Hans-Dieter-Belitz-Institut für Mehl- und Eiweißforschung

Ernährungsphysiologische Eigenschaften von Bräunungsprodukten aus Brotkruste^b

Michael Lindenmeier, Thomas Hofmann und Veronika Somoza

Einer der wichtigsten Qualitätsparameter von frisch gebackenem Brot ist neben dem charakteristischen Aroma und der Krumentextur die braune Farbe der Brotkruste. Obgleich der tägliche Verzehr des Grundnahrungsmittels Brot (Abbildung 1) in Deutschland mit ca. 180 g pro Tag im Vergleich zu anderen Lebensmitteln hoch ist, existieren bislang kaum Daten über die physiologischen Wirkungen der an der Krustenbräunung beteiligten hochmolekularen Röstprodukte, der sogenannten Melanoidine.

Die Bildung der Melanoidine erfolgt während der Hitzebehandlung von Lebensmitteln im Verlauf der Maillard-Reaktion zwischen reduzierenden Kohlenhydraten und Aminosäuren bzw. Proteinen. In Abhängigkeit vom Molekulargewicht können die bei dieser nicht-enzymatischen Bräunung entstehenden Produkte in zwei Klassen eingeteilt werden. Zum einen werden niedermolekulare Farbstoffe mit Molekulargewichten von <1 kDa gebildet, zum anderen entstehen Melanoidine als braungefärbte, stickstoffhaltige Makromoleküle mit Molekulargewichten von >100 kDa. Trotz zahlreicher experimenteller Anstrengungen, Melanoidine aus gebräunten Lebensmitteln, z.B. Kaffee oder Braumalz, zu isolieren, ist es bis heute nur vereinzelt gelungen, detaillierte Einblicke in die chemischen Strukturelemente der hochmolekularen Melanoidine zu erhalten. Somit ist auch die physiologische Wirksamkeit dieser mit der täglichen Nahrung aufgenommenen Röstprodukte noch weitgehend ungeklärt.

Bekannt ist, dass es bei nahezu allen thermischen Verarbeitungsprozessen infolge der Reaktion zwischen Aminosäuren und reduzierenden Kohlenhydraten zu einem Verlust an essentiellen Aminosäuren, insbesondere Lysin, kommt. Die damit einhergehende Verminderung der biologischen Wertigkeit ist aber aufgrund der mehr als ausreichenden täglichen Aufnahme an Protein in industrialisierten Ländern unbedenklich. Hingegen wird die Bildung von gesundheitlich abträglichen Röstprodukten vielfach diskutiert und gelangte auch kürzlich am Beispiel von Acrylamid wieder in den Blick der öffentlichen Diskussion.

Weiterhin wurden in früheren Untersuchungen an spezifischen Zellsystemen für Röstprodukte aus Modellmischungen vereinzelt mutagene Wirkungen nachgewiesen. Inwiefern diese Wirkungen nach alimentärer Aufnahme auch im Organismus bestehen, ist jedoch noch völlig ungeklärt, zumal bisher nicht nur die chemische Zusammensetzung von Röstprodukten, sondern auch deren Resorption und weitere Metabolisierung nur unzureichend untersucht ist. Andererseits existieren für Extrakte aus Röstprodukten auch Hinweise auf positive gesundheitliche Wirkungen. So wird für komplexe Modellmischungen dieser Verbindungen z.B. eine antioxidative Wirksamkeit und ein Beitrag zum antikanzerogenen, chemopräventiven Potenzial diskutiert.

Im Rahmen der aktuellen Untersuchungen konnte zunächst beispielhaft für ein Röstprodukt gezeigt werden, dass mit einem Lebensmittel aufgenommene niedermolekulare Strukturen im Darm absorbiert, vom Organismus metabolisiert und über die Niere ausgeschieden werden. Weiterhin gelang es, in systematischen Untersuchungen an Brotkrustenfraktionen sowie an lebensmittelnahen Modellen das antioxidative Potential von chemisch definierten Melanoidinen zu bestimmen und erste Einblicke in die wirksamen Strukturelemente zu erhalten. Untersuchungen an Roggenmischbroten ergaben, dass die mit Ethanol-extrahierbaren Melanoidine aus Brotkruste die höchsten antioxidativen Aktivitäten in vitro aufweisen, während die entsprechenden, aus der Krume sowie dem Ausgangsmehl isolierten Fraktionen kaum in der Lage waren, die unerwünschte Peroxidation von essentiellen, ungesättigten Fettsäuren zu inhibieren. Aktivitätsorientierte Untersuchungen an Modellmelanoidinen führten dann zur Identifizierung einer bislang unbekannten Kohlenhydratmodifikation von proteingebundenen Lysin-Seitenketten, dem sog. Pronyl-Lysin (Abbildung 2), das in vitro eine hohe antioxidative Aktivität aufweist. Weitere Studien belegten erstmals, dass Pronyl-Lysin in humanen Darmephithelzellen die Aktivität von fremdstoffmetabolisierenden Phase I- / Phase II-Enzymen moduliert und somit chemopräventive Eigenschaften besitzt.

Abbildung 1: Grundnahrungsmittel Brot	Abbildung 2: Chemische Struktur von Pronyl-Lysin

Literatur:
Lindenmeier, M. ; Faist, V.; Hofmann, T. Structural and Functional Characterization of Pronyl-lysine, a Novel Protein Modification in Bread Crust Melanoidins Showing in Vitro Antioxidative and Phase I/II Enzyme Modulating Activity. J.Agric. Food Chem. (2002), 50, 6997-7006.

^b AiF-Forschungsvorhaben Nr. 12403 N

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