Valli und Kolleg:innen untersuchten Zuckerrohrmelasse (SCM) und Zuckerrübenmelasse (SBM) hinsichtlich ihrer antioxidativen Kapazität, ihrer phenolischen Zusammensetzung und ihrer Schutzwirkung gegenüber experimentell induziertem oxidativem Stress in HepG2-Zellen. Die Arbeit kombiniert damit chemisch-analytische In-vitro-Verfahren mit einem Zellkulturmodell.
Antioxidative Kapazität
SCM und SBM zeigten eine höhere antioxidative Gesamtkapazität als die übrigen untersuchten Süßungsmittel, wobei SCM die höchste antioxidative Kapazität aufwies.
Der DPPH-Test bestätigte den Unterschied zwischen den beiden Melassen. Die für eine 50%ige Radikalfängeraktivität erforderliche Konzentration betrug:
- SCM: 1,47 mg/mL
- SBM: 7,25 mg/mL
Der Unterschied war statistisch signifikant (p < 0,001). Ein niedrigerer IC₅₀-Wert entspricht hierbei einer höheren Radikalfängeraktivität.
Phenolische Zusammensetzung
Die chromatographische Analyse zeigte erhebliche Unterschiede in Zusammensetzung und Konzentration der nachgewiesenen phenolischen Verbindungen.
Der Gesamtgehalt der identifizierten phenolischen Verbindungen betrug:
- SCM: 381,62 ± 6,82 µg/g
- SBM: 62,25 ± 1,72 µg/g.
SCM wies damit in der durchgeführten Analyse einen wesentlich höheren Gehalt identifizierter phenolischer Verbindungen und ein komplexeres Profil auf. Syringasäure war mit 85,53 ± 1,38 µg/g eine bedeutende identifizierte Komponente von SCM. In SBM wurden unter anderem Vanillin, Ferulasäure sowie Luteolin/Kaempferol nachgewiesen.
Zelluläres Modell für oxidativen Stress
Für die biologische Untersuchung wurden HepG2-Zellen 24 Stunden mit SCM beziehungsweise SBM in Konzentrationen von 10² oder 10³ µg/mL Medium vorbehandelt. Anschließend wurde oxidativer Stress durch eine einstündige Exposition gegenüber 0,2 mM H₂O₂ induziert. Als Positivkontrolle verwendeten die Autoren α-Tocopherol.
Bestimmt wurden:
- intrazelluläre reaktive Sauerstoffspezies (ROS),
- TBARS als Marker der Lipidperoxidation,
- LDH-Freisetzung als Marker der Membranschädigung,
- Zellviabilität,
- zytosolische antioxidative Gesamtkapazität,
- reduziertes Glutathion (GSH).
Wirkung auf ROS und Lipidperoxidation
Die H₂O₂-Exposition führte in unbehandelten Zellen zu einem signifikanten Anstieg der intrazellulären ROS.
Bei 10³ µg/mL SCM war die ROS-Konzentration dagegen gegenüber nicht gestressten, unbehandelten Zellen vermindert. Bei 10³ µg/mL SBM wurde kein entsprechender signifikanter ROS-Anstieg beobachtet.
Bei der Lipidperoxidation zeigte sich ebenfalls eine konzentrationsabhängige Schutzwirkung. Die H₂O₂-Behandlung erhöhte die TBARS-Konzentration unter den meisten untersuchten Bedingungen. Eine Ausnahme bildeten α-Tocopherol und SCM in der höchsten untersuchten Konzentration.
Membranschädigung und Zellviabilität
Die durch den oxidativen Stress hervorgerufene Erhöhung der LDH-Freisetzung wurde durch SCM und SBM bereits bei der niedrigeren untersuchten Konzentration verhindert. Dies spricht im verwendeten Zellmodell für eine protektive Wirkung gegenüber H₂O₂-induzierter Membranschädigung.
Bei der Zellviabilität zeigten sich ebenfalls Unterschiede. H₂O₂ verringerte die Viabilität unbehandelter Zellen. SCM bei 10² µg/mL zeigte eine leichte Schutzwirkung; bei den höheren Konzentrationen von SCM und SBM wurde der H₂O₂-induzierte Verlust der Zellviabilität verhindert.
Glutathion und antioxidative Zellantwort
Die zytosolische antioxidative Gesamtkapazität (TAC) veränderte sich unter den untersuchten Bedingungen nicht signifikant.
Dagegen war der Gehalt an reduziertem Glutathion (GSH) bei α-Tocopherol sowie bei den jeweils höchsten Konzentrationen von SBM und SCM erhöht. Die Studie liefert damit Hinweise darauf, dass die Behandlung im Zellmodell mit Veränderungen des intrazellulären antioxidativen Systems verbunden war.
Interpretation der Autoren
Die stärkere biologische Schutzwirkung von SCM entsprach der höheren chemisch bestimmten antioxidativen Kapazität und dem umfangreicheren phenolischen Profil. Die Autoren diskutieren deshalb phenolische Komponenten als eine wesentliche mögliche Erklärung der beobachteten antioxidativen Eigenschaften. Gleichzeitig könnten Maillard-Reaktionsprodukte zur Gesamtwirkung beitragen.
Entscheidend ist jedoch: Die Untersuchung verwendete Vollmelasse und keine isolierten Einzelverbindungen. Daher lässt sich anhand der Studie nicht bestimmen, welche einzelnen Inhaltsstoffe die beobachteten Effekte verursacht haben oder ob Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Komponenten verantwortlich waren. Die Autoren weisen selbst auf diese Einschränkung hin.
Die Autoren weisen ausdrücklich darauf hin, dass Ergebnisse aus kultivierten Zellen aufgrund von Bioverfügbarkeit und Metabolismus nicht unmittelbar auf den Gesamtorganismus übertragen werden können. Nach der Aufnahme liegen viele Polyphenole im Kreislauf nicht in ihrer ursprünglichen Form, sondern als Metabolite vor. Deshalb fordern die Autoren weitere In-vivo-Untersuchungen, bevor entsprechende Schlussfolgerungen gezogen werden können.
| Untersuchungsgegenstand | Methode | Wissenschaftliche Aussage |
|---|---|---|
| Antioxidative Kapazität | ABTS- und DPPH-Assays | Direkter Nachweis antioxidativer beziehungsweise radikalfangender Aktivität im chemischen Testsystem |
| Phenolische Zusammensetzung | HPLC-DAD-ESI-MS | Identifizierung und Quantifizierung zahlreicher phenolischer Verbindungen; deutliche Unterschiede zwischen SCM und SBM |
| Intrazelluläre ROS | HepG2-Zellmodell | Hinweis auf eine konzentrationsabhängige Beeinflussung H₂O₂-induzierter oxidativer Belastung |
| Lipidperoxidation | TBARS im HepG2-Modell | SCM verhinderte bei der höchsten untersuchten Konzentration den H₂O₂-induzierten TBARS-Anstieg |
| Membranschädigung | LDH-Freisetzung | Hinweis auf eine protektive Wirkung von SCM und SBM gegenüber experimentell induzierter Membranschädigung |
| Zellviabilität | MTT-Assay | Höhere Konzentrationen von SCM und SBM verhinderten unter den Versuchsbedingungen den H₂O₂-induzierten Viabilitätsverlust |
| Antioxidatives Zellsystem | GSH und zytosolische TAC | Erhöhung von GSH bei hohen Melassekonzentrationen; keine signifikante Veränderung der zytosolischen TAC |
Schlussfolgerung
Die Arbeit von Valli et al. zeigt, dass Zuckerrohr- und Zuckerrübenmelasse in In-vitro-Assays antioxidative Aktivität besitzen und dass beide Produkte in einem HepG2-Zellmodell mehrere Parameter eines experimentell induzierten oxidativen Stresses beeinflussen. Die Untersuchung liefert damit präklinische Hinweise auf antioxidative und zytoprotektive Eigenschaften unter definierten experimentellen Bedingungen.
Autoren: Veronica Valli · Ana María Gómez-Caravaca · Mattia Di Nunzio · Francesca Danesi · Maria Fiorenza Caboni · Alessandra Bordoni
Journal of Agricultural and Food Chemistry 2012, 60, 12508–12515 · DOI 10.1021/jf304416d
