Lebensmitteltechnologie und -materialwissenschaften

Strukturabhängige Abbaureaktionen von Pektinen und deren Auswirkungen auf nicht-enzymatische Bräunung und technologische Funktionalität

DFG DR806/4-1; 2015-2018

Polymere Strukturen in Lebensmitteln unterliegen während der Verarbeitung und Lagerung chemischen und biochemischen Veränderungen. Als Folge kommt es zu nicht-enzymatischen Bräunungsreaktionen und oxidativen Vorgängen, die die Funktionalität der Polymere beeinflussen. Anders als bei reduzierenden Zuckern in der Maillard-Reaktion sind die Reaktionsverläufe, Intermediate und Reaktionsprodukte des Pektinabbaus und deren Rolle in der nicht-enzymatischen Bräunung dabei kaum untersucht worden. Erste experimentelle Daten belegten vor Projektbeginn jedoch, dass die Bräunung von Pektin um ein Vielfaches schneller abläuft als die von reduzierenden Zuckern. Dies war durch die bekannten Mechanismen der hydrolytischen Spaltung und der ß-Eliminierung allein nicht zu erklären. Die Intermediate des thermisch induzierten Abbaus von Pektin, z.B. die ungesättigten und gesättigten Oligogalacturonide (OGA), sind nicht systematisch charakterisiert und insbesondere die Rolle der frühen Abbauprodukte im Hinblick auf eine veränderte Funktionalität ist nicht untersucht worden.

Ziel des Projekts war die Klärung des Reaktionsverlaufs des thermisch induzierten Abbaus von Pektinen in Abhängigkeit von der Struktur und den Abbaubedingungen sowie die Aufklärung der dabei entstehenden Intermediate und deren Rolle für die Farbbildung durch die nicht-enzymatischen Bräunung (Maillard-Typ-Reaktion). Zum Erreichen des Ziels wurde ein rekursiver Ansatz verfolgt, in dem, ausgehend von mechanistisch orientierten Modellsystemen unter Verwendung von Galacturonsäure und gesättigten und ungesättigten Galacturoniden, die komplexen Reaktionsabläufe des Abbaus des Pektins und seine Auswirkungen auf applikationsrelevante physikalisch-chemische Charakteristika untersucht wurden. Dabei wurde durch den Vergleich von chemischen und struktur-analytischen Untersuchungen auch geprüft, ob die beobachteten Anomalien bei den thermoanalytischen Charakterisierungen von Pektinen ursächlich auf die von den Antragstellern postulierten Abbaumechanismen zurückzuführen waren. Anhand von physikalisch-chemischen Eigenschaften und der Struktur wurde schließlich der Einfluss des Abbaus von Pektinen auf die technologische Funktionalität untersucht.

Projektbearbeiterinnen

Dr. Hanna Kastner

Dr. Ulrike Einhorn-Stoll