Jahresbericht 1994Inhaltsverzeichnis
Arbeiten zur Chemie, Biochemie und Mikrobiologie
Inhaltsverzeichnis1. ARBEITEN ZUR ANLYTIK 1.1. Abhängigkeit der 12-Methyltridecanal- Ausgangslage: 12-Methyltridecanal (12-MT), das bei längerem Erhitzen aus den Plasmalogenen freigesetzt wird, trägt zum charakteristischen Aroma von geschmortem Rindfleisch wesentlich bei. Forschungsziel: Bestimmung der Konzentration von 12-MT in der Phospholipidfraktion in Abhängigkeit vom Alter der Tiere. Ergebnis: 12-MT wurde durch Isotopenverdünnungsanalyse in Proben aus neun Rindern unterschiedlichen Alters bestimmt. Die Ergebnisse, die auf den Phospholipid (PL)- 1.2. Quantitative Analyse von Kaffee- und Ferulasäure in Hafermehl - Vergleich einer konventionellen Methode mit einem Stable Isotope Dilution Assay Ausgangslage: Labile Inhaltsstoffe können mit Hilfe einer Isotopenverdünnungsanalyse (IVA) sehr genau in Lebensmitteln bestimmt werden. Forschungsziel: Entwicklung von IVAs und Vergleich mit konventionellen Methoden. Ergebnis: [13C]-Kaffee- und [13C]-Ferulasäure wurden synthetisiert und als interne Standardsubstanzen für die Bestimmung dieser Säuren (frei und verestert) in Hafermehl angewandt. Ein Vergleich ergab, daß von der Ferulasäure 84 %, aber von der leichter oxidablen Kaffeesäure nur 32 % mit einer konventionellen Methode erfaßt werden. 1.3. Gaschromatographie/Olfaktometrie statischer Headspace- Ausgangslage: Die Aromastoffe, die im Gasraum über einem Lebensmittel vorkommen und den ersten Geruchseindruck auslösen, beanspruchen besonderes Interesse. Zu ihrer Erfassung werden Proben aus dem Kopfraum über dem in ein Gefäß eingeschlossenen Lebensmittel direkt gaschromatographisch analysiert (statische Headspace- Forschungsziel: Vollständige Erfassung der Aromastoffe, die im Gasraum über einem Lebensmittel vorkommen und Abschätzung ihrer Beiträge zum Geruch. Ergebnis: Die Methode, die wir zur Gaschromatographie/Olfaktometrie von Headspace- 1.4. Quantitative Bestimmung von HMW- Ausgangslage: Über den Anteil von HMW (high- Forschungsziel: Ausarbeitung einer Methode, die eine schnelle und empfindliche Bestimmung von HMW- Ergebnis: Durch Gelchromatographie an Superdex 200 und UV-Messung des Eluats kann der Anteil von HMW-Gliadin am Gesamtgliadin relativ schnell, gut reproduzierbar und empfindlich bestimmt werden. Gesamtgliadin von Weizen enthält durchschnittlich etwa 20 % HMW-Gliadin, wobei sortenbedingt Schwankungen (17-25 %) auftreten. Entsprechendes aggregiertes Protein von Roggen hat einen wesentlich höheren Anteil (35 %) am ethanollöslichen Gesamtprotein. HMW-Gliadin zeigt in seiner Extrahierbarkeit mit wäßr. Ethanol und in seinem Beitrag zu den rheologischen Teig- und Klebereigenschaften von Weizen eine große Ähnlichkeit mit den monomeren Gliadinen. 1.5. Schnelle Bestimmung von reduziertem Glutathion und Cystein in Weizenmehlen Ausgangslage: Glutathion (GSH) und Cystein können schon in sehr niedrigen Konzentrationen die Fließeigenschaften von Teigen und die Backergebnisse beeinflussen. Eine quantitative Analyse dieser Verbindungen ist deshalb von Interesse. Die bisher verfügbaren Methoden sind sehr langwierig. Forschungsziel: Entwicklung einer Schnellmethode für GSH und Cys. Ergebnis: GSH und Cys können durch Anwendung der Cyclovoltametrie (CV) sehr schnell (<1 h) in Mehlen bestimmt werden. Folgende Schritte sind erforderlich: Derivatisierung von Cys und GSH bei pH 4,5 mit 10 µmol N-Phenylmaleinsäureimid (NPMI). Rücktitration mit 10 µmol Cys und Bestimmung des Cys mit CV, das im Überschuß vorliegt und der Summe von Cys + GSH im Mehlextrakt entspricht. In einem parallel durchgeführten Experiment wird GSH durch Zusatz von Ascorbinsäure selektiv aus dem Extrakt entfernt. Das verbleibende Cys wird nach Zusatz von NPMI durch Rücktitration mit CV bestimmt. GSH wird berechnet durch Subtraktion des Cys von der Summe aus Cys + GSH. Die Ergebnisse, die für drei Mehle erhalten wurden, waren in guter Übereinstimmung mit denen, die eine Referenzmethode ergeben hatte; nur bei einem Mehl wurden unterschiedliche Werte für GSH gefunden. 1.6. Große Nährwerttabelle Souci- Ausgangslage: Dem jeweiligen Wissensstand entsprechende Tabellen über die Zusammensetzung von Lebensmitteln sind für die Administration, Ernährungsberatung, Wirtschaft und Wissenschaft unentbehrlich. Forschungsziel: Das von Souci- Ergebnis: Die Arbeiten an der 5. Auflage der großen Tabelle wurden abgeschlossen. Das Werk ist im Herbst 1994 erschienen. 2. ARBEITEN ZUR CHEMIE, BIOCHEMIE UND MIKROBIOLOGIE 2.1. Aroma von erhitzem Fleisch - Vorläufer der Ethyldimethylpyrazine und des 2,3-Diethylpyrazins Ausgangslage: Rohes Fleisch hat nur einen schwachen Geruch und einen blutähnlichen Geschmack. Das typische Fleischaroma entwickelt sich erst während des Erhitzens durch einen thermischen und oxidativen Abbau von Zuckern, Aminosäuren, ungesättigten Fettsäuren und Thiamin. Forschungsziel: Identifizierung der flüchtigen Aromastoffe, die primär zum Geruch von erhitztem Fleisch beitragen. Untersuchungen des Einflusses der Tierart und des Zubereitungsverfahrens. Ermittlung von Fleischinhaltsstoffen aus denen wichtige Aromastoffe hervorgehen. Ergebnis: Reaktionssysteme (pH 5,6), die wasserlösliche Substanzen von Rindfleisch in verschiedenen Kombinationen enthielten, wurden 7 min auf 180µC erhitzt. Fehlte Alanin in einer Mischung bestehend aus den freien Aminosäuren, Monosacchariden, Milchsäure, Carnosin und Kreatin, so war die Bildung von 2-Ethyl- 2.2. Untersuchungen über Veränderungen des Erdbeeraromas bei der Verarbeitung Ausgangslage: Das Aroma von Erdbeerprodukten (Konfitüre, Fruchtkonzentrate) unterscheidet sich signifikant vom Aroma der frischen Früchte. Aromastoffe, die diese Veränderungen wesentlich hervorrufen, sind bisher unbekannt. Forschungsziel: Der Aromaunterschied soll über die qualitative und quantitative Analyse der wichtigsten Aromastoffe objektiviert werden. Ergebnis: Die Aromaextraktverdünnungsanalyse (AEVA) von frischem Erdbeersaft ergab 22 Geruchsstoffe unter denen 4-Hydroxy- 2.3. Kartonartiger Geschmacksfehler bei Butterschmalz Ausgangslage: Während einer längeren Lagerung kann sich in Butterschmalz ein kartonartiger Fehlgeschmack entwickeln, der durch eine Autoxidation ungesättigter Fettsäuren hervorgerufen wird. Forschungsziel: Identifizierung der Fehlaromastoffe, Ermittlung der Vorläufer und Versuche zur Hemmung des Fehlgeschmacks durch Zusatz von Antioxidantien. Ergebnis: In Butterschmalzproben, die bei 35°C gelagert worden waren, wurde der Anstieg der Fehlaromastoffe (Z)-4- 2.4. Vergleichende Untersuchungen der Aromastoffe verschiedener Olivenöle (Jungfernöle) Ausgangslage: Das Aroma ist für Olivenöl ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Forschungsziel: Identifizierung und quantitative Analyse der Aromastoffe, die das Aroma von Olivenöl hervorrufen. Untersuchungen über den Einfluß der Provenienz auf das Aroma und über die Bildung der Aromastoffe während der Reifung der Oliven. Ergebnis: Die potenten Geruchsstoffe von zwei Olivenölen griechischer Herkunft (G-1, G-2) mit unterschiedlichem Aroma wurden mit Hilfe von Aromaextraktverdünnungsanalysen sowie durch Gaschromatographie/Olfaktometrie von Headspaceproben erkannt, dann identifiziert und quantifiziert. Die Berechnung von Aromawerten zeigte, daß Hexanal, Octanal und (Z)-2- In reifenden Oliven wurde die Bildung von neun Aromastoffen verfolgt. In unreifen Oliven dominierte das grüne Geruchsnoten hervorrufende (Z)-3- 2.5. Untersuchungen über das Aroma von Emmentaler Käse Ausgangslage: Eine Reihe von Arbeiten berichten über flüchtige und nichtflüchtige Inhaltsstoffe von Emmentaler Käse. Es fehlen aber Informationen über ihren Beitrag zum Gesamtgeschmackseindruck. Forschungsziel: Emmentaler Käse soll auf flüchtige und nichtflüchtige Verbindungen analysiert werden mit dem Ziel, die sensorisch relevanten Geruchs- und Geschmacksstoffe zu ermitteln. Die gefundenen Verbindungen sind zur Objektivierung von Aromaveränderungen geeignet, die u.a. bei der Reifung von Emmentaler Käse stattfinden. Ergebnis: Mit Hilfe von Auswahlverfahren wurden folgende Verbindungen als potente Geruchs- und Geschmacksstoffe erkannt: 3-Methylbutanal (I), Buttersäureethylester (II), 3-Methylbuttersäureethylester (III), Methional (IV), Capronsäureethylester (V), 4-Hydroxy- 2.6. Aroma von Brot Ausgangslage: Bei der Herstellung von Brot führen fermentative Vorgänge während der Teiggare sowie thermische Reaktionen beim Backvorgang zur Bildung einer Vielzahl flüchtiger Verbindungen. Eine Reihe dieser Verbindungen verursachen das Aroma. Forschungsziel: Identifizierung der Geruchsstoffe, die aufgrund hoher Aromawerte die Aromen der Krusten und Krumen von Weißbrot und Roggenbrot prägen. Entwicklung von Verfahren zur quantitativen Analyse solcher Aromastoffe. Ergebnis: Aromaextraktverdünnungsanalysen ergaben 28 Geruchsstoffe in frischer Roggenbrotkruste und 20 in der Krume. Aufgrund hoher FD-Faktoren gehörten Methional (Geruch nach gekochter Kartoffel), 3-Methylbutanal (malzartig), (E)-2- Die Berechnung von Aromawerten (Quotient aus Konzentration und Geruchsschwelle) zeigte, daß der erheblich höhere Aromawert des Methionals in der Roggenkruste und der des röstig, süß riechenden 2-Acetyl- 2.7. Disulfidbindungen in Weizenkleber Ausgangslage: Obwohl die Disulfidbindungen der Kleberproteine eine große Bedeutung für die viskoelastischen Eigenschaften von Weizenteigen haben, wurden Typ und Positionen solcher Bindungen bisher nicht näher charakterisiert. Forschungsziel: Experimenteller Nachweis intra- und intermolekularer Disulfidbindungen in monomeren Gliadinen und aggregierten Gluteninen des Weizenklebers. Ergebnis: In Fortsetzung früherer Arbeiten wurden aus enzymatischen (Pepsin, Thermolysin) Partialhydrolysaten von Glutenin oder aus angereichertem Glutenin 19 weitere Cystinpeptide isoliert, analysiert und bekannten Sequenzen von Kleberproteinen zugeordnet. Zum ersten Mal wurde eine intermolekulare Disulfidbindung zwischen einer HMW- 2.8. Einfluß der N-Düngung auf die Zusammensetzung derWeizenmehlproteine Ausgangslage: Die Versorgung des Weizens mit Stickstoff während des Wachstums bestimmt in starkem Maße die quantitative Zusammensetzung der Mehlproteine und damit die Teig- und Backeigenschaften. Untersuchungen darüber bezogen sich bisher meist nur auf das Gesamtprotein oder auf sehr heterogene Proteinfraktionen. Forschungsziel: Mit Hilfe eines kombinierten Extraktion/HPLC- Ergebnis: Die Menge der Albumin/Globulin- 2.9. Wirkung von HMW- Ausgangslage: Sortenbedingte Unterschiede in den rheologischen Eigenschaften von Weizenteig- und -kleber stehen in engen Beziehungen zur Menge und zum Mengenverhältnis bestimmter Kleberproteine. Eine besonders hohe Korrelation wurde zwischen der Menge der HMW- Forschungsziel: Durch Zusatz von HMW- Ergebnis: Zusätze verschiedener Kleberproteine zu einem Standardmehl verändern die rheologischen Eigenschaften des daraus gewonnenen Klebers in unterschiedlicher Weise und unterschiedlichem Ausmaß. Die Dehnbarkeit des Klebers wird erhöht, wenn monomer vorliegende Proteine (Gliadine, reduzierte HMW- 2.10. Mikroskopische Studien der Kleberstrukturen in der Weizenbrotkrume Ausgangslage: Die in der Literatur beschriebenen mikroskopischen Untersuchungen von Brotkrume informieren zwar über die Porengröße und -wanddicke, es fehlen jedoch Aufnahmen höherer Vergrößerungen, die eine Differenzierung der Kleberstruktur erlauben. Forschungsziel: Darstellung der Klebermatrix innerhalb einzelner Porenwände von Weizenbrotkrume mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie. Ergebnis: Die Kritisch- 2.11. Dinkelweizen und Zöliakie Ausgangslage: Über Dinkel liegen bezüglich seiner Wirkung auf Zöliakiekranke keine Untersuchungen vor. Da eine klinische Testung aus ethischen Gründen nicht in Betracht kommt, sollen vergleichende Sequenzstudien an den alpha- Forschungsziel: Aufklärung der N-terminalen Aminosäuresequenzen von alpha- Ergebnis: Durch N-terminale Sequenzanalysen von alpha-
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