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Protein bars have become a popular option among consumers to increase protein content in their diets. Since there is a large market for protein bars, many factors must be considered when creating a protein bar that both satisfies consumers and has a long shelf-life. Hardening and textural changes in protein bars are some of the most common modes of shelf-life failure in this product category. When the typical product creation timeline from formulation to launch can be as short as 3-6 months and with added pressure from executives to quickly launch another new product afterwards, product development scientists simply do not have time to test the full shelf life of their product before release. For this reason, it is imperative that rapid methods for detecting bar hardness and predicting shelf life of bar formulations are developed. The objective of this research is to utilize calorimetric techniques to rapidly detect and identify bar hardening reactions. Six different protein bar formulations were studied, with each containing a combination of either whey protein isolate (WPI), milk protein isolate (MPI), or partially hydrolyzed whey protein isolate (HWPI), reducing-sugar, non-reducing sugar, and vegetable shortening. All bars were stored at 45°C and ambient humidity for 21 d. Isothermal microcalorimetry (IMC) was used to evaluate bar hardening-related reactions and was compared to objective and subjective hardness measurements. Hardness, color, water activity, moisture content, and sensory evaluation were measured at d 1, 7, 14, and 21. The results of this study indicate that isothermal calorimetry may be used to narrow down bar hardening reactions and points to Maillard browning as a main driver of hardening. These techniques may be used to predict bar shelf life, if Maillard browning is used as the basis for hardening. Furthermore, this research highlights the importance of ingredient selection during bar formulation to minimize hardening.

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Cocoa beans (Theobroma cacao) are a highly concentrated source of dietary flavanols- bioactive compounds associated with the health protective properties of cocoa. Cocoa beans undergo processing steps, such as fermentation, roasting, winnowing, grinding, pressing, etc., to produce a final product with specific desirable sensory attributes. It is well established that these processing steps, specifically fermentation and roasting, result in dramatic degradation of cocoa's native flavanols, but it is possible that these processing steps may generate compounds with novel activities, potentially preserving or enhancing bioactivity. Raw unfermented cocoa beans were processed by way of a partial factorial approach to produce cocoa powders from the same batch of raw beans using various combinations of fermentation [unfermented, cool fermented (maximum 46°C), hot fermented (maximum 60°C))] and roasting [unroasted, cool roasted (120°C), hot roasted (170°C)]. To simulate cocoa fermentation in a highly controlled environment, a pilot-scale fermentation model system was employed to eliminate many external unknowns and ensure that the differences between our cocoa powders were due to our various treatments, rather than unknown factors occurring during fermentation and roasting. Low and high molecular weight fractions (8-10 kDa cutoff) were produced from cocoa powder extracts (CPE) of each treatment to quantify Maillard reaction products (MRP). A HILIC-UPLC MS/MS method was developed to more efficiently and sensitively quantify cocoa flavanols with high degrees of polymerization (DP) produced during processing. Overall, cocoa processing significantly (p<0.05) decreased the total phenolic and total flavanol concentrations of CPEs. Hot roasting had the greatest impact on native flavanol degradation yet produced CPEs with the highest mean degree of polymerization (mDP). All CPEs dose-dependently inhibited α-glucosidase enzyme activity, with cool fermented/cool roasted cocoa powder exhibiting the best inhibition (IC50 of 62.2 µg/mL). Increasing flavanol mDP was correlated with decreasing IC50 values, suggesting that the complex flavanols produced during processing enhance cocoa's bioactivity (or their production is associated with other products that enhance bioactivity). Alternatively, high molecular weight CPE fractions were correlated with increasing IC50 values, suggesting that MRPs interfere with enzyme inhibition or are associated with other products (polyphenols, macronutrients, etc.) that interfere with enzyme inhibition. Overall, the data presented within this work indicate that the components of processed cocoa powders are promising inhibitors of α-glucosidase, despite a significant reduction in native flavanol composition induced by processing, and moreover that fermentation and roasting conditions can positively influence the bioactivity of cocoa despite losses of native flavanols. / Master of Science in Life Sciences / According to the Centers for Disease Control and Prevention, obesity-related chronic conditions such as cardiovascular disease and type 2 diabetes mellitus (T2D) are the leading cause of preventable and/or premature death, with 51% of the American population predicted to be obese by 2030. Cocoa (Theobroma cacao) is a highly concentrated source of polyphenols, and these compounds have been shown to interact with and inhibit digestive enzymes responsible for carbohydrate breakdown. By inhibiting the activity of these digestive enzymes, it is possible to slow down carbohydrate absorption after a meal and ultimately reduce large spikes in blood glucose levels, being a promising strategy in the prevention and maintenance of T2D. Cocoa beans undergo processing steps to produce a final product, such as cocoa powder, and it is known that these processing steps reduce the levels of beneficial polyphenols. Yet, how this processing-induced degradation effects the health protective activities of cocoa is still widely unknown and is the focus of this work. Through highly controlled cocoa bean processing, cocoa powders of different processing conditions were produced and used to assess how various processing parameters impacted digestive enzyme activity. Overall, processing steps did reduce levels of native polyphenols. However, these losses did not demonstrate a reduction in enzyme inhibition and certain processing conditions actually enhanced digestive enzyme inhibition. This research shows promise for the potential use of processed cocoa powder as an effective strategy in the prevention and maintenance of T2D and further work must be done to understand the mechanisms behind this relationship.

Le but de ce projet était de développer la technologie d'électro-activation comme une approche novatrice pour la valorisation intégrale des constituants du lactosérum. Ce sous-produit est riche en composants de valeur avec des propriétés biologiques et fonctionnelles prometteuses. La première étape de ce travail visait à déterminer les conditions optimales pour la production du lactulose en utilisant le lactosérum comme source de lactose. Un rendement de 35% a été obtenu avec une pureté élevée à des températures de 0, 10 et 25°C et un court temps de réaction (≅ 40 minutes). En outre, l'analyse protéomique a révélé l'hydrolyse des protéines de lactosérum et la formation simultanée de produits de réaction Maillard aux propriétés antioxydantes élevées. La deuxième étape visait à élucider les mécanismes antioxydants qui régissaient les hydrolysats de protéines de lactosérum à réaction de Maillard (MRP-whey) et à caractériser leurs structures. L'effet antioxydant a été attribué à de multiples propriétés et pourrait être utilisé à la fois comme antioxydants primaires et secondaires. La structure moléculaire du MRP-whey a été caractérisée comme étant des bases de Schiff. De plus, des peptides bioactifs multifonctionnels, avec des propriétés biologiques ont également été identifiés. Dans la troisième étape, l'efficacité du lactosérum électro-activé (lactosérum-EA) possédant des propriétés prébiotique et antioxydante sur la croissance des bactéries probiotiques testées a été démontrée. Le lactosérum-EA avait comparativement un meilleur effet bifidogène que le lactulose. De plus, on a constaté que le lactosérum-EA produisait un effet protecteur sur L. johnsonii La-1 durant sa croissance en présence d'oxygène. Cet effet peut être lié, en partie, à la capacité du lactosérum-EA à éliminer le peroxyde d'hydrogène et à prévenir son accumulation dans le milieu de croissance. Les spectres FTIR ont montré que le lactosérum-EA empêchait l'oxydation des lipides de la membrane cellulaire en limitant le changement dans l'ordre structurel des acides gras. Dans l'ensemble, le lactosérum-EA comme prébiotique possédant une capacité antioxydante a un grand potentiel d'application, non seulement dans l'industrie laitière, mais aussi comme ingrédient fonctionnel avec diverses bioactivités et fonctionnalités. / The goal of this project was to develop the electro-activation technology as innovative approach for an integral valorization of whey constituents. This by-product is rich in valuable components with promising biological and functional properties. The first step of this work aimed to determine the optimal conditions of lactulose production using whey as a source of lactose and a yield of 35% was obtained with high purity under temperatures of 0, 10 and 25°C and short reaction time (≅ 40 minutes). Moreover, the proteomic analysis revealed the hydrolysis of whey proteins and simultaneous formation of Maillard reaction products with high antioxidant properties. The second step aimed to elucidate the antioxidant mechanisms that governed the Maillard-reacted-whey protein hydrolysates (MRPs-whey) and to characterize their structures. The antioxidant effect was ascribed to a multiple properties and could be used as both primary and secondary antioxidants. The molecular structure of the MRPs-whey was characterized to be Schiff base compounds. Additionally, multifunctional bioactive peptides, with biological properties were also identified. In the third step, the efficacy of electro-activated whey (EA-whey) as a combined prebiotic and antioxidant component on the growth of tested probiotic bacteria was demonstrated. The EA-whey was comparatively a better bifidogenic factor than lactulose. Additionally, EA-whey was found to elicit a protective effect on L. johnsonii La-1 during its growth in the presence of oxygen. This effect may be related, in part, to the ability of EA-whey to scavenge hydrogen peroxide metabolites and prevent its accumulation in the growth medium. FTIR spectra showed that EA-whey prevented the cell membrane lipids oxidation by limiting the change in the structural order of fatty acids. Overall, EA-whey as a prebiotic supplement possessing antioxidant capacity has great potential for application not only in the dairy industry but also as a functional food ingredient with potent bioactivities and functionalities.

The objectives of this project were to investigate the critical factors impacting the physicochemical and antibacterial properties of β-chitosan based films derived from jumbo squid (Dosidicus gigas) pens, and to evaluate the feasibility of improving water solubility of β-chitosan through Maillard reaction. The studies examined the effect of molecular weight (1,815 and 366 kDa), acid (formic, acetic, propionic, and lactic acid), and plasticizer (glycerol and sorbitol) on the film properties, as well as reducing sugar (fructose and glucosamine) and heat treatment (high temperature short time (HTST), low temperature long time (LTLT)) on water solubility of chitosan. Results on β-chitosan were compared with α-chitosan in both studies. Tensile strength (TS) and elongation (EL) of β-chitosan films were influenced by molecular weight (Mw), acid and plasticizer types (P < 0.05). High molecular weight (Hw) β-chitosan films had an overall TS of 44 MPa, 53% higher than that of low molecular weight (Lw) β-chitosan films (29 MPa) across all acid types used. The mean TS of β-chitosan acetate and propionate films (43 and 39 MPa) were higher (P < 0.05) than that of β-chitosan formate and lactate films (34 and 29 MPa). Films incorporated with plasticizer (32 MPa) had lower TS than those without plasticizer (48 MPa). Mean EL of Hw β-chitosan films was 10% versus approximately 4% in Lw β-chitosan films. Formate and acetate films had higher EL than that of propionate film. Glycerol and sorbitol increased (P < 0.001) EL 151% and 106% compared with the films without plasticizer, respectively. Water vapor permeability (WVP) of the films was affected by acid and plasticizer. Formate films (34 g mm/m² d KPa) had higher WVP than other acid films. Adding plasticizer increased (11% to 31%) WVP of propionate films except the Lw β-chitosan propionate film with sorbitol. The antibacterial activity of Lw β-chitosan and α-chitosan films delayed (P < 0.05) the proliferation of E. coli, where lactate films showed the strongest effect. The growth of L. innocua at 24 h was completely (P < 0.05) inhibited by chitosan films except Hw β-chitosan acetate film. A soft and cotton-like water soluble chitosan with mesopores was acquired after freeze-drying the Maillard reacted chitosan-sugar solution. The yield of β-chitosan-derivatives (8.48%) was 1.21 times higher than that of α-chitosan products (7.00%) (P < 0.01). Heat treatment only affected the yield of chitosan-glucosamine derivatives. Sugar type did not indicate any impact on the yield of the chitosan-derivative products in general (P > 0.05). The solubility was affected by sugar type (P < 0.01) only occurred in the β-chitosan products prepared with LTLT (P<0.05), where β-chitosan-fructose derivatives (9.56 g/L) had higher solubility than the glucosamine (5.19 g/L).LTLT treatment had given all chitosan-derivatives a higher solubility (8.44 g/L) than HTST (3.83 g/L) did (P<0.001). The results from this study demonstrated the feasibility of creating β-chitosan based film from jumbo squid pens with similar mechanical, water barrier and antibacterial properties compare to α-chitosan films as a food wrap and controlled the properties with several important factors, and developing water soluble chitosan through Maillard reaction that possess the potential as functional substance in a wider range of applications. / Graduation date: 2012

1,2-Dicarbonylverbindungen spielen aufgrund ihrer Reaktivität gegenüber Aminosäureseitenketten von Proteinen eine Schlüsselrolle bei der Bildung von Maillard Reaktionsprodukten (MRP) und werden auch im Zusammenhang mit der Entstehung pathophysiologischer Konsequenzen bei metabolischen Erkrankungen diskutiert. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage nach der physiologischen Relevanz alimentär aufgenommener 1,2 Dicarbonylverbindungen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war zunächst eine Bestandsaufnahme zum Vorkommen von 1,2-Dicarbonylverbindungen in einem Spektrum von Lebensmitteln, gefolgt von Untersuchungen zum metabolischen Transit von 3 Desoxyglucoson (3-DG) und Methylglyoxal (MGO) bzw. spezifischer Metabolite in Abhängigkeit der alimentären Aufnahme und zur Stabilität der Verbindungen während einer simulierten gastrointestinalen Verdauung. 1a Die 1,2-Dicarbonylverbindungen 3-DG, 3 Desoxygalactoson (3-DGal), MGO und Glyoxal (GO) sowie das Zuckerabbauprodukt 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) als ein wichtiger Indikator für Erhitzungsprozesse in Lebensmitteln wurden in 173 Lebensmittelproben mittels einer optimierten RP-HPLC-Methode mit UV-Detektion bestimmt. Darunter waren neben alkoholfreien und alkoholischen Getränken auch süße Aufstriche, Brot- und Backwaren. In allen untersuchten Lebensmittelproben war 3 DG die quantitativ bedeutendste 1,2 Dicarbonylverbindung. Hohe 3-DG-Gehalte wurden in Bonbons, Honig und süßen Aufstrichen (Mediane: 165–626 mg/kg) und in Essig (Aceto balsamico bis 2622 mg/L) analysiert. Lebensmittel wie Fruchtsäfte, Bier, Brot- und Backwaren wiesen geringere 3 DG-Gehalte auf (Median: 27–129 mg/L bzw. mg/kg). In allen untersuchten Lebensmitteln lagen die Gehalte des 3-DG höher als die des HMF. 3-DGal konnte erstmals in nahezu allen Lebensmittel detektiert werden, mit einem Maximalwert von 162 mg/L in Aceto balsamico. In dieser Probe wurde auch ein hoher MGO-Gehalt (53 mg/L) gemessen. GO kommt in etwa gleichen Konzentrationsbereichen wie MGO vor. Generell lagen die Gehalte für 3-DGal höher als die für MGO. Eine Ausnahme stellt der untersuchte Manuka-Honig dar (463 mg MGO/kg). 1b Auf Basis der quantitativen Daten wurden Gehalte von 1,2-Dicarbonylverbindungen in verzehrüblichen Portionsgrößen verschiedener Lebensmittel berechnet und eine tägliche alimentäre Aufnahme von 20–160 mg (0,1–1,0 mmol) 3-DG und 5–20 mg (0,1–0,3 mmol) MGO abgeschätzt. 2a Der metabolische Transit von 3-DG und MGO wurde jeweils in einer dreitägigen Ernährungsstudie untersucht. Während der 3 Tage hatten die Probanden eine Dicarbonyl- und MRP-freie Diät (Rohkosternährung) einzuhalten. Am Morgen des zweiten Tages erhielten die Probanden eine definierte Menge 3-DG bzw. MGO (je 500 µmol), enthalten in Waldhonig bzw. Manuka-Honig. In den 24 h Urinproben der 3-DG-Interventionsstudie wurde 3-DG und dessen Metabolit 3-Desoxyfructose (3-DF) analysiert, außerdem Pyrralin und 3 DG-Hydroimidazolon (3-DG-H) als 3-DG-spezifisches MRP. In den 24 h Urinproben der MGO-Interventionsstudie wurde MGO und dessen Metabolit D-Lactat analysiert, außerdem MGO-Hydroimidazolon 1 (MG-H1) als charakteristisches MRP des MGO. Alle Verbindungen waren in den Urinproben nachweisbar. 2b Am ersten Tag der 3-DG-Interventionsstudie betrug der Median der renalen 3-DG- und 3 DF-Exkretion aller 9 Probanden 4,6 bzw. 77 µmol/d. Am Tag der definierten 3-DG-Aufnahme (Tag 2) stieg der Median der renalen 3-DG- und 3-DF-Exkretion signifikant auf 7,5 bzw. 147 µmol/d an. An Tag 3 unterschieden sich die täglichen renalen Ausscheidungen von 3-DG und 3-DF nicht signifikant von denen an Tag 1 (P > 0,05). Der Median der renalen Wiederfindung des an Tag 2 alimentär aufgenommenen 3-DG wurde mit 14 % abgeschätzt (Spannweite: 6–25 %). Der Median der renalen Exkretion von Pyrralin und 3-DG-H sank im Verlauf der dreitägigen Studie von 2,5 bzw. 1,0 auf 1,2 µmol/d bzw. 0,5 µmol/d. Diese Ergebnisse deuten erstmalig darauf hin, dass 3-DG aus der Nahrung resorbiert, resorbiertes 3 DG zu 3-DF metabolisiert und resorbiertes 3-DG hauptsächlich als 3-DF renal eliminiert wird. Die Exkretion der untersuchten MRP erwies sich in dieser Studie als nicht abhängig von der alimentären Aufnahme des 3 DG. 2c Die renale MGO- sowie D-Lactat-Ausscheidung wies keinen Zusammenhang mit der oralen Aufnahme einer hohen MGO-Menge auf. An allen 3 Tagen der MGO-Interventionsstudie lag die renale MGO-Exkretion aller 4 Probanden zwischen 0,11 und 0,30 µmol/d und die D-Lactat-Ausscheidung zwischen 52 und 224 µmol/d. Der Median der renalen MG-H1-Ausscheidung sank im Verlauf der dreitägigen Studie von 3,8 auf 1,2 µmol/d an Tag 3. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass keine Resorption des MGO in die Zirkulation erfolgte. 3a Zur Beurteilung der Stabilität von 3-DG und MGO während der gastrointestinalen Verdauung wurde ein zweistufiges System von Hellwig et al. (2013b) adaptiert, bestehend aus einer zweistündigen „Magenstufe“ (Pepsin, pH = 2) und einer sechsstündigen „Darmstufe“ (Pankreatin/Trypsin, pH = 7,5). Für die Verdauungssimulation wurden jeweils wässrige 3 DG- und MGO-Standardlösungen mit Konzentrationen im lebensmittelrelevanten Bereich eingesetzt. Weiterhin wurde die simulierte Verdauung in Anwesenheit von Casein als Modellprotein, durchgeführt. 3b Nach achtstündiger simulierter Verdauung war im Verdauungsansatz noch 70 ± 10 % der initialen 3-DG-Menge bestimmbar. Die Anwesenheit des Caseins zeigte keinen Effekt auf die 3-DG-Konzentration. Damit dürfte nach gastrointestinaler Verdauung ein Großteil des alimentär aufgenommenen 3-DG zur Resorption zur Verfügung stehen. 3c Im Gegensatz zum 3-DG sank die MGO-Konzentration im Verlauf der achtstündigen simulierten Verdauung auf 15 ± 4 % der Ausgangskonzentration. In Anwesenheit von Casein verstärkte sich die Abnahme der MGO-Konzentration auf 9 ± 1 %. Es konnte gezeigt werden, dass die Abnahme der MGO-Konzentration auf Reaktionen mit den in den Verdauungsansätzen enthaltenen Enzymen und Proteinen zurückzuführen ist. MGO wird damit nach gastrointestinaler Verdauung nur noch in begrenztem Maße zur Resorption zur Verfügung. Die in der vorliegenden Arbeit gewonnenen Resultate lassen den Schluss zu, dass die biologische Verfügbarkeit alimentärer 1,2-Dicarbonylverbindungen gering (3-DG) bis vernachlässigbar (MGO) ist und selbst stark erhitzte Lebensmittel damit keinen maßgeblichen Beitrag zum „Gesamtpool“ an Dicarbonylverbindungen in vivo und den damit möglicherweise einhergehenden physiologischen Konsequenzen leisten.

Le principal objectif de ce travail de thèse était d’étudier l’influence de la fonctionnalisation des protéines par des sucres ou des polyphénols de raisin dans la formulation et le comportement de microsphères de vitamine A. La formulation de différents conjugués issus soit de la réaction de Maillard soit de la complexation des polyphénols sur les protéines a été effectué sur trois matières premières protéiques : les protéines de pois, le caséinate de sodium de lait de vache et la gélatine de type A porcine. Dans une première partie, les caractéristiques et le pouvoir émulsifiant des conjugués ont été étudiés, et ont confirmé le potentiel de stabilisation d’une huile dans le temps. Une seconde partie s’est concentrée sur les observations au microscope électronique à balayage des microsphères et sur une méthodologie d’observation spécifique à ce genre d’échantillon. Une troisième partie a étudié l’influence des fonctionnalisations sur la stabilité de la vitamine A dans le temps, sur sa libération dans des milieux de digestion gastriques et entériques simulés, et sur la libération de géraniol co-encapsulé. La dernière étude a porté sur le potentiel muco-adhésif des microsphères en utilisant une technique d’analyse originale. / The main objective of this thesis was to study the influence of functionalization of proteins by sugars or grape polyphenols in the vitamin A microsphere formulation and behavior. The formulation of different conjugated stemming either from the Maillard reaction or from the complexation of polyphenols on proteins was made on three proteins : pea proteins, sodium caseinate and type A gelatin. In a first part, the characteristics and the emulsifying power of the combined were studied, and confirmed the potential of stabilization of oil in the time. A second part was on the observations with scanning electron microscope of microspheres and on the methodology of specific observation in this kind of sample. The third part studied the influence of functionalization on vitamin A stability in the time, liberation on gastric or enteric digestion media, and liberation of co-encapsulated geraniol. The last study concerned the muco-adhesive potential of microspheres by using an original analysis.

1,2-Dicarbonylverbindungen spielen aufgrund ihrer Reaktivität gegenüber Aminosäureseitenketten von Proteinen eine Schlüsselrolle bei der Bildung von Maillard Reaktionsprodukten (MRP) und werden auch im Zusammenhang mit der Entstehung pathophysiologischer Konsequenzen bei metabolischen Erkrankungen diskutiert. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage nach der physiologischen Relevanz alimentär aufgenommener 1,2 Dicarbonylverbindungen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war zunächst eine Bestandsaufnahme zum Vorkommen von 1,2-Dicarbonylverbindungen in einem Spektrum von Lebensmitteln, gefolgt von Untersuchungen zum metabolischen Transit von 3 Desoxyglucoson (3-DG) und Methylglyoxal (MGO) bzw. spezifischer Metabolite in Abhängigkeit der alimentären Aufnahme und zur Stabilität der Verbindungen während einer simulierten gastrointestinalen Verdauung. 1a Die 1,2-Dicarbonylverbindungen 3-DG, 3 Desoxygalactoson (3-DGal), MGO und Glyoxal (GO) sowie das Zuckerabbauprodukt 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) als ein wichtiger Indikator für Erhitzungsprozesse in Lebensmitteln wurden in 173 Lebensmittelproben mittels einer optimierten RP-HPLC-Methode mit UV-Detektion bestimmt. Darunter waren neben alkoholfreien und alkoholischen Getränken auch süße Aufstriche, Brot- und Backwaren. In allen untersuchten Lebensmittelproben war 3 DG die quantitativ bedeutendste 1,2 Dicarbonylverbindung. Hohe 3-DG-Gehalte wurden in Bonbons, Honig und süßen Aufstrichen (Mediane: 165–626 mg/kg) und in Essig (Aceto balsamico bis 2622 mg/L) analysiert. Lebensmittel wie Fruchtsäfte, Bier, Brot- und Backwaren wiesen geringere 3 DG-Gehalte auf (Median: 27–129 mg/L bzw. mg/kg). In allen untersuchten Lebensmitteln lagen die Gehalte des 3-DG höher als die des HMF. 3-DGal konnte erstmals in nahezu allen Lebensmittel detektiert werden, mit einem Maximalwert von 162 mg/L in Aceto balsamico. In dieser Probe wurde auch ein hoher MGO-Gehalt (53 mg/L) gemessen. GO kommt in etwa gleichen Konzentrationsbereichen wie MGO vor. Generell lagen die Gehalte für 3-DGal höher als die für MGO. Eine Ausnahme stellt der untersuchte Manuka-Honig dar (463 mg MGO/kg). 1b Auf Basis der quantitativen Daten wurden Gehalte von 1,2-Dicarbonylverbindungen in verzehrüblichen Portionsgrößen verschiedener Lebensmittel berechnet und eine tägliche alimentäre Aufnahme von 20–160 mg (0,1–1,0 mmol) 3-DG und 5–20 mg (0,1–0,3 mmol) MGO abgeschätzt. 2a Der metabolische Transit von 3-DG und MGO wurde jeweils in einer dreitägigen Ernährungsstudie untersucht. Während der 3 Tage hatten die Probanden eine Dicarbonyl- und MRP-freie Diät (Rohkosternährung) einzuhalten. Am Morgen des zweiten Tages erhielten die Probanden eine definierte Menge 3-DG bzw. MGO (je 500 µmol), enthalten in Waldhonig bzw. Manuka-Honig. In den 24 h Urinproben der 3-DG-Interventionsstudie wurde 3-DG und dessen Metabolit 3-Desoxyfructose (3-DF) analysiert, außerdem Pyrralin und 3 DG-Hydroimidazolon (3-DG-H) als 3-DG-spezifisches MRP. In den 24 h Urinproben der MGO-Interventionsstudie wurde MGO und dessen Metabolit D-Lactat analysiert, außerdem MGO-Hydroimidazolon 1 (MG-H1) als charakteristisches MRP des MGO. Alle Verbindungen waren in den Urinproben nachweisbar. 2b Am ersten Tag der 3-DG-Interventionsstudie betrug der Median der renalen 3-DG- und 3 DF-Exkretion aller 9 Probanden 4,6 bzw. 77 µmol/d. Am Tag der definierten 3-DG-Aufnahme (Tag 2) stieg der Median der renalen 3-DG- und 3-DF-Exkretion signifikant auf 7,5 bzw. 147 µmol/d an. An Tag 3 unterschieden sich die täglichen renalen Ausscheidungen von 3-DG und 3-DF nicht signifikant von denen an Tag 1 (P > 0,05). Der Median der renalen Wiederfindung des an Tag 2 alimentär aufgenommenen 3-DG wurde mit 14 % abgeschätzt (Spannweite: 6–25 %). Der Median der renalen Exkretion von Pyrralin und 3-DG-H sank im Verlauf der dreitägigen Studie von 2,5 bzw. 1,0 auf 1,2 µmol/d bzw. 0,5 µmol/d. Diese Ergebnisse deuten erstmalig darauf hin, dass 3-DG aus der Nahrung resorbiert, resorbiertes 3 DG zu 3-DF metabolisiert und resorbiertes 3-DG hauptsächlich als 3-DF renal eliminiert wird. Die Exkretion der untersuchten MRP erwies sich in dieser Studie als nicht abhängig von der alimentären Aufnahme des 3 DG. 2c Die renale MGO- sowie D-Lactat-Ausscheidung wies keinen Zusammenhang mit der oralen Aufnahme einer hohen MGO-Menge auf. An allen 3 Tagen der MGO-Interventionsstudie lag die renale MGO-Exkretion aller 4 Probanden zwischen 0,11 und 0,30 µmol/d und die D-Lactat-Ausscheidung zwischen 52 und 224 µmol/d. Der Median der renalen MG-H1-Ausscheidung sank im Verlauf der dreitägigen Studie von 3,8 auf 1,2 µmol/d an Tag 3. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass keine Resorption des MGO in die Zirkulation erfolgte. 3a Zur Beurteilung der Stabilität von 3-DG und MGO während der gastrointestinalen Verdauung wurde ein zweistufiges System von Hellwig et al. (2013b) adaptiert, bestehend aus einer zweistündigen „Magenstufe“ (Pepsin, pH = 2) und einer sechsstündigen „Darmstufe“ (Pankreatin/Trypsin, pH = 7,5). Für die Verdauungssimulation wurden jeweils wässrige 3 DG- und MGO-Standardlösungen mit Konzentrationen im lebensmittelrelevanten Bereich eingesetzt. Weiterhin wurde die simulierte Verdauung in Anwesenheit von Casein als Modellprotein, durchgeführt. 3b Nach achtstündiger simulierter Verdauung war im Verdauungsansatz noch 70 ± 10 % der initialen 3-DG-Menge bestimmbar. Die Anwesenheit des Caseins zeigte keinen Effekt auf die 3-DG-Konzentration. Damit dürfte nach gastrointestinaler Verdauung ein Großteil des alimentär aufgenommenen 3-DG zur Resorption zur Verfügung stehen. 3c Im Gegensatz zum 3-DG sank die MGO-Konzentration im Verlauf der achtstündigen simulierten Verdauung auf 15 ± 4 % der Ausgangskonzentration. In Anwesenheit von Casein verstärkte sich die Abnahme der MGO-Konzentration auf 9 ± 1 %. Es konnte gezeigt werden, dass die Abnahme der MGO-Konzentration auf Reaktionen mit den in den Verdauungsansätzen enthaltenen Enzymen und Proteinen zurückzuführen ist. MGO wird damit nach gastrointestinaler Verdauung nur noch in begrenztem Maße zur Resorption zur Verfügung. Die in der vorliegenden Arbeit gewonnenen Resultate lassen den Schluss zu, dass die biologische Verfügbarkeit alimentärer 1,2-Dicarbonylverbindungen gering (3-DG) bis vernachlässigbar (MGO) ist und selbst stark erhitzte Lebensmittel damit keinen maßgeblichen Beitrag zum „Gesamtpool“ an Dicarbonylverbindungen in vivo und den damit möglicherweise einhergehenden physiologischen Konsequenzen leisten.