Freie Radikale sind an vielen, meist schädlichen biologischen und chemischen Prozessen beteiligt. Im Zuge dieser Diplomarbeit soll untersucht werden, in wie weit freie Radikale, die durch Lebensmittel aufgenommen werden, eine zusätzliche exogene Belastung zu den natürlich vorkommenden freien Radikalen darstellen. Wobei ein freies Radikal als jede chemische Spezies definiert werden kann, die über ein oder mehrere ungepaarte Elektronen in den äußeren Orbitalen verfügt.
Es soll ein möglichst breites Spektrum verschiedenster Lebensmittel untersucht werden, wobei der Schwerpunkt bei thermisch behandelten Lebensmitteln liegen soll.
Inhaltsverzeichnis
1. EINLEITUNG
1.1. ARTEN VON FREIEN RADIKALEN
1.1.1. Triplett-Sauerstoff und Singulett-Sauerstoff
1.1.2. Superoxid Radikal
1.1.3. Hydroperoxyl Radikal
1.1.4. Wasserstoffperoxid
1.1.5. Hydroxylradikal
1.1.6. organische freie Radikale
1.2. BIOLOGISCHE KONSEQUENZEN VON FREIEN RADIKALEN
1.2.1. Lipidperoxidation
1.2.2. Krankheiten
1.2.2.1. Immunantwort
1.2.2.2. Atherosklerose
1.2.2.3. Rheumatische Arthritis
1.2.2.4. Krebs
1.2.3. Alterungsprozess
1.2.4. Zigarettenrauch
1.2.5. Freie Radikale und Strahlenkonservierung
1.2.6. Antioxidantien
2. PROBLEMSTELLUNG
3. METHODIK
3.1. METHANSULFINSÄUREASSAY
3.2. ELEKTRONEN SPIN RESONANZSPEKTROSKOPIE
3.3. WEITER METHODEN
3.3.1. Aromatische Hydroxylierung
3.3.2. Chemilumineszenz
3.4. PEROXIDZAHL
4. MATERIAL UND REAGENTIEN
5. DURCHFÜHRUNG
5.1. METHANSULFINSÄUREASSAY
5.1.1. Prinzipielle Durchführung
5.1.1.1. Erstellung der Eichgeraden
5.1.2. Bestimmung von •OH-Radikalen in einer wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung
5.1.3. Untersuchung von Bier
5.1.3.1. Wiederfindungsversuch
5.1.3.2. Interne Standardreihe
5.1.4. Untersuchung von Wein
5.1.5. Untersuchung von Speiseöl
5.1.6. Untersuchung von Kürbiskernen
5.1.7. Untersuchung von Popcorn
5.1.8. Untersuchung von Kartoffelchips
5.1.9. Untersuchung von Erdnüssen
5.1.10. Untersuchung von Kaffee
5.1.11. Untersuchung von Milch
5.1.12. Untersuchung von Schmelzkäse
5.1.13. Untersuchung von Corn Flakes
5.1.14. Untersuchung von Champignons
5.1.15. Untersuchung von Gewürzen
5.1.16. Untersuchung von geröstetem Seetang
5.1.17. Untersuchung eines Döner Kebab
5.1.18. Untersuchung eines Grillhuhnes
5.1.18.1. Untersuchung von rohem Hühnerfleisch
5.1.19. Untersuchung von Leberkäse
5.1.20. Untersuchung eines Kümmelbratens
5.1.21. Untersuchung von Fleischkonserven
5.1.22. Untersuchung eines Apfels
5.1.23. Untersuchung eines Häuptelsalates
5.2. ESR-SPEKTROSKOPIE
6. ERGEBNISSE
6.1.1. Wasserstoffperoxid
6.1.2. Bier
6.1.2.1. Wiederfindungsversuch
6.1.2.2. Interne Standardreihe
6.1.3. Wein
6.1.4. Speiseöl
6.1.5. Kürbiskerne
6.1.6. Popcorn
6.1.7. Kartoffelchips
6.1.8. Erdnüsse
6.1.9. Kaffee
6.1.10. Milch
6.1.11. Schmelzkäse
6.1.12. Corn Flakes
6.1.13. Champignons
6.1.14. Gewürze
6.1.15. Gerösteter Seetang
6.1.16. Döner Kebab
6.1.17. Grillhuhn
6.1.17.1. rohes Hühnerfleisch
6.1.18. Leberkäse
6.1.19. Kümmelbraten
6.1.20. Fleischkonserven
6.1.21. Apfel
6.1.22. Häuptelsalat
6.2. ESR-SPEKTROSKOPIE
6.3. ÜBERSICHTSTABELLE
7. DISKUSSION
8. ZUSAMMENFASSUNG
9. LITERATUR
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung von Lebensmitteln auf eine zusätzliche exogene Belastung durch freie Radikale mittels einer praktikablen und kostengünstigen Nachweismethode. Die Forschungsfrage fokussiert sich dabei insbesondere auf thermisch behandelte Lebensmittel, bei denen eine erhöhte Bildung von Radikalen durch den Verarbeitungsprozess zu erwarten ist.
- Identifikation und Charakterisierung freier Radikale in Lebensmitteln.
- Anwendung und Evaluierung des Methansulfinsäureassays als Nachweisverfahren.
- Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit der Elektronenspinresonanzspektroskopie (ESR).
- Untersuchung der Korrelation zwischen thermischer Behandlung und Radikalbildung.
- Analyse potenzieller Störfaktoren in komplexen Lebensmittelmatrizen.
Auszug aus dem Buch
1.1.2. Superoxid Radikal
Das Superoxidradikal wird in fast allen aeroben Zellen gebildet, als ein Nebenprodukt des Elektronentransfers auf molekularen Sauerstoff in Zellorganellen wie Mitochondrien, Chloroplasten oder dem Endoplasmatischen Reticulum. Die Menge des gebildeten Superoxidradikals nimmt mit steigender Sauerstoffkonzentration zu.
Weiters kann das Superoxidradikal durch Reaktion von Sauerstoff mit Fe2+ Ionen oder Fe2+ Komplexen entstehen:
(5) O2 + Fe2+ → O2−• + Fe3+
O2−• kann zwar mit vielen Molekülen reagieren, die Reaktionsgeschwindigkeiten sind jedoch gering. Durch den geladenen Zustand des Superoxidradikals ist ein Passieren von biologischen Membranen nur sehr langsam möglich. Eine schädliche Wirkung ergibt sich eher durch Sekundärprozesse bei denen reaktivere Verbindungen entstehen [Gleichung (13)]. Das Superoxidradikal kann auch durch enzymatische Reaktionen entstehen, bei denen molekularer Sauerstoff durch Enzyme wie Peroxidase oder Aldehydoxidase reduziert wird.
Zusammenfassung der Kapitel
1. EINLEITUNG: Übersicht über die Arten freier Radikale, ihre biologischen Folgen wie Zellschäden oder Krankheiten und die Rolle von Antioxidantien.
2. PROBLEMSTELLUNG: Definition der Zielsetzung, Lebensmittel auf exogene Belastungen durch freie Radikale zu untersuchen, mit Schwerpunkt auf thermisch behandelten Produkten.
3. METHODIK: Beschreibung der angewandten Nachweisverfahren, primär des Methansulfinsäureassays sowie der ESR-Spektroskopie zur Verifizierung.
4. MATERIAL UND REAGENTIEN: Auflistung der verwendeten Geräte und Chemikalien für die experimentelle Durchführung.
5. DURCHFÜHRUNG: Detaillierte Beschreibung der experimentellen Protokolle für die Extraktion und Analyse der verschiedenen Lebensmittelproben.
6. ERGEBNISSE: Präsentation der experimentellen Daten und Messwerte zur Radikalkonzentration in den untersuchten Lebensmitteln.
7. DISKUSSION: Interpretation der Ergebnisse, Analyse von Störfaktoren bei der Messung und Diskussion der Bedeutung der Radikalbildung in den untersuchten Proben.
8. ZUSAMMENFASSUNG: Zusammenfassende Betrachtung der untersuchten Lebensmittel hinsichtlich ihres Radikalgehalts und der Effektivität der gewählten Methoden.
Schlüsselwörter
Freie Radikale, Hydroxylradikale, Lebensmittelchemie, Methansulfinsäureassay, Lipidperoxidation, ESR-Spektroskopie, Thermische Behandlung, Antioxidantien, oxidative Prozesse, Radikalbildung, Sauerstoffradikale, Analytik, Lebensmittelqualität.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Untersuchung von Lebensmitteln auf eine exogene Belastung durch freie Radikale, um festzustellen, ob die Zufuhr dieser reaktiven Spezies durch den Verzehr eine gesundheitliche Relevanz hat.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die Arbeit behandelt die Chemie der freien Radikale, deren biologische Auswirkungen (wie Krankheiten und Alterungsprozesse) sowie die spezifische Analytik zur Detektion dieser Radikale in diversen Lebensmitteln.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, eine kostengünstige Nachweismethode für Hydroxylradikale in Lebensmitteln zu evaluieren und insbesondere zu prüfen, ob thermische Prozesse bei der Lebensmittelherstellung zu einer signifikanten Radikalbildung führen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Primär wird der sogenannte Methansulfinsäureassay eingesetzt, bei dem Hydroxylradikale mit Dimethylsulfoxid (DMSO) reagieren und photometrisch erfasst werden. Zur Verifizierung wurden ausgewählte Proben mittels ESR-Spektroskopie untersucht.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden die experimentellen Durchführungen für ein breites Spektrum an Lebensmitteln – von Fleischprodukten bis hin zu Milch und Kaffee – sowie die anschließende Ergebnisauswertung und Diskussion der Messwerte detailliert dargestellt.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind unter anderem Freie Radikale, Hydroxylradikale, Methansulfinsäureassay, Lipidperoxidation, ESR-Spektroskopie und thermische Behandlung von Lebensmitteln.
Warum konnte in manchen Proben kein Ergebnis berechnet werden?
In einigen Fällen kam es bei der Durchführung zu Nebenreaktionen des Diazoniumsalzes mit Inhaltsstoffen der Probe, was zu einem zu hohen Blindwert oder einer unspezifischen Hintergrundabsorption führte, die eine korrekte Quantifizierung verhinderte.
Welchen Einfluss hat die thermische Behandlung auf die Ergebnisse?
Es konnte eine Korrelation zwischen dem Ausmaß der thermischen Behandlung und der Radikalkonzentration beobachtet werden; so wiesen stark erhitzte Proben wie Döner Kebab oder die Kruste von Leberkäse messbare Mengen auf, während in unbehandelten Lebensmitteln keine Hydroxylradikale gefunden wurden.
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- Dipl.-Ing. Peter Mikulas (Author), 1999, Hydroxyl-Radikale in Lebensmitteln, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/136431
