Furane, Furanone und Pyranone - ihr Beitrag zur Farbe und den antioxidativen Eigenschaften in der Maillard-Reaktion der Maltose
Kanzler, Clemens - Technische Universität Berlin (2017)
Die Maillard-Reaktion ist dafür bekannt, bei der thermischen Behandlung von Lebensmitteln neben deren organoleptischen Eigenschaften, wie Geschmack, Geruch, Textur und Farbe, auch die oxidative Stabilität zu beeinflussen. Letzteres ist auf die Bildung von komplexierenden und reduzierenden Verbindungen zurückzuführen, die antioxidativ und prooxidativ wirken können.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die antioxidativen Kapazitäten von dreizehn Maillard-Reaktionsintermediaten mit Furan-, Furanon- und Pyranonstruktur verglichen. Dabei kann festgestellt werden, dass alle eingesetzten Verbindungen mit Reduktonstruktur antioxidative Eigenschaften besitzen. Doch nur die Furan-3-one und 3,5-Dihydroxy-6-methyl-2,3-dihydro-4H-pyran-4-on (DHHM) zeigen in allen Methoden ähnliche antioxidative Kapazitäten wie das Referenzredukton Ascorbinsäure. Isomaltol, Maltol und Maltosin sind aufgrund ihrer komplexbildenden Eigenschaften in Gegenwart von Metallionen nicht reduzierend, verhalten sich aber ansonsten vergleichbar zu den anderen Reduktonen. Ein prooxidatives Verhalten in Anwesenheit von Metallionen kann dementsprechend ausschließlich für die Furan-3-one und DHHM beobachtet werden. Die selektive Blockade der freien Hydroxyfunktionen der Reduktone durch Schutzgruppen bewirkt eine signifikante Abnahme der antioxidativen Kapazitäten, wodurch die Reduktonstruktur als entscheidendes Strukturmerkmal identifiziert werden kann.
Auf Grundlage des Produktspektrums ausgewählter Reduktone nach Umsatz mit Oxidationsmitteln wird ein entsprechender Reaktionsmechanismus vorgestellt. In Modellreaktionen von Maltose mit verschiedenen Aminokomponenten kann sowohl im wässrigen als auch im trockenen System eine Korrelation zwischen Bräunung und antioxidativer Aktivität festgestellt werden. Es ergibt sich jedoch kein Zusammenhang zwischen beiden Eigenschaften und der Konzentration einzelner heterocyclischer Reduktone. Das antioxidativ inaktive Hydroxymethylfurfural (HMF) ist in allen Systemen die Hauptkomponente und in etwa zehnfach höheren Konzentrationen nachweisbar als die Reduktone Maltol und DHHM. Der Beitrag zu Farbe und antioxidativen Eigenschaften der Reduktone Maltol, Furaneol, DHHM und Isomaltol sowie von HMF wird in wässrigen Modellsystemen untersucht. Dabei zeigt Isomaltol die stärkste Farbbildung und den stärksten Abbau. Der Abbau von HMF ist hingegen minimal, aber führt zur zweithöchsten Bräunung. Bei Furaneol und DHHM verhalten sich die Restkonzentrationen und die Farbbildung wiederum proportional zueinander. Maltol zeigt weder einen Abbau noch eine Farbentwicklung. Für die Reduktone kann mit steigender Bräunung eine Abnahme der antioxidativen Aktivität beobachtet werden, während die Reaktionsprodukte von HMF zu einem leichten Anstieg der antioxidativen Eigenschaften führen.
Da die verwendeten Modelle annäherungsweise die Prozesse der Bierherstellung abbilden, werden zum Vergleich Bierproben analysiert. Für Gerstenmalzbiere kann eine Korrelation zwischen antioxidativer Aktivität und der Farbe festgestellt werden. Das Spektrum an α-Dicarbonylverbindungen entspricht einer Mischung der D-Glucose- und Maltosemodelle, doch der HMF-Gehalt ist deutlich niedriger. Der Anteil an metallreduzierenden Substanzen ist in allen Bierproben geringer als in den Modellversuchen.