Z. Lebensm. Unters. Forsch. 169, 357 358 (1979) Zeitschrift fur

Lebensmittel- Untersuchung

und-Forschung @ J. F. Bergmann-Verlag 1979

Uber die Reaktion zwischen Kohlenhydraten und Aminosiiuren

Gtinter Lehmann und Hans-Dietmar Zinsmeister

Fachbereich 15, Analytische und Biologische Chemie und Fachbereich 16, Biologie, FR Botanik der Universitfit des Saarlandes, D-6600 Saarbrficken, Bundesrepublik Deutschland

On the Reaction Between Carbohydrates and Amino Acids

Summary. It could be shown, that hydrocyanic acid is formed from carbohydrates and amino acids in the pre- sence of oxygen. Hydrocyanic acid was demonstrated by the Prussian blue test and a polymethin colour reac- tion.

Zusammenfassnng. Es konnte gezeigt werden, dab aus Kohlenhydraten und Aminosfiuren in Gegenwart von Luftsauerstoff Cyanwasserstoff gebildet wird. Der Nachweis von Blaus~iure erfolgte mit Hilfe der Berli- ner-Blau-Reaktion und einer Polymethinfarbstoffme- thode.

Im Verlaufe von Untersuchungen fiber den Blausfiure- gehalt in Caryopsen [1] verschiedener Getreidearten wurde festgestellt, dab bei der Nitrilosidspaltung je nach Hydrolyseart aus dem gleichen Material unter- schiedliche Mengen an Cyanwasserstoff feststellbar waren. Es lieB sich auch bei solchem Material, aus dem mit dem Aerationsverfahren (kombinierte Sfiure-En- zymhydrolyse) modifiziert nach Seifert [2] bereits Cyanwasserstoff abgespalten wurde, bei anschliel3ener weiterer S/iurebehandlung eine zus/itzliche Abspaltung von Blaus~ure nachweisen. Eine fihnliche Nachbildung von Blausfiure aus einem Homogenisat von Kirsch- bl/ittern beobachtete auch Nahrstedt [3].

Wir vermuteten, dab eventuell unter den ange- wandten Bedingungen Cyanwasserstoff aus dem Ei- wei6 bzw. den Aminosfiuren oder anderen stickstoff- haltigen Inhaltsstoffen der Pflanze entstehen k6nnte und untersuchten deshalb diese Fragestellung anhand verschiedener Modellsubstanzen. Rosenthaler [4] wies bereits 1932 darauf hin, dab es bei der Destillation yon Pflanzenmaterial durch starke Oberhitzung zur Bil-

dung von Blausfiure kommen kann und Dakin [5] be- richtet fiber die Entstehung yon Blaus~iure durch Oxy- dation von Aminosfiuren mit p-Toluolsulfochloramid. Mitchell u. Hamilton [6] erwfihnen die Oxydation von Glycin durch Chloramin zu HCN. Gewitz et al [7, 8] fanden erh6hte Blausfiuregehalte in Chlorella-extrak- ten und Granapr/iparationen yon Tetragonia expansa nach Zugabe verschiedener Aminosfiuren. Diese Be- richte fiber die Bildung von Cyanwasserstoff aus Ami- nosfiuren gestatten jedoch keine Erklfirung der oben geschilderten Befunde.

Bildung von Blausiiure

Zunfichst wurde eine Reihe yon Aminosfiuren den glei- chen Bedingungen wie das Pflanzenmaterial bei der analytischen Bestimmung der Blausfiure unterworfen, ohne da6 dabei die Bildung yon Cyanwasserstoffzu be- obachten war. Demnach mug der Aminos/iurestick- stoff durch eine andere Reaktion in Cyanwasserstoff fibergeffihrt werden. Nach Wiederholung des Versuchs unter Zusatz von Benzaldehyd, der ja Bestandteil yon Nitrilosiden ist, bildete sich beim Erw~rmen (40-80 °C) der beiden Substanzen in Pufferl6sung (pH 5,4) in Ce- genwart yon Luftsauerstoff Blausfiure. Es gelang damit erstmalig der Nachweis, dab sich unter oxydativen Be- dingungen beim Erwfirmen yon Aminosfiuren mit ei- nero Aldehyd in wfigriger L6sung Cyanwasserstoff in geringer Menge zu bilden vermag. Diese ist yon der Einwirkungszeit, Temperatur und Luftzufuhr abhfin- gig. Entscheidend ffir die Entstehung der Blausfiure dfirfte wohl die Anwesenheit einer Aldehydgruppe beim Reaktionspartner sein. Als erstes Reaktionspro- dukt wfire dann eine Schiff'sche Base zu erwarten, aus der fiber noch aufzukl~rende Zwischenstufen letztlich Blausfiure entsteht. Die vermutete Bildung einer Schiff- 'schen Base ist berechtigt, da Heyns [9] in seiner Arbeit fiber die chemischen Grundlagen der Maillard-Reakti- on darauf hinweist, dab Aminosfiuren sich gegenfiber

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Aldehyden im Verlaufe der Brfiunungsreaktion genau wie Amine verhalten.

Da Schiff 'sche Basen im ersten Stadium der Mail- lard-Reakt ion ebenso aus M o n o - und Disacchariden gebildet werden, setzten wir als A ldehydkomponen ten auch verschiedene solcher Saccharide ein und erhielten unter gleichen Bedingungen ebenfalls Blaus/iure. Die Bildung von Cyanwassers toff aus Kohlenhydra ten und AminosSmren erfolgte ebenfalls nur unter oxydativen Bedingungen; beim Ersatz des Luftsauerstoffes durch Stickstoff blieb sie aus. Eine Ents tehung von Blaus/iure in Gegenwar t yon Luftsauers toff erfolgt nicht, wenn Ant ioxydant ien (BHT, BHA, Tocopherol ) zugegen sind. Der Cyanwassers toff wurde stets mit Hilfe der Berl iner-Blau-Methode nach Seifert [2] und nach der von Nahrs tedt [10] verbesserten Polymethinfarbstoff- methode von Aldridge nachgewiesen und quanti tat iv bestimmt.

Bei Durchsicht der Literatur fiber den Reaktions- ablauf der nichtenzymatischen Br/iunung (Maillard- Reakt ion) ffillt auf, dab zwar fiber eine oxydative Desa- minierung von Aminos/ iuren mit c~-Dicarbonylverbin- dungen bzw. fiber einen ,,Stickstoffverlust" berichtet wird; fiber das weitere Schicksal des Stickstoffs finden sich jedoch keine nfiheren Angaben [11, 13].

Das festgestellte V o r k o m m e n von blausfiurehalti- gen Substanzen in vielen Lebensmitteln [1, 12], die Ent- stehung von Blausfiure aus Kohlenhydra ten und Ami- nosfiuren und die bereits 1953 von Hodge [13] geforder- te Uberprf i fung aller diskutierten Glucose-Aminosgu- ren-Verbindungen geben uns Anlag zur Fortf f ihrung dieser Arbeit. fQber den unterschiedlichen Reaktions- ablauf der Blausfiurebildung aus Kohlenhydra ten , Aminosfiuren und anderen Lebensmittelinhaltsstoffen unter verschiedenen Bedingungen, sowie fiber die dar- aus zu ziehenden Schlul3folgerungen ffir die Ernfih- rungsphysiologie, Lebensmittelchemie und Toxikolo- gie wird in einer umfassenden experimentellen Arbeit in absehbarer Zeit berichtet werden.

Den Herren Prof. Dr. Dr. K. Lang, Bad Krozingen, Prof. Dr. M6hler, Weihenstephan und Prof. Dr. Neunhoeffer, Homburg/Saar danken wir ffir aufschluBreiche Diskussionen, Frau Stud.-Ref. G. Penth ffir die Anfertigung der Analysen und dem Fonds der Chemi- schen Industrie ffir die gewfihrte Untersttitzung.

Literatur

1. Lehmann, G., Zinsmeister, H.D., Erb, N., Neunhoeffer, O.: l~ber den Blausfiuregehalt yon Getreide und Getreideprodukten. Z. ErnS, hrungswiss. 18, 16 (1979)

2. Seifert, P.: Blaasgureverbindungen. In: Moderne Methoden der Pflanzenanalyse. Bd.4. Peach, K., Tracey, M.V. (Hrsg.) Berlin 1955

3. Nahrstedt, A.: Die cyanogenen Glycoside von Prunus avium L. und ihre Verteilung wfihrend der Vegetationsperiode. Diss. Frei- burg 1971

4. Rosenthaler, L.: Blausgureglycoside. In: Handbuch der Pflan- zenanalyse. Bd. III/2. Klein, G. (Hrsg.) Wien 1932

5. Dakin, H.D.: Oxidation to Cyanids. Biochem. J. 10, 319 (1916) 6. Mitchell, H.H., Hamilton, T.S.: The biochemistry of the amino

acids. New York: The Chemical Catalog Company 1929 7. Gewitz, H.-S., Pistorius, E.K., Voss, H., Vennesland, B.:

Cyanide formation in preparations from Chlorella and New Zea- land spinach leaves: Effect of added amino acids. Planta (Berl.) 131, 149 (1976)

8. Pistorius, E.K., Gewitz, H.-S., Voss, H., Vennesland, B.: Cyanide formation from histidine in chlorella. A general reaction of aromatic amino acids catalyzed by amino acid oxidase sys- tems. Biochim. et Biophys. Acta 481,384 (1977)

9. Heyns, K., Paulsen, H.: fiber die chemischen Grundlagen der Maillard-Reaktion in Ver/inderungen der Nahrung durch indu- strielle und haushaltsmfigige Verarbeitung; Bd. 5 der wissen- schaftlichen Ver6ffentlichungen der Deutschen Gesellschaft fiir Ernfihrung, Darmstadt 1960

10. Nahrstedt, A.: Ersatz carcinogener und allergener Amine in der Cyanidbestimmung nach Aldridge, Deut. Apotheker Z. 117, 1357 (1977)

11. BaRes, W.: Nichtenzymatische Verfinderungen bei der Be- und Verarbeitung von Lebensmitteln. Ernfihrungs-Umschau 20, 35 (1973)

12. Lehmann, G., Zinsmeister, H.D.: Unver6ffentlichte Versuche 13. Hodge, J.E., Mills, F.D., Fisher, B.E.: Compounds of browned

flavour derived from sugar-amine reactions. Cereal Sci. Today 17, 34 (1972)

Eingegangenen am 18. Juni 1979