VIEW ARTICLE    http://dx.doi.org/10.1094/ASBCJ-2013-0429-01

Influence of Intermediate Maillard Reaction Products with Enediol Structure on the Oxidative Stability of Beverages (1). Thomas Kunz (2), TU Berlin, Institut für Biotechnologie, Fachbereich Brauwesen, Seestraße 13, 13353 Berlin, Germany; Arno Strähmel, TU Berlin, Institut für Lebensmitteltechnologie und Lebensmittelchemie, TIB 4/3-1 Gustav-Meyer-Allee 25, 13355 Berlin, Germany; Natalia Cortés, TU Berlin, Institut für Biotechnologie, Fachbereich Brauwesen, Seestraße 13, 13353 Berlin, Germany; Lothar W. Kroh, TU Berlin, Institut für Lebensmitteltechnologie und Lebensmittelchemie, TIB 4/3-1 Gustav-Meyer-Allee 25, 13355 Berlin, Germany; and Frank-Jürgen Methner, TU Berlin, Institut für Biotechnologie, Fachbereich Brauwesen, Seestraße 13, 13353 Berlin, Germany. (1) This paper is an original work and has not been previously published elsewhere in any language and is not currently under consideration by any other publication. (2) Corresponding author. E-mail: <thomas.kunz@tu-berlin.de>; phone: +49-(0)30-314-27400; fax: +49-(0)30-314-27503. J. Am. Soc. Brew. Chem. 71(3):114-123, 2013.

The influence of Maillard reaction products, originating from special malt, on the oxidative flavor stability of beverages was investigated by ESR methods (EAP determination, T(500) values) and traditional methods according to MEBAK and Chapon to determine the reducing power or potential. Simultaneously, the color, SO(2) content, and concentration of specific dicarbonyl compounds were determined (HPLC method). The aim of the study was to get a deeper insight into the antioxidative properties of wort and beer brewed with special malt and the influence of reductones/enediols as intermediate Maillard reaction products on the oxidative stability. The results show a direct correlation between the content of Maillard reaction products in malt and a higher reducing power or potential, if measured by Chapon or MEBAK method. In contrast to this, the same special malt leads to a higher radical generation in wort and the final beer (T(500) values) and consequently to a lower oxidative stability (EAP value) measured by EPR spectroscopy. These contradictory results seem to be one reason why the influence of special malt on beer stability has been discussed controversially in literature. In further investigations, by addition of caramel color, malt extract, reductone solutions, and ascorbic acid to beer, it was possible to get more information on the properties of specific intermediate Maillard reaction products. The explanation of the described contradictory results arises from the strong reduction properties of Maillard reaction intermediate products with reductone/enediol structure. In analogy to the formation of reductones from fructose through 2,3-enediol and 1-deoxyosone, the formation of reductones from glucose is theoretically possible, in which 1,2-enediol is produced from glucosone catalyzed by the reduction of metal ions. These reductones/enediols can rapidly reduce oxidized metal ions like Fe(^+3) to Fe(^+2), resulting in an acceleration of oxygen activation (ROS, reactive oxygen species) and intensifying the Fenton/Haber-Weiss reaction system. Hence, a stronger radical generation of very reactive radicals (e.g., OH•) can be observed in the wort and beer matrix. The acceleration of the reaction system leads to a faster consumption of antioxidative substances, such as SO(2), resulting in lower oxidative beer stability. Altogether, the results present the pro- and antioxidative effect of specific Maillard reaction intermediate products with reductone/enediol structure in beer and other beverages caused by the addition of special malts. Consequently, the use of special malts is a question of malt type and should be limited to the necessary addition for the adjustment of the desired color in the brewing process. Furthermore is the application of ascorbic acid addition, especially in combination with an SO(2) addition, as an antioxidant component to improve the oxidative beer, to handle carefully. Keywords: Electron spin resonance spectroscopy (ESR), Enediol structure, Fenton reaction, Flavor stability, Maillard reaction products, Reductones, Special malt

La influencia de los productos de la reacción de Maillard, originarias de malta especial, sobre la estabilidad del sabor de las bebidas oxidativo fue investigado por métodos ESR (determinación EAP, los valores T(500)) y los métodos tradicionales de acuerdo con MEBAK y Chapon para determinar la potencial o el poder reductor. Al mismo tiempo, el color, contenido de SO(2), y la concentración de compuestos dicarbonilo específicos se determinaron (método de HPLC). El objetivo del estudio fue obtener una visión más profunda de las propiedades antioxidantes de mosto y cerveza elaborada con malta especial y la influencia de reductonas/enediols como productos intermedios de reacción de Maillard en la estabilidad oxidativa. Los resultados muestran una correlación directa entre el contenido de los productos de la reacción de Maillard en la malta y una potencial o un poder reductor superior, si se mide por los métodos de Chapon o MEBAK. En contraste con esto, las misma malta especial conduce a una mayor generación de radicales en el mosto y la cerveza final (valores T(500)) y en consecuencia a una estabilidad oxidativa más baja (valor EAP) medido por espectroscopia EPR. Estos resultados contradictorios parecen ser una razón por la influencia de la malta especial sobre la estabilidad de la cerveza ha sido discutido polémicamente en la literatura. En otras investigaciones, mediante la adición de color caramelo, extracto de malta, soluciones de reductona y ácido ascórbico a la cerveza, que era posible obtener más información sobre las propiedades de los productos específicos de la reacción de Maillard intermedios. La explicación de los resultados contradictorios descritos surge de las fuertes propiedades de reducción de los productos intermedios de reacción de Maillard con la estructura reductona/enodiol. En analogía a la formación de reductonas de fructosa a través de 2,3-enodiol y 1-DH, la formación de reductonas partir de la glucosa es teóricamente posible, en el que 1,2-enodiol se produce a partir de glucosona catalizada por la reducción de los iones metálicos. Estos reductonas/enediols pueden reducir rápidamente iones de metales oxidados como Fe(^+3) a Fe(^+2), resultando en una aceleración de la activación de oxígeno (ROS, especies reactivas de oxígeno) y la intensificación de la sistema de reacción de Fenton/Haber-Weiss. Por lo tanto, una fuerte generación de radicales muy reactivos (por ejemplo, OH•) se puede observar en la matriz de mosto y la cerveza. La aceleración del sistema de reacción conduce a un consumo más rápido de sustancias antioxidantes, tales como SO(2), lo que resulta en la estabilidad oxidativo inferior de la cerveza. En conjunto, los resultados presentan el efecto pro- y antioxidante de los productos intermedios de reacción de Maillard específicas con estructuras reductona/enediol en la cerveza y otras bebidas causadas por la adición de maltas especiales. Por consiguiente, el uso de maltas especiales es una cuestión de tipo de malta y debe limitarse a la adición necesario para el ajuste del color deseado en el proceso de elaboración de la cerveza. Por otra parte es la aplicación de ácido ascórbico Además, especialmente en combinación con una adición, como SO(2) un componente antioxidante para mejorar la cerveza oxidativo, para manejar con cuidado. Palabras claves: Espectroscopía de resonancia de spin electrónico (ESR), Estabilidad del sabor, Estructura enediol, Malta especiales, Productos de la reacción de Maillard, Reacción de Fenton, Reductonas