Methylglyoxal in Manuka-Honig (Leptospermum scoparium):

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1 Methylglyoxal in Manuka-Honig (Leptospermum scoparium): Bildung, Wirkung, Konsequenzen DISSERTATION zur Erlangung des akademischen Grades Doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt der Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften der Technischen Universität Dresden von Diplom-Lebensmittelchemikerin Julia Atrott geboren am in Berlin Eingereicht am Die Dissertation wurde in der Zeit von Oktober 2007 bis September 2012 an der Professur für Lebensmittelchemie angefertigt.

2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis i v viii x 1 Einleitung und Zielstellung 1 2 Theoretischer Hintergrund Honig Definition und allgemeine Aspekte Gewinnung und Klassifizierung von Honig Manuka-Honig Zusammensetzung von Honig Wasser Kohlenhydrate Proteine Aminosäuren Phenolische Verbindungen Weitere Inhaltsstoffe Qualitätsanforderungen an Honig Carbonylverbindungen in Honig Grundzüge der Zuckerabbauwege in Lebensmitteln ,2-Dicarbonylverbindungen Vorkommen von 1,2-Dicarbonylverbindungen in Lebensmitteln ,2-Dicarbonylverbindungen in Honig Bildungswege von MGO Abbau und Folgeprodukte von MGO Dihydroxyaceton Hydroxymethylfurfural Weitere Produkte der Maillard-Reaktion Biofunktionelle Eigenschaften von Honig Antibakterielle Wirkung von Honig Antioxidative Eigenschaften von Honig Zytotoxische Eigenschaften von Honig Testsysteme zur Bestimmung der Zytotoxizität Zyotoxische Eigenschaften von MGO 35 3 Material und Methoden Chemikalien, Materialien und Geräte Chemikalien 37

3 3.1.2 Verbrauchsmaterialien und Geräte Materialien für Zellkulturarbeiten Materialien für mikrobiologische Arbeiten Probenmaterial Bestimmung von Carbonylverbindungen ,2-Dicarbonylverbindungen in Honig und Pflanzen Dihydroxyaceton in Honig Hydroxymethylfurfural in Honig ,4-Didesoxyglucoson-3-en Isolierung von 2-Hydroxymethylchinoxalin Semipräparative HPLC Methoden zur Identifizierung Analytische Charakterisierung von Honig Bestimmung von ph-wert und Wassergehalt Bestimmung von Glucose und Fructose Bestimmung des Proteingehaltes nach Bradford Aminosäureanalyse Gesamtphenolgehalt nach Folin Honigfarbe Enzymatische Untersuchungen Bestimmung der Diastase-Aktivität nach Phadebas Bestimmung der Invertase-Aktivität Mikrobiologische Untersuchungen Ermittlung der minimalen Hemmkonzentration Stabilitätsprüfung von Methylglyoxal in Bouillon Mikrobiologische Untersuchungen an Manuka-Honig Bestimmung der antioxidativen Kapazität mit TEAC-II-Test Untersuchungen zur Zytotoxizität Kultivierung der HT-29 Zellen Stabilitätsprüfung der Testsubstanzen in Medium Koloniebildungstest Statistische Auswertung 68 4 Ergebnisse und Diskussion Methylglyoxal (MGO) und Dihydroxyaceton (DHA) Bildung von MGO während der Lagerung von Manuka-Honig Untersuchungen zu Manuka-Pflanzen und Nektar MGO in Manuka-Pflanzenmaterial Analytik von DHA in Honig Reaktion von DHA zu 2-Hydroxymethylchinoxalin 76

4 Methodische Aspekte der DHA-Analytik unter OPD-Derivatisierung Konzentrationen von DHA und MGO in Manuka-Honig Einordnung der Daten im Vergleich zu anderen Lebensmitteln Diskussion zum Vorkommen von DHA in Manuka-Nektar Analyse weiterer Inhaltsstoffe in Manuka-Honigen zur Identifizierung von Einflussfaktoren auf die MGO-Bildung Analytische Charakterisierung von Manuka-Honigen Wassergehalt und ph-wert Gehalt an Fructose und Glucose Proteingehalt nach Bradford Gehalt und Zusammensetzung der freien Aminosäuren Gesamtphenolgehalt Honigfarbe Zusammenfassung und Korrelation zum MGO-Gehalt Korrelation der Farbe mit weiteren analytischen Parametern Einflussfaktoren auf die Umsetzung von DHA zu MGO in Honig Modelluntersuchungen zur Umsetzung von DHA in Honigmatrix Prüfung mittels ausgewählter multivariater Analyseverfahren Charakterisierung von Lagerparametern in Manuka-Honig Bildung an 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) Vorkommen und Bildung von HMF in Manuka-Honigen Einfluss von DHA auf die Bildung von HMF Einfluss von Aminosäuren auf die Bildung von HMF Zusammenwirken der Parameter während der Lagerung Beeinflussung von Diastase und lnvertase Enzymaktivitäten in Manuka-Honig Einfluss von DHA auf die Enzymaktivitäten DHA als Erklärung einer niedrigen Enzymaktivität in Manuka-Honig? Einfluss einer Erhitzung auf ausgewählte Parameter Einfluss einer Erhitzung auf den MGO-Gehalt Einfluss auf weitere Parameter Konsequenzen für die rechtliche Beurteilung von Manuka-Honig Mikrobiologische Untersuchungen von Manuka-Honig Bestimmung der minimalen Hemmkonzentration (MHK) Stabilität von MGO im Testmedium MHK von MGO und Vergleichsantibiotika Medizinische Anwendbarkeit von MGO Untersuchungen an Honigproben Mikroorganismen in Manuka-Honig Einsatz von Honigproben zum Mikrodilutionstest 138 iii

5 Korrelation zwischen MGO-Gehalt und antibakterieller Aktivität Antioxidative Eigenschaften von Manuka-Honig Bestimmung der antioxidativen Kapazität Auswahl des TEAC-II-Tests als geeignetes Testverfahren Antioxidative Kapazität von Honig Einordnung der antioxidativen Kapazität von Honig im Vergleich zu anderen Lebensmitteln Erklärungsansätze für die antioxidative Kapazität von Honig Zusammenhang zum Gesamtphenolgehalt nach Polin Möglicher Beitrag von MGO und weiteren Inhaltsstoffe Zytotoxische Wirkung von Manuka-Honig Anwendung von Zelltests für Dicarbonylverbindungen und Honig Etablierung eines geeigneten Zellkultur-Testsystems Stabilität von MGO im Inkubationsmedium Bestimmung des 1C50 von MGO und Vergleichsproben Zytotoxische Wirkung von Manuka-Honig Untersuchung von Honigproben mittels Koloniebildungstest Erklärungsansätze für die zytotoxische Wirkung von Honig Beurteilung der Zytotoxizität von Honig Konsequenzen der chemischen und biofunktionellen Eigenschaften von Manuka-Honig für dieses Lebensmittel Charakterisierung, Deklaration und Nachweis von Manuka-Honig Gesundheitlicher Nutzen durch Manuka-Honig? Zusammenfassung Literatur 170 Wissenschaftliche Publikationen 191 Danksagung 193 Erklärung 195 IV