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2025 DE
Obermaier Lisa · Rychlik Michael
Die Ziele des Dissertationsprojekts waren es, a) die bestehende SIVA um das 10‐Formylfolat als zusätzliches Vitamer zu erweitern und zu validieren, b) die neue Methode auf eine Reihe bekannter und neuartiger Folatquellen anzuwenden, und c) in einer Pilotstudie die Folatbioverfügbarkeit eines fermentierten Milchprodukts zu bestimmen. Das erste Ergebniskapitel widmet sich der Weiterentwicklung der bestehenden SIVA für Folate, dabei sollte das 10‐Formylfolat integriert werden. Dieses Folat führt bisher ein gewisses “Schattendasein” in der Folatforschung, da keine physiologische Funktion beschrieben ist, es aber in Lebensmitteln einen z.T. beträchtlichen Anteil am Gesamtfolatgehalt aufweist. Die erweiterte Methode konnte dann erfolgreich validiert werden und ist seithem der neue Standard in unserer Gruppe. Im zweiten Ergebniskapitel wird die Folatanalyse in (sub)tropischem Obst behandelt, und da zunächst in nichtkonventionellen, brasilianischen Früchten, die von einem brasilianischen Partner zur Verfügung gestellt wurden. Insbesondere die Pequi als hier unbekannte Frucht zeigte sich mit bis zu 1000 °g/100 g Gesamtfolat in der Trockenmasse als außerordentliche Folatquelle. Leider war die natürliche Varianz der Folatgehalte erheblich, wodurch eine entsprechende Vermarktung weitere Forschung erfordern würde. In zusätzlichen Untersuchungen konnte das Potenzial von weiteren subtropischen Früchten wie Guaven oder den Früchten des Erdbeerbaums als sehr gute Folatquellen bestätigt werden. Das dritte Ergebniskapitel behandelt verschiedene Fermentationen von Lebensmitteln und deren Auswirkungen auf den Folatgehalt. Hier wurden Bierherstellung, Fermentation von Pilzen und von Milchsäurebakterien addressiert. Im Brauprozess wurde die Folatentwicklung über alle Prozessstufen verfolgt und als entscheidende Parameter wurde die Auswahl der Braugerste und der verwendeten Hefe gefunden. Bei der Fermentation durch Pilze zeigte insbesondere die Tempeh‐Herstellung großes Potenzial, wobei auch hier die Auswahl der Hülsenfrucht als “Kulturmedium” entscheidend war. Die Milchsäurefermentation spielte dann eine wichtige Rolle im Kooperationsprojekt VITALAB, bei dem eine Co‐Fermentation von Streptokokken und Bifidobakterien in Molke unter Zugabe eines Traubenkernextrakts die höchste „Biofortifikation“ mit Folat ergab. Ausgehend von letzteren Molkenfermentationsprodukten wurden schließlich im vierten Kapitel die Bioverfügbarkeit der darin enthaltenen Folate in einer Humanstudie untersucht. In der in Kooperation mit dem Zentralinstitut für Ernährungs‐ und Lebensmittelwissenschaften (ZIEL) durchgeführten Humanstudie wurde das Molkeprodukt drei Probanden verabreicht. Leider erwies sich das angereicherte Molkegetränk in seiner Bioverfügbarkeit mit maximal 40 % als relativ niedrig. Daneben war die Varianz zwischen den Probanden sehr hoch, so dass dieses Konzept der Biofortifikation generell in Frage zu stellen ist. Gründe für die niedrige Bioverfügbarkeit könnte die relativ geringe Dosis an Folaten und insbesondere des gut bioverfügbaren 5‐Methyltetrahydrofolats sein, die schließlich verabreicht wurde oder auch die relativ hohe Osmolarität des Molkegetränks.
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2025 DE
Ullrich Lisa Maria · Steinhaus Martin · Chetschik Irene
Schokolade wird weltweit wegen ihres einzigartigen Aromas konsumiert, welches sich hauptsächlich bei der Fermentation, Trocknung und Röstung von Kakaobohnen bildet. Schokoladen, welche mit einem neuartigen Produktionsverfahren hergestellt wurden (NPCs), besitzen andere Flavor‐Profile als die Schokoladen herkömmlicher Verarbeitung (TPCs). Obwohl bei dem neuen Verfahren nicht geröstet wird, enthalten beide Arten von Schokolade ähnliche Konzentrationen an Geruchsstoffen wie z. B. Strecker‐Aldehyde und Pyrazine, die laut Literatur hauptsächlich bei thermischen Behandlungen gebildet werden. Im neuen Herstellungsprozess werden die fermentierten und getrockneten Kakaobohnen mit Wasser behandelt, was zu der Hypothese geführt hat, dass die Verbindungen bei Wasserkontakt aus Präkursoren freigesetzt werden. Um diese Hypothese zu prüfen, haben wir geruchsaktive Verbindungen in fermentierten und getrockneten Kakaobohnen vor und nach Wasserbehandlung quantifiziert. Strecker‐Aldehyde zeigten den höchsten Konzentrationsanstieg durch die Wasserbehandlung, mit einem 66‐fachen Anstieg von 3(Methylsulfanyl)propanal und einem 50‐fachen Anstieg von Phenylacetaldehyd. Auch die meisten anderen Schlüsselgeruchsstoffe nahmen in ihrer Konzentration zu. Es wird angenommen, dass die Freisetzung von Geruchsstoffen, wie Strecker‐Aldehyden, durch Speichel die retronasale Geruchswahrnehmung von TPCs stark beeinflusst. Bisher war nicht klar, ob NPCs bei der Behandlung mit Wasser ähnliche Mengen an Geruchsstoffen freisetzen wie TPCs, da die Kakaobohnen bei dem neuen Verfahren bereits intensiv mit Wasser in Berührung gekommen waren. Um dies zu untersuchen, wurden die Konzentrationen ausgewählter Geruchsstoffe vor und nach Wasserbehandlung in einer NPC und einer TPC verglichen. Beide wurden aus der gleichen Charge der bereits analysierten Kakaobohnen hergestellt. Interessanterweise stiegen die Konzentrationen fast aller quantifizierten Geruchsstoffe nach der Wasserbehandlung in der NPC stärker an als in der TPC. Unsere Ergebnisse zeigten somit weiterhin, dass eine wasserfreie Probenaufbereitung nur geeignet ist, um das orthonasale Geruchsprofil zu charakterisieren. Um die retronasale Geruchswahrnehmung darzustellen, ist dagegen eine Wasserbehandlung vor der Probenaufbereitung unerlässlich. Folglich wurde für alle weiteren Experimente eine Probenaufbereitung mit Wasser gewählt. Die flavor‐aktiven Verbindungen von Kakao und Schokolade wurden in zahlreichen Studien untersucht, wobei der Schwerpunkt auf der Flavor‐Entwicklung während der Verarbeitung lag. Die flavor‐aktiven Verbindungen der Schokolade werden nicht nur durch Verarbeitungsbedingungen wie Fermentations‐, Trocknungs‐ und Röstparameter beeinflusst, sondern auch durch die Kakaobohne selbst. Kakaoprodukte definierter Sorten und Herkunft werden in der Literatur mit bestimmten Fine‐Flavor‐Eigenschaften assoziiert. Die meisten Studien, die sich auf sensorisch aktive Verbindungen konzentrierten, wurden jedoch mit Kakaoprodukten undefinierter Sorte und Herkunft durchgeführt. Folglich war der molekulare Hintergrund von Fine‐Flavor‐Eigenschaften bisher nicht gut verstanden. Um ausgewählte Fine‐Flavor‐Eigenschaften auf molekularer Ebene zu entschlüsseln, wurden flavor‐aktive Verbindungen in sechs sensorischen Referenzschokoladen analysiert. Die Schokoladen zeigten ausgeprägte Flavor‐Eigenschaften und waren Referenzen entweder für fruchtig und sauer, kakaoartig und röstig, oder blumig und adstringierend. Die Aromaextrakt‐Verdünnungsanalyse (AEDA) von drei Schokoladen zeigte, dass die Fine‐Flavor‐Eigenschaften durch bestimmte Konzentrationen bereits bekannter Kakao‐ und Schokoladenschlüsselgeruchsstoffe hervorgerufen wurden. Im nächsten Schritt wurden ausgewählte Geruchs‐ und Geschmacksstoffe in allen sechs Schokoladen quantifiziert und Dose‐over‐Threshold (DoT)‐Faktoren berechnet. Saure und fruchtige Noten wurden mit hohen DoT‐Faktoren von Essigsäure und fruchtig riechenden Estern wie Ethyl‐2‐methylbutanoat, Ethyl‐3‐methylbutanoat und 3‐Methylbutylacetat in Verbindung gebracht. Kakaoartige und röstige Noten waren mit hohen DoT‐Faktoren von 2‐Methylbutanal, 3‐Methylbutanal, 4‐Hydroxy‐2,5‐dimethylfuran‐3(2 H )‐on und Dimethyltrisulfan assoziiert. Dagegen wurden blumige und adstringierende Noten mit hohen DoT‐Faktoren von (‐)‐Epicatechin, Procyanidin B2, Procyanidin C1 und 2‐Phenylethan‐1‐ol in Verbindung gebracht. Fine‐Flavor‐Eigenschaften, wie sie im zweiten Teil dieser Arbeit entschlüsselt wurden, werden hauptsächlich bei sortenreinen Kakaoprodukten beschrieben. Die Kakaobohnensorte ist ein Kriterium für die Einstufung von Kakao als Fine‐Flavor‐Kakao, obwohl der Einfluss der Sorte auf die flavor‐aktiven Verbindungen in Kakao und Schokolade noch nicht umfassend untersucht worden ist. Um diese Lücke zu schließen, wurden flavor‐aktive Verbindungen in dunklen Schokoladen verschiedener Kakaobohnensorten analysiert, nämlich in drei Forastero‐Schokoladen, sechs Trinitario‐Schokoladen, sechs Criollo‐Schokoladen und einer Nacional‐Schokolade. Die DoT‐Faktoren wurden auf den Kakaogehalt normiert und verglichen. Die drei Forastero‐Schokoladen waren ähnlich in ihren Flavor‐Verbindungen und zeichneten sich durch hohe DoT‐Faktoren von 3‐Methylbutanal, Dimethyltrisulfan, 4‐Hydroxy‐2,5‐dimethylfuran‐3(2 H )‐on, 2‐Methylbuttersäure, 3‐Methylbuttersäure, Phenylessigsäure und Linalool aus. Die flavor‐aktiven Verbindungen von Criollo‐ und Trinitario‐Schokoladen wiesen größere Unterschiede auf, was darauf hindeutete, dass die Sorte nicht der einzige bestimmende Faktor für die flavor‐aktiven Verbindungen von dunklen Schokoladen ist. Drei Trinitario‐Schokoladen und eine Criollo‐Schokolade wiesen besonders hohe DoT‐Faktoren von fruchtig riechenden Estern und Essigsäure auf, während einige andere Trinitario‐ und Criollo‐Schokoladen Ähnlichkeiten mit den Forastero‐Schokoladen aufwiesen. Schlussendlich konnten die flavor‐aktiven Verbindungen in den sortenreinen dunklen Schokoladen zumindest teilweise auf die Kakaobohnensorte zurückgeführt werden.
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2025 DE
Rögner Nadine Sarah · Steinhaus Martin
Malze und Malzextrakte haben in den letzten Jahren als qualitätsverbessernde Zutaten in der Backindustrie immer mehr an Bedeutung gewonnen. Flüssige Malzextrakte (Liquid Malt Extracts, LMEs) werden als natürliche Zutat zur Verbesserung der Enzymaktivität, der Farbe und des Aromas von Backwaren verwendet. Die vorliegende Arbeit befasste sich mit einem hellem und einem dunklem LME und deren Verwendung bei der Brotherstellung. Das Aroma von hellem und dunklem LME zeigte neben einer starken malzigen Aromanote auch ausgeprägte honigartige, karamellartige, suppenwürzeartige, röstige und rauchige Noten, deren Intensität stark von der Malzextraktsorte abhing. Um den molekularen Hintergrund der Aromaunterschiede zu klären, wurden die flüchtigen Bestandteile aus beiden LMEs durch Lösungsmittelextraktion und Solvent‐Assisted Flavor Evaporation (SAFE) isoliert und einer Aromaextraktverdünnungsanalyse (AEVA) unterzogen. Um die Ergebnisse des Screenings zu objektivieren, wurden wichtige Geruchstoffe mit Hilfe der Gaschromatographie‐Massenspektrometrie (GC‐MS) und mit isotopensubstituierten Geruchsstoffen als interne Standards quantifiziert. Odor Activity Values (OAVs) wurden berechnet, um den Beitrag der einzelnen Verbindungen zum Gesamtaroma zu bewerten. Wichtige Geruchstoffe im hellem LME waren 3‐(Methylsulfanyl)propanal, ( E )‐β‐Damascenon und 4‐Ethenyl‐2‐methoxyphenol. Im dunklem LME wurden für Sotolon, 3‐(Methylsulfanyl)propanal, ( E )‐β‐Damascenon, Essigsäure und Maltol hohe OAVs berechnet. Die ausgeprägte honigartige Note im Profil des hellen LME spiegelte sich im hohen OAV von Phenylacetaldehyd wider. Sotolon, Maltol und 2‐Methoxyphenol, die bekanntermaßen durch thermische Reaktionen gebildet werden, wiesen im dunklen LME höhere OAVs auf, was mit den intensiven suppenwürzeartigen, karamellartigen und rauchigen Noten korrespondierte. Um die Aromaveränderungen während der Verarbeitung von Malz zu Extrakt zu untersuchen, wurden die geruchsaktiven Verbindungen zusätzlich im Pilsner Malz quantifiziert, das als Ausgangsmaterial für beide LMEs diente. Ein Vergleich der Konzentrationen im Malz und in den LMEs ergab sieben Verbindungen, die hauptsächlich bei der Malzextraktherstellung entstehen. Im hellen LME wurden ( E )‐β‐Damascenon und 4‐Ethenyl‐2‐methoxyphenol und im dunklen LME Maltol, Sotolon, ( E )‐β‐Damascenon und 2 ‐Methoxyphenol als wichtige prozessinduzierte Geruchsstoffe identifiziert. Um die Auswirkungen des LME‐Zusatzes auf das Brotaroma zu untersuchen, wurden die flüchtigen Verbindungen von Brotkruste und Brotkrume, die ohne und mit Zusatz von dunklem LME hergestellt worden waren, einer AEDA unterzogen. Die Ergebnisse zeigten nur geringe Unterschiede zwischen den beiden Krusten, aber etwas größere Unterschiede zwischen den beiden Krumen. In der mit Zusatz von dunklem LME hergestellten Krume wurden höhere FD‐Faktoren für Maltol und Sotolon ermittelt. Quantifizierungen und OAV‐Berechnungen, die für das Referenzbrot und die mit hellem und dunklem LME hergestellten Brote durchgeführt wurden, ergaben in allen Krusten den höchsten OAV für das röstig, popcornartig riechende 2‐Acteyl‐1‐pyrrolin. Für die meisten Verbindungen der Brotkruste wurden nur geringfügig höhere Konzentrationen nach Zugabe von LME zur Brotrezeptur festgestellt. Deutlich höhere OAVs wurden jedoch für 3‐(Methylsulfanyl)propanal, 4‐Hydroxy‐2,5‐dimethylfuran‐3(2 H )‐on (HDMF) und Phenylacetaldehyd in der Kruste des mit hellem LME hergestellten Brotes und für Sotolon in der Kruste des mit dunklem LME hergestellten Brotes ermittelt. Größere Unterschiede in den OAVs zeigten sich zwischen den Krumen der Brote. Für Phenylacetaldehyd, Phenylessigsäure und 3‐(Methylsulfanyl)propanal wurden leicht höhere OAVs in der Krume des mit hellem LME hergestellten Brotes festgestellt. Deutlich höhere OAVs wurden jedoch in der Krume des Brotes mit Zusatz von dunklem LME für die Maillard‐Reaktionsprodukte Sotolon, Maltol und HDMF gefunden. Um die Auswirkungen des LME‐Zusatzes auf das Brotaroma besser zu verstehen, wurden die Konzentrationen in den Broten mit den mit den LMEs zugesetzten Mengen verglichen. Die Unterschiede zwischen dem Referenzbrot und dem mit hellem LME hergestellten Brot ließen sich hauptsächlich durch die Bildung von geruchsaktiven Verbindungen aus Vorläufern während der Brotherstellung erklären. Die Auswirkungen auf das Brotaroma waren jedoch gering. Im Gegensatz dazu führte die Zugabe von dunklem LME zum Teig zu einer signifikanten Beeinflussung des Brotaromas, wobei die Auswirkung auf das Aroma der Krume größer war als die auf das Aroma der Kruste. Der Konzentrationsanstieg von Sotolon in Brotkruste und ‐ krume und von Maltol in der Brotkrume war in erster Linie durch einen direkten Transfer der Verbindungen aus dem dunklen LME in das Brot erklärbar. Im Gegensatz dazu musste die zusätzliche Menge an HDMF in der Krume des Brotes, das mit dunklem LME hergestellt wurde, während der Brotherstellung aus Vorläufern im LME neu gebildet worden sein. Zusammenfassend zeigten die Ergebnisse, dass der Zusatz von LME zum Teig einen wesentlichen Einfluss auf die molekulare Grundlage des Brotaromas hatte, wobei der Einfluss von dunklem LME größer war als der von hellem LME. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die für diesen Effekt verantwortlichen Verbindungen Sotolon, Maltol und HDMF sind. Um das Aroma der Kruste und Krume des mit dunklen LME hergestellten Brotes zu intensivieren, sollte die Herstellung des dunklen LME auf eine gezielte Bildung von Sotolon, Maltol und HDMF optimiert werden.
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2025 DE
Kaltner F. · Klein L.M.
Pyrrolizidinalkaloide (PAs) sind toxische Sekundärmetaboliten, die hauptsächlich durch Beiernte von PA‐bildenden Pflanzen als Kontaminanten in die Lebensmittelkette gelangen können. PAs werden üblicherweise mittels LC‐MS/MS basierter Analysenmethoden nachgewiesen und quantifiziert. Hierfür wird das Probenmaterial oft flüssig extrahiert und anschließend Festphasenextraktionskartuschen (SPE) zur Aufreinigung der Rohextrakte genutzt. Bei der Entwicklung von Analysemethoden, die auf polymeren Kationenaustauscher‐SPE (PCX) basierten, wurden bei bestimmten strukturell verwandten PAs unerwartet niedrige oder deutlich erhöhte Wiederfindungsraten festgestellt, was Umwandlungsreaktionen nahe legte [1,2]. Um dies gezielt zu untersuchen, wurden Extraktionen von artifiziell kontaminierten Matrices (PA‐freie Milch, Wasser, organische Lösungsmittel) durchgeführt. PA‐Referenzstandards wurden vor oder nach kritischen Schritten der Probenvorbereitung dotiert. Zunächst wurden Rohextrakte durch Flüssig‐Flüssig‐Extraktion gewonnen und diese mit PCX SPE‐Kartuschen aufgereinigt. Die alkalischen Methanol‐Eluate wurden unter Stickstoff abgedampft, rekonstituiert, filtriert und mittels LC‐MS/MS analysiert. Auch Acetonitril als nicht‐protisches Lösungsmittel wurde getestet, sowohl mit als auch ohne Ammoniak‐Zugabe. Dazu wurde das Acetonitril direkt mit PAs dotiert, unter Stickstoff evaporiert und analysiert. Die Ergebnisse belegten eine signifikante Umwandlung acetylierter PA‐A/‐Oxide zu ihren entsprechenden deacetylierten Verbindungen, sowie die Bildung von epoxidhaltigen PAs aus PA‐Verbindungen mit einer Chlor‐ und einer Hydroxylgruppen in α‐Position. Das Abdampfen der alkalischen SPE‐Eluate war ursächlich für die Beobachtungen; Deacetylierung trat hierbei bei zusätzlicher Verwendung des protischen Lösungsmittels Methanol auf. Hieraus wurde für die Deacetylierung ein alkalischer Esterhydrolyse‐Mechanismus als wahrscheinlich abgeleitet, während für die Bildung der Epoxid‐PAs eine interne S N 2‐Reaktion ähnlich der Chlorhydrin‐Reaktion [3] postuliert wurde. Folglich kann die Verwendung unterschiedlicher Probenvorbereitungsmethoden die detektierten PA‐Muster in Lebensmittelproben ungewollt beeinflussen.
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2025 DE
Sieg Holger · Heilscher Jasmin · Drusch Stephan
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Die weltweite Zunahme von Plastikabfall führt zu einem erhöhten Eintrag von Mikro‐ und Nanopartikeln in die Nahrungskette. Als unerwünschte Kontaminanten in Lebensmitteln interagieren die Partikel mit Nahrungsbestandteilen, insbesondere grenzflächenaktiven Proteinen, und bilden sogenannte Partikel‐Protein‐Komplexe. Systematische Untersuchungen zu diesen Komplexen, insbesondere zu Protein‐Affinität und strukturellen Veränderungen in Abhängigkeit von Oberflächeneigenschaften der Partikel, sind jedoch kaum vorhanden. Zudem ist unklar, ob die Protein‐Corona die Partikel „maskiert”, deren Eigenschaften nachahmt und potenziell zytotoxische Mechanismen bei der Aufnahme in Säugetierzellen auslöst. Das Ziel dieser Studie war die physikochemische und strukturelle Charakterisierung von Partikel‐Protein‐Komplexen sowie deren zellbiologischen Effekte auf ein Caco‐2‐Darmzellmodell. Nanopartikel aus Siliciumdioxid (SD), Polymilchsäure (PLA) und Polyethylenterephthalat (PET) wurden mit dem Molkenprotein β‐Lactoglobulin (BLG) inkubiert. Mittels dynamischer Lichtstreuung wurden der hydrodynamische Durchmesser und das Zetapotential der Komplexe bestimmt. Die strukturellen Änderungen der adsorbierten Proteine wurden mittels Fourier‐Transformations‐Infrarot‐Spektroskopie (FTIR) und Fluoreszenzspektroskopie analysiert. Die zelluläre Aufnahme in Caco‐2‐Zellen wurde mit Durchflusszytometrie, die Zellviabilität mit dem MTT‐Assay und die zelluläre Impedanz mithilfe der xCELLigence®‐Analyse untersucht. Die Ergebnisse zeigten eine hohe Affinität von BLG zu hydrophilen SD‐Partikeln, die innerhalb weniger Minuten große Aggregate durch elektrostatische Wechselwirkungen bildeten. Im Vergleich dazu war die Affinität zu PLA geringer und zu PET am geringsten, wobei nur kleine Komplexe ohne Aggregation entstanden. FTIR‐ und Fluoreszenzanalyse wiesen auf eine partielle Entfaltung der Proteinstruktur auf SD‐ und PLA‐Partikeln hin. Während SD‐BLG‐Komplexe von Caco‐2‐Zellen aufgenommen wurden und die Zellproliferation beeinträchtigten, wurden PLA‐ und PET‐Komplexe nicht aufgenommen. Dennoch führten PLA‐Komplexe zu einer Reduktion der Zellviabilität, während PET‐Komplexe keine zellulären Effekte zeigten. Diese Ergebnisse tragen zur Aufklärung adverser toxikologischer Wirkmechanismen von Partikel‐Protein‐Komplexen in unserer Nahrungskette bei.
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2025 DE
Raupbach Jana
Die Maillard‐Reaktion ist die nicht‐enzymatische Bräunungsreaktion zwischen reduzierenden Zuckern und Aminoverbindungen, die eine zentrale Rolle bei der thermischen Verarbeitung von Lebensmitteln spielt. Die dabei entstehenden Maillard‐Reaktionsprodukte (MRPs) beeinflussen maßgeblich Aroma, Farbe und Geschmack von Lebensmitteln. Die breite strukturelle und funktionelle Diversität der Reaktionsprodukte stellt hohe Ansprüche an die analytische und biofunktionelle Lebensmittelchemie. Das Vorkommen von MRPs in verschiedenen Lebensmittelgruppen, vor allem in verarbeiteten und stark erhitzten Produkten wie Kartoffel‐ und Milchprodukten sowie Backwaren, ist gut dokumentiert. Aktuelle Studien zeigen zudem, dass MRPs auch in relevanten Mengen in veganen Fleisch‐ und Milchersatzprodukten Vorkommen. Unsere Pilotstudie wies darauf hin, dass pflanzliche Milchalternativprodukte mehr N‐e‐Carboxyethyllysin (CEL) und Methylglyoxal‐hydroimidazolon (MG‐Hi) als ihre tierischen Vergleichsprodukte enthalten können. Für N‐e‐Carboxymethyllysin (CML) war kein eindeutiger Trend erkennbar [1]. Es ist möglich, dass modifizierte Lebensmittelproteine während der gastrointestinalen Verdauung zu resorbierbaren Bestandteilen abgebaut werden. Die Verfügbarkeit von MRPs im Gastrointestinaltrakt sowie deren Absorption, Verteilung und mögliche Akkumulation im menschlichen Körper sind Gegenstand aktueller Forschung. Unsere Untersuchungen zu CML, N‐e‐Fructosyllysin (FL) und Pyrralin im Mausmodell liefern neue Einblicke in die biologische Wirkung von MRPs. Für die drei untersuchten Verbindungen zeigten sich altersunabhängige Effekte. Die Absorption und Verteilung erfolgte strukturabhängig, mit Konzentrationen in der Reihenfolge FL>CML>Pyrralin. Die Niere stellte den Hauptausscheidungsweg dar. Pro‐inflammatorische Effekte konnten nicht nachgewiesen werden. Zahlreiche Studien postulieren eine potenziell gesundheitsschädliche Wirkung alimentärer Maillard‐Reaktionsprodukte. Überzeugende wissenschaftliche Belege für einen kausalen Zusammenhang fehlen jedoch bisher [2]. Dies unterstreicht die Bedeutung adäquat konzipierter Human‐ oder Tierstudien, um eine wissenschaftlich fundierte Bewertung des Gesundheitsrisikos zu ermöglichen. Dafür ist eine wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Disziplinen von entscheidender Bedeutung.
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2025 DE
Kersten F. · Martin D. · Schaaf U. S.
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Gummi Arabicum (GA) ist ein aus Acacia Senegal gewonnenes Exsudat, welches aufgrund seines amphiphilen Charakters, seiner hohen Emulgierfähigkeit und seiner sehr niedrigen Viskosität in wässriger Lösung häufig zur Stabilisierung von Aromaöl‐ und Getränkeemulsionen verwendet wird. Trotz der breiten Anwendung und der insgesamt ausgezeichneten technofunktionellen Eigenschaften sind die molekularen Ursachen für die funktionellen Unterschiede zwischen verschiedenen GA‐Chargen noch nicht vollständig verstanden. So wird die qualitätsbestimmende Langzeit‐Emulsionsstabilität meist durch verschiedene Anwendungstests bestimmt, bei welchen die Veränderung der Tröpfchengrößenverteilung einer GA‐Emulsion durch Erhitzen über den Zeitraum einer Woche beobachtet und bewertet wird. Anhand von einzelnen GA‐Proben konnte bereits postuliert werden, dass bestimmte GA‐Glykoproteinfraktionen, insbesondere diejenigen, die durch einen hohen Proteingehalt und eine signifikante räumliche Ausdehnung gekennzeichnet sind, für die anfängliche Emulsionsstabilität ausschlaggebend sind. Qualitätsmarker für natives GA wurden jedoch nicht ermittelt. Ziel dieser Arbeit war anhand von 20 Gummi Arabicum‐Proben unterschiedlicher Qualität den Zusammenhang zwischen den strukturellen und technofunktionellen Eigenschaften aufzuklären. Die Proben wurden zunächst auf ihre Monosaccharidzusammensetzung, ihren Proteingehalt, ihr Molekulargewicht Mw und die Molekulargewichtsverteilung untersucht. Mit allen Proben wurden O/W‐Emulsionen mit beschwertem Orangenöl hergestellt und die Tröpfchengrößenverteilung und Viskosität bestimmt. Mithilfe von Pearson‐Korrelationstests konnten verschiedene Korrelationen nachwiesen werden, unter anderem zwischen dem Rhamnosegehalt und dem Rhamnose/Galactose‐Verhältnis und der Molekülmasse. Um ein tieferes Verständnis der Beziehung zwischen Qualität und Molekularstruktur zu erlangen, wurden ausgewählte Proben mit Hilfe der hydrophoben Interaktionschromatographie entsprechend ihrem Proteingehalt in verschiedene Glykoproteinfraktionen aufgetrennt, die als Arabinogalactan (AG), Arabinogalactan‐Protein (AGP) und Glykoprotein (GP) bekannt sind. Die Fraktionen wurden analog zu den nativen Proben analysiert und außerdem nach partieller enzymatischer und chemischer Hydrolyse tiefergehend charakterisiert. Dies ermöglichte detaillierte Einblicke in den Aufbau der jeweiligen Fraktionen sowie in die strukturellen Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen den Proben. Dazu konnten Erkenntnisse gewonnen werden, welche Faktoren für die Chargenqualität wichtig sind, was zur Entwicklung neuer Analyseansätze genutzt wurde. Mithilfe dieser ist zukünftig eine schnellere Analyse der Qualitäten von Gummi Arabicum ohne vorherige Emulsionsherstellung möglich.
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2025 DE
Koch M. · Brühl L.
Aromatische Mineralölkohlenwasserstoffe (MOAH) können gemäß der europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit genotoxische und kanzerogene Verbindungen enthalten [1] . Jedoch sind sie chromatographisch kaum von biogenen Lipid‐Bestandteilen, wie bspw. Carotinen zu trennen. Um Fehlinterpretationen zu vermeiden, wurde daher bereits vor einigen Jahren die Epoxidierung mittels meta‐Chlorperbenzoesäure (mCPBA) etabliert, die auch heute noch in den Standardmethoden DGF C‐Vl 22 (20) und ISO 20122:2024 Verwendung findet. Allerdings ist neben einer vorherigen Reinigung des Reagenzes, auch die Reinigung des zu epoxidierenden Extrakts über Kieselgel nötig, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Des Weiteren weisen insbesondere raffinierte tropische Speiseöle persistente biogene Interferenzen auf, die eine eindeutige Auswertung des Zielsignals „Flump” stören können. Diesbezüglich etablierte Nestola eine neue Methode mittels in situ generierter Perameisensäure (PFA) [2] , welche eine bessere Entfernung störender biogener Bestandteile ermöglichen soll. Ein manueller Workflow zur robusten Durchführung der Epoxidierung mittels PFA wurde daher etabliert. Neben n‐Hexan und Chloroform wurde 1‐Chlorbutan als weniger toxikologisch bedenkliches Lösungsmittel erprobt. Zusätzlich wurde neben 50%iger auch 30%ige H 2 0 2 ‐Lösung evaluiert, um eine mögliche weltweite Verwendung der Methode zu eruieren. Die Reagenzienblindwerte aller Epoxidierungen mittels PFA waren vernachlässigbar, sodass stets auf eine vorherige Reinigung der Reagenzien verzichtet werden konnte. Die Entfernung biogener Interferenzen mittels PFA war immer gleichwertig oder besser im Vergleich zur standardmäßig durchgeführten Epoxidierung mittels mCPBA in Ethanol. Eine Substitution durch 30%iges H2O2 erwies sich jedoch nur in Kombination mit polaren Lösungsmitteln (Chloroform oder 1‐Chlorbutan) als sinnvoll. Verluste, insbesondere polyaromatischer MOAH, konnten in geeigneten Proben mittels GCxGC‐MS zwar aufgezeigt werden, waren bei optimierter Reaktionsführung aber vergleichbar oder kleiner als mittels ethanolischem mCPBA. Allerdings erwies sich die vollständige Entfernung polarer Lösungsmittel als zwingend geboten für eine robuste LC‐Separation von MOSH und MOAH. Mögliche Einflüsse durch die Entfernung wurden geprüft und verschiedene Techniken zur Vermeidung Volatilitäts‐bedingter Verluste verglichen. Im Zuge dessen wurden neue interne Standards erprobt, die eine weniger fehleranfällige Quantifizierung ermöglichen. Des Weiteren konnten Epoxy‐Fettsäuren als störende Reaktionsnebenprodukte identifiziert und auf Basis unterschiedlicher Ansätze eliminiert werden.
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2025 DE
Haas M. · Walter R. · Mantyk L.
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Pyrrolizidinalkaloide (PA) sind eine Gruppe sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe, die als natürlicher Fraßschutz gegen Herbivore von blühenden Pflanzen gebildet werden. Als Kontamination gelangen sie durch Beiernte in pflanzliche Produkte wie Tee und Kräuter, sowie durch einen Carry Over ‐Effekt in tierische Produkte wie Milchprodukte und Honig. Nach oraler Aufnahme und metabolischer Aktivierung durch Cytochrom P450 (CYP) Enzyme schädigen PA die Leber als Hauptzielorgan. Es ist bekannt, dass PAgenotoxisch sind und in Versuchstieren Krebs auslösen. Daneben können in seltenen Fällen auch akute Leberschädigungen im Tier und im Menschen auftreten [1]. Wir konnten in menschlichen Leberzellmodellen zeigen, dass die chemische Struktur der PA die zytotoxische und genotoxische Potenz bestimmt [2]. Ziel der Studie war die Untersuchung der Rolle von OCT1 für die Aufnahme der PA in humane Leberzellen (HepG2 CYP3A4 und primäre humane Hepatozyten) und die Aktivierung der DNA‐Schadensantwort (DDR) in Abhängigkeit der PA‐Struktur. Zunächst konnten wir in den Zellmodellen unter Verwendung pharmakologischer OCT1 ‐Inhibitoren nach Behandlung mit dem Monoester Heliotrin, dem offenen Diester Lasiocarpin und dem zyklischen Diester Riddelliin eine signifikant verringerte Zytotoxizität und abgeschwächte DDR nachweisen, was die OCT1‐abhängige Aufnahme strukturell unterschiedlicher PA belegt [3]. Weiterführende Western Blot‐Analysen in HepG2 CYP3A4 Zellen mit dem Monoester Heliotrin und dem zyklischen Diester Retrorsin zeigten die Aktivierung der beiden apikalen DDR‐Kinasen ATR und ATM, was durch die Phosphorylierung der Checkpoint‐Kinasen CHK1 und CHK2, sowie durch Akkumulation von p53 und γH2AX abgebildet wurde. Der Einfluss der apikalen DDR‐Kinasen wurde durch Verwendung pharmakologischer ATR‐ und ATM‐Inhibitoren demonstriert, welche die PA‐bedingte DDR, Zellzyklusverteilung und Zytotoxizität modulierten. Zusammenfassend wurde gezeigt, dass die chemische Struktur der PA die OCT1‐abhängige Aufnahme in Leberzellen sowie den Ablauf der DDR kaum beeinflusst, jedoch signifikante Unterschiede bezüglich der Potenz der DDR‐Aktivierung bestehen. Daran anknüpfend werden sich zukünftige Untersuchungen den hervorgerufenen DNA‐Schäden und beteiligten DNA‐Reparaturwegen widmen.
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2025 DE
Enge S. · Duchstein P. · Simat T. J.
Papier und Pappe, die mit Flüssigkeiten, fetthaltigen Lebensmitteln oder hohen Temperaturen in Berührung kommen, benötigen ein Additiv oder eine Beschichtung, um die Wasser‐ und Fettbeständigkeit zu verbessern. Häufig wird dies durch das Aufbringen einer Beschichtung erreicht, die aus einem polymeren oder oligomeren Grundgerüst besteht, das mit fluorierten Stoffen verestert ist. Die Konzentration der fluorierten Stoffe kann im Endprodukt bis zu 2 % betragen. Beschichtete Papiere werden in Schnellrestaurants, bei Anwendungen mit hohem Temperaturkontakt, wie Backpapier und Muffinförmchen, sowie bei Mikrowellenanwendungen eingesetzt. Ziel dieses Projekts ist es, eine Schnellmethode für den Nachweis von Per‐ und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) in Papierprodukten zu entwickeln. Zu diesem Zweck wurden beschichtete Papiere aus lokalen Geschäften nach DIN 53116 [1] auf Fettdurchlässigkeit geprüft. Die Papierprodukte, die die Anforderungen der Fettdurchlässigkeitsprüfung erfüllten, wurden dann auf das Vorhandensein von PFAS untersucht. Die meisten PFAS‐haltigen Beschichtungen bestehen aus Polyacrylaten, die mit Fluortelomeralkoholen (FTOH), insbesondere 6:2 FTOH, verestert sind [2]. Aufgrund des Einsatzes der Papiere bei Kontakt mit warmen Lebensmitteln [2] werden diese zur Bestimmung der PFAS‐Restgehalte in einer ‚MicroChamber‛ bei 90 °C unter Anliegen eines Stickstoffstroms von 50 mL/min für 30 Minuten thermisch inkubiert. Die Emissionen werden in Adsorptionsröhrchen aufgefangen und anschließend mittels TD‐GC‐MS analysiert. Zusätzlich werden eine alkalische in‐situ‐Hydrolyse in einer ‚MicroChamber‛ sowie die vollständige Hydrolyse nach [3] zur Freisetzung polymer gebundener PFAS durchgeführt und mit TD‐GC‐MS vermessen. Es war möglich, Restmengen von 6:2 FTOH und deren Acrylsäureestern in Papieren nachzuweisen, die mit den oben genannten Beschichtungen hergestellt wurden. Nach Hydrolyse konnten die Gesamtgehalte der Telomeralkohole bestimmt werden, wobei in den Proben nur der 6:2 FTOH nachweisbar war.