Einfluss der Struktur phenolischer Verbindungen auf die Polymerisation und kovalente Modifikation tryptischer β-Lactoglobulin-Peptide

Abstract

Phenolische Verbindungen (PV) sind aufgrund ihrer antioxidativen und antimikrobiellen Eigenschaften zunehmend zur Funktionalisierung von Proteinen von Interesse. Dies erfolgt in der Regel durch kovalente Modifikation. Unter alkalischen Bedingungen können bei der Inkubation von Proteinen mit PV jedoch verschiedene Reaktionen parallel ablaufen, darunter insbesondere die Bildung kovalenter PV-Protein-Addukte sowie die Polymerisation der PV untereinander. Welche Reaktionsprodukte bevorzugt gebildet werden, ist jedoch unklar. Da PV durch ihre Vielfältigkeit an Substituenten unterschiedlich reaktiv sein können und auch zusätzlich nicht-kovalente Wechselwirkungen ausbilden können, ist es wahrscheinlich, dass die chemische Struktur der PV die Bildung spezifischer Reaktionsprodukte maßgeblich beeinflusst.

Daher war es das Ziel dieser Studie, die Adduktbildung von PV mit β-Lactoglobulin (β-Lg)-Peptiden sowie das Polymerisationsverhalten strukturell unterschiedlicher PV unter oxidativen alkalischen Bedingungen (pH 9) systematisch zu untersuchen. Fünf ausgewählte PV (Kaffeesäure, Rosmarinsäure, Chlorogensäure, p-Cumarsäure und Phlorizin) wurden hinsichtlich ihrer Fähigkeit zur Oxidation zu Chinonen, ihrer Neigung zur Reaktion mit den Peptiden sowie ihres Polymerisationspotenzials miteinander verglichen. Die Analyse der Reaktionsprodukte erfolgte mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie mit Diode-Array-Detektion (HPLC-DAD) sowie hochauflösender Massenspektrometrie (HRMS).

Die Ergebnisse zeigen, dass alle untersuchten PV unter den gewählten Bedingungen kovalente Addukte mit Peptiden bilden, wobei dihydroxylierte PV mit ortho-Substitution (insbesondere Kaffeesäure, Rosmarinsäure, Chlorogensäure) eine deutlich höhere Reaktivität zeigten als monohydroxylierte Verbindungen. Auffällig war, dass trotz geringer Reaktivität auch monohydroxylierte PV kovalente Addukte gebildet haben. Die Polymerisationsneigung der PV untereinander variierte in Abhängigkeit von der Struktur und wurde durch Substituenten wie Carbonsäure- oder Zuckerreste beeinflusst. So hemmte beispielsweise die polare Struktur der Chlorogensäure trotz reaktiver ortho-Hydroxylierung die Ausbildung von Polymerisationsprodukten. Die Adduktbildung mit den β-Lg-Peptiden zeigte ebenfalls eine strukturelle Abhängigkeit: Polare PV reagierten bevorzugt mit polaren Peptiden, während weniger polare PV vermehrt mit hydrophoben Peptiden reagierten. Dies deutet darauf hin, dass den kovalenten Bindungen nicht-kovalente Wechselwirkungen vorausgingen.

Die Ergebnisse liefern neue Einblicke über das Zusammenspiel zwischen der Bildung kovalenter PV-Protein-Addukte und der parallel ablaufenden Polymerisation von PV unter oxidativen Bedingungen. Für eine gezielte Anwendung in proteinreichen Lebensmittelsystemen ist jedoch eine weiterführende Aufklärung der Reaktionskinetik unerlässlich, um Modifikationsprozesse präzise steuern zu können.