Quantifizierung von Glucosinolat-Abbauprodukten in verarbeiteten Lebensmitteln und humanen Matrizes

Abstract

Glucosinolate (GSL) und ihre bioaktiven Abbauprodukte stellen ein breites Forschungsfeld dar. Die hauptsächlichen Abbauprodukte sind Isothiocyanate (ITC) und Nitrile. Vor allem die ITC und ihre Wirkungen auf Target-Moleküle stehen im Mittelpunkt der Forschung. Zu einem umfassenden Verständnis für ihre Wirkweise im Organismus gehört auch, die Einflussfaktoren der Bildung und Bioverfügbarkeit von ITC und Nitrilen zu kennen sowie deren Wege zu potentiellen Wirkorten oder ihrer Ausscheidung aufzudecken. Die vorliegende Arbeit soll eine analytische Herangehensweise entwickeln, um dieser Fragestellung nachgehen zu können. Daher wurde eine GC-MS Methode zur Quantifizierung der Abbauprodukte teilvalidiert und um die Gruppe der Epithionitrile erweitert. Zur Analyse komplexerer Proben wurde eine geeignete Probenaufarbeitung für verschiedene humane Matrizes (Atemluft, Urin und Blutplasma) entwickelt und die GSL mittels ESI-LC-MS/MS und ihre Abbauprodukte aus den Matrizes Pflanzenmaterial, Fermentationsflüssigkeit, Blutplasma, Urin und Atemluft mittels GC-MS bzw. letztere mittels SBSE-TD-GC-MS/MS analysiert. Die Untersuchungen des Pflanzenmaterials und seiner Fermentationsflüssigkeit diente der Fragestellung, ob und wie die Bildung von GSL-Abbauprodukten oder Folgeprodukten von der Verarbeitung durch Fermentation beeinflusst wird. Letztere humane Matrizes wurden im Rahmen einer Interventionsstudie beprobt. Ziel dieser Studie war es, einen Überblick über die verschiedenen Metabolisierungswege von Benzyl-ITC und Phenylacetonitril im humanen Organismus nach dem Verzehr von stark und gering prozessierter Kapuzinerkresse zu erhalten. Hierfür wurde eine analytische Vorgehensweise entwickelt, um auch die Atemluft zu analysieren. So sollten ihre Bioverfügbarkeit und Reaktionsweise im humanen Organismus besser verstanden werden. Nach erfolgreicher Teilvalidierung und Erweiterung der GC-MS-Methode, wurden die vier Kreuzblütler (Brassicaceae) Rotkohl, Brokkoli, Spitzkohl und Chinakohl in einem Fermentationsexperiment prozessbegleitend auf GSL und ihre Abbau- und Reaktionsprodukte analysiert. Die durch Hydrolyse der GSL gebildeten ITC erreichten zu Beginn die höchsten Konzentrationen und nahmen im Verlauf der Fermentation größtenteils ab. Daneben wurde der Übergang der GSL bzw. der daraus resultierenden Abbauprodukte aus dem Pflanzenmaterial in die umgebende Flüssigkeit gezeigt. Es wurde ein Zusammenhang zwischen dem Gehalt an Glucobrassicin und dem Gehalt des, aus 3 Hydroxymethylindol (Abbauprodukt von Glucobrassicin) und Ascorbinsäure gebildeten, Ascorbigen A in rohem Kohl festgestellt. Je höher die Glucobrassicin-Gehalte in den rohen Brassicaceae waren, desto höher waren die Ascorbigen-Gehalte im entsprechenden Pflanzenmaterial. Zusammenfassend hatte der Fermentationsprozess insgesamt keine großen Auswirkungen auf die Bildung der bioaktiven ITC. Aufgrund dessen, und um in einem komplexeren Experiment auf einfachem zu verarbeitendem Gemüse zugreifen zu können, wurde die humane Interventionsstudie mit gefriergetrockneter Kapuzinerkresse in einer Suspension mit Wasser bzw. in einem Weizenmischbrot eingebacken durchgeführt. Die Studie demonstrierte, dass neben den bereits bekannten Mercaptursäuren die Ausscheidung von nicht-konjugiertem Benzyl-ITC und Phenylacetonitril über den Urin ebenso erfolgt wie über die Atemluft. Bei letzterem wurden je nach Verzehrart und Probandin unterschiedliche Konzentrationsverläufe der Analyten beobachtet. Nach Verzehr eines mit Kapuzinerkresse angereicherten Brotes erfolgte die hauptsächliche Ausscheidung von Benzyl-ITC und Phenylacetonitril in der ersten Stunde nach dem Verzehr, mit maximalen Konzentrationen von Benzyl-ITC mit 13,04 nmol/L und von Phenylacetonitril mit 0,21 nmol/L. Ein individueller Verlauf der Konzentrationen zeigte sich hingegen in der Gruppe, die eine Suspension aus Kapuzinerkresse und Wasser verzehrte. Maximale Konzentrationen wurden zwischen 10 min und 24 h nach dem Verzehr analysiert. Diese lagen bei Benzyl-ITC bei 5,89 nmol/L und bei Phenylacetonitril bei 15,66 nmol/L. Nach Betrachtung aller untersuchten Ausscheidungswege, konnten die Beobachtungen bisheriger Studien bestätigt werden, dass die dominante Ausscheidung von ITCs über den Urin erfolgt und die Ausscheidung über die Atemluft nur eine untergeordnete Rolle spielt.