Thomas Henle

Abbildung 1: "Honigjäger/in". 6000 Jahre alte Höhlenmalerei aus Cuevas de Araña bei Bicorp, Valencia (Quelle: Wikipedia)

Honig wird seit der Steinzeit von Menschen genutzt (Abb. 1) und war bis zur Entdeckung und großtechnischen Gewinnung der Saccharose das wichtigste Süßungsmittel. Mit einem Pro-Kopf-Jahresverbrauch in Deutschland von etwa 1,4 kg ist das Bienenprodukt heute zwar überwiegend als süßer Brotaufstrich von Bedeutung, dennoch ranken sich wohl um kaum ein anderes Lebensmittel mehr Mythen und Legenden. So ist bibelfesten Lebensmittelchemiker/innen "das Land, wo Milch und Honig fließen" als Synonym für das Paradies bekannt. Besondere Bedeutung hat Honig als traditionelles "Heilmittel" erlangt. So soll Honig bereits im ägyptischen Pharaonenreich, im antiken Griechenland und im alten China medizinische Verwendung gefunden haben. Die heute in der semi- und pseudowissenschaftlichen Literatur im Zusammenhang mit "gesundheitlichen Wirkungen" häufig zitierten Minorinhaltsstoffe von Honig wie etwa essentielle Aminosäuren, Mineralstoffe und Spurenelemente sowie phenolische Verbindungen sind aus physiologischer Sicht vermutlich kaum von Bedeutung. Seriöse wissenschaftliche Berichte belegen lediglich eine gewisse keimhemmende Wirkung von Honig. Hierzu erschienen Ende des 19. Jahrhunderts die ersten Publikationen, und einige Jahre später wurde der auch heute noch verwendete Begriff "Inhibine" als Summenbezeichnung für die (unbekannten) antimikrobiellen Honiginhaltsstoffe geprägt [1].

Zwei grundlegende Wirkungsmechanismen sind in diesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung. Wichtig ist zunächst die geringe Wasseraktivität bzw. die hohe Osmolarität des Honigs, die unmittelbar wachstumshemmend für Bakterien und die meisten Hefen wirkt. Zusätzlich zu dieser eher unspezifischen Wirkung, die vergleichbar auch von entsprechend konzentrierten Zuckerlösungen induziert wird, weisen bestimmte Honige auch in verdünnter Lösung eine bakterienabtötende Wirkung auf. Diese ist auf Wasserstoffperoxyd zurückführbar, welches beim Verdünnen von Honig durch das Enzym Glucoseoxidase gebildet wird (Abb. 2). Die Glucoseoxidase wird dem Nektar durch die Bienen zugefügt und gelangt so zusammen mit weiteren Enzymen in den Honig. Weitere Pflanzeninhaltsstoffe wie Flavonoide oder aromatische Säuren dürften auf Grund ihrer geringen Konzentration für "gesundheitliche Wirkungen" keine Rolle spielen [1].

Abbildung 2: Bildung von Wasserstoffperoxid durch enzymatische Oxidation von Glucose

Mitte der 80er erschienen die ersten Berichte zur ausgeprägten antibakteriellen Wirksamkeit des bis dahin in Europa wenig bekannten Manukahonig. Dieser Honig stammt vom neuseeländischen Teebaum oder Manukastrauch Leptospermum scoparium (Abb. 3). Die Blätter sowie die daraus gewonnenen ätherischen Öle werden ebenso wie der Honig von den Maori in Neuseeland seit Jahrhunderten als traditionelles Heilmittel verwendet. Es zeigte sich, dass bestimmte Manukahonige trotz sehr geringer Glucoseoxidaseaktivität eine im Vergleich zu anderen Honigen überaus starke keimhemmende Wirkung aufwiesen. Da diese Wirkung definitiv nicht auf das bekannte Wasserstoffperoxid zurückgeführt werden konnte, wurde der Begriff "Nicht-Peroxid-Inhibine" als Summenbezeichnung für die "einzigartigen antibakteriellen Inhaltsstoffe" ("unique manuka factor, UMF) etabliert. Der UMF-Wert dient auch heute noch als kommerziell genutzter Parameter zur Skalierung der antibakteriellen Wirksamkeit, wobei hierzu in Neuseeland durch standardisierte Agardiffusionstests die Wirksamkeit im Vergleich zu Phenol als Referenz erfasst wird. Ein UMF von 10 bedeutet beispielsweise, dass die untersuchte Probe in diesem Testverfahren eine Wirksamkeit entsprechend einer 10%igen Phenollösung aufweist [2].

Abbildung 3: Manuka-Blüten (Leptospermum scoparium) (Quelle: Wikipedia)

Im Laufe der letzten Jahre beschäftigten sich zahlreiche ernst zu nehmende Publikationen mit der Aufklärung der relevanten Inhaltsstoffe sowie vor allem mit möglichen Anwendungen von Manukahonig in der Medizin. Es konnte nachgewiesen werden, dass Manukahonig Problemkeime wie Helicobacter pylori, den Verursacher von Magenschleimhautentzündungen, sowie sogar antibotikaresistente Stämme von Staphylococcus aureus abtötet [3]. Als medizinische Anwendungen wurden und werden insbesondere honighaltige Wundauflagen diskutiert (Abb. 4). Verschiedene Kliniken auch in Deutschland verwenden mittlerweile mit Manukahonig imprägnierte Verbände mit sehr guten Erfolgen. Weitere Anwendungsbereiche umfassen Entzündungen des Zahnfleisches sowie des Magen- und Darmtraktes.

Abbildung 4: Mit Manukahonig imprägnierte Wundauflage (Quelle: Manuka Health Ltd., Te Awamutu, NZ)

Die Substanzen, die für die spezifische antibakterielle Wirkung von Manuka-Honig verantwortlich zeichnen, blieben trotz zahlreicher Untersuchungen lange Zeit unbekannt. Die Untersuchungen konzentrierten sich vor allem auf phenolische Komponenten, von denen auch verschiedene für Manukahonig charakteristische isoliert und identifiziert werden konnten. Die Konzentrationen aller "Verdächtigen" waren jedoch viel zu gering, um tatsächlich für eine antibakterielle Wirkung auch in verdünnten Honiglösungen verantwortlich zu zeichnen [2].

Wie so oft führte letztlich ein Zusammenspiel aus Zufall und Systematik zur Lösung des Rätsels. Im Rahmen unserer grundlagenorientierten Untersuchungen zur Klärung von Reaktionswegen, die zur Bildung von Zuckerabbauprodukten bei der Erhitzung und Lagerung von Lebensmitteln führen, beschäftigen wir uns unter anderem mit der Bestimmung so genannter 1,2-Dicarbonylverbindungen (Abb. 5). Diese Verbindungen sind in Lebensmitteln zentrale Intermediate im Verlauf der Karamellisierung sowie der Maillard-Reaktion und wichtige Vorstufen für niedermolekulare Aromastoffe, die Farbbildung sowie proteingebundene Aminosäurederivate. Auch gibt es zahlreiche Belege dafür, dass in vivo gebildete 1,2-Dicarbonylverbindungen aus physiologischer Sicht von Bedeutung sind, etwa bei Alterungsprozessen sowie bei bestimmten Erkrankungen wie Diabetes mellitus. Es lag also durchaus nahe, das überwiegend aus den reduzierenden Kohlenhydraten Glucose und Fructose bestehende Lebensmittel "Honig" hinsichtlich der Gehalte derartiger Verbindungen zu untersuchen. Möglicherweise könnten diese als Indikatoren beispielsweise für eine Erhitzung oder Lagerung genutzt werden. Erwähnenswert ist in diesem Zusammenhang das allgemein bekannte 5-Hydroxymethylfurfural (HMF, Abb. 5), welches aus Glucose bzw. Fructose über die Zwischenverbindung 3-Desoxyglucosulose entsteht. Der Gehalt an HMF darf gemäß Honigverordnung bei kalt geschleuderten Honigen 20 mg/kg nicht überschreiten.

Abbildung 5: 1,2-Dicarbonylverbindungen und 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) in Honig sowie Umsetzung von 1,2-Dicarbonylverbindungen mit ortho-Phenylendiamin zu Chinoxalinen. GO, Glyoxal; MGO, Methylglyoxal, 3-DG, 3-Desoxyglucosulose

Mit Hilfe einer geeigneten Analysenmethode gelang es uns erstmals, verschiedene 1,2-Dicarbonylverbindungen in Honig zu quantifizieren. Die Bestimmung erfolgte dabei mittels RP-HPLC und UV-Detektion nach Vorsäulenderivatisierung der 1,2-Dicarbobylverbindungen mit ortho-Phenylendiamin zu den entsprechenden Chinoxalinen (Abb. 5). Wir konnten in allen untersuchten Honigproben teilweise sehr große Mengen von 3-Desoxyglucosulose (zwischen 80 und 1300 mg/kg) messen. Die Gehalte an Methylglyoxal und Glyoxal lagen demgegenüber in den europäischen Honigproben nur bei maximal 3 bis 5 mg/kg. Als auffällig erwiesen sich jedoch die Manukahonige: Nur hier fanden sich sehr hohe Gehalte an Methyglyoxal von teilweise bis zu 700 mg/kg und darüber (Abb. 6). Die Identität von Methylglyoxal wurde von uns mittels Massenspektrometrie gesichert [4].

Abbildung 6: Bestimmung von 1,2-Dicarbonylverbindungen in Honig mittels RP-HPLC und UV-Detektion: Manukahonig (Methylglyoxal 734 mg/kg), Waldhonig (Methylglyoxal nicht nachweisbar)

Wir stellten uns dann die Frage, ob die hohen Gehalte an Dicarbonylverbindungen möglicherweise mit den aus der Literatur bekannten antimikrobiellen Eigenschaften von Manukahonig im Zusammenhang stehen - und dies war auch tatsächlich der Fall. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Mikrobiologie der TU Dresden konnte Frau Dr. Mavric im Rahmen ihrer Dissertation zeigen, dass bereits relativ geringe Gehalte an Methylglyoxal das Wachstum von Bakterien signifikant hemmen. Die für eine Hemmung relevanten Konzentrationen an Methylglyoxal sind nur in Manukahonigen, nicht jedoch in anderen Honigen vorhanden. Dotiert man beispielsweise einen unwirksamen kommerziell erhältlichen Waldhonig mit der Menge an Methylglyoxal, die Manukahonige enthalten, so kann für diesen eine entsprechende antibakterielle Wirkung induziert werden (Abb. 7). Methylglyoxal ist also das seit vielen Jahren gesuchte antibakterielle Prinzip von Manuka-Honig. Diese Beobachtung hat vor allem in Neuseeland große Beachtung gefunden, da für die dortigen Erzeuger von Manukahonig nunmehr die Möglichkeit zur analytisch-objektiven Bewertung ihrer Produkte besteht. Mehr dazu hier>.
Wie wir in aktuellen Untersuchungen zeigen konnten, korreliert der Gehalt an Methylglyoxal unmittelbar mit der antibakteriellen Wirkung von Manukahonigen.

Abbildung 7: Agardiffusionstest zur Bestimmung der antibakteriellen Wirksamkeit. Nach Zugabe von 1,9 mM Methylglyoxal zu einer 20%igen Lösung von Waldhonig kann für diesen eine vergleichbare antibakterielle Wirksamkeit beobachtet werden wie für den dieselbe Menge Methylglyoxal enthaltenden Manuka-Honig.

Die Gründe, warum nur bestimmte Manukahonige teilweise extrem hohe Gehalte an Methylglyoxal enthalten, ist bislang ebenso wenig bekannt wie die der Bildung zugrunde liegenden biochemischen Mechanismen. Man vermutet, dass verschiedene Umweltfaktoren die antibakterielle Wirkung von Manukahonig beeinflussen können, und damit nur unter bestimmten, jedoch nicht näher bekannten Bedingungen auch tatsächlich Methylglyoxal-haltige antibakterielle Honige produziert werden können. Intensive Untersuchungen vor allem an der Waikato University in Neuseeland konnten bislang jedoch keine eindeutigen agronomischen Faktoren, wie etwa Wachstums- und Stressbedingungen (z. B. starke Trockenheit, hohe Sonneneinstrahlung), als Auslöser identifizieren. Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass Dihydroxyaceton die unmittelbare Vorstufe für Methylglyoxal im Nektar von Manukabäumen darstellt [5]. Dihydroxyaceton wird auf nicht-enzymatischem Wege während der "Reifung" des Honigs unter anderem zu Methylglyoxal abgebaut, wobei die Umsetzung durch zahlreiche Faktoren (Wassergehalt, Aminosäuren, pH-Wert usw.) beeinflusst wird. Wie und vor allem warum Dihydroxyaceton ausgerechnet von Manuka gebildet wird, ist jedoch weiterhin offen. Aktuelle Untersuchungen in unserer Arbeitsgruppe beschäftigen sich mit der Aufklärung möglicher Bildungswege für Dihydroxyaceton bzw. Methylglyoxal sowie der Beurteilung ernährungsphysiologischer Wirkmechanismen und Konsequenzen.

Schlauer Fuchs

Unser Schlauer Fuchs diese Woche ist Benjamin S. aus Bornheim. Zur Frage: Was sind "Inhibine"? Schickte er uns die erste richtige Antwort. Bitte sehen Sie bis zur Veröffentlichung des nächsten Beitrags mit einer neuen Frage von einer E-Mail-Antwort an schlauerfuchs@gdch.de ab.

	Kontakt Prof. Dr. Thomas Henle Institut für Lebensmittelchemie Technische Universität Dresden Bergstrasse 66 01062 Dresden Thomas.Henle@chemie.tu-dresden.de	Literaturhinweise [1] Bogdanov, S. (1997). Nature and origin of the antibacterial substances in honey. Lebensmittel-Wiss. Technol. 30, 748-753. [2] Russell, K.M., Molan, P.C., Wilkins, A.L., Holland, P.T. (1990). Identification of some antibacterial constituents of New Zealand Manuka honey. J. Agric. Food Chem. 38, 10-13. [3] Dunwoody, G., Acton, C. (2008). The use of medical grade honey in clinical practice. Br. J. Nurs. 17, S38-44 [4] Mavric E., Wittmann S., Barth G., Henle T. (2008). Identification and quantification of methylglyoxal as the dominant antibacterial constituent of Manuka (Leptospermum scoparium) honeys from New Zealand. Mol. Nutr. Food Res. 52, 483-489. [5] Adams C.J., Manley-Harris M., Molan P.C. (2009). The origin of methylglyoxal in New Zealand manuka (Leptospermum scoparium) honey. Carbohydr. Res. 344, 1050-1053.