Characteristics of Maillard's reaction products obtained from ribose and lysine and their cadmium(II) chelating affinity

• Autorzy: Zbigniew Krejpcio , David D. Kitts

Warianty tytułu

Charakterystyka produktów reakcji Maillarda otrzymanych z rybozy i lizyny oraz ich zdolności do chelatowania jonów kadmu(II)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Concerning the quality and safety of foods containing ribose and lysine, and the possibility of formation of MRPs in food matrix during the thermal processes, it is interesting to study the properties of these browning compounds, including the chemical composition, as well as other nutritional and toxicological aspects. The aim of this study was to evaluate the effect of reaction conditions (initial pH, water activity, reaction time and temperature) on the formation of model Ribose-Lysine Maillard reaction products (MRPs), elementary composition and cadmium ions binding affinity. MRP s were produced by heating 0.8 M Ribose with 0.8 M Lysine in a model system using eleven combinations of experimental parameters (initial pH, water activity, reaction time and oven temperature). The efficiency of browning reaction was assessed by measuring the yield of non-dialysable MRPs which depended on the reaction conditions. The maximum browning occurred in experiments which characterized a combination of high reaction temperature and long reaction time. The MRPs mixtures of the highest yields featured the highest carbon to oxygen ratio in the empirical formulae. All selected non-dialysable MRPs mixtures possessed variable Cd+2 binding properties determined by the number of binding sites and the chemical structure of melanoidins. The question whether Cd-melanoidin chelates are formed in food systems and/ or in the human digestive tract and whether they are able to affect Cd uptake requires further investigation.(original abstract)

Ze względu na bezpieczeństwo żywności zawierającej rybozę i lizynę oraz zdolność tworzenia MRPs podczas procesów termicznych, interesującym wydaje się badanie właściwości tych związków, w tym pod kątem ich składu chemicznego, wartości odżywczej oraz toksyczności. Celem badań było określenie wpływu warunków reakcji (początkowe: pH, aktywność wodna, czas reakcji i temperatura pieca) na tworzenie produktów reakcji Maillarda (MPRs) otrzymanych z rybozy i lizyny, ich skład pierwiastkowy oraz zdolność do chelatowania jonów Cd+2. MPRs otrzymano na drodze ogrzewania 0.8 mola rybozy i 0.8 mola lizyny w modelowym układzie doświadczalnym 11 kombinacji parametrów początkowych reakcji (pH, aktywność wodna, czas reakcji, temperatura pieca). Wydajność reakcji brązowienia określono na podstawie ilości powstałych produktów MPRs nie podlegających dializie, która zależała od warunków reakcji. Najwyższa wydajność tworzenia MPRs wystąpiła w doświadczeniach, w których zastosowano kombinację wysokich temperatur i długiego czasu reakcji. Mieszaniny MPRs otrzymane z najwyższą wydajnością charakteryzowały się najwyższym stosunkiem C:O we wzorze empirycznym. Wszystkie wybrane mieszaniny MRPs posiadały zróżnicowane zdolności chelatowania jonów Cd+2 uzależnione od liczny centrów aktywnych oraz struktury chemicznej melanoidyn. Kwestia możliwości tworzenia chalatów MRPs z jonami Cd+2 w matrycy żywności i/lub w przewodzie pokarmowym człowieka oraz ich wpływ na wchłanianie Cd wymaga dalszych badań. (abstrakt oryginalny)

Słowa kluczowe

EN

Commodity science; Food commodities; Chemical kinetics; Trace elements; Food research

PL

Towaroznawstwo; Towaroznawstwo żywności; Kinetyka chemiczna; Pierwiastki śladowe; Badanie żywności

• Czasopismo: Towaroznawcze Problemy Jakości
• Rocznik: 2007
• Numer: nr 3
• Strony: 45--53

Twórcy

autor

Zbigniew Krejpcio

autor

David D. Kitts

Bibliografia

• [1] Powrie W.D., Wu C.H, Molund V.P. (1986) Browning reaction systems as sources of mutagens and antimutagens. Environ. Health Perspect., 67, 47-54.
• [2] Cammerer B., Kroh L.W. (1995) Investigation of the influence of reaction conditions on the elementary composition of melanoidins. Food Chem., 53, 55-59.
• [3] Gow-Chin Y., Lii Jen D. (1992) Influence of reaction conditions on the antimutagenic effect of Maillard reaction products derived from xylose and lysine. J. Agric. Food Chem., 40, 1034-1037.
• [4] Mundt S., Wedzicha B.L. (2003) A kinetic model for the glucose-fructose-glycine browning reaction. J Agric Food Chem., 51, 12, 3651-3655.
• [5] O'Brien J., Morrisey P.A, Flynn A. (1986) The effect of Maillard reaction products on mineral homeostasis in the rat. In Proc.Euro-Food Tox. II, Zurich, Switzerland, pp 214-221.
• [6] Homma S., Aida K., Fujimaki M. (1986) Chelation of metal with brown pigments in coffee. In Amino-carbonyl reactions in food and biological systems. Fujimaki M., Namiki M., Kato H. (Eds.). Elsevier, Amsterdam, Netherlands, p. 165.
• [7] Rendelman J.A. Jr. (1987) Complexation of calcium by melanoidin and its role in determining bioavaliability. J. Food Sci., 52, 6, 1699-1705.
• [8] Rendelman J.A.Jr., Inglett G.E. (1990) The influence of Cu2+ in the Maillard reaction. Carbohydrate Res., 201, 327-333.
• [9] Stefanova ID, Argirova MD, Krustev AD. (2007) Influence of model melanoidins on calcium-dependent transport mechanisms in smooth muscle tissue. Mol. Nutr. Food Res., 51,4,468-472.
• [10] Furniss D., Vuichould J., Finot P.A., Hurrell R.F. (1989) The effect of Maillard reaction products on zinc metabolism in the rat. Br. J. Nutr., 62, 739-749.
• [11] Johnson P.E., Ykken G., Mahalko J., Milane D., Inman L., Sandstead H.H. (1983) The effect of browned and unbrowned corn products on absorption of zinc, iron, and copper in humans. In ASC, Symp. Series, 215, Washington, D.C., pp 3349-3360.
• [12] Kitts D.D., Wu C.H., Stich H.F., Powerie D. (1993) Effect of glucose-lysine Maillard reaction products on bacterial and mammalian cell mutagenesis. J. Agric. Food Chem., 41,2353-2358.
• [13] Dou J., Toma S., Nakai S. (1993) Random-Centroid optimization for food formulations. Food Res. Int., 26, 27-37.
• [14] Labuza T.P., Baisier W.M. (1992) The kinetics of nonenzymatic browning. In Physical chemistry of foods. Schwartzberg H.G., Hertel R. and Dekker M., Inc. New York, pp. 595-647.
• [15] Labuza T.P., Saltmarch M. (1981) Kinetics of browning and quality loss in whey powders during steady state and non-steady state storage conditions. J. Food Sci., 47, 92-96.
• [16] Benzie-Purdie L., Ripmeester J.A. (1987) Maillard reaction: investigation of the chemical structure of melanoidins synthesized from D-xylose/glucine using 13-C and 15-N specifically labeled reactants. J. Carbohydr. Chem., 6, 87-104.
• [17] Rendelman J.A.Jr. (1986) Carbohydrate-mineral complexes in foods. [In:] Interaction of Food Components. Birch G.G., Lindlev M.G. (Eds.) Elsevier, London-New York, pp. 63-130.
• [18] Takenaka M, Sato N, Asakawa H, Wen X, Murata M, Homma S. (2005) Characterization of a metal-chelating substance in coffee. Biosci. Biotechnol. Biochem., 69, 1, 26-30.
• [19] Hrdlicka J. (1976) Changes during thermal and hydrothermal reactions. The effect of heavy metals on the course of nonenzymatic browning. Sb. Vys. Sk. Chem.-Technol., Praze, Potraviny, E48, 65-70.
• [20] Marzec Z, Schlegel-Zawadzka M. (2004) Exposure to cadmium, lead and mercury in the adult population from Eastern Poland, 1990-2002. Food Addit Contaim., 21,10, 963-970.
• [21] Krejpcio Z., Olejnik D., Wójciak R.W., Gawęcki J. (1999) Zawartość ołowiu i kadmu w racjach pokarmowych dzieci i młodzieży z terenu Legnickiego Zagłębia Miedziowego, Roczniki PZH, 50, 4, 353-360.
• [22] Bertrandt J., Kłos A., Stężycka E. (1999) Zawartość ołowiu i kadmu w racjach pokarmowych stosowanych w żywieniu pilotów podczas pobytu na obozie kondycyjnym. Mat. Konf. "Jakość zdrowotna żywności i żywienia". Białystok, pp. 20-21.
• [23] Turecki T., Ewan R.C., Stahr, H.M. (1995) Effect of dietary phytic acid and cadmium on the availability of cadmium, zinc, copper, iron, and manganese to rats. Bull. Environ. Contam. Toxicol., 54, 760-767.