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

• Antragsteller: Professor Dr. Stephan Drusch; Professor Dr. Lothar Kroh
• Fachliche Zuordnung: Lebensmittelchemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 268547215

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. Erste experimentelle Daten belegen jedoch, dass die Bräunung um ein Vielfaches schneller abläuft als in Anwesenheit von reduzierenden Zuckern. Dies ist 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, sind nicht systematisch charakterisiert und insbesondere die Rolle der frühen Abbauprodukte im Hinblick auf eine veränderte Funktionalität ist nicht untersucht. Ziel des Projekts ist daher die Klärung des Reaktionsverlaufs des thermisch induzierten Abbaus von Pektinen in Abhängigkeit von der Struktur und den Abbaubedingungen, die Aufklärung der dabei entstehenden Intermediate und deren Rolle für die Farbbildung durch die nicht-enzymatischen Bräunung (Maillard-Typ-Reaktion). Zum Erreichen des Ziels wird ein rekursiver Ansatz verfolgt, in dem ausgehend von mechanistisch orientierten Modellsystemen unter Verwendung von gesättigten und ungesättigten Galacturoniden die komplexen Reaktionsabläufen den Abbau des Pektins und seine Auswirkungen auf applikationsrelevante physikalisch-chemische Charakteristika untersucht werden. Dabei soll durch den Vergleich von chemischen und struktur-analytischen Untersuchungen auch geprüft werden, ob die beobachteten Anomalien bei den thermoanalytischen Charakterisierungen von Pektinen ursächlich auf die von den Antragstellern postulierten Abbaumechanismen zurückzuführen sind. Anhand von physikalisch-chemischen Eigenschaften und der durch NMR analysierten Struktur soll der Einfluss des Abbaus von Pektinen auf die technologische Funktionalität untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Clemens Mügge