Beitrag zur Chemie von α-Dicarbonylverbindungen [Alpha-Dicarbonylverbindungen] in der Maillard-Reaktion von Saccharose unter der Bildung von Melanoidinen

Während der industriellen Zuckererzeugung werden über die MAILLARD-REAKTION Zuckerfarbstoffe, Melanoidine, gebildet, die anteilig in das Zuckerkristall eingebaut werden und die Qualität des Produktes negativ beeinflussen. Untersuchungen zu Bildungswegen, beteiligten Reaktanden und Untersuchungen zur Charakteristik von Melanoidinen sind Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Nach hydrolytischer Spaltung der Saccharose werden aus D-Fructose und D-Glucose sowie einer Aminoverbindung in der frühen Phase der MAILLARD-REAKTION alpha-Dicarbonylverbindungen gebildet. In hochkonzentrierten Saccharoselösungen (65 %) sind alpha-Dicarbonylverbindungen die Schlüsselintermediate der Farbbildungsreaktion, wobei drei alpha-Dicarbonyle spezifisch für Saccharoselösungen nachgewiesen werden konnten. Dabei handelt es sich um 3-Desoxyhexosulose, D-Glucoson und Methylglyoxal. Für die typischen Reaktionsbedingungen der Zuckererzeugung konnten temperatur- und pH-Wert-abhängige Bildungswege der drei spezifischen alpha-Dicarbonylverbindungen aufgezeigt werden. Danach wird 3-Desoxyhexosulose bevorzugt bei Temperaturen >; 110 °C und D-Glucoson bei Temperaturen <; 100 °C gebildet. Methylglyoxal folgt dagegen vergleichsweise unabhängig von der Temperatur stärker einem pH-Wert-abhängigen Bildungsweg, der unter alkalischen Bedingungen begünstigt ist. Erstmals wird über die Ermittlung der Molekülgrößenverteilung von Melanoidinen eine direkte Korrelation zwischen den Folgereaktionen von alpha-Dicarbonylverbindungen und der Melanoidinbildung nachgewiesen. In Abhängigkeit der beteiligten alpha-Dicarbonylverbindungen werden diskrete Molekülgrößendomänen gebildet. So wird ausgehend von Methylglyoxal eine hochmolekulare, von 3-Desoxyhexosulose und D-Glucoson bevorzugt eine niedermolekulare Melanoidindomäne gebildet, wobei die hochmolekulare Melanoidindomäne eine intensivere Färbung als die niedermolekulare aufweist. Mit diesen Erkenntnissen kann der Bildungsmechanismus von kohlenhydrat-basierten Melanoidinen über eineAldolkondensation von alpha-Dicarbonylen bestätigt werden.