The skin is a large organ consisting of different types of tissues. It serves many important functions such as protection against microorganisms, viruses, and harmful UV rays from the sun. Additionally, the skin plays a crucial role in regulating body temperature. It is composed of three layers: the epidermis, dermis, and subcutis. When injured, blood vessels in the dermis are penetrated, resulting in bleeding. Wound healing occurs through a process divided into four phases aimed at tissue repair. Honey has long been used for its health-promoting properties, especially in wound healing, although the molecular mechanisms underlying these properties remain unclear. To contribute to a better understanding of this, this literature review examines the effects of manuka honey on various types of wounds and aims to answer whether manuka honey works better compared to standard treatments for certain wound types. This work compiled results from randomized controlled trials retrieved from the PubMed database in 2024 using the search terms "manuka honey, wound healing." The five selected studies examined the effect of manuka honey on different types of wounds (diabetic foot ulcers, leg ulcers, wounds after tooth or nail extraction, and venous ulcers) compared to standard treatments such as dressings or placebos. The studies included participants from various countries and age groups. Exclusion criteria included age under 16 years, serious illnesses, honey allergies, and ongoing steroid or anti-inflammatory treatments. The results indicated that manuka honey improved healing time for certain wound types, such as neuropathic diabetic foot ulcers and post-tooth extraction wounds and contributed to changes in bacterial flora for venous leg ulcers. Despite these promising results, the studies showed no advantage of manuka honey dressings over paraffin dressings for postoperative and venous ulcers after longer treatment durations.

The diethyl ether-extracted organic compounds of 155 samples of unifloral grade New Zealand kamahi and honeydew honeys, and New Zealand and Norwegian erica honeys, together with a series of active and inactive manuka honeys were analysed using combined gas chromatography/mass spectrometry. It was found that Kamahi honey is characterized by the presence of 2,6-dimethylocta-3,7-diene-2,6-diol, meliracemoic acid, and kamahines A-C and these compounds were typically present at average levels of 31, 14, and 73 mg/kg of honey, respectively. 2,6-Dimethylocta-3,7-diene-2,6-diol was isolated and the structure of this compound was defined using one- and two-dimensional NMR analyses. The only recognizably distinct peak present in the honeydew honey profile was indole acetic acid. In this honey, a relatively low to moderate level of indole acetic acid, ranging from 0.9 to 9.1 mg/kg honey was detected. In the New Zealand erica honey samples, ericinic acid, isoericinic acid isomers (average levels 363 and 34 mg/kg respectively), trans,cis and trans,trans-abscisic acid isomers (average levels 302 and 224 mg/kg respectively) and benzoic acid (average level 6950 mg/kg) were identified as floral marker compounds. Ericinic acid was isolated and the structure of this acid was defined using one-and two-dimensional NMR analyses. Low levels of ericinic and isoericinic acids (average levels of 1.1 and 0.32 mg/kg respectively) were detected in the Norwegian erica-rich honeys. The results presented here indicate that ericinic and isoericinic acids are likely to be universally present in erica honeys at levels which may range from as low as 1 mg/kg or less, as found in some Norwegian samples, to more than 100 mg/kg in some New Zealand samples. Two groups, namely a fingerprint pattern which characterized active manuka honeys, and a fingerprint pattern that characterized inactive manuka honeys were identified. Some substances contributing to the GCMS profile were found as marker compounds for the presence of unidentified substances responsible for the UMF activity. A statistically significant correlation was found between a small set of marker compounds (i.e. phenylacetic acid, 2-methoxyacetophenone, 2-methoxybenzoic, phenyllactic, octanedioic, cis-cinnamic, trans-cinnamic, nonanedioic, 4-methoxyphenyllactic and decanedioic acids and methyl syringate) and UMF activity of manuka honey. The best-fit marker compound regression equation (R = 0.92) was obtained for a set of pooled 30 moderate to high activity (UMF gt 14.1) samples. It was shown that the marker compound regression equation is capable of predicting the approximate UMF activity in both active and inactive manuka and kanuka honey samples. The leaf oil profiles of manuka (L. scoparium) plants that yielded active and inactive manuka honeys were characterized using an adaption of the micro-scale extraction and GC/FID or GC/MS, technique developed by Brophy et al. (1989). Six major groups of volatile (steam distillable) compounds (monoterpenes, sesquiterpene hydrocarbons, oxygenated sesquiterpenes [excluding eudesmols], eudesmols, triketones, and nor-triketones) and 3 groups of non-volatile or semi-volatile compounds (flavonoids, grandiflorone and nor-grandiflorone) were recognized in the leaf oil components. The active manuka honeys do not appear to be derived uniquely, or predominantly, from a single leaf oil chemotype.

Honig hat seit jeher eine große Bedeutung für den Menschen. In den letzten Jahren erlangte neuseeländischer Manuka-Honig eine zunehmende Bekanntheit und Bedeutung, was auf die antibakteriellen Eigenschaften zurückzuführen ist. Insbesondere ein medizinischer Einsatz bei der Behandlung von Wunden erscheint vielversprechend. Die Ursache für die hohen antibakteriellen Eigenschaften von Manuka-Honig kann auf eine Besonderheit in der Zusammensetzung zurückgeführt werden. So wurden von Mavric et al. (2008) bis zu 100-fach höhere Gehalte an Methylglyoxal (MGO) gegenüber anderen Honigsorten ermittelt, welche für die inhibierende Wirkung auf eine Vielzahl an Bakterien verantwortlich sind. Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit war die weitere Aufklärung und Charakterisierung des Ursprungs und der Bildung des in Manuka-Honig enthaltenen MGO. Es stellte sich die Frage, warum MGO einen natürlichen Honigbestandteil darstellt, inwieweit die Bildung auf einer enzymatischen oder mikrobiellen Grundlage basiert und ob sie durch weitere Honigparameter, wie z.B. freie Aminosäuren oder phenolische Verbindungen, beeinflusst wird. Bei der Lagerung frischer Manuka-Honige kommt es zu einem markanten Anstieg der MGO-Konzentration bis zum Erreichen eines Plateaus, an dem der Honig in Bezug auf den MGO-Gehalt als „ausgereift“ betrachtet werden kann. Eine weitere MGO-Nachbildung ist nicht zu induzieren, vielmehr kommt es zu beginnenden Abbaureaktionen. Direkter Precursor ist die Verbindung Dihydroxyaceton (DHA), die bei der Honigreifung zu MGO umgesetzt wird, was den erstmaligen Nachweis von DHA durch Adams et al. (2009) bestätigt. Zur Bestimmung von DHA in Honig konnte eine RP-HPLC-Methode basierend auf einer Vorsäulen-Derivatisierung mit OPD und UV-Detektion erfolgreich etabliert werden. Das dabei entstehende DHA-OPD-Derivat wurde eindeutig als 2-Hydroxymethylchinoxalin identifiziert, ein möglicher Reaktionsmechanismus wurde aufgezeigt. DHA und MGO wurden in frischen und kommerziellen Manuka-Honigen in vergleichsweise hohen Mengen bis zu 2700 mg/kg DHA bzw. 700 mg/kg MGO quantifiziert. Es ergibt sich für „ausgereifte“ Honige eine gute lineare Korrelation, die mit einem mittleren DHA-MGO-Verhältnis von 2:1 beschrieben werden kann. In frischen Proben liegen die Relationen signifikant höher, wodurch eine Einteilung der Honige nach „Reifegrad“ möglich ist. Honige anderer botanischer Herkunft weisen kein DHA und nur geringe Mengen MGO auf. Die Umsetzung von DHA zu MGO in der Honigmatrix wurde durch Dotierung von DHA-freien Honigsorten und anschließender Lagerung untersucht. Hierbei war eine Varianz in der MGO-Bildung feststellbar. Durch Einbeziehen weiterer Parameter wie z.B. pH-Wert, Wasser- oder Proteingehalt wurde deutlich, dass die DHA-Konzentration im Honig zwar den wesentlichen Faktor für den resultierenden MGO-Gehalt darstellt, die Umsetzung jedoch durch Unterschiede in der Honigmatrix beeinflusst wird. Eine Korrelation zu einzelnen Parametern kann nicht herausgestellt werden. Ergänzend zu den spezifischen Komponenten MGO und DHA wurde eine Bestimmung von weiteren Inhaltsstoffen von Manuka-Honig vorgenommen, um eine umfassende chemische Charakterisierung dieser Sorte zu ermöglichen und etwaige Auffälligkeiten in der Zusammensetzung von Manuka-Honig aufzuzeigen. Darüber hinaus wurden die Konzentration an 5 Hydroxymethylfurfural (HMF) und die Diastasezahl (DZ) als rechtlich geregelte Qualitätsparameter einbezogen. Die Anwendbarkeit dieser Faktoren für Manuka-Honig sowie die Folgen einer thermischen Behandlung wurden hierbei geprüft und diskutiert. Die zur Verfügung stehenden Manuka-Honige wurden hinsichtlich der Gehalte an Wasser, Fructose, Glucose, Proteinen, freier Aminosäuren, phenolischer Verbindungen sowie der Parameter pH-Wert und Honigfarbe analysiert. Dabei kann diese Sorte im Allgemeinen als hell- bis dunkelbrauner Honig beschrieben werden, der sich durch vergleichsweise hohe Mengen an Proteinen und freien Aminosäuren sowie einen hohen Gesamtphenolgehalt auszeichnet. Zudem konnte ein signifikant höherer Wassergehalt im Vergleich zu mitgeführten Honigen anderer botanischer Herkunft ermittelt werden. Frische Manuka-Honige zeichnen sich analog zu anderen frischgewonnenen Honigen durch einen sehr geringen Gehalt an HMF aus, der während der Lagerung stark ansteigen kann. In handelsüblichen Manuka-Honigen ergeben sich daher große Unterschiede in den bestimm-baren Konzentrationen. Anhand von Dotierungs- und Lagerexperimenten mit Kunsthonigmatrix und ausgewählten Honigen konnte ein Einfluss der freien Aminosäuren und des DHA auf die Bildung von HMF aufgezeigt werden. In der Folge kann von einer honigspezifischen Beeinflussung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung ausgegangen werden. Im Vergleich zu anderen Honigsorten zeichnet sich Manuka-Honig durch eine eher niedrige bis mittlere DZ aus. Da frische, nachweislich unbehandelte Proben ebenfalls geringe Werte aufweisen können, ist dies nicht auf eine unsachgemäße Behandlung oder Erhitzung zurückzuführen. Neben der natürlichen Variation kann ein zusätzlicher Einfluss von DHA diskutiert werden. Dotierungsversuche lassen ein stärkeres Absinken der DZ bei der Lagerung unter Anwesenheit von DHA erkennen, dessen Ursache vermutlich in einer Hemmung des Enzyms durch eine Modifizierung relevanter Seitenketten begründet liegt. Untersuchungen an dem Honigenzym Invertase bestätigten diese These. Eine Behandlung von Honig mit hohen Temperaturen (70 °C) führte nachweislich zu keiner MGO-Bildung, wohingegen sowohl sensorische Beeinträchtigungen, als auch ein drastischer Anstieg an HMF zu verzeichnen waren. Spekulationen über das Erreichen einer „optimierten“ Bioaktivität durch eine aus rechtlicher Sicht unzulässige Erhitzung sind folglich nicht haltbar. Honig wird neben der antibakteriellen Wirkung mit weiteren biofunktionellen Eigenschaften in Verbindung gebracht. Darunter fallen z.B. ein antioxidatives und entzündungshemmendes Potential. Für Manuka-Honig kann eine potentielle Biofunktionalität auch auf die außergewöhnliche Präsenz von MGO zurückgeführt werden, das in der Literatur jedoch mit einer zytotoxischen Wirkung in Verbindung gebracht wird. Es erfolgte daher eine Bewertung der antimikrobiellen, antioxidativen sowie potentiell zytotoxischen Eigenschaften von Manuka-Honig unter Anwendung hierfür etablierter in vitro Testverfahren. Mittels Mikrodilutionstest wurden gegen vier klinisch relevante Bakterien (Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes und Pseudomonas aeruginosa) für MGO minimale Hemmkonzentrationen (MHK) zwischen 0,44 und 3,55 mM bestimmt, wobei die Inhibierung im Vergleich zu typischen Antibiotika geringer ist. Eine Antibiotika-Resistenz der Bakterien hatte keinen Einfluss auf die inhibierende Wirkung von MGO. In Anwesenheit von Zucker- bzw. Honigmatrix resultierten vergleichbare MHK-Werte für MGO. Geringe Unterschiede sind auf eine bessere Stabilität des MGO in Honigmatrix zurückzuführen, während etwaige synergistische Effekte durch weitere Komponenten nicht zu vermuten sind. Untersuchungen an ausgewählten Manuka-Honigen bestätigten MGO als maßgeblichen für die inhibierende Wirkung verantwortlichen Faktor. Des Weiteren wurde eine Korrelation zwischen MGO-Gehalt im Honig und antibakterieller Aktivität aufgezeigt. Zur Bestimmung der Zytotoxizität von Honig und 1,2-Dicarbonylverbindungen konnte der Koloniebildungstest als geeignetes Verfahren unter Nutzung einer einstündigen Inkubation der Zellen mit Proben in Phosphatpuffer etabliert werden. Für die verwendeten HT-29-Zellen wurde eine 50%ige Inhibierung für einen MGO-Gehalt von 0,7 mM ermittelt. Trotz hoher MGO-Gehalte zeigen Manuka-Honige im Mittel keine signifikant stärkere zytotoxische Wirkung als andere mitgeführten Nektar- und Honigtau-Proben. Die Werte lassen eine hohe Varianz innerhalb der Manuka-Honige erkennen, die nicht ausschließlich mit deren MGO-Konzentration in Verbindung gebracht werden kann. Die Beurteilung der antioxidativen Kapazität von Manuka-Honigen erfolgte mittels TEAC-II-Test, bezogen auf Trolox als Referenz. Im Vergleich zu anderen Sorten konnten signifikant höhere Werte ermittelt werden. Dabei ist ein direkter Zusammenhang zum Gesamtphenolgehalt festzustellen. Für Manuka-Honig lässt sich ein zusätzlicher Beitrag von MGO oder daraus entstehenden Folgeprodukten diskutieren. Prinzipiell ist die antioxidative Kapazität von Honig jedoch als sehr gering einzustufen.

New Zealand is the world’s third-largest honey exporter by value behind China and Argentina and honey accounts for up to 80 % of New Zealand’s exports. However, it is only the 16th biggest global supplier by volume. Manuka honey from New Zealand is sold for premium prices and merchandised for its health benefits. Because of its exceptional antibacterial effect, there is a strong market demand and the price for a kilogram of manuka honey has tripled in recent years (Ministry for Primary Industries 2015). When consumers are willing to pay prices up to 200 €/kg manuka honey, the risk of misleading advertisement and intended fraud increases. This thesis aims to further characterize manuka honey and contribute to the development of a manuka honey definition. The first part deals with the antibacterial activity of manuka honey. The effect of manuka honey is mainly due to methylglyoxal, whereas the effect of non-manuka honeys is primarily caused by hydrogen peroxide. The objective is to develop a method to quantify the effect solely due to one of the respective chemical compounds and compare their effectiveness. Finally, an evaluation of the contribution of methylglyoxal and hydrogen peroxide to the inhibitory effect of honey should be given. The second part deals with chemical reactions of carbonyl compounds in honey. Because of the reactive nature of carbonyl compounds, the formation of specific glycation compounds in honey is assumed. Since the carbonyl profile of manuka honey differs remarkably from non-manuka honeys, the reaction products are expected to vary widely. Specific compounds, solely present in manuka honey, could serve as quality control parameters to ensure manuka honey authenticity. The final part deals with the metabolism of food-derived carbonyl compounds. Carbonyl compounds, like methylglyoxal or 3-deoxyglucosone are discussed to be potentially toxic to human tissues. Until now, only little is known about the impact of the diet on the physiological carbonyl-load and the metabolism of carbonyl compounds. With the help of nutrition studies and the analysis of body fluids, the question of metabolic transit of carbonyl compounds shall be addressed. The antibacterial studies showed that bacterial species are affected differently by bioactive compounds present in honey. Methylglyoxal (MGO), which is solely present in manuka honeys and hydrogen peroxide, which is formed in most conventional honeys by glucose oxidase, are strong inhibitors of the growth of S. aureus and E. coli. The strain of P. aeruginosa used for this work was not inhibited by MGO, whereas B. subtilis was not inhibited by hydrogen peroxide. To compare and quantify the effect of MGO and hydrogen peroxide, a mathematic model was created. By comparing the slopes of the linearized dose-response curves, it was found that S. aureus, E. coli and P. aeruginosa were more sensitive to hydrogen peroxide than to MGO. However, the natural amounts of MGO in honey are higher than the formation of hydrogen peroxide. Although most bacteria are more sensitive to hydrogen peroxide, MGO is the predominantly antibacterial compound in honey, because of its higher concentrations compared to hydrogen peroxide formation. The inclusion of manuka honey in α-cyclodextrin had only minor consequences on bioavailability and antibacterial activity. The commercial product “Cyclopower” (α-cyclodextrin with manuka honey) does not enhance the antibacterial activity of manuka honey on S. aureus, E. coli and P. aeruginosa. With the help of the newly developed quantitative model, it was shown that the growth of B. subtilis is synergistically inhibited with cyclopower compared to manuka honey and α-cyclodextrin alone. The study of bacterial enzymes as possible targets for bacterial inhibition with manuka honey revealed that MGO and DHA inhibited jack bean urease, which was used as a model for Helicobacter pylori urease. The concentration of MGO and DHA in manuka honey positively correlated with its urease inhibition. Conventional honeys, which lack MGO and DHA, showed significantly less urease inhibition. Based on the unique presence of MGO, manuka honey has extraordinary effects on bacteria, which might lead to further application to fight the emerging crisis of antibacterial resistance to antibiotics. Until now, there is no consistent definition for the term “genuine manuka honey”. In the present work, an approach based on unique chemical reactions in manuka honey was followed. It was shown that the exceptional high amounts of MGO induced the formation of 2-acetyl-1-pyrroline (2-AP). In manuka honey containing ≥ 250 mg/kg MGO, the 2-AP concentration was significantly increased compared to conventional honey. Moreover, honey proteins form MGO-derived reactions products, which were studied by measuring the molecular size of honey proteins. Manuka honey proteins significantly shifted to high molecular weights (HMW) with a size above 510 kDa. The amount of HMW protein in non-manuka honey was significantly lower. The cleavage of disulphide bonds led to a decrease of HMW fraction of conventional honeys but not of manuka honeys. It is hypothesized that MGO cross-linking of proteins is mainly responsible for the formation of HMW adducts in manuka honey. The formation of HMW adducts was also shown with fluorescence analysis, whereby manuka honey proteins had higher fluorescence intensities at λex=350 nm and λem=450 nm compared to non-manuka honeys. The artificial addition of MGO and its precursor dihydroxyacetone (DHA) to a non-manuka honey did not lead to an increased fluorescence up to the level of commercial manuka honeys. The MGO-derived modifications of proteins were further studied by quantifying the protein-bound Maillard reaction products N-ε-carboxyethyllysine (CEL) and methylglyoxal-derived hydroimidazolone 1 (MG-H1) after enzymatic hydrolysis of honey proteins and LC-MS/MS analysis. Their amount was significantly higher in manuka compared to conventional honeys and correlated with the MGO content of the honey. Most of the MGO-derived reactions could be simulated by spiking a conventional honey or a low MGO manuka honey with artificial MGO and subsequent storage at elevated temperatures. Higher storage temperatures were associated with a quick increase of 5-hydroxymethylfurfuraldehyd (HMF). The HMF level in honey is used as a quality parameter and should not exceed 40 mg/kg (Codex Alimentarius Commission, 2001). High concentrations of HMF may point to a fraudulent addition of MGO and the production of artificial high-price manuka honey products. Taken together, the Maillard reaction in honey could be used to control the natural origin of MGO and DHA. The consumption of honey and especially manuka honey exposes humans to high levels of dietary dicarbonyl compounds like MGO and 3-deoxyglucosone (3-DG). Both compounds were discussed as potential risk factors for the development of age-related diseases. The simulated digestion of manuka honey in the presence of gastric and ileal fluids showed that only 9 % of the initial concentration can be recovered after 8 h. The honey matrix had no stabilising effect on MGO compared to a synthetic MGO solution. In contrast to MGO, the manuka honey compound DHA was stable during all simulated digestion steps. The complexation of MGO with α-cyclodextrin did not enhance the stability of MGO. The metabolic transit of dietary MGO and 3-DG was further studied with an intervention study with healthy volunteers, who collected their daily urine. It was shown that urinary concentrations of 3-DG and its less reactive metabolites 3-deoxyfructose (3-DF) and 2-keto-3-deoxygluconic acid (3-DGA), but not MGO, were influenced by the diet. During the intervention studies, up to 40 % of dietary 3-DG was recovered as the sum of 3-DG, 3-DF and 3-DGA. The metabolite 3-DGA only played a minor role in the metabolism of dietary 3-DG in comparison to 3-DF. The concentrations 3-DF and 3-DGA in plasma only increased after the consumption of dietary 3-DG and not after the uptake of carbohydrate rich meals in general. This led to the conclusion that dietary 3-DG is effectively metabolized to 3-DF extracellularly on the apical site of the intestinal epithelium and is resorbed slowly into the circulation. In contrast, 3-DG, which is formed (intracellularly) postprandial from glucose, bypasses this metabolic system and cannot be metabolized as rapidly to 3-DF. Preliminary results obtained with saliva instead of urine as a bio fluid to study the dietary influence of dicarbonyl compounds, confirmed the hypothesis. Based on the present results, dietary dicarbonyl compounds are effectively metabolized during digestion.

Honey has been used to heal wounds since ancient times. There are many references in ancient literature that cite honey for its medicinal uses. It is used as an alternative agent to cure infections of wounds, burns, ulcers etc. Researchers have shown some of the antimicrobial properties of honey when used as an ointment. When applied to an affected area, it helps to promote the growth of healthy tissue. One of the factors on which the quality of the honey depends, is its geographical origin. Based on the location, honey types can vary as much as 100-fold from each other in color, aroma, viscosity, and antimicrobial properties. The important components in honey that play an essential part in healing wounds and contributing to the antimicrobial properties are enzymes. Their presence allows honey to kill various types of pathogenic bacteria, viruses, fungi etc. A higher antimicrobial effect is seen in monofloral honey (when a single plant species is the source of nectar), which is often more potent than other types of honey in terms of antibacterial activity. Resistance of pathogens to these antimicrobial actions has never been shown, which makes honey a more promising source of antimicrobial research. Presently, infections of burns and wounds are very challenging to treat, especially when they are caused by antibiotic-resistant bacteria. The purpose of this study was to examine the antimicrobial properties of honey from Utah and other locales, and to identify promising antimicrobial activities that could be useful in treating infections caused by resistant bacteria.

This thesis presents results from a two part, prospective study using honey collected from Guelph and surrounding area in southwestern Ontario. The first part determined the antibacterial of honey by collecting 26 samples of honey over two summers (2011-2012) and conducting microbroth and agar dilution assays and comparing the results to those of the criterion standard, Medihoney™ (100% manuka honey paste). Some honey samples from southwestern Ontario had antibacterial activity that was not significantly different from that of Medihoney™. The second part evaluated the effects of storage and gamma irradiation on the antibacterial activity of highly antibacterial honeys. It was found that storage for 8 months at 4°C and -20°C reduced the antibacterial activity of honey. The antibacterial activity of honey was not altered after gamma irradiation. / Pet Trust Fund

Honig hat seit jeher eine große Bedeutung für den Menschen. In den letzten Jahren erlangte neuseeländischer Manuka-Honig eine zunehmende Bekanntheit und Bedeutung, was auf die antibakteriellen Eigenschaften zurückzuführen ist. Insbesondere ein medizinischer Einsatz bei der Behandlung von Wunden erscheint vielversprechend. Die Ursache für die hohen antibakteriellen Eigenschaften von Manuka-Honig kann auf eine Besonderheit in der Zusammensetzung zurückgeführt werden. So wurden von Mavric et al. (2008) bis zu 100-fach höhere Gehalte an Methylglyoxal (MGO) gegenüber anderen Honigsorten ermittelt, welche für die inhibierende Wirkung auf eine Vielzahl an Bakterien verantwortlich sind. Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit war die weitere Aufklärung und Charakterisierung des Ursprungs und der Bildung des in Manuka-Honig enthaltenen MGO. Es stellte sich die Frage, warum MGO einen natürlichen Honigbestandteil darstellt, inwieweit die Bildung auf einer enzymatischen oder mikrobiellen Grundlage basiert und ob sie durch weitere Honigparameter, wie z.B. freie Aminosäuren oder phenolische Verbindungen, beeinflusst wird. Bei der Lagerung frischer Manuka-Honige kommt es zu einem markanten Anstieg der MGO-Konzentration bis zum Erreichen eines Plateaus, an dem der Honig in Bezug auf den MGO-Gehalt als „ausgereift“ betrachtet werden kann. Eine weitere MGO-Nachbildung ist nicht zu induzieren, vielmehr kommt es zu beginnenden Abbaureaktionen. Direkter Precursor ist die Verbindung Dihydroxyaceton (DHA), die bei der Honigreifung zu MGO umgesetzt wird, was den erstmaligen Nachweis von DHA durch Adams et al. (2009) bestätigt. Zur Bestimmung von DHA in Honig konnte eine RP-HPLC-Methode basierend auf einer Vorsäulen-Derivatisierung mit OPD und UV-Detektion erfolgreich etabliert werden. Das dabei entstehende DHA-OPD-Derivat wurde eindeutig als 2-Hydroxymethylchinoxalin identifiziert, ein möglicher Reaktionsmechanismus wurde aufgezeigt. DHA und MGO wurden in frischen und kommerziellen Manuka-Honigen in vergleichsweise hohen Mengen bis zu 2700 mg/kg DHA bzw. 700 mg/kg MGO quantifiziert. Es ergibt sich für „ausgereifte“ Honige eine gute lineare Korrelation, die mit einem mittleren DHA-MGO-Verhältnis von 2:1 beschrieben werden kann. In frischen Proben liegen die Relationen signifikant höher, wodurch eine Einteilung der Honige nach „Reifegrad“ möglich ist. Honige anderer botanischer Herkunft weisen kein DHA und nur geringe Mengen MGO auf. Die Umsetzung von DHA zu MGO in der Honigmatrix wurde durch Dotierung von DHA-freien Honigsorten und anschließender Lagerung untersucht. Hierbei war eine Varianz in der MGO-Bildung feststellbar. Durch Einbeziehen weiterer Parameter wie z.B. pH-Wert, Wasser- oder Proteingehalt wurde deutlich, dass die DHA-Konzentration im Honig zwar den wesentlichen Faktor für den resultierenden MGO-Gehalt darstellt, die Umsetzung jedoch durch Unterschiede in der Honigmatrix beeinflusst wird. Eine Korrelation zu einzelnen Parametern kann nicht herausgestellt werden. Ergänzend zu den spezifischen Komponenten MGO und DHA wurde eine Bestimmung von weiteren Inhaltsstoffen von Manuka-Honig vorgenommen, um eine umfassende chemische Charakterisierung dieser Sorte zu ermöglichen und etwaige Auffälligkeiten in der Zusammensetzung von Manuka-Honig aufzuzeigen. Darüber hinaus wurden die Konzentration an 5 Hydroxymethylfurfural (HMF) und die Diastasezahl (DZ) als rechtlich geregelte Qualitätsparameter einbezogen. Die Anwendbarkeit dieser Faktoren für Manuka-Honig sowie die Folgen einer thermischen Behandlung wurden hierbei geprüft und diskutiert. Die zur Verfügung stehenden Manuka-Honige wurden hinsichtlich der Gehalte an Wasser, Fructose, Glucose, Proteinen, freier Aminosäuren, phenolischer Verbindungen sowie der Parameter pH-Wert und Honigfarbe analysiert. Dabei kann diese Sorte im Allgemeinen als hell- bis dunkelbrauner Honig beschrieben werden, der sich durch vergleichsweise hohe Mengen an Proteinen und freien Aminosäuren sowie einen hohen Gesamtphenolgehalt auszeichnet. Zudem konnte ein signifikant höherer Wassergehalt im Vergleich zu mitgeführten Honigen anderer botanischer Herkunft ermittelt werden. Frische Manuka-Honige zeichnen sich analog zu anderen frischgewonnenen Honigen durch einen sehr geringen Gehalt an HMF aus, der während der Lagerung stark ansteigen kann. In handelsüblichen Manuka-Honigen ergeben sich daher große Unterschiede in den bestimm-baren Konzentrationen. Anhand von Dotierungs- und Lagerexperimenten mit Kunsthonigmatrix und ausgewählten Honigen konnte ein Einfluss der freien Aminosäuren und des DHA auf die Bildung von HMF aufgezeigt werden. In der Folge kann von einer honigspezifischen Beeinflussung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung ausgegangen werden. Im Vergleich zu anderen Honigsorten zeichnet sich Manuka-Honig durch eine eher niedrige bis mittlere DZ aus. Da frische, nachweislich unbehandelte Proben ebenfalls geringe Werte aufweisen können, ist dies nicht auf eine unsachgemäße Behandlung oder Erhitzung zurückzuführen. Neben der natürlichen Variation kann ein zusätzlicher Einfluss von DHA diskutiert werden. Dotierungsversuche lassen ein stärkeres Absinken der DZ bei der Lagerung unter Anwesenheit von DHA erkennen, dessen Ursache vermutlich in einer Hemmung des Enzyms durch eine Modifizierung relevanter Seitenketten begründet liegt. Untersuchungen an dem Honigenzym Invertase bestätigten diese These. Eine Behandlung von Honig mit hohen Temperaturen (70 °C) führte nachweislich zu keiner MGO-Bildung, wohingegen sowohl sensorische Beeinträchtigungen, als auch ein drastischer Anstieg an HMF zu verzeichnen waren. Spekulationen über das Erreichen einer „optimierten“ Bioaktivität durch eine aus rechtlicher Sicht unzulässige Erhitzung sind folglich nicht haltbar. Honig wird neben der antibakteriellen Wirkung mit weiteren biofunktionellen Eigenschaften in Verbindung gebracht. Darunter fallen z.B. ein antioxidatives und entzündungshemmendes Potential. Für Manuka-Honig kann eine potentielle Biofunktionalität auch auf die außergewöhnliche Präsenz von MGO zurückgeführt werden, das in der Literatur jedoch mit einer zytotoxischen Wirkung in Verbindung gebracht wird. Es erfolgte daher eine Bewertung der antimikrobiellen, antioxidativen sowie potentiell zytotoxischen Eigenschaften von Manuka-Honig unter Anwendung hierfür etablierter in vitro Testverfahren. Mittels Mikrodilutionstest wurden gegen vier klinisch relevante Bakterien (Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes und Pseudomonas aeruginosa) für MGO minimale Hemmkonzentrationen (MHK) zwischen 0,44 und 3,55 mM bestimmt, wobei die Inhibierung im Vergleich zu typischen Antibiotika geringer ist. Eine Antibiotika-Resistenz der Bakterien hatte keinen Einfluss auf die inhibierende Wirkung von MGO. In Anwesenheit von Zucker- bzw. Honigmatrix resultierten vergleichbare MHK-Werte für MGO. Geringe Unterschiede sind auf eine bessere Stabilität des MGO in Honigmatrix zurückzuführen, während etwaige synergistische Effekte durch weitere Komponenten nicht zu vermuten sind. Untersuchungen an ausgewählten Manuka-Honigen bestätigten MGO als maßgeblichen für die inhibierende Wirkung verantwortlichen Faktor. Des Weiteren wurde eine Korrelation zwischen MGO-Gehalt im Honig und antibakterieller Aktivität aufgezeigt. Zur Bestimmung der Zytotoxizität von Honig und 1,2-Dicarbonylverbindungen konnte der Koloniebildungstest als geeignetes Verfahren unter Nutzung einer einstündigen Inkubation der Zellen mit Proben in Phosphatpuffer etabliert werden. Für die verwendeten HT-29-Zellen wurde eine 50%ige Inhibierung für einen MGO-Gehalt von 0,7 mM ermittelt. Trotz hoher MGO-Gehalte zeigen Manuka-Honige im Mittel keine signifikant stärkere zytotoxische Wirkung als andere mitgeführten Nektar- und Honigtau-Proben. Die Werte lassen eine hohe Varianz innerhalb der Manuka-Honige erkennen, die nicht ausschließlich mit deren MGO-Konzentration in Verbindung gebracht werden kann. Die Beurteilung der antioxidativen Kapazität von Manuka-Honigen erfolgte mittels TEAC-II-Test, bezogen auf Trolox als Referenz. Im Vergleich zu anderen Sorten konnten signifikant höhere Werte ermittelt werden. Dabei ist ein direkter Zusammenhang zum Gesamtphenolgehalt festzustellen. Für Manuka-Honig lässt sich ein zusätzlicher Beitrag von MGO oder daraus entstehenden Folgeprodukten diskutieren. Prinzipiell ist die antioxidative Kapazität von Honig jedoch als sehr gering einzustufen.

New Zealand is the world’s third-largest honey exporter by value behind China and Argentina and honey accounts for up to 80 % of New Zealand’s exports. However, it is only the 16th biggest global supplier by volume. Manuka honey from New Zealand is sold for premium prices and merchandised for its health benefits. Because of its exceptional antibacterial effect, there is a strong market demand and the price for a kilogram of manuka honey has tripled in recent years (Ministry for Primary Industries 2015). When consumers are willing to pay prices up to 200 €/kg manuka honey, the risk of misleading advertisement and intended fraud increases. This thesis aims to further characterize manuka honey and contribute to the development of a manuka honey definition. The first part deals with the antibacterial activity of manuka honey. The effect of manuka honey is mainly due to methylglyoxal, whereas the effect of non-manuka honeys is primarily caused by hydrogen peroxide. The objective is to develop a method to quantify the effect solely due to one of the respective chemical compounds and compare their effectiveness. Finally, an evaluation of the contribution of methylglyoxal and hydrogen peroxide to the inhibitory effect of honey should be given. The second part deals with chemical reactions of carbonyl compounds in honey. Because of the reactive nature of carbonyl compounds, the formation of specific glycation compounds in honey is assumed. Since the carbonyl profile of manuka honey differs remarkably from non-manuka honeys, the reaction products are expected to vary widely. Specific compounds, solely present in manuka honey, could serve as quality control parameters to ensure manuka honey authenticity. The final part deals with the metabolism of food-derived carbonyl compounds. Carbonyl compounds, like methylglyoxal or 3-deoxyglucosone are discussed to be potentially toxic to human tissues. Until now, only little is known about the impact of the diet on the physiological carbonyl-load and the metabolism of carbonyl compounds. With the help of nutrition studies and the analysis of body fluids, the question of metabolic transit of carbonyl compounds shall be addressed. The antibacterial studies showed that bacterial species are affected differently by bioactive compounds present in honey. Methylglyoxal (MGO), which is solely present in manuka honeys and hydrogen peroxide, which is formed in most conventional honeys by glucose oxidase, are strong inhibitors of the growth of S. aureus and E. coli. The strain of P. aeruginosa used for this work was not inhibited by MGO, whereas B. subtilis was not inhibited by hydrogen peroxide. To compare and quantify the effect of MGO and hydrogen peroxide, a mathematic model was created. By comparing the slopes of the linearized dose-response curves, it was found that S. aureus, E. coli and P. aeruginosa were more sensitive to hydrogen peroxide than to MGO. However, the natural amounts of MGO in honey are higher than the formation of hydrogen peroxide. Although most bacteria are more sensitive to hydrogen peroxide, MGO is the predominantly antibacterial compound in honey, because of its higher concentrations compared to hydrogen peroxide formation. The inclusion of manuka honey in α-cyclodextrin had only minor consequences on bioavailability and antibacterial activity. The commercial product “Cyclopower” (α-cyclodextrin with manuka honey) does not enhance the antibacterial activity of manuka honey on S. aureus, E. coli and P. aeruginosa. With the help of the newly developed quantitative model, it was shown that the growth of B. subtilis is synergistically inhibited with cyclopower compared to manuka honey and α-cyclodextrin alone. The study of bacterial enzymes as possible targets for bacterial inhibition with manuka honey revealed that MGO and DHA inhibited jack bean urease, which was used as a model for Helicobacter pylori urease. The concentration of MGO and DHA in manuka honey positively correlated with its urease inhibition. Conventional honeys, which lack MGO and DHA, showed significantly less urease inhibition. Based on the unique presence of MGO, manuka honey has extraordinary effects on bacteria, which might lead to further application to fight the emerging crisis of antibacterial resistance to antibiotics. Until now, there is no consistent definition for the term “genuine manuka honey”. In the present work, an approach based on unique chemical reactions in manuka honey was followed. It was shown that the exceptional high amounts of MGO induced the formation of 2-acetyl-1-pyrroline (2-AP). In manuka honey containing ≥ 250 mg/kg MGO, the 2-AP concentration was significantly increased compared to conventional honey. Moreover, honey proteins form MGO-derived reactions products, which were studied by measuring the molecular size of honey proteins. Manuka honey proteins significantly shifted to high molecular weights (HMW) with a size above 510 kDa. The amount of HMW protein in non-manuka honey was significantly lower. The cleavage of disulphide bonds led to a decrease of HMW fraction of conventional honeys but not of manuka honeys. It is hypothesized that MGO cross-linking of proteins is mainly responsible for the formation of HMW adducts in manuka honey. The formation of HMW adducts was also shown with fluorescence analysis, whereby manuka honey proteins had higher fluorescence intensities at λex=350 nm and λem=450 nm compared to non-manuka honeys. The artificial addition of MGO and its precursor dihydroxyacetone (DHA) to a non-manuka honey did not lead to an increased fluorescence up to the level of commercial manuka honeys. The MGO-derived modifications of proteins were further studied by quantifying the protein-bound Maillard reaction products N-ε-carboxyethyllysine (CEL) and methylglyoxal-derived hydroimidazolone 1 (MG-H1) after enzymatic hydrolysis of honey proteins and LC-MS/MS analysis. Their amount was significantly higher in manuka compared to conventional honeys and correlated with the MGO content of the honey. Most of the MGO-derived reactions could be simulated by spiking a conventional honey or a low MGO manuka honey with artificial MGO and subsequent storage at elevated temperatures. Higher storage temperatures were associated with a quick increase of 5-hydroxymethylfurfuraldehyd (HMF). The HMF level in honey is used as a quality parameter and should not exceed 40 mg/kg (Codex Alimentarius Commission, 2001). High concentrations of HMF may point to a fraudulent addition of MGO and the production of artificial high-price manuka honey products. Taken together, the Maillard reaction in honey could be used to control the natural origin of MGO and DHA. The consumption of honey and especially manuka honey exposes humans to high levels of dietary dicarbonyl compounds like MGO and 3-deoxyglucosone (3-DG). Both compounds were discussed as potential risk factors for the development of age-related diseases. The simulated digestion of manuka honey in the presence of gastric and ileal fluids showed that only 9 % of the initial concentration can be recovered after 8 h. The honey matrix had no stabilising effect on MGO compared to a synthetic MGO solution. In contrast to MGO, the manuka honey compound DHA was stable during all simulated digestion steps. The complexation of MGO with α-cyclodextrin did not enhance the stability of MGO. The metabolic transit of dietary MGO and 3-DG was further studied with an intervention study with healthy volunteers, who collected their daily urine. It was shown that urinary concentrations of 3-DG and its less reactive metabolites 3-deoxyfructose (3-DF) and 2-keto-3-deoxygluconic acid (3-DGA), but not MGO, were influenced by the diet. During the intervention studies, up to 40 % of dietary 3-DG was recovered as the sum of 3-DG, 3-DF and 3-DGA. The metabolite 3-DGA only played a minor role in the metabolism of dietary 3-DG in comparison to 3-DF. The concentrations 3-DF and 3-DGA in plasma only increased after the consumption of dietary 3-DG and not after the uptake of carbohydrate rich meals in general. This led to the conclusion that dietary 3-DG is effectively metabolized to 3-DF extracellularly on the apical site of the intestinal epithelium and is resorbed slowly into the circulation. In contrast, 3-DG, which is formed (intracellularly) postprandial from glucose, bypasses this metabolic system and cannot be metabolized as rapidly to 3-DF. Preliminary results obtained with saliva instead of urine as a bio fluid to study the dietary influence of dicarbonyl compounds, confirmed the hypothesis. Based on the present results, dietary dicarbonyl compounds are effectively metabolized during digestion.

Reaktion von Arginin mit Abbauprodukten 1,4-verknüpfter Disaccharide Im Verlauf der Reaktion von Arginin mit Abbauprodukten 1,4-glycosidisch verknüpfter Disaccharide entsteht ein Hauptderivatisierungsprodukt des Arginins, welches aus Inkubationsansätzen von Lactose mit N-(tert-Butoxycarbonyl)-L-arginin (Boc-Arg) bzw. N-a-Hippuryl-L-arginin (Hip-Arg) isoliert und als N-d-[5-(3-Hydroxypropyl)-4-oxo-imidazolon-2-yl]-L-ornithin (PIO) identifiziert werden konnte. PIO stellt ein spezifisches Reaktionsprodukt von Arginin mit Abbauprodukten 1,4-glycosidisch verknüpfter Disaccharide dar. Zum Nachweis des Precursors von PIO wurden die Bildung und der Abbau von 1,2-Dicarbonylverbindungen in Inkubationsansätzen von Lactose mit und ohne Hip-Arg nach der Hitzebehandlung mit o-Phenylendiamin untersucht. Es zeigte sich, dass ein als 1,2-Dicarbonylverbindung identifiziertes Abbauprodukt von Lactose nur in Abwesenheit von der Aminokomponente (Hip-Arg) als Hauptabbauprodukt bestimmbar war. Nach Isolierung dieser 1,2-Dicarbonylverbindung in Form ihres stabilen Chinoxalin-Derivates und der Strukturaufklärung ist es gelungen, dieses Hauptabbauprodukt der Lactose als (3'-Hydroxypropyl)-chinoxalin also das Chinoxalin der 3,4-Didesoxypentosulose (3,4-DDPs) zu identifizieren. Bestimmung von 1,2-Dicarbonylverbindungen in Lebensmitteln Glyoxal (GO), Methylglyoxal (MGO), 3-Desoxyglucosulose (3-DG) und 3-Desoxypentosulose (3-DPs) konnten nach Umsetzung mit o-Phenylendiamin erstmals in Milch- und Milchprodukten quantifiziert werden. Für Glyoxal wurden Gehalte von 0,06 bis 3,5 mg/ l und für Methylglyoxal von 0,2 bis 4,7 mg/ l bestimmt. 3-Desoxyglucosulose wurde mit Gehalten von 0,7 bis 3,5 mg/ l und 3-Desoxypentosulose von 0,1 bis 4,7 mg/ l bestimmt. Des Weiteren erfolgte die Bestimmung von Glyoxal, Methylglyoxal und 3-Desoxyglucosulose in käuflich erworbenen deutschen Honigen, in Honigen des Imkerverbandes Dresden und in neuseeländischen Honigen. Im Vergleich zu den Milchprodukten wurden deutlich höhere Gesamtgehalte an 1,2-Dicarbonylverbindungen (124 bis 1550 mg/ kg) bestimmt. Für 3-Desoxyglucosulose wurden 119 bis 1451 mg/ kg, für Glyoxal 0,2 bis 4,6 mg/ kg und für Methylglyoxal 0,5 bis 743 mg/ kg ermittelt. Ein Zusammenhang zwischen hohen Gehalten an 1,2-Dicarbonylverbindungen und der antibakteriellen Aktivität der Honige wurde untersucht. Hier stellten die neuseeländischen Manuka-Honige (Manuka: Leptospermum scoparium, Teebaum) den Schwerpunkt der Untersuchung dar. Für die untersuchten Manuka-Honige konnten ungewöhnlich hohe Gehalte an Methylglyoxal bestimmt werden (von 347 bis 743 mg/ kg). Von 12 verschiedenen Honigen deutscher und neuseeländischer Herkunft konnten nur Manuka-Honige als antibakteriell wirksam eingestuft werden. Bezogen auf den Gehalt an Methylglyoxal liegen die MIC-Werte für Staphylococcus aureus bei 1,5 mmol/ l für Manuka-Honig (35 % v/v), 1,4 mmol/ l für Manuka-Honig "active" (30 % v/v), 1,1 mmol/ l für Manuka-Honig UMF 10+ (25 % v/v) bzw. 1,8 mmol/ l für Manuka-Honig UMF 20+ (20 % v/v). Es zeigte sich, dass die antibakterielle Aktivität des Honigs unmittelbar auf den Methylglyoxal-Gehalt zurückführbar war.

Reaktion von Arginin mit Abbauprodukten 1,4-verknüpfter Disaccharide Im Verlauf der Reaktion von Arginin mit Abbauprodukten 1,4-glycosidisch verknüpfter Disaccharide entsteht ein Hauptderivatisierungsprodukt des Arginins, welches aus Inkubationsansätzen von Lactose mit N-(tert-Butoxycarbonyl)-L-arginin (Boc-Arg) bzw. N-a-Hippuryl-L-arginin (Hip-Arg) isoliert und als N-d-[5-(3-Hydroxypropyl)-4-oxo-imidazolon-2-yl]-L-ornithin (PIO) identifiziert werden konnte. PIO stellt ein spezifisches Reaktionsprodukt von Arginin mit Abbauprodukten 1,4-glycosidisch verknüpfter Disaccharide dar. Zum Nachweis des Precursors von PIO wurden die Bildung und der Abbau von 1,2-Dicarbonylverbindungen in Inkubationsansätzen von Lactose mit und ohne Hip-Arg nach der Hitzebehandlung mit o-Phenylendiamin untersucht. Es zeigte sich, dass ein als 1,2-Dicarbonylverbindung identifiziertes Abbauprodukt von Lactose nur in Abwesenheit von der Aminokomponente (Hip-Arg) als Hauptabbauprodukt bestimmbar war. Nach Isolierung dieser 1,2-Dicarbonylverbindung in Form ihres stabilen Chinoxalin-Derivates und der Strukturaufklärung ist es gelungen, dieses Hauptabbauprodukt der Lactose als (3'-Hydroxypropyl)-chinoxalin also das Chinoxalin der 3,4-Didesoxypentosulose (3,4-DDPs) zu identifizieren. Bestimmung von 1,2-Dicarbonylverbindungen in Lebensmitteln Glyoxal (GO), Methylglyoxal (MGO), 3-Desoxyglucosulose (3-DG) und 3-Desoxypentosulose (3-DPs) konnten nach Umsetzung mit o-Phenylendiamin erstmals in Milch- und Milchprodukten quantifiziert werden. Für Glyoxal wurden Gehalte von 0,06 bis 3,5 mg/ l und für Methylglyoxal von 0,2 bis 4,7 mg/ l bestimmt. 3-Desoxyglucosulose wurde mit Gehalten von 0,7 bis 3,5 mg/ l und 3-Desoxypentosulose von 0,1 bis 4,7 mg/ l bestimmt. Des Weiteren erfolgte die Bestimmung von Glyoxal, Methylglyoxal und 3-Desoxyglucosulose in käuflich erworbenen deutschen Honigen, in Honigen des Imkerverbandes Dresden und in neuseeländischen Honigen. Im Vergleich zu den Milchprodukten wurden deutlich höhere Gesamtgehalte an 1,2-Dicarbonylverbindungen (124 bis 1550 mg/ kg) bestimmt. Für 3-Desoxyglucosulose wurden 119 bis 1451 mg/ kg, für Glyoxal 0,2 bis 4,6 mg/ kg und für Methylglyoxal 0,5 bis 743 mg/ kg ermittelt. Ein Zusammenhang zwischen hohen Gehalten an 1,2-Dicarbonylverbindungen und der antibakteriellen Aktivität der Honige wurde untersucht. Hier stellten die neuseeländischen Manuka-Honige (Manuka: Leptospermum scoparium, Teebaum) den Schwerpunkt der Untersuchung dar. Für die untersuchten Manuka-Honige konnten ungewöhnlich hohe Gehalte an Methylglyoxal bestimmt werden (von 347 bis 743 mg/ kg). Von 12 verschiedenen Honigen deutscher und neuseeländischer Herkunft konnten nur Manuka-Honige als antibakteriell wirksam eingestuft werden. Bezogen auf den Gehalt an Methylglyoxal liegen die MIC-Werte für Staphylococcus aureus bei 1,5 mmol/ l für Manuka-Honig (35 % v/v), 1,4 mmol/ l für Manuka-Honig "active" (30 % v/v), 1,1 mmol/ l für Manuka-Honig UMF 10+ (25 % v/v) bzw. 1,8 mmol/ l für Manuka-Honig UMF 20+ (20 % v/v). Es zeigte sich, dass die antibakterielle Aktivität des Honigs unmittelbar auf den Methylglyoxal-Gehalt zurückführbar war.