Doctor of Philosophy / Food Science Institute / J. Scott Smith / Advanced glycation endproducts (AGEs) are formed in many cooked meat products via Maillard browning reactions. Current research suggests consumption of these compounds may be a contributor to chronic diseases such as diabetes and heart diseases. Thus, information on the prevalence and inhibition of these compounds in food is desirable. The first objective was to determine the AGE content, as determined as N[superscript]ε-carboxymethyllysine (CML) level, in cooked meat and fish prepared by general cooking methods recommended by U.S. Department of Agriculture, Food Safety and Inspection Service (USDA-FSIS). We found AGE was detected in all the cooked samples, but the levels depended on the different cooking conditions. Broiling and frying at higher cooking temperatures produced higher levels of CML and broiled beef contained the highest CML content (21.84 μg/g). However, the baked salmon (8.59 μg/g) and baked tilapia (9.72 μg/g) contained less CML as compared to the other samples. In order to investigate the inhibitory effect of selected natural antioxidant on AGEs formation in cooked meat, four cereal brans, wheat (Jagger, JA), triticale (Spring Triticale, ST; Thundercale, TH), and Rye (RY) bran were added to beef patties before cooking. RY (42.0% inhibition), ST (27.5% inhibition), and TH (21.4% inhibition) brans significantly decreased CML formation compared with the control. The inhibition of CML was correlated to the water-holding activity (WHC) of the samples, and the radical scavenging activity of the brans. The effect of cereal bran extracts (JA, ST, TH, and RY), was studied in a bovine serum albumin and glucose (BSA-GLU) model system. The ST extract significantly (P <0.05) inhibited CML formation compared to the control group. ST particularly contained vanillic acid (VA), chlorogenic acid (CHA), gentisic acid (GEA), and ferulic acid (FA), where GEA and CHA mitigated CML with an average percentage decrease of 29.6% for CHA and 51.1% for GEA. It therefore may be useful in preventing AGEs formation by using ST bran as a food addictive, which contains abundant phenolic acids. In summary, current dietary AGEs database will provide important information for use in estimating AGEs exposure, and also these data demonstrate that a significantly reduced intake of dietary AGEs can be achieved by low heat AGE cooking methods such as baking, which can be used at home or in the meat industry. Cereal bran addition to meat products may reduce formation of AGEs that is a desired attribute for the processed meat products industry.

Les produits de glycation avancée (AGEs) sont trouvés en excès dans le plasma et les tissus au cours du diabète, de l'insuffisance rénale et du vieillissement. Ils se forment aussi pendant la cuisson domestique et industrielle des aliments. Actuellement, la plus forte consommation de denrées alimentaires transformées contenant des quantités importantes des AGEs augmente le risque d'exposition de la population aux AGEs et à leurs effets biologiques. C'est ainsi que l'étude de la biodisponibilité des AGEs devient un sujet d'actualité dans la compréhension de la pathogenèse de certaines maladies chroniques, particulièrement le diabète. Deux études cliniques ont été menées dans le but d'étudier l'impact de l'ingestion des AGEs alimentaires sur les fluctuations des concentrations de ces mêmes molécules retrouvées dans les fluides biologiques des individus sains étudiés. Une première étude qui compare la teneur des AGEs ingérés à travers deux régimes alimentaires administré à 62 jeunes adultes. Une deuxième étude qui évalue la teneur en AGEs d'une alimentation basée sur du lait maternel ou du lait de formules infantiles donné à 161 bébés. La quantification de la carboxyméthyllysine (CML) et des AGEs fluorescents comme indicateurs de la réaction de Maillard a été effectuée dans les aliments administrés aux sujets de l'étude ainsi que dans leurs matrices biologiques : plasma, urine et fèces. Les résultats montrent qu'un régime contenant 2,5 fois moins de CML et 1,7 fois moins des AGEs fluorescents, en comparaison avec un régime courant ou standard, peut provoquer des baisses importantes de ces indicateurs dans le plasma, l'urine et la matière fécale des individus sains. Ces diminutions sont plus accentuées au niveau de l'excrétion urinaire. D'autre part, une plus forte présence de la CML dans le lait de formules infantiles correspond à une plus forte quantité de CML dans le plasma et dans l'urine des enfants ayant ingéré cet aliment, à la différence des enfants nourris avec le lait maternel, caractérisé par de faibles quantités de la CML. Chez les adultes soumis au régime bas en AGEs ainsi que les bébés nourris avec le lait maternel, les niveaux de certains paramètres métaboliques tels que le stress oxydatif, les antioxydants importants et des facteurs de l'inflammation cellulaire et systémique ont été normaux mais inférieurs à ceux des adultes et des enfants ayant ingéré de plus fortes quantités d'AGEs. Ces effets indiquent que de plus faibles quantités de produits de Maillard alimentaires pourraient avoir un impact sur la prévention des maladies chroniques. / Advanced Glycation End Products (AGEs) are found in excess in plasma and tissus during diabetes, renal diseases and aging. AGEs are known to form in foods during industrial processes or home cooking. Nowadays, an excessive intake of technologically transformed foods riches in AGEs, increase the risk of the population to their possible pathophysiological effects. In this contexte, the study of bioavailability of AGEs formed in foods may have a significant impact in understanding the pathogenesis of some chronic diseases as diabetes.Two clinical studies were conducted to study the impact of dietary intake of AGEs on fluctuating levels of these same molecules found in biological fluids of healthy individuals studied. A first study that compared the content of AGEs ingested through two diets administered to 62 young adults. A second study evaluates the AGE content of a diet based on breast milk or infant formula milk given to 161 babies. Quantification of CML and fluorescent AGEs as indicators of the Maillard reaction was performed in the food administered to the subjects and their biological matrices: plasma, urine and feces. The results show that a diet containing less than 2.5 times and 1.7 times of CML and fluorescent AGEs respectively, compared with a current or standard diet, can cause significant declines in these indicators in plasma, urine and fecal matter of healthy individuals. These decreases are more pronounced at the level of urinary excretion. A stronger presence of CML in the milk of infant formula is a higher amount of CML in plasma and urine of children who ingested this food, unlike the children fed with milk breast, characterized by low levels of CML. In adults subjected to diet low in AGEs and babies fed breast milk, the levels of some metabolic parameters such as oxidative stress, antioxidants and important factors of cellular and systemic inflammation, were lower than normal levels of adults and children who ingested higher amounts of AGEs. These effects indicate that lower amounts of dietary Maillard products could have an impact on chronic disease prevention

O consumo de produtos da reação de Maillard (PRM) formados em alimentos contribui para o aumento dos níveis séricos de produtos finais de glicação avançada, que, por sua vez, estão associados à fisiopatologia e progressão do diabetes, de doenças cardiovasculares e neurodegenerativas. A formação de PRM em alimentos e sistemas modelo-alimento está bem documentada, mas informações sobre os efeitos de diferentes métodos de cocção e uso de receitas são escassas, especialmente para carne vermelha. É importante avaliar se o controle das condições de cocção domésticas pode afetar a formação de PRM em carne, um alimento amplamente consumido. O objetivo deste trabalho foi estudar a formação dos PRM: furosina, carboximetillisina, acrilamida e compostos fluorescentes em carne bovina submetida a técnicas de cocção por calor úmido e calor seco. Hambúrgueres com 50 g de coxão mole (Semimembranosus) moído e 1% de sal de cozinha foram grelhados e empanados e fritos até atingir as temperaturas internas: 60&#176;, 70&#176;, 80&#176;, 90&#176; e 100&#176;C; cozidos por fervura em água até 60&#176;, 70&#176;, e 80&#176;C; e assados a 180&#176;, 240&#176; e 300&#176;C por 30 min. Os produtos da fase inicial da RM predominaram nas carnes grelhadas e empanadas e fritas em temperatura menor que 90 &#176;C, acima de 90 &#176;C ocorreu a degradação de furosina, associada à formação acentuada de compostos fluorescentes e a etapa intermediária da RM está em curso, predominantemente; a formação do marcador da fase avançada da RM (CML) ocorreu apenas na condição térmica mais severa, a carne assada a 300 &#176;C por 30 minutos. Condições de cocção que resultaram em grande aceitação da cor e baixa formação de PRM de fase avançada foram encontradas para carne bovina e podem ser utilizadas em orientações para pacientes com diabetes em ensaios clínicos futuros. / The ingestion of Maillard reaction products (MRP) from foods seems to be correlated with serum advanced glycation end products (AGEs) levels in humans. AGEs are associated with pathological effects in vivo, specifically diabetes complications, cardiovascular and neurodegenerative diseases. Substantial amount of data about MRP content in individual food products and model systems can be found, but there is a lack of information regarding the MRP generation during home cooking, especially for red meat. It is of interest to evaluate whether the control of home cooking conditions can effectively affect MRP content in beef, a food consumed worldwide. The influence of home cooking methods employing dry-heat and boiling on the generation of furosine, carboxymethyllysine, acrylamide and fluorescent compounds in beef was investigated in this study. Fifty grams of raw ground meat (Semimembranosus) with 1.0% of NaCl was made into a hamburger shape and grilled or breaded and fried: meat was cooked to an internal temperature of 60&#176;, 70&#176;, 80&#176;, 90&#176; and 100&#176;C; boiled: meat was cooked to 60&#176;, 70&#176;, and 80&#176;C. For baking, the oven was set at 180&#176;, 240&#176; and 300&#176;C for 30 minutes. Grilling and frying hamburgers to an internal temperature below 90 &#176;C mainly generated furosine. When the temperature reached 90 &#176;C and 100 &#176;C, furosine content decreased and fluorescent compounds increased exponentially. Baking meat at 300 &#176;C, the most severe heat treatment studied, resulted in the formation of carboxymethyllysine. Home cooking conditions leading to low MRP generation and pleasant colors were obtained and could be used to guide diabetic patients in clinical studies.

O consumo de produtos da reação de Maillard (PRM) formados em alimentos contribui para o aumento dos níveis séricos de produtos finais de glicação avançada, que, por sua vez, estão associados à fisiopatologia e progressão do diabetes, de doenças cardiovasculares e neurodegenerativas. A formação de PRM em alimentos e sistemas modelo-alimento está bem documentada, mas informações sobre os efeitos de diferentes métodos de cocção e uso de receitas são escassas, especialmente para carne vermelha. É importante avaliar se o controle das condições de cocção domésticas pode afetar a formação de PRM em carne, um alimento amplamente consumido. O objetivo deste trabalho foi estudar a formação dos PRM: furosina, carboximetillisina, acrilamida e compostos fluorescentes em carne bovina submetida a técnicas de cocção por calor úmido e calor seco. Hambúrgueres com 50 g de coxão mole (Semimembranosus) moído e 1% de sal de cozinha foram grelhados e empanados e fritos até atingir as temperaturas internas: 60&#176;, 70&#176;, 80&#176;, 90&#176; e 100&#176;C; cozidos por fervura em água até 60&#176;, 70&#176;, e 80&#176;C; e assados a 180&#176;, 240&#176; e 300&#176;C por 30 min. Os produtos da fase inicial da RM predominaram nas carnes grelhadas e empanadas e fritas em temperatura menor que 90 &#176;C, acima de 90 &#176;C ocorreu a degradação de furosina, associada à formação acentuada de compostos fluorescentes e a etapa intermediária da RM está em curso, predominantemente; a formação do marcador da fase avançada da RM (CML) ocorreu apenas na condição térmica mais severa, a carne assada a 300 &#176;C por 30 minutos. Condições de cocção que resultaram em grande aceitação da cor e baixa formação de PRM de fase avançada foram encontradas para carne bovina e podem ser utilizadas em orientações para pacientes com diabetes em ensaios clínicos futuros. / The ingestion of Maillard reaction products (MRP) from foods seems to be correlated with serum advanced glycation end products (AGEs) levels in humans. AGEs are associated with pathological effects in vivo, specifically diabetes complications, cardiovascular and neurodegenerative diseases. Substantial amount of data about MRP content in individual food products and model systems can be found, but there is a lack of information regarding the MRP generation during home cooking, especially for red meat. It is of interest to evaluate whether the control of home cooking conditions can effectively affect MRP content in beef, a food consumed worldwide. The influence of home cooking methods employing dry-heat and boiling on the generation of furosine, carboxymethyllysine, acrylamide and fluorescent compounds in beef was investigated in this study. Fifty grams of raw ground meat (Semimembranosus) with 1.0% of NaCl was made into a hamburger shape and grilled or breaded and fried: meat was cooked to an internal temperature of 60&#176;, 70&#176;, 80&#176;, 90&#176; and 100&#176;C; boiled: meat was cooked to 60&#176;, 70&#176;, and 80&#176;C. For baking, the oven was set at 180&#176;, 240&#176; and 300&#176;C for 30 minutes. Grilling and frying hamburgers to an internal temperature below 90 &#176;C mainly generated furosine. When the temperature reached 90 &#176;C and 100 &#176;C, furosine content decreased and fluorescent compounds increased exponentially. Baking meat at 300 &#176;C, the most severe heat treatment studied, resulted in the formation of carboxymethyllysine. Home cooking conditions leading to low MRP generation and pleasant colors were obtained and could be used to guide diabetic patients in clinical studies.

Trois objectifs principaux ont été fixés pour cette thèse : un objectif technologique, analytique, et d'analyse des risques. Un premier objectif de cette étude était d'identifier les étapes critiques du procédé de transformation des noix et graines, afin de pouvoir par la suite proposer des solutions permettant de limiter le développement des réactions de Maillard et d'oxydation des lipides, ainsi que leur dégradation nutritionnelle. Pour ce faire, la formation des composés issus de ces réactions a été suivie au cours de la transformation des noix et graines en tenant compte de l'impact de la qualité de la matière première. La dégradation de certains nutriments thermolabiles, indicateurs de la sévérité du traitement thermique appliqué, a été aussi suivie au cours de la transformation industrielle afin d'appréhender l'influence du traitement thermique sur la qualité nutritionnelle de ces aliments. Les résultats montrent que les réactions d'oxydation des lipides sont amorcées dès les premières étapes de transformation et s'amplifient par la suite. Plusieurs étapes du procédé sont impliquées dans le développement des réactions d'oxydation et la dégradation nutritionnelle, cependant l'étape de torréfaction se révèle particulièrement déterminante dans la formation des CNF. L'étape de stérilisation de la tahina semble avoir aussi un effet significatif sur l'accumulation des produits d'oxydation et des CNF. Suite à ce criblage des étapes critiques, des modifications techniques doivent être apportées à la chaîne de transformation afin de l'optimiser, sans compromettre la salubrité et les qualités organoleptiques du produit fini. Un deuxième objectif était d'explorer le potentiel de la spectroscopie de fluorescence frontale comme outil d'évaluation quantitative rapide de la qualité des noix et graines, dans l'objectif d'améliorer le contrôle et la maîtrise de la sécurité chimique de ces aliments transformés. L'analyse multivoies des mesures de fluorescence frontale en 3D sur des échantillons industriels de noix et graines a révélé une information détaillée sur l'oxydation des lipides et la formation de CNF, ainsi que leur dégradation nutritionnelle, au cours de leur transformation industrielle. L'identification des fluorophores intrinsèques s'est rendue possible grâce à l'approche multivoies des données. Des modèles de calibration multivoies ont été développés afin de prédire les concentrations en CNF à partir de simples mesures de fluorescence, et ont donné des résultats très prometteurs. Ces méthodes pourraient être très intéressantes dans une perspective de contrôle en ligne, du fait de leur rapidité et leur non-destructivité. Enfin, l'évaluation de l'exposition des libanais adultes à ces CNF à partir des noix et graines transformées a été réalisée en croisant les données de consommation alimentaire obtenues par le biais d'une enquête de consommation alimentaire exécutée dans le cadre de cette recherche sur une population urbaine adulte âgée entre 25 et 64 ans, avec les données de contamination obtenues par les analyses chimiques. Les expositions quotidiennes moyennes à la CML et aux AGT, suite à la consommation de l'ensemble des oléagineux étudiés, ont été estimées à 0,76 mg/personne/jour et 0,32 g/personne/jour respectivement. Ces niveaux correspondent à 13 et 7% des valeurs de références pour la CML et les AGT respectivement, susceptibles d'induire des effets néfastes. Au percentile 95ème de l'exposition, les valeurs d'exposition à la CML par la seule consommation des oléagineux dépassent la valeur limite. Ces résultats montrent qu'il est nécessaire de porter une attention particulière à l'exposition de certains groupes de population tels que les forts consommateurs pour lesquels le risque d'être exposés à un niveau supérieur aux valeurs toxicologiques de référence vis-à-vis des CNF étudiés n'est pas nul, sachant qu'aux noix et graines transformées vient s'ajouter une liste non négligeable d'aliments contributeurs à l'exposition aux CNF.

Les produits de réaction de Maillard apportent des caractéristiques organoleptiques souhaitables aux aliments (couleur, odeur et le goût), contribuant ainsi à leur acceptabilité par le consommateur. Toutefois, plusieurs effets délétères physiopathologiques (vieillissement, diabètes) ont été attribués aux produits de glycation avancés (AGE). Le but de ce travail a concerné la détermination simultanée par LC-MS/ESI (Q-ToF) des carboxyméthyllysine (CML), pentosidine (Pen) et pyrraline (Pyr) dans des échantillons de lait chauffés ou non, après purification et concentration en phase solide (SPE) par échange d'ions. Les échantillons de lait en suite ont été soumis à une hydrolyse acide avec HCl à 37%, une précipitation des protéines avec un mélange méthanol/acétone et une digestion enzymatique des protéines pendant 30 heures à 37°C. Après l'étape d'extraction, les échantillons ont été concentrés/purifiés par SPE avec cartouches échangeuses d'ions puis analysés par LC-MS/ESI (Q-ToF). Les cartouches d'échange d'ions ont permis d'obtenir une excellente récupération des AGEs (89%, 95% et 117% pour la CML, Pen et Pyr, respectivement), valeurs bien plus élevées que celles qui ont pu être obtenues avec des cartouches de type C18. La concentration/purification par SPE est une étape qui mérite une attention particulière pour la détermination et quantification des AGEs. Parmi les AGEs analysés, seule la Pyr a pu être retrouvée dans des échantillons de lait et celà à des valeurs comprises 0,021 ng/mg de protéines (lait écrémé) et 8,367 ng/mg (lait stérilisé). / Maillard reaction products provide desirable organoleptic characteristics to foods (color, odor and taste), thus contributing to their acceptability by the consumer. However, several deleterious pathophysiological effects (aging, diabetes) have been attributed to advanced glycation products (AGEs). The aim of this work was to determine the simultaneous determination by LC-MS/ESI (Q-ToF) of carboxymethyllysine (CML), pentosidine (Pen) and pyrraline (Pyr) in milk samples heated or non-heated after purification and solid phase concentration (SPE) by ion exchange. Subsequent the milk samples were subjected to acid hydrolysis with 37% HCl, protein precipitation with a methanol / acetone mixture and enzymatic protein digestion for 30 hours at 37°C. Après l'étape d'extraction, les échantillons ont été concentrés/purifiés par SPE avec cartouches échangeuses d'ions puis analysés par LC-MS/ESI (Q-ToF). Ion exchange cartridges have resulted in excellent recovery of AGEs (89%, 95% and 117% for the CML, Pen and Pyr, respectively), much higher than those obtained with C18 cartridges. The concentration/purification by SPE is a step that deserves special attention for the determination and quantification of AGEs. Between the AGEs analyzed, only Pyr could be found in milk samples and the values were 0.021 ng/mg protein (skimmed milk) and 8.367 ng/mg (sterilized milk). / Os produtos da reação de Maillard fornecem propriedades organolépticas desejáveis para alimentos (cor, cheiro e sabor), contribuindo assim para a sua aceitação pelos consumidores. No entanto, vários efeitos deletérios fisiopatológicos (envelhecimento, diabetes) são atribuídos aos produtos da glicação avançada (AGEs). O objetivo deste trabalho foi à determinação simultânea por LC-MS/ESI (Q-ToF) de carboximetillisine (CML), a pentosidina (PEN) e pirralina (Pyr) em amostras de leite aquecido ou não, após purificação e concentração fase sólida (SPE) por troca iônica. As amostras de leite foram subsequentemente submetidas a uma hidrólise ácida com HCl a 37%, a uma precipitação da proteína com uma mistura de metanol/acetona e uma digestão enzimática durante 30 horas a 37°C. Após a etapa de extração, as amostras foram concentradas/purificado por SPE, com cartuchos de troca iônica e analisadas por LC-MS/ESI (Q-ToF). Os cartuchos de troca iônica permitiram obter uma excelente recuperação dos AGEs (89%, 95% e 117% para CML, Pen e Pyr, respectivamente), sendo valores bem mais elevados do que os que podem ser obtidos com cartuchos de C18. A concentração/purificação por SPE é um etapa que merece uma atenção especial para a determinação e quantificação de AGEs. Entre os AGEs analisados, apenas Pyr foi encontrado nas amostras de leite, sendo observado valores para Pyr entre 0,021 ng/mg de proteína (leite desnatado) e 8367 ng/mg (leite esterilizado).

Zahlreiche Studien belegen, dass Maillard-Reaktionsprodukte (MRP) in vivo einen Einfluss auf den physiologischen Metallionenhaushalt haben können. Da bisher noch keine Korrelation zwischen dem Entstehen von definierten MRP und einem erhöhten Metallionenbindungsvermögen ermittelt werden konnte, war es das Ziel dieser Arbeit, die Komplexbildungseigenschaften der ausgewählten MRP Nε-Carboxymethyllysin, Isomaltol und Maltosin sowie deren Strukturanaloga Maltol, Deferipron, Mimosin und Pyridosin mit den physiologisch relevanten Metallionen Cu(II), Zn(II), Fe(III), Al(III) und Mn(II) zu untersuchen. Dazu wurden die MRP Nε-Carboxymethyllysin und Maltosin sowie die parallel untersuchten Substanzen Pyridosin, Maltosin-3-benzylether, Nα-Hippuryl- und Nα-Acetylmaltosin in ausreichender Menge und Reinheit synthetisiert. Dabei gelang es, für Maltosin und Pyridosin neue und effiziente Synthesewege zu entwickeln, bei welchen zum ersten Mal beide Substanzen gezielt aufgebaut wurden. Die Komplexbildungskonstanten der Liganden mit den Metallionen wurden pH-potentiometrisch bestimmt (I[KNO3] = 0,15 M; θ = 25 °C). Durch die Auswertung der Protonierungskonstanten der gebildeten Komplexe und das Vermessen geeigneter Derivate konnten für die untersuchten Komplexe zusätzlich die Koordinationsstellen der Liganden aufgeklärt werden. Die Untersuchungen zu den Komplexbildungseigenschaften bestätigten erstmals die Vermutung, dass MRP in der Lage sind, Metallionen zu binden. Dabei wurde weiterhin ermittelt, dass die Bindung von Cu(II) durch Nε-Carboxymethyllysin und von Fe(III), Al(III) und Cu(II) durch Maltosin durchaus von physiologischer Relevanz sind. Die Bedeutung der Ergebnisse wurde qualitativ durch Versuche mit Maltosin-derivatisiertem Rinderserumalbumin unterstrichen. Als besonderes Ergebnis der Arbeit ist herauszustellen, dass das MRP Maltosin und die Verbindung Pyridosin deutlich stabilere Komplexe mit Fe(III) bilden als das zur Fe(III)-Chelattherapie eingesetzte Medikament Deferipron. Diese festgestellte Eigenschaft bietet interessante Perspektiven für zukünftige Studien zur möglichen Anwendung von z. B. Maltosin als Pharmakon. / Several studies show that Maillard reaction products (MRP) may influence the physiological metal ion balance. But none of these studies prove a correlation between the formation of defined MRP and an enhanced metal ion binding. Therefore it was the aim of this work to investigate the complex formation characteristics of the selected MRP Nε-carboxymethyllysine, isomaltol and maltosine as well as the structural analogues maltol, deferiprone, mimosine and pyridosine with the physiological relevant metal ions Cu(II), Zn(II), Fe(III), Al(III) and Mn(II). For that purpose the MRP Nε-carboxymethyllysine and maltosine plus the parallel analysed substances pyridosine, maltosine-3-benzylether, Nα-hippuryl- and Nα-acetylmaltosine were synthesised. Thereby new and efficient syntheses for maltosine and pyridosine were developed. The stability constants of the ligands with the metal ions were determined by pH-potentiometry (I(KNO3) = 0,15 M; θ = 25 °C). Furthermore the donor atoms within the formed complexes were determined by the evaluation of the protonation constants of the formed complexes and by the analysis of adequate derivatives. The studies to the complex formation characteristics confirm for the first time the assumption, that MRP are able to form stable complexes with metal ions. Withal it was ascertained that the coordination of Cu(II) by Nε-carboxymethyllysine and of Fe(III), Al(III) and Cu(II) by maltosine may be of physiological relevance. The significance of the results was pointed out by experiments with maltosine derivatised bovine serum albumine. The fact that the MRP maltosine and the compound pyridosine form more stable complexes with Fe(III) as the medicament for the Fe(III) chelate therapy deferiprone is a particular result of this work. This property affords interesting perspectives for future studies about a possible appliance of e.g. maltosine as pharmaceutical.

Furosin entsteht bei der Salzsäurehydrolyse aus den Amadori-Produkten des Lysins und wird als Marker für den Fortschritt der frühen Maillard-Reaktion, zur Beurteilung von lebensmitteltechnologischen Prozessen sowie zur Berechnung des verfügbaren und des nicht verfügbaren Lysins in Lebensmitteln verwendet. Für die Nutzung von Furosin als Qualitätsparameter ist die reproduzierbare und konstante Bildung während der Salzsäurehydrolyse entscheidend. Dies wird in der Literatur jedoch kontrovers diskutiert. Im ersten Abschnitt dieser Arbeit galt es deshalb, die molaren Ausbeuten an Furosin und den weiteren Hydrolyseprodukten Lysin, Pyridosin und N[epsilon]-Carboxymethyl-lysin zu bestimmen und damit eine sichere Interpretation der Ergebnisse zu ermöglichen. Dazu wurden peptid-gebundene Amadori-Produkte des N[alpha]-Hippuryl-lysins in chromatographisch reiner Form dargestellt. Weiterhin wurden N[alpha]-Hippuryl-N[epsilon]-carboxymethyl-lysin und Pyridosin als Standard gewonnen. Bei den Hydrolyseexperimenten zeigten die Fructosyl-Amadori-Produkte ein ähnliches Verhalten. Nach Hydrolyse mit 6M Salzsäure wurden molare Ausbeuten an Furosin von 32% für Fructosyl-lysin und jeweils 34% für Lactulosyl- und Maltulosyl-lysin bestimmt. Signifikant höhere Ausbeuten an Furosin waren nach Hydrolyse mit 8M Salzsäure festzustellen, 46% für Fructosyl-lysin, 50% für Lactulosyl-lysin und 51% für Maltulosyl-lysin. Im Gegensatz zu den Fructosyl-Derivaten war die molare Ausbeute an Furosin bei Tagatosyl-lysin unabhängig von der verwendeten Salzsäurekonzentration (6 bis 8M) und wurde zu 42% bestimmt. Anhand der auf Basis der molaren Ausbeuten ermittelten Überführungsfaktoren kann nun erstmals die Lysin-Derivatisierung mittels der Analytik von Furosin sicher bestimmt werden. Das ermöglicht exakte Aussagen zum Fortschritt nichtenzymatischer Glykierungsreaktionen sowohl in Lebensmittel als auch in vivo. Aufgrund der Relevanz für biologische Systeme und für Lebensmittel wurden weiterhin Reaktionen von alpha-Dicarbonylverbindungen mit kurzkettigen Peptiden und dem Protein Insulin unter physiologischen Bedingungen (pH=7,4 und 37°C) untersucht. Bei der Reaktion von Glyoxal mit ausgewählten Tripeptiden wurde eine sehr schnelle Derivatisierung der Peptide und jeweils die gleichzeitige Bildung eines definierten Produktes festgestellt. Mittels nuklearmagnetischer Resonanzspektroskopie und massenspektroskopischer Analyse konnten die Produkte zweifelsfrei, jeweils als die am N-Terminus durch einen 2(1H)-Pyrazinon-Ring modifizierten Peptide, aufgeklärt werden. Das Hauptprodukt der Reaktion von Methylglyoxal mit dem Peptid Gly-Ala-Phe wurde ebenfalls als 2(1H)-Pyrazinon-Peptid aufgeklärt. Nach Inkubation von Insulin mit Glyoxal unter physiologischen Bedingungen in verdünnter Lösung konnte weiterhin gezeigt werden, dass die 2(1H)-Pyrazinon-Bildung ebenfalls an einem Protein erfolgt. Die identifizierten N-terminalen 2(1H)-Pyrazinone weisen charakteristische UV-Absorptions- sowie Fluoreszenz-Spektren auf. Um die Reaktivität des N-Terminus und damit die Bedeutung der 2(1H)-Pyrazinon-Bildung beurteilen zu können, wurden vergleichende Studien mit dem als Hauptreaktionspartner für alpha-Dicarbonylverbindungen angesehenen Arginin durchgeführt. Bei diesen Experimenten zeigte der N-Terminus und peptidgebundenes Arginin eine nahezu identische Reaktivität. Auf Grund dieser Ergebnisse ist fest davon auszugehen, dass es sich bei den identifizierten N-terminalen 2(1H)-Pyrazinonen um eine neue Klasse von sogenannten Advanced Glycation Endproducts (AGEs) mit Bedeutung in physiologischen Systemen und in Lebensmitteln handelt.

Furosin entsteht bei der Salzsäurehydrolyse aus den Amadori-Produkten des Lysins und wird als Marker für den Fortschritt der frühen Maillard-Reaktion, zur Beurteilung von lebensmitteltechnologischen Prozessen sowie zur Berechnung des verfügbaren und des nicht verfügbaren Lysins in Lebensmitteln verwendet. Für die Nutzung von Furosin als Qualitätsparameter ist die reproduzierbare und konstante Bildung während der Salzsäurehydrolyse entscheidend. Dies wird in der Literatur jedoch kontrovers diskutiert. Im ersten Abschnitt dieser Arbeit galt es deshalb, die molaren Ausbeuten an Furosin und den weiteren Hydrolyseprodukten Lysin, Pyridosin und N[epsilon]-Carboxymethyl-lysin zu bestimmen und damit eine sichere Interpretation der Ergebnisse zu ermöglichen. Dazu wurden peptid-gebundene Amadori-Produkte des N[alpha]-Hippuryl-lysins in chromatographisch reiner Form dargestellt. Weiterhin wurden N[alpha]-Hippuryl-N[epsilon]-carboxymethyl-lysin und Pyridosin als Standard gewonnen. Bei den Hydrolyseexperimenten zeigten die Fructosyl-Amadori-Produkte ein ähnliches Verhalten. Nach Hydrolyse mit 6M Salzsäure wurden molare Ausbeuten an Furosin von 32% für Fructosyl-lysin und jeweils 34% für Lactulosyl- und Maltulosyl-lysin bestimmt. Signifikant höhere Ausbeuten an Furosin waren nach Hydrolyse mit 8M Salzsäure festzustellen, 46% für Fructosyl-lysin, 50% für Lactulosyl-lysin und 51% für Maltulosyl-lysin. Im Gegensatz zu den Fructosyl-Derivaten war die molare Ausbeute an Furosin bei Tagatosyl-lysin unabhängig von der verwendeten Salzsäurekonzentration (6 bis 8M) und wurde zu 42% bestimmt. Anhand der auf Basis der molaren Ausbeuten ermittelten Überführungsfaktoren kann nun erstmals die Lysin-Derivatisierung mittels der Analytik von Furosin sicher bestimmt werden. Das ermöglicht exakte Aussagen zum Fortschritt nichtenzymatischer Glykierungsreaktionen sowohl in Lebensmittel als auch in vivo. Aufgrund der Relevanz für biologische Systeme und für Lebensmittel wurden weiterhin Reaktionen von alpha-Dicarbonylverbindungen mit kurzkettigen Peptiden und dem Protein Insulin unter physiologischen Bedingungen (pH=7,4 und 37°C) untersucht. Bei der Reaktion von Glyoxal mit ausgewählten Tripeptiden wurde eine sehr schnelle Derivatisierung der Peptide und jeweils die gleichzeitige Bildung eines definierten Produktes festgestellt. Mittels nuklearmagnetischer Resonanzspektroskopie und massenspektroskopischer Analyse konnten die Produkte zweifelsfrei, jeweils als die am N-Terminus durch einen 2(1H)-Pyrazinon-Ring modifizierten Peptide, aufgeklärt werden. Das Hauptprodukt der Reaktion von Methylglyoxal mit dem Peptid Gly-Ala-Phe wurde ebenfalls als 2(1H)-Pyrazinon-Peptid aufgeklärt. Nach Inkubation von Insulin mit Glyoxal unter physiologischen Bedingungen in verdünnter Lösung konnte weiterhin gezeigt werden, dass die 2(1H)-Pyrazinon-Bildung ebenfalls an einem Protein erfolgt. Die identifizierten N-terminalen 2(1H)-Pyrazinone weisen charakteristische UV-Absorptions- sowie Fluoreszenz-Spektren auf. Um die Reaktivität des N-Terminus und damit die Bedeutung der 2(1H)-Pyrazinon-Bildung beurteilen zu können, wurden vergleichende Studien mit dem als Hauptreaktionspartner für alpha-Dicarbonylverbindungen angesehenen Arginin durchgeführt. Bei diesen Experimenten zeigte der N-Terminus und peptidgebundenes Arginin eine nahezu identische Reaktivität. Auf Grund dieser Ergebnisse ist fest davon auszugehen, dass es sich bei den identifizierten N-terminalen 2(1H)-Pyrazinonen um eine neue Klasse von sogenannten Advanced Glycation Endproducts (AGEs) mit Bedeutung in physiologischen Systemen und in Lebensmitteln handelt.

Zahlreiche Studien belegen, dass Maillard-Reaktionsprodukte (MRP) in vivo einen Einfluss auf den physiologischen Metallionenhaushalt haben können. Da bisher noch keine Korrelation zwischen dem Entstehen von definierten MRP und einem erhöhten Metallionenbindungsvermögen ermittelt werden konnte, war es das Ziel dieser Arbeit, die Komplexbildungseigenschaften der ausgewählten MRP Nε-Carboxymethyllysin, Isomaltol und Maltosin sowie deren Strukturanaloga Maltol, Deferipron, Mimosin und Pyridosin mit den physiologisch relevanten Metallionen Cu(II), Zn(II), Fe(III), Al(III) und Mn(II) zu untersuchen. Dazu wurden die MRP Nε-Carboxymethyllysin und Maltosin sowie die parallel untersuchten Substanzen Pyridosin, Maltosin-3-benzylether, Nα-Hippuryl- und Nα-Acetylmaltosin in ausreichender Menge und Reinheit synthetisiert. Dabei gelang es, für Maltosin und Pyridosin neue und effiziente Synthesewege zu entwickeln, bei welchen zum ersten Mal beide Substanzen gezielt aufgebaut wurden. Die Komplexbildungskonstanten der Liganden mit den Metallionen wurden pH-potentiometrisch bestimmt (I[KNO3] = 0,15 M; θ = 25 °C). Durch die Auswertung der Protonierungskonstanten der gebildeten Komplexe und das Vermessen geeigneter Derivate konnten für die untersuchten Komplexe zusätzlich die Koordinationsstellen der Liganden aufgeklärt werden. Die Untersuchungen zu den Komplexbildungseigenschaften bestätigten erstmals die Vermutung, dass MRP in der Lage sind, Metallionen zu binden. Dabei wurde weiterhin ermittelt, dass die Bindung von Cu(II) durch Nε-Carboxymethyllysin und von Fe(III), Al(III) und Cu(II) durch Maltosin durchaus von physiologischer Relevanz sind. Die Bedeutung der Ergebnisse wurde qualitativ durch Versuche mit Maltosin-derivatisiertem Rinderserumalbumin unterstrichen. Als besonderes Ergebnis der Arbeit ist herauszustellen, dass das MRP Maltosin und die Verbindung Pyridosin deutlich stabilere Komplexe mit Fe(III) bilden als das zur Fe(III)-Chelattherapie eingesetzte Medikament Deferipron. Diese festgestellte Eigenschaft bietet interessante Perspektiven für zukünftige Studien zur möglichen Anwendung von z. B. Maltosin als Pharmakon. / Several studies show that Maillard reaction products (MRP) may influence the physiological metal ion balance. But none of these studies prove a correlation between the formation of defined MRP and an enhanced metal ion binding. Therefore it was the aim of this work to investigate the complex formation characteristics of the selected MRP Nε-carboxymethyllysine, isomaltol and maltosine as well as the structural analogues maltol, deferiprone, mimosine and pyridosine with the physiological relevant metal ions Cu(II), Zn(II), Fe(III), Al(III) and Mn(II). For that purpose the MRP Nε-carboxymethyllysine and maltosine plus the parallel analysed substances pyridosine, maltosine-3-benzylether, Nα-hippuryl- and Nα-acetylmaltosine were synthesised. Thereby new and efficient syntheses for maltosine and pyridosine were developed. The stability constants of the ligands with the metal ions were determined by pH-potentiometry (I(KNO3) = 0,15 M; θ = 25 °C). Furthermore the donor atoms within the formed complexes were determined by the evaluation of the protonation constants of the formed complexes and by the analysis of adequate derivatives. The studies to the complex formation characteristics confirm for the first time the assumption, that MRP are able to form stable complexes with metal ions. Withal it was ascertained that the coordination of Cu(II) by Nε-carboxymethyllysine and of Fe(III), Al(III) and Cu(II) by maltosine may be of physiological relevance. The significance of the results was pointed out by experiments with maltosine derivatised bovine serum albumine. The fact that the MRP maltosine and the compound pyridosine form more stable complexes with Fe(III) as the medicament for the Fe(III) chelate therapy deferiprone is a particular result of this work. This property affords interesting perspectives for future studies about a possible appliance of e.g. maltosine as pharmaceutical.