Untersuchungen zur Enantiomerisierung von Aminosäuren mittels chromatographischer Methoden

Abstract

In vielen Lebensmitteln die reich an reduzierenden Zuckern und freien Aminosäuren (AS) sind, konnten Fructose-Aminosäuren (Amadori-Verbindungen, AV) nachgewiesen werden. Letztere Verbindungen sind die ersten relativ stabilen Zwischenprodukte der Maillard-Reaktion (MR). Die Anwesenheit von D-AS, den optischen Antipoden der L-AS, in vielen Lebensmitteln ist bekannt. Basierend auf diesen Befunden wurden chromatographische Methoden zur Trennung von D- und L-AS mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) und zur Bestimmung von AV mittels Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie und Elektrosprayionisierungs- Massenspektrometrie (HPLC-ESI-MS) entwickelt.Zur Methodenentwicklung war es erforderlich synthetische Fructose-AS als Standardmaterialien zu synthetisieren und mittels MS und magnetischer Kernresonanz (NMR)-Spektroskopie zu charakterisieren. Im Einzelnen wurden im Handel erhältliche Röstkaffees auf ihre Gehalte an D-AS mittels GC-MS analysiert. In allen Produkten konnten unterschiedliche Gehalte an verschiedenen D-AS detektiert werden. Weiterhin wurde in allen untersuchten Bienenhonigen das Vorkommen von D-AS festgestellt und das Vorkommen von Fructose-Alanin und Fructose-Phenylalanin durch ESI-MS in den meisten Bienenhonigproben nachgewiesen.Nach Zugabe nichtproteinogener L-AS zu Honigen und nachfolgendem Erhitzen wurden die korrespondierenden D-AS gefunden und auch die daraus gebildeten AV. Anhand der Ergebnisse wird ein Racemisierungsmechanismus vorgeschlagen, der die Bildung von D-AS durch Racemisierung und Abbau der in Lebensmitteln enthaltenen AV erklären könnte.Zusätzlich wurden mit synthetischen homo-Aib Hepta- und Dekapeptiden (Aib = nichtproteinogene alpha-Aminoisobuttersäure) und nativen Aib-haltigen Peptiden (Acronym Peptaibole ) Modellversuche zur Spaltung der Peptidbindungen mittels wasserfreier Trifluoressigsäure durchgeführt. Diese Ergebnisse führten zur Formulierung eines möglichen, repetitiven Spaltungsmechanismus über die Bildung von Oxazolidinonen, der auch zur Erklärung der Epimerisierung von AS in proteinhaltigen Lebensmitteln, die mit starken Säuren behandelt wurden, dienen könnte. As a result of the Maillard reaction (MR) fructose-amino acids (Amadori compounds, ACs) are detectable in foodstuffs which are rich in reducing sugars and free amino acids (AAs). ACs represent the first relatively stable intermediates of the MR. The occurrence of D-AAs, the optical antipodes of the common L-AAs, in many foodstuffs was also confirmed. Based on these findings methods for the gas-chromatographic mass-spectrometric (GC-MS) separation of D- and L-AAs and for the determination of ACs using high-performance liquid chromatography (HPLC) combined with electrospray-ionization mass-spectrometry (ESI-MS) were developed. In order to develop suitable separation methods, selected ACs were synthesized as standard compounds and characterized by ESI-MS and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. In detail, the amounts of D-AAs were analyzed in commercially available roasted coffee products by GC-MS. In all products varying amounts of D-AAs were detected. Furthermore, various D-AAs could be detected in all honey samples analyzed, and the presence of fructose-Ala and fructose-Phe was recognized in most of the honey samples.The addition of non-protein L-AAs to honeys and subsequent heating led to the formation of the corresponding free D-AAs as well as ACs. From this data, a tentative racemization mechanism is proposed in order to explain the formation of D-AAs as results of the racemization and degradation of ACs. In addition, trifluoroacetolytic scission of synthetic homo-Aib hepta- and decapeptides (Aib = non-protein alpha-aminoisobutyric acid) and native Aib-containing peptides (acronym peptaibols ) was investigated by HPLC-ESI-MS. Based on this data, a repetitive cleavage mechanism via oxazolidinones is proposed which might also explain the epimerization of AAs in proteinaceous foodstuffs treated with strong acids.