auf den Bräunungsprozess der Maillard Reaktion nachgewiesen werden. Beim Abbau von D-Glucoson kommt es einerseits zur Bildung der a-Dicarbonyle 3-Desoxypentosulose (3-DP) und Methylglyoxal. Die durch die Bildung von 3-DP notwendige C1-Spaltung lässt sich mit der nachgewiesenen Bildung von Ameisensäure in Verbindung bringen. Neben Ameisensäure konnte Essigsäure als weitere organische Säure detektiert werden. Ein weiteres Indiz, dass D-Glucoson Spaltprozessen unterliegt, stellt die Bildung des nachgewiesenen Furfurals dar, während die Bildung von Hydroxymethylfurfural nur eine untergeordnete Rolle spielt. Zwei weitere Folgeprodukte des Glucosonabbaus wurden detektiert. Es handelt sich um einen C6-Körper, mit Grundstruktur der Kojisäure sowie um einen C5-Körper, der sich als Arabinonsäure identifizieren ließ. Zu beiden Substanzen lassen sich ausgehend von D-Glucoson sinnvolle Reaktionswege postulieren