Authentizitätbestimmung ausgewählter <em>Vaccinium</em>-Spezies mittels HPLC-MS

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, die Polyphenolprofile ausgewählter Beeren der Spezies Vaccinium zu charakterisieren, anhand dessen deren Authentizität zu bestimmen und dadurch mögliche Verfälschungen von Produkten zu erkennen. Insbesondere stan-den die Unterscheidungen von Cranberry, Moosbeere und Preiselbeere im Fokus dieser Arbeit, aber auch Blaubeeren und Heidelbeeren wurden untersucht. Teilweise wurde das Projekt mit Drittmitteln aus der Industrie unterstützt.<br /> Für diesen Zweck wurden unterschiedliche phenolische Inhaltsstoffe wie Anthocya-ne, Proanthocyanidine, Flavonole, Phenolcarbonsäuren und deren Derivate sowie Cumaroyliridoidglykoside berücksichtigt. Dabei wurden verschiedene Analysenmethoden herangezogen und optimiert, um die einzelnen Substanzgruppen in einer komplexen Matrix zu erfassen und auch zum Teil zu quantifizieren. Zur Analytik wurden die beschleunigte Lösungsmittelextraktion, automatisierte Festphasenextraktion und Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, gekoppelt mit einem Diodenarray-Detektor und einem Massenspektrometer (HPLC-UVDAD-MSn), eingesetzt.<br /> Da Cranberrys unter anderem wegen ihrer potentiellen präventiven Wirkung gegen Harnwegserkrankungen konsumiert werden, spielt die Authentizität solcher Produkte nicht nur wirtschaftlich, sondern auch hinsichtlich der Gesundheit eine entscheidende Rolle. Die französische Behörde für Lebensmittelsicherheit (AFFSA) hat hierzu einen Health Claim genehmigt, der besagt, dass ausschließlich der Verzehr von nordamerikanischen Cranberrys (<em>V. macrocarpon</em>) die Anheftung von E.coli im Harntrakt verhindert. Als wirksame Inhaltstoffe werden hierbei die A-Typ-verknüpften Procyanidine der Cranberry diskutiert.<br /> In der vorliegenden Arbeit wurde ein Unterschied in den Profilen der A-Typ-verknüpften Procyanidine, insbesondere der Trimere, festgestellt. Hierbei wurde zunächst gezeigt, dass Moosbeeren im Vergleich zu Cranberrys und Preiselbeeren eine geringere Anzahl an Isomeren der A-Typ-verknüpften Trimere aufweisen. In Preiselbeeren wurde die größte Anzahl an Isomeren detektiert, jedoch ist ihr Profil anders als das der Cranberrys. Zwischen den drei Beeren wurde nicht nur ein qualitativer, sondern auch ein quantitativer Unterschied bezüglich der A-Typ-verknüpften Trimere und A2 bestimmt. Da Moosbeeren die geringsten Konzentrationen und Preiselbeeren ein anderes Profil im Vergleich zu Cranberrys aufweisen, kann eine präventive Wirkung dieser beiden Spezies gegen Harnwegserkrankungen in Frage gestellt werden.<br /> Die Ergebnisse wurden durch die Analyse von vier verschiedenen Cranberrysorten, vier Jahrgängen (2009-2012) und mehreren Standorten (USA, PL, und CA) sowie zwei Moosbeeren mit unterschiedlichen Jahrgängen (2009 und 2010) und Standorten (EU, PL) und zwei Preiselbeeren verschiedener Herkunft (EU und CN) bestätigt. Zusätzlich konnte anhand der Untersuchung von 77 verschiedenen Handelsprodukten gezeigt werden, dass die Profile der A-Typ-verknüpften Trimere als ein Unterscheidungsmerkmal geeignet sind, um die Authentizität von Cranberrys in Produkten mit unterschiedlicher Matrix und unterschiedlichem Verarbeitungsgrad zu bestimmen.<br /> Neben den Profilen der Proanthocyanidin-Trimere kann Rutin zur Abgrenzung von Cranberrys zu Preiselbeeren und Moosbeeren herangezogen werden. Rutin ist als einziges in Cranberrys nicht enthalten. Weitere Unterschiede wurden auch in den Profilen der Phenolcarbonsäuren sowie der Anthocyane gefunden.<br /> Zur Unterscheidung von Heidelbeeren und Blaubeeren (<em>V. corymbosum </em>und<em> V. angustifolium</em>) eignen sich möglicherweise Cumaroyliridoidglykoside. Die Untersuchungen zeigten aber ebenfalls Unterschiede bei den Proanthocyanidin-, Phenolcarbonsäure-, Flavonol- und Anthocyanprofilen.<br /> Abschließend wurden in Andenheidelbeeren phenolische Verbindungen detektiert, die dieser Spezies bislang noch nicht zugeordnet werden konnten. Insgesamt wurden hier zehn weitere Proanthocyanidine, fünf Flavonole sowie Derivate von Ferulasäure, Kaffeesäure und Cumarsäure detektiert.

<strong>Proof of authenticity of selected <em>Vaccinium</em>-species by HPLC-MS</strong><br /> The aim of this work was to characterize the polyphenol profiles of selected Vaccinium berries in order to determine their authenticity and thereby to detect possible adulterations of products. In particular, the distinction of American cranberries, European cranberries and lingonberries was focused, but also blueberries and bilberries were investigated. In parts, this project was supported via thirdparty funds from the industry.<br /> For this purpose, different phenolic compounds such as anthocyanins, proanthocyanidins, flavonols, phenolic acids and their derivatives as well as coumaroyl iridoide glycosides were taken into account. Analytical methods were optimized to detect the individual groups of phenolic compounds in a complex matrix and also to quantify some of them. Accelerated solvent extraction, automated solid phase extraction, and high performance liquid chromatography coupled with a diode array detector and a mass spectrometer (HPLC-UVDAD-MSn) were used for analysis.<br /> As cranberries are especially consumed because of their potential preventive effect against urinary tract infections, the authenticity of such products is important in regard to both economical and health aspects. The French food safety authority (AFS-SA) has permitted a health claim, which states that only the consumption of North American cranberries (<em>V. macrocarpon</em>) prevents the adhesion of E. coli in the urinary tract. In this context, the A-type cranberry proanthocyanidins are discussed as the effective compounds.<br /> In the present study, differences in the profiles of A-type procyanidins, notably in trimers were observed. At first, it was shown that European cranberries have a smaller number of A-type trimer isomers compared to American cranberries and lingonberries. In lingonberries the largest number of isomers was detected, but its profile is different to that of American cranberries. Additionally, not only a qualitative, but also a quantitative difference regarding the A-type trimers and A2 was evaluated between the three berries. The lower concentration of these A-type procyanidins in European cranberries and the different procyanidin profile of ligonberries in comparison to those of American cranberries raise reasonable doubts about a preventive effect of these two species against urinary tract infections.<br /> The results were confirmed by analyzing American cranberries of four different varieties, from four crop years (2009-2012) and three locations (USA, PL, and CA), two European cranberries from different years (2009 and 2010) and locations (EU, PL) as well as two lingonberries from different locations (EU and CN). The profile of the A-type trimers was also shown to be a suitable parameter to determine the authenticity of cranberries in a total of 77 products of different matrices and processing states.<br /> In addition to the profiles of procyanidin trimers, rutin can be used for the discrimination of American cranberries to European cranberries and lingonberries. Rutin is only absent in American cranberries. Furthermore, differences were found in the profiles of phenolic acids and anthocyanins.<br /> To distinguish between bilberries and blueberries (<em>V. corymbosum </em>and<em> V. angustifolium</em>) coumaroyl iridoide glycosides may be suitable. However, the studies also showed differences in the profiles of proanthocyanidins, phenolic acids, flavonols and anthocyanins.<br /> Finally, phenolic compounds were detected in Andean blueberries, which so far have not yet been assigned to this species. A total of ten further proanthocyanidins, five flavonols, and derivatives of ferulic acid, caffeic acid and coumaric acid were detected.