Die Chemie des Brotbackens: Einblicke in die komplexe Rolle der Maillard-Reaktion

Die Brotproduktion läßt sich in drei Hauptschritte unterteilen: Teigbereitung, Fermentation mit Hefe oder Milchsäurebakterien und den eigentlichen Backprozeß, welcher zur Ausbildung von Kruste und Krume führt und sowohl die Bräunung als auch das Aroma entscheidend beeinflußt. Daneben kommt es auch zur Bildung von toxikologisch unerwünschten Strukturen. [1]

Die Untersuchung von den in Deutschland wesentlichen Brotsorten Weizenbrot, Weizen-Mischbrot, Roggenbrot, Pumpernickel und Knäckebrot erbrachte Gehalte von 69-149 mg proteingebundene Advanced Glycation Endproducts (AGEs) je kg Brot. Quantitativ bedeutsame Lysinmodifikationen waren Carboxymethyl-, Carboxyethyl-, und Formyllysin sowie Pyrralin. Arginin wurde insbesondere durch Methylglyoxal zu verschiedenen Imidazolinonverbindungen umgesetzt. Darüber hinaus wurde der industrielle Prozess der Brötchenherstellung im Detail verfolgt. [2] Um chemische Zusammenhänge im Detail aufzudecken, wurde die AGE-Analytik umfassend erweitert. Betrachtet wurden die quantitativ oder mechanistisch relevanten Strukturen wie reduzierende Zucker, freie Aminosäuren, a-Dicarbonylverbindungen, aber auch Prozesskontaminanten wie Furfural, Hydroxymethylfurfural und Acrylamid. Als Schlüsselaromakomponente in Backwaren wurde 2-Acetylpyrrolin mit einbezogen.

Die Etablierung eines Krustenmodells erlaubte die Untersuchung unter exakt reproduzierbaren Bedingungen. Der Einfluß lebensmitteltechnologisch relevanter Backzutaten wie z.B. Röstzwiebeln, Kartoffelflocken oder Ascorbinsäure wurde in diesem Modell betrachtet.

Der Einfluß der Fermentation manifestierte sich in um 74% erhöhten Methylglyoxal-Proteinmodifikationen in Gärknäcke (fermentiert) versus Eisknäcke (unfermentiert) während sich Glyoxal-Proteinmodifikationen nicht signifikant unterschieden. Demgegenüber ist der Gehalt an Amadoriprodukten in Eisknäcke um 33% höher. Carboxymethyllysin folgt diesem Muster. Auch 2-Acetylpyrrolin zeigt im Krustenmodell einen starken Zusammenhang mit dem Hefemetabolismus, da zusätzlich zu Methylglyoxal, die nicht-proteinogene Aminosäure Ornithin Ausgangsstruktur für die Bildung ist. [3] Der Nährstoffbedarf der Hefe zeigte sich in der Verstoffwechselung von Glucose und mittelbar auch Maltose. In fermentierten Proben konnten allgemein geringere Gehalte an a-Dicarbonylverbindungen wie 3-Desoxyglucoson und 3-Desoxymaltoson als Folgeprodukte der reduzierenden Zucker gefunden werden, während diese in unfermentierten Proben akkumulierten.