European Journal of Nutrition (v.30, #1)

Editorial by Prof. Dr. Dr. h. c. Kurt Heyns (1-3).

Durch die Maillard-Reaktion werden in Lebensmitteln und im menschlichen Körper reduzierende Zucker sowie Aminosäuren und Proteine verändert. Es lassen sich einige allgemeine und auch spezielle Abbauwege für Pentosen, Mono- und Disaccharide formulieren. Die Produktbildung wird u.a. durch die Art des Amins (primär oder sekundär) beeinflußt. Im Verlauf der Abbaureaktionen kann es zu C-C-Spaltungsreaktionen bei den Zuckern und bei Aminosäuren (Streckerabbau) kommen. Einige Maillard-Produkte sind als Indikatorsubstanzen zum Nachweis des Umfangs der Maillard-Reaktion geeignet.Through the Maillard reaction, occurring in food and in the human body, reducing sugars, amino acids and proteins are transformed. Some general and also specific degradation pathways for pentoses, mono- and disaccharides can be defined. The structures of the products are influenced by the type of amine (primary or secondary). During the degradation reactions C-C fissions of the sugars and amino acids (Strecker degradation) can be observed. Some Maillard products are suited as indicator substances to determine the extent of the Maillard reaction.
Keywords: Maillard-Reaktion; Aromastoffe; Bräunungsprodukte; Reduktone; toxische Verbindungen; Abbauwege; Maillard reaction; aroma compounds; browning products; reductones; toxic substances; degradation pathways

Mehr als 50 Jahre nachdem Maillard (26) die Reaktion von Aminosäuren mit Glucose beschrieben hatte, wurde gefunden, daß diese Reaktion auch unter physiologischen Bedingungen im menschlichen Körper abläuft. Zuerst war entdeckt worden, daß humanes Hämoglobin proteingebundene Amadoriprodukte enthält, die bei Diabetikern mit erhöhten Blutglucosewerten vermehrt waren. Die Bestimmung von fruktosyliertem Hämoglobin ist bereits zur Beurteilung der diabetischen Stoffwechsellage weitverbreitet. Bald darauf wurde nachgewiesen, daß auch andere Proteine wie z.B. Albumin, Linsencrystallin, Proteine der Gerinnungskaskade, Kollagene, Lipoproteine, Zellmembranproteine und andere dieser postribosomalen Modifikation unterliegen, die zu Veränderung von Struktur und Funktion des betreffenden Proteins führen kann. Später wurde erkannt, daß langlebige Proteine altersabhängig braun, fluoreszierend und unlöslich werden. Da diese späten Stadien der Maillardreaktion bei Diabetikern schneller auftreten, wurde vermutet, daß die Maillardreaktion zur Pathophysiologie des Alterns und zur Entstehung der diabetischen Spätschäden beiträgt. Obwohl die ursächliche Beteiligung der Maillardprodukte bei der Entwicklung diabetischer Spätschäden noch nicht verstanden wird, werden bereits klinische Versuche mit dem Medikament Aminoguanidin gemacht, welches die Bildung von späten Maillardprodukten verhindert.More than 50 years after Maillard's original paper describing the reaction of amino acids with glucose it was found that this reaction also occurs under physiological conditions in the human body. Initially, it was discovered that human hemoglobin contains protein-bound Amadori-products that are increased in diabetic patients with elevated blood glucose levels. Measurements of fructosylated hemoglobin are now widely used as an index of glycemia in diabetes. It was soon recognized that this postribosomal modification is common to other proteins in vivo like albumin, lens crystallins, proteins of the clotting cascade, collagens, lipoproteins, proteins of the cell membrane, and others. This may lead to alterations in structure and function of the respective protein. Later, the realization that long-lived proteins become browned, fluorescent, and insoluble with age, and at an accelerated rate in diabetes, suggested that later stages of the Maillard reaction might proceed in vivo and contribute to some of the pathophysiology associated with both aging and diabetes. Although the contribution of the Maillard products to the development of diabetic late complications is not fully understood, attempts are being made to prevent formation of late Maillard product with aminoguanidine, a drug currently under clinical testing.
Keywords: Maillardreaktion; Pathophysiologie; Aminoguanidin; postribosomale Modifikation; Maillard reaction; pathophysiology; advanced glucosylation end products; aminoguanidine; postribosomal modification

The Maillard reaction in vivo by D. G. Dyer; J. A. Blackledge; B. M. Katz; C. J. Hull; H. D. Adkisson; S. R. Thorpe; T. J. Lyons; J. W. Baynes (29-45).
The Maillard or browning reaction between reducing sugars and protein contributes to the chemical deterioration and loss of nutritional value of proteins during food processing and storage. This article presents and discusses evidence that the Maillard reaction is also involved in the chemical aging of long-lived proteins in human tissues. While the concentration of the Amadori adduct of glucose to lens protein and skin collagen is relatively constant with age, products of sequential glycation and oxidation of protein, termed glycoxidation products, accumulate in these long-lived proteins with advancing age and at an accelerated rate in diabetes. Among these products are the chemically modified amino acids, Nɛ-(carboxymethyl)lysine (CML), Nɛ-(carboxymethyl)hydroxylysine (CMhL), and the fluorescent crosslink, pentosidine. While these glycoxidation products are present at only trace levels in tissue proteins, there is strong evidence for the presence of other browning products which remain to be characterized. Mechanisms for detoxifying reactive intermediates in the Maillard reaction and catabolism of extensively browned proteins are also discussed, along with recent approaches for therapeutic modulation of advanced stages of the Maillard reaction.Die Maillard- oder Bräunungsreaktion genannten Umsetzungen zwischen reduzierenden Zuckern und Eiweiß führen zur chemischen Zerstörung der Aminosäuren und zum Verlust der Proteinqualität während der Lebensmittelbearbeitung und -lagerung. Der vorliegende Beitrag zeigt Befunde auf, daß die Maillardreaktion auch im Gewebe des Menschen bei der Alterung von Proteinen mit langer biologischer Halbwertszeit auftritt. Die Konzentrationen an den sogenannten Amadori-Produkten, die im Initialstadium der Maillardreaktion aus Glucose und den Proteinen der Augenlinse oder dem Kollagen der Haut entstehen, erwiesen sich als relativ konstant, auch mit zunehmendem Alter. Die Produkte der Glycosylierung und nachfolgenden Oxidation der Proteine, auch Glycoxidationsprodukte genannt, häufen sich dagegen im Alter an, und zwar bei Diabetikern in vermehrtem Maße. Zu diesen Produkten gehören die Aminosäurenderivate N-(carboxymethyl)-lysin (CML), N-(carboxymethyl)-hydroxylysin (CMhL) sowie das fluoreszierende Quervernetzungsprodukt Pentosidin. Während diese Glycoxidationsprodukte in den Körpergeweben nur in Spuren vorkommen, gibt es deutliche Hinweise auf die Anwesenheit weiterer Bräunungsprodukte, deren Charakterisierung jedoch noch aussteht. Es werden Möglichkeiten zur „Entgiftung“ der reaktiven Zwischenprodukte aus der Maillardreaktion sowie zum Abbau extrem gebräunter Proteine diskutiert sowie neuere Möglichkeiten zur therapeutischen Modulierung fortgeschrittener Stadien der Maillardreaktion aufgezeigt.
Keywords: advanced glycosylation endproducts (AGE); ag(e)ing; aminoguanidine; ascorbate; autoxidation; biomarker; browning reaction; chemical modification of proteins; diabetes; glycation; glycoxidation; nonenzymatic glycosylation; oxidation; Maillard reaction; Aminoguanidin; Ascorbat; Autooxidation; Biomarker; Bräunungsreaktion; chemische Veränderung vonProteinen; Diabetes; Glycosylierung; Glycoxidation; nichtenzymatische; Glycosylierung; Oxidation; Maillardreaktion

By analyzing lysine and furosine the amount of inactivated lysine in several food systems was determined and the values for available lysine and total lysine were calculated. Considerable heat damage was found in heated cereal products, and in heated milk products, including several formula for children and hospitalized patients. Some products contained more inactivated lysine than available lysine. This may have consequences for the nutrition in low protein consuming populations and leads to errors in predicting the protein quality, e.g., by the recently proposed “Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score”.Mit Hilfe der Furosinmethode wurde der Gehalt an inaktiviertem Lysin in verschiedenen Lebensmitteln bestimmt. Der Gehalt an verfügbarem Lysin und Gesamtlysin wurde auf der Basis dieser Werte berechnet. Es zeigte sich, daß in manchen Lebensmitteln eine erhebliche Lysinschädigung zu verzeichnen war, und zwar besonders in erhitzten Backwaren und Cerealien, in Milchprodukten einschließlich mancher Säuglingsnahrung. Dies kann für Bevölkerungsgruppen, die sich proteinarm ernähren, Konsequenzen haben und führt zu einer Fehlbewertung der Proteinqualität auf der Basis sogenannter Amino Acid Scores (z. B. des neuen „Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score“).
Keywords: furosine, fructoselysine, lysine-inactivation; bio-availability of lysine; food processing; Protein Digestibility CorrectedAmino Acid Score; Furosin; Fruktoselysin; Lysin-Inaktivierung; Bioverfügbarkeit von Lysin; Lebensmittelverarbeitung; Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score

Es wurde die Bioverfügbarkeit von Eisen, Kupfer und Zink untersucht, wenn diese essentiellen Spurenelemente 1. mit einigen isolierten Maillard-Produkten bzw. LAL, oder 2. mit thermisch unterschiedlich belasteten Testnahrungen einmalig an Säuglingsratten verabreicht wurden. Durch die isolierten Testsubstanzen ließen sich bei allen drei Elementen Effekte auf der präresorptiven und/oder postresorptiven Ebene erzielen. Die Testnahrungen beeinflußten — auch wenn sie fünf Wochen lang verfüttert wurden — nur die Bioverfügbarkeit des Kupfers.Bioavailability of iron, copper, and zinc was investigated in suckling rats. The essential trace elements were given once either with several isolated Maillard products and with LAL, respectively, or with differently heat-treated formula diets. The isolated substances revealed effects on bioavailability of all the elements tested, either on the preresorptive or on the postresorptive level. The formula diets affected only the bioavailability of copper — even when fed for several weeks.
Keywords: Maillard-Produkte; LAL; Bioverfügbarkeit; Eisen; Kupfer; Zink; Maillard products; LAL; bioavailability; iron; copper; zinc

Bildung von IQ-Verbindungen in Fleisch und Fleischprodukten by E. Schuirmann; K. Eichner (56-64).
Bei der Herstellung von Fleischprodukten können sich aus den darin enthaltenen reduzierenden Zuckern, Aminosäuren und Kreatin/Kreatinin im Rahmen einer Maillard-Reaktion Imidazochinoline und Imidazochinoxaline („IQ-Verbindungen“) bilden; diese haben sich als mutagen erwiesen.Die aus wasserarmen Modellsystemen und Fleischextrakt mittels Flüssig-Flüssig-Verteilung isolierten IQ-Verbindungen wurden an einer Kationenaustauschersäule vorfraktioniert und anschließend durch HPLC an einer RP-Phase getrennt. Die Identifizierung der vorher acetylierten Verbindungen erfolgte mittels Gaschromatographie/Massenspektrometrie aufgrund der charakteristischen Massenzahlen ihrer Fragmentionen.Bereits beim Erhitzen der Modellsysteme auf 100°C setzt die Bildung von IQ-Verbindungen ein und nimmt bei weiterer Temperaturerhöhung stark zu. Auch in käuflichem Fleischextrakt können IQ-Verbindungen in unterschiedlichen Mengen nachgewiesen werden.During meat processing mutagenic imidazoquinolines and imidazoquinoxalines (“IQ-compounds”) may be formed by Maillard reaction of reducing sugars, amino acids, and creatine/creatinine.IQ-compounds isolated from low-moisture model systems and meat extract by liquid-liquid-distribution were fractionated on a cation exchanger and separated on an RP phase. After acetylation the separated compounds were identified by gas chromatography/mass spectrometry based on their characteristic mass fragment ions.During heating the model systems at 100°C the formation of IQ-compounds begins and greatly increases by further raising the temperature. In different amounts IQ-compounds could also be detected in commercially available meat extracts.
Keywords: Analyse; IQ-Verbindungen; Erhitzen; Fleischextrakt; Maillard-Reaktion; Mutagenität; analysis; IQ-compounds; heating; meat extract; Maillard reaction; mutagens

Es wurde die Wirkung von Terephthalsäure, die als Monomeres aus Polyterephthalsäureestern in Lebensmittel migriert, auf die fettlöslichen Vitamine A, D3 und α-Tocopherol in Modellversuchen unter Zusatz von Terephthalsäure und unter Verwendung einer Folie aus Polyterephthalsäureestern untersucht. Bei den Vitaminen A und D3 kommt es je nach Erhitzungstemperatur und-zeit zu einer Stabilisierung durch Terephthalsäure (bis zu 25 % höhere Rest-Vitaminmengen nach dem Erhitzen unter Zusatz von Terephthalsäure); bei α-Tocopherol hingegen wird der Abbau durch Terephthalsäure etwas beschleunigt. Bei den Tests in der Folie verläuft der Vitaminabbau langsamer als bei den Modellversuchen unter Zusatz von Terephthalsäure.The effect of terephthalic acid, which is found in foodstuffs as a monomer of fat-soluble vitamins such as vitamin A, D3 and α-tocopherol was examined in model tests of terephthalic acids, and of foils composed of polyterephthalic acid esters. Vitamin A and D3 were stabilized by terephthalic acid (the vitamin content was up to 25 % after adding terephthalic acid, depending on temperature and duration of heating); α-tocopherol was reduced a little faster with terephthalic acid. Heated in the foil the vitamin content was not reduced as much as in the model tests with terephthalic acid.
Keywords: Terephthalsäure; Polyterephthalsäureester; fettlöslicheVitamine; terephthalic acid; polyterephthalic acid ester; fat-solublevitamin

Nachruf auf Prof. Dr. med. G. Siebert by K. H. Bässler (72-72).

Buchbesprechungen by K. H. Bässler; A. Fricker; A. Roeser; Karl-Heinz Schönbach (75-78).