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Wühr, Andrea (2010)
Languages: German
Types: Doctoral thesis
Subjects: Wasserstoffperoxid
ddc: ddc:540
Durch Zubereitung oder Lagerung von Lebensmitteln, aber auch in vivo reagieren in der Maillard-Reaktion reduzierende Zucker mit Aminen, Aminosäuren oder Proteinen zu einer komplexen Mischung an Maillard-Produkten. Noch ungeklärt ist bislang in wie weit sich der Verzehr dieser Produkte positiv oder negativ auf die Gesundheit des Menschen auswirkt. Aufgrund vieler erwünschter sensorischer Eigenschaften dieser Produkte (braune Farbe, Geschmack und Aroma), werden bedeutende Mengen durch die Nahrung aufgenommen. Durch die Maillard-Reaktion können in erhitzten Lebensmitteln auch Verbindungen entstehen, die an der Pathogenese unterschiedlicher Krankheiten beteiligt sind. Andererseits werden auch antioxidative Verbindungen gebildet, die sich potentiell positiv auf die Gesundheit auswirken, da sie zu einer Widerstandsfähigkeit gegenüber oxidativem Stress führen können. Die nukleäre Translokation von NF-kB in Makrophagen, die durch Zucker-Aminosäure-Mischungen oder Kaffee hervorgerufen wurde, konnte bislang jedoch keinen definierten Verbindungen zugeordnet werden. Um aktive Komponenten in den Maillard-Mischungen zu identifizieren wurden definierte Maillard-Produkte synthetisiert und für anschließende Zellversuche eingesetzt: N-(1-Deoxy-D-fructos-1-yl)-L-lysin (DFLys), 3-Deoxy-D-erythro-hexos-2-ulose (3-DG), N-Carboxymethyllysin (CML), 2,3-Dihydro-3,5-dihydroxy-6-methyl-4H-pyran-4-on (DDMP), 3-Hydroxy-4-(morpholino)-3-buten-2-on(C4-AR). Die nukleäre Translokation von NF-kB wurde mittels Western Blot untersucht. Der Transkriptionsfaktor NF-kB, der in vivo durch diverse Stimuli aktiviert wird, spielt u.a. eine zentrale Rolle bei der Signaltransduktion von Entzündungsprozessen. Aus den durchgeführten Versuchen wurde ersichtlich, dass unter allen Testsubstanzen nur das C4-Aminoredukton signalaktiv war. Um zu untersuchen, ob es sich bei der gezeigten Translokation von NF-kB um einen spezifischen Effekt des Aminoreduktons handelte oder ob diese allgemein durch Aminoreduktone ausgelöst wird, wurden weitere Aminoreduktone (C6-AR, Piperidinohexoseredukton) synthetisiert und diese anschließend für die Zellstimulation eingesetzt. Diese Aminoreduktone führten in ähnlicher Weise wie das C4-Aminoredukton zu einer hochsignifikant erhöhten Translokation von NF-kB gegenüber der PBS Negativkontrolle. Somit wurde die Aminoredukton-Gruppe als signalaktive Struktur identifiziert, die in verschiedenen Maillard-Produkten enthalten sein kann und die Aktivierung von Makrophagen induziert. Weiterhin wurde die Abhängigkeit der nukleären NF-kB-Aktivierung von der Konzentration der Aminoreduktone untersucht. Dabei zeigte sich, dass die zelluläre Wirkung der Aminoreduktone mit steigender Konzentration signifikant zunahm. Durch die gleichzeitige Inkubation mit Katalase konnte im Zellversuch die Aminoredukton-induzierte nukleäre Translokation von NF-kB inhibiert werden. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass der Aminoredukton-induzierte zelluläre Effekt über Wasserstoffperoxid vermittelt ist. Um beurteilen zu können, ob Aminoreduktone auch in zubereiteten Lebensmitteln vorhanden sein können, wurden die Reaktionsbedingungen, welche die Bildung der Aminoreduktone in Maillard-Mischungen begünstigen, eingehender untersucht. Während das C4- und das C6-AR schon bereits nach 15 min Erhitzungsdauer detektiert werden konnte, gelang der Nachweis des PHR erst nach 60 minütiger Reaktionsdauer. Das C6-AR wurde im Vergleich zu den anderen Aminoreduktonen unter den mildesten Reaktionsbedingungen (15 min, 80°C) gebildet. Das Piperidinohexoseredukton wurde hingegen erst nach drastischeren Reaktionsbedingungen (ab 60 min bei 100°, 120° C) nachgewiesen. Da die Aminoreduktone im untersuchten pH-Bereich (6 – 8) in ähnlichen Konzentrationen gebildet wurden, schien der pH-Wert keinen merklichen Einfluss auf die Produktausbeute zu haben. Zuletzt wurde die Bildung der Aminoreduktone bei Einsatz unterschiedlicher Zucker-Edukte untersucht. Alle Ergebnisse deuteten darauf hin, dass C4-Aminoreduktone und das Piperidinohexoseredukton hauptsächlich aus Monosacchariden gebildet werden, wohingegen C6-Aminoreduktone in hohen Konzentrationen aus Laktose entstehen. Es lässt sich festhalten, dass alle untersuchten Aminoreduktone unter lebensmittelrelevanten Bedingungen entstehen und somit für den Menschen durch den Verzehr von erhitzten Lebensmitteln eine Rolle spielen können. Nach Quantifizierung des C6-Aminoreduktons in einer Aminoredukton-Modellmischung wurde anschließend überprüft, zu welchem Anteil das C6-Aminoredukton für die durch eine Maillard-Mischung verursachte nukleäre Translokation in Makrophagen verantwortlich ist oder ob noch andere Komponenten in der Modellmischung vorhanden sind, welche die Aktivierung des Transkriptionsfaktors initiieren. Man stellte fest, dass die Zellreaktion zum größten Teil durch das C6-Aminoredukton verursacht wurde. During food processing or storage, and also even in vivo, reducing sugars react in the Maillard reaction with amines, amino acids or proteins leading to a complex mixture of Maillard reaction products. So far, it is still unknown if the consumption of this products has positive or negative effects on the human´s health. Because of many desirable sensory characteristics of this products (brown colour, flavour and aroma), the human being consumes great amounts of these compounds by nutrition. In processed food compounds can be generated by the Maillard reaction, which are involved in the pathogenesis of different diseases. Otherwise products with antioxidative activity are formed, which have potential positive effects on the consumer's health, because they can lead to a resistance towards oxidative stress. The nuclear translocation of NF-kB in macrophages, which is induced by sugar-amino acid reaction mixtures or coffee, was not related to defined structures. To identify active components in Maillard mixtures a substructure library of Maillard products was synthesized. This products, which are formed during different stages of the Maillard reaction, were tested on cellular activity: N-(1-Deoxy-D-fructos-1-yl)-L-lysine (DFLys), 3-Deoxy-D-erythro-hexos-2-ulose (3-DG), N-Carboxymethyllysine (CML), 2,3-Dihydro-3,5-dihydroxy-6-methyl-4H-pyran-4-one (DDMP), 3-Hydroxy-4-(morpholino)-3-buten-2-one (C4-AR). The nuclear translocation of NF-kB was measured by Western Blot. The transcription factor NF-kB, which is activated in vivo by diverse stimuli, plays a central role in the signal transduction of inflammatory processes. These experiments revealed that, among all test substances, only the C4-aminoreductone was signal active. To investigate if the translocation of NF-kB was specific for the aminoreductone or if the effect is characteristic for the group of aminoreductones, two other Maillard products with aminoreductone structure (C6-AR, piperidinohexosereductone) were synthesized and applied to cell stimulation afterwards. These aminoreductones lead in a similar way to translocation of NF-kB, which was highly significantly increased compared to the PBS control. Hence the aminoreductone substructure was identified as a signal active structure in Maillard mixtures, which can be enclosed in different Maillard products and induces the activation of macrophages. The dependence of this effect on the concentration of the test compounds was studied afterwards. A concentration dependent increase of the activity was observed. The aminoreductone-induced nuclear translocation of NF-kB was inhibited by co-incubation of the cells with catalase. Catalase specifically degrades hydrogen peroxide and thus it can be concluded that the aminoreductone-induced cellular effect was mediated by hydrogen peroxide. In order to assess if these compounds can be present in processed food, the reaction conditions, which favour the formation of C4-, C6-AR and PHR were studied in detail. Whereas, C4- and C6-aminoreductone could be detected already after 15 min of heating, PHR appeared only after 60 min of reaction. Compared to the other aminoreductones the C6-AR was formed under the mildest reaction conditions (15 min, 80° C). On the other hand, the PHR was detectable when harsher reaction conditions were applied (from 60 min at 100°, 120° C). In the observed pH range (6 – 8), the aminoreductones were generated in similar concentrations, so that the pH did not seem to have a major influence on the product yield. The product formation was further investigated by using different sugar-educts. Thus, it was shown that C4-aminoreductones and the piperidinohexosereductone are mainly formed from monosaccharides, whereas C6-aminoreductones can be detected in high amounts if lactose is used as educt. It can be assumed that all aminoreductones are formed under food relevant conditions and are consumed as a part of heated food. Furthermore, it was investigated to which extent aminoreductones may contribute to the activity of Maillard reaction mixtures to induce nuclear NF-kB translocation in macrophages or if other components in the model mixture are rather responsible for the cell reaction to complex Maillard mixtures. It was shown that the cell reaction was almost exclusively by the C6-aminoreductone.
  • No references.
  • No related research data.
  • No similar publications.

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