DOI: 10.1051/lait:2001155

Lait 81 (2001) 651-666

Maillard glycation of -lactoglobulin with several sugars: comparative study of the properties of the obtained polymers and of the substituted sites

François Chevalier^a, Jean-Marc Chobert^a, Daniel Mollé^b and Thomas Haertlé<sup>a

a</sup>  Laboratoire d'Étude des Interactions des Molécules Alimentaires, INRA, BP 71627, 44316 Nantes Cedex 3, France
^b  Laboratoire de Recherches de Technologie Laitière, INRA, 65 rue de Saint Brieuc, 35042 Rennes Cedex, France

(Received 2 November 2000; accepted 2 March 2001)

Abstract
Maillard reactions represent a major cause of structural and chemical modifications of proteins during industrial food processing and storage. Nutritional and functional properties of food proteins are highly dependent on this reaction. A better knowledge of this modification and of its structural consequences presents a great interest for the food industry. In this study, -lactoglobulin was heated in solution at 60 °C in the presence of arabinose, galactose, glucose, lactose, rhamnose and ribose. Protein polymerization and glycation site specificity were investigated according to the nature of sugar used for modification of -lactoglobulin. Among the six common sugars used, arabinose and ribose induced the highest degree of modification. Glucose, galactose and rhamnose were less reactive and lactose generated the lowest degree of modification. Proteins substituted with ribose or arabinose formed polymers stabilized by sugar induced covalent bonds. When other sugars were used, part of the aggregated proteins were stabilized only by hydrophobic interaction and disulfide bonds. The site specificity for the attachment of each sugar could not be clearly demonstrated. According to mass spectrometry analysis, leucine 1 (N-teminal amino acid), lysine 14 and lysine 47 were modified in the presence of galactose, glucose or lactose. Lysines 69, 75 and 135 were modified only in the case of protein glycated with glucose. Lysine 100 was modified only when protein was glycated with lactose. No glycation site could be detected for proteins glycated with ribose or arabinose due to the higher degree of modification and polymerization which inhibited the tryptic hydrolysis used before mass spectrometry analysis.

Résumé
Glycation de la -lactoglobuline par réaction de Maillard à l'aide de différents sucres : étude comparative des propriétés des polymères obtenus et des sites de substitution. Les réactions de Maillard sont une cause majeure de modifications structurale et chimique des protéines au cours des traitements thermiques alimentaires et du stockage. Les propriétés nutritionnelles et fonctionnelles des protéines alimentaires dépendant beaucoup de cette réaction, une meilleure connaissance de cette modification et de ses conséquences structurales présente un grand intérêt pour les industriels. Dans cette étude, la -lactoglobuline a été chauffée en solution à 60 °C en présence d'arabinose, de galactose, de glucose, de lactose, de rhamnose et de ribose. Le type de polymérisation obtenu ainsi que les sites de glycation ont été déterminés en fonction de la nature du sucre utilisé. L'arabinose et le ribose conduisaient au plus haut degré de modification. Le glucose, le galactose et le rhamnose étaient moins réactifs alors que le lactose était à l'origine du taux de modification le plus bas. Les protéines substituées par le ribose ou l'arabinose formaient des polymères stabilisés par des liaisons covalentes induites par les sucres. En utilisant d'autres sucres, une partie des protéines agrégées était stabilisée uniquement par des interactions hydrophobes et des ponts disulfure. Aucun site spécifique d'attachement d'un sucre particulier n'a pu être clairement démontré. L'analyse en spectrométrie de masse des hydrolysats trypsiques des protéines modifiées a montré que la leucine 1 (résidu N-terminal), les lysines 14 et 47 étaient modifiées après glycation par le galactose, le glucose ou le lactose. Les résidus lysyle 69, 75 et 135 n'étaient modifiés qu'après glycation par le glucose. La lysine 100 n'était modifiée que lorsque la protéine était modifiée en présence de lactose. Le taux élevé de glycation et la formation de polymères obtenus par l'usage de ribose ou d'arabinose, inhibant toute action de la trypsine sur les résidus lysyle de la protéine, n'a pas permis de détecter des sites particuliers de glycation par ces sucres.

Key words: -lactoglobulin / Maillard reaction / glycation / polymer / trypsinolysis

Mots clés : -lactoglobuline / réaction de Maillard / glycation / polymère / trypsinolyse

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