Autor: Steffen Wegener

Während der als MAILLARD-Reakion (MR) bekannten Umsetzung reduzierender Kohlenhydrate (KH) mit Aminosäuren (AS) entsteht eine Vielzahl an Farb- und Aromastoffen sowie anderen funktionellen Molekülen wie Antioxidantien, wodurch die sensorischen Parameter und viele weitere Eigenschaften vieler Lebensmittel beeinflusst werden. Deshalb ist ein genaues Verständnis aller Einflussfaktoren zur Optimierung der MR von enormem Interesse. Aus diesem Grund steht das bisher nur lückenhaft untersuchte Verhalten der strukturell verwandten AS L-Asparagin (Asn), L-Asparaginsäure (Asp), L-Glutamin (Gln) und L-Glutaminsäure (Glu) im Zentrum dieser wissenschaftlichen Arbeit. Schon einfache Stabilitätsuntersuchungen der vier AS bei lebensmittelrelevanten Reaktionsbedingungen im wässrigen System zeigen, dass jede Verbindung trotz der strukturellen Ähnlichkeiten ein individuelles Farbbildungspotential mit der Rangfolge Glu < Gln < Asp < Asn besitzt, was vielschichtige Ursachen hat. So cyclisiert Glu durch thermische Behandlung zur stabilen, cyclischen Pyroglutaminsäure (Pyr), wodurch die α-Aminofunktion und damit auch die zu farbigen Melanoidinen führende Amino-Carbonyl-Reaktion blockiert wird. Erhitztes Gln bildet ebenfalls die Carbonsäure Pyr, jedoch deutlich schneller und unter NH3-Abspaltung. Weitere Untersuchungen zeigen, dass Carbonsäuren mit pKS-Werten im Bereich von ca. 3 – 5 als Protonenakzeptoren und –donatoren einen katalytischen Einfluss auf viele Bereiche der MR wie α-Dicarbonylbildung, die Entstehung von O-Heterozyklen sowie die Farbbildung ausüben. Aminokomponenten und Carbonsäuren zeigen dabei synergistische Eigenschaften, was das erhöhte Farbbildungspotential von Gln gegenüber Glu erklärt. Zusätzlich bewirkt die Anwesenheit von Carboxylaten eine Verschiebung von höher- zu niedermolekularen Farbstoffen. Asp ist hinsichtlich des Reaktionsverhaltens dagegen eine klassische Aminosäure, deren saure Seitenkette jedoch ebenfalls katalytisch aktiv ist, wodurch die Gesamtaktivität innerhalb der MR sehr hoch ist. Asn ist im Vergleich dazu in der Lage reaktive anhydridische Ringe zu bilden, die schließlich zu Peptiden polymerisieren, welche sich mit KH zu hochmolekularen Melanoidinen verknüpfen und so den stärksten Farbeindruck der untersuchten Reaktionen hervorrufen. Zusätzlich wird dabei NH3 aus der Seitenkette freigesetzt, der zur Entstehung von 2,6-Desoxyfructosazin (2,6-DOF), einem eigentlich spezifischen Kulör-Intermediat, führt. Gleiches geschieht mit dem aus Gln freiwerdenden NH3. Zusätzlich kann gezeigt werden, dass der Seitenkettenstickstoff eher 2-Methylpyrazin und Pyrazin bildet, wohingegen die α-Aminofunktion zusätzlich zur Entstehung von 2,5- und 2,6-Dimethylpyrazin beiträgt. Insgesamt können diese Erkenntnisse somit zur besseren Steuerung des Intermediatspektrums einer MR eingesetzt werden.