Jahresbericht 1997InhaltsverzeichnisArbeiten zum Genußwert von Lebensmitteln - Aroma und Geschmack als Qualitätsparameter
Arbeiten zu Struktur/Wirkungsbeziehungen bei Biopolymeren
Arbeiten zur Charakterisierung toxischer Strukturen in Proteinen Tabellenwerk zum Nährstoffgehalt von Lebensmitteln Zusammenfassungen1. ARBEITEN ZUM GENUSSWERT VON LEBENSMITTELN - AROMA UND GESCHMACK ALS QUALITÄTSPARAMETER 1.1. Untersuchungen über die charakteristischen Geruchsstoffe von geröstetem Kaffee Ausgangslage: In den vergangenen Jahren sind die meisten Aromastoffe von geröstetem Kaffee identifiziert worden. Nur zwei erdig riechende Verbindungen waren noch unbekannt von den in Verdünnungsanalysen ermittelten potenten Geruchsstoffen. Forschungsziel: Identifizierung der beiden Geruchsstoffe. Ergebnis: Die beiden Verbindungen, die in Robusta- 1.2. Apparatur für die quantitative Headspaceanalyse charakteristischer Geruchsstoffe von Baguetten Ausgangslage: Die statische und die dynamische Headspaceanalyse sind in den meisten Fällen nicht geeignet für eine quantitative Analyse der Geruchsstoffe, die von einem Lebensmittel in den Gasraum abgegeben werden. Die statische Methode ist zu unempfindlich und die Anreicherung von Geruchsstoffen, die die dynamische Methode ermöglicht, führt zu unkalkulierbaren Verlusten. Die Genauigkeit der zuletzt genannten Methode kann aber verbessert werden, wenn stabile Isotopomere der Analyten als interne Standardsubstanzen verwendet und gemeinsam mit den Analyten angereichert werden. Forschungsziel: Entwicklung einer Apparatur für die quantitative Analyse von Geruchsstoffen, die bei der Lagerung von Lebensmitteln emittiert werden. Anwendung des Verfahrens zur Bestimmung der Abdampfraten von Geruchsstoffen bei Baguetten. Ergebnis: Dem Prinzip der dynamischen Headspaceanalyse folgend wurde eine Apparatur entwickelt, mit der die Freisetzung von Geruchsstoffen aus Lebensmitteln quantifiziert werden kann. Untersucht wurde damit die Aromastabilität von Baguetten, die nach dem Intensifeé- (INT) und dem Artisanal- Bestimmt wurden die Konzentrationen von 12 Geruchsstoffen, die 1 h, 2,5 h und 4 h nach Verlassen des Ofens während eines Zeitraums von 15 min von einem Baguette verdampfen. Zur überprüfung der Ergebnisse wurden Mischungen hergestellt, die die Geruchsstoffe in den in den Headspaceanalysen gefundenen Konzentrationen enthielten. Sensorische Untersuchungen dieser Mischungen, bei denen die neue Apparatur als Olfaktometer diente, zeigten, daß ihre Aromaprofile mit denen der Baguetten INT und ART übereinstimmten und somit die Aromaveränderungen infolge Lagerung wiedergaben. Das Aroma verlor an Frische insbesondere durch die Abnahme der Konzentrationen von Methylpropanal (I), 2- und 3-Methylbutanal (II, III) in der Gasphase bei gleichzeitiger Zunahme von Hexanal und (E)-2- Im Unterschied zum INT Baguette war der Abfall des Aromas im ART verzögert, weil die Konzentrationen von I-III in seiner Kruste erheblich höher waren. 1.3. Schlüsselaromastoffe in Reaktionsaromen 1.3.1. Identifizierung wichtiger Aromastoffe in thermisch behandelten Lösungen von Glucose bzw. Rhamnose und Cystein Ausgangslage: Die Umsetzung von reduzierenden Kohlenhydraten mit der Aminosäure Cystein spielt bei der Herstellung von Reaktionsaromen mit röstig, fleischartiger Note eine wichtige Rolle. Kenntnisse über Verbindungen, die den Geruch solcher Produkte prägen, sind noch sehr lückenhaft. Forschungsziel: Identifizierung flüchtiger Aromastoffe, die primär zum Geruch thermisch behandelter Glucose/Cystein- und Rhamnose/Cystein- Ergebnis: Durch Anwendung der Aromaextraktverdünnungsanalyse auf Extrakte aus thermisch behandelten (20 min, 145°C) Lösungen von Glucose und Cystein (I) sowie Rhamnose und Cystein (II) konnten 34 bzw. 18 geruchsaktive Verbindungen identifiziert werden. In Mischung I wiesen 2-Furfurylthiol (röstig, kaffeeartig), 5-Acetyl- 1.3.2. Studien zur Bildung der potenten Aromastoffe 2-Methyl- Ausgangslage: Die intensiven Aromastoffe 2-Methyl- Forschungsziel: Klärung der Bildungswege zu den drei Verbindungen aus Cystein und Kohlenhydraten. Charakterisierung von Reaktionsintermediaten. Ergebnis: Quantitative Messungen an thermisch behandelten Precursormischungen haben gezeigt, daß die durch retro- 1.4. Schlüsselaromastoffe in erhitzen Hefe- Ausgangslage: Extrakte aus Bäcker- und Brauhefen enthalten u.a. relativ hohe Gehalte an freien Aminosäuren. Durch thermische Behandlung der Hefe- Kenntnisse über die Verbindungen, die die Aromen erhitzter Hefeextrakte hervorrufen, sind bisher noch sehr lückenhaft. Insbesondere wurden systematische Arbeiten über die Bildung von Aromastoffen aus Vorstufen in den Extrakten bisher nur in geringem Umfang durchgeführt. Es ist daher bisher nicht möglich, die Aromabildung durch Wahl geeigneter Prozeßbedingungen zu beeinflussen. Forschungsziel: Identifizierung von Aromastoffen, die bei der thermischen Behandlung kommerzieller sowie im Labormaßstab hergestellter Bäckerhefe- Ergebnis: Die Anwendung der Aromaextraktverdünnungsanalyse auf ein Aromakonzentrat aus einem erhitzten (145°C, 20 min) kommerziellen Hefe- Die Erhitzung einer wasserlöslichen, niedermolekularen Fraktion, die unter sehr schonenden Bedingungen aus frischer Bäckerhefe isoliert worden war, ergab das röstig riechende 2-Acetyl- 1.5. Schlüsselaromastoffe in Milchschokolade und Kakaomasse Ausgangslage: Das typische Aroma von Schokolade ist in signifikantem Maße abhängig von den verwendeten Rohstoffen, den Prozeßbedingungen bei Fermentation und Röstung der Kakaobohnen sowie dem Conchierprozess. Obwohl bisher mehr als 500 flüchtige Komponenten im Schokoladenaroma identifiziert worden sind, sind Kenntnisse über Verbindungen, die das Schokoladenaroma ursächlich hervorrufen, noch sehr lückenhaft. Forschungsziel: Identifizierung von Verbindungen, die für das Aroma von Milchschokolade verantwortlich sind. Untersuchungen über wesentliche Aromastoffe in Kakaomasse. Ergebnis: Die Anwendung der Aromaextraktverdünnungsanalyse auf die flüchtige Fraktion einer kommerziellen Milchschokolade ergab 51 geruchsaktive Verbindungen im Flavour Dilution (FD) Faktorbereich von 8 bis 1024, von denen 44 Komponenten in der Struktur aufgeklärt werden konnten. Die nachstehend genannten 13 Verbindungen tragen mit den höchsten FD- 1.6. Metallisches Fehlaroma in Buttermilch Ausgangslage: Bei der Lagerung von Buttermilch tritt relativ schnell ein metallisches Fehlaroma auf. In vorangehenden Arbeiten (s. Bericht 1996) konnten wir zeigen, daß bei der Lagerung insbesondere die Flavour Dilution (FD)- Forschungsziel: Quantitative Messungen zur Ermittlung der Bedeutung der genannten Verbindungen für das metallische Fehlaroma. Klärung von Aromavorstufen und Bildungsabläufen beim Herstellungsprozeß. Ergebnis: Durch quantitative Messungen anhand von Isotopenverdünnungsanalysen sowie eine Berechnung von Aromawerten konnte das metallisch riechende (E,Z)-2,6- 1.7. Reifung von Emmentaler Käse - Analyse der charakteristischen Geruchs- und Geschmacksstoffe Ausgangslage: In vorangegangenen Untersuchungen wurden die Geruchs- und Geschmacksstoffe von Emmentaler Käse identifiziert und es wurden Methoden für die Quantifizierung dieser Verbindungen entwickelt. Forschungsziel: Verfolgung der Konzentrationsänderungen der Geruchs- und Geschmacksstoffe während der Reifung von Schweizer Emmentaler, der im Alter von 3 Monaten in Folien vakuumverpackt und dann bis zu 12 Monaten gelagert wurde. Ergebnis: Insgesamt 15 Geruchs - In einem ungereiften Käse wurden die Konzentrationen der Geruchs- und Geschmacksstoffe eingestellt, die in den 9 Monate alten Emmentalern vorkamen. Eine vergleichende Untersuchung dieser Modellkäse ergab, daß die Konzentrationsunterschiede von Essig- und Propionsäure die größte Auswirkung auf das Flavour- 1.8. Erkennung potenter Geruchsstoffe in Extrakten von gekochtem Rindfleisch - Vergleich von Aromaextraktverdünnungsanalyse (AEVA) mit Aromaextraktkonzentrierungsanalyse (AEKA) Ausgangslage: Aromastoffextrakte werden zu Beginn einer AEVA sehr stark eingeengt. Aromastoffe können dabei u.a. durch Reaktionen mit anderen Inhaltsstoffen verlorengehen. Dieser Nachteil kann umgangen werden, wenn schon die Konzentrierung des Extraktes von einer gaschromatographisch- Forschungsziel: Vergleich von AEVA und AEKA bei der Analyse der Aromastoffe von gekochtem Rindfleisch. Ergebnis: Gekochtes Rindfleisch wurde mit Dichlormethan extrahiert. Die flüchtige Fraktion einschließlich des Lösungsmittels wurde abdestilliert und dann geteilt. Eine Hälfte wurde mit der AEKA und die andere mit der AEVA untersucht. Beide Auswahlverfahren stimmten in den 32 Geruchsstoffen überein, die nach 250facher Konzentrierung der Destillate gefunden wurden. Eine Reihe von Geruchsstoffen wurden aber bei der AEKA in höher verdünnten Lösungen erkannt als bei der AEVA. Besonders deutlich war der Unterschied bei den reaktiven Geruchsstoffen 4-Hydroxy- 1.9. Stabilität von Furanfettsäuren in Sojaöl Ausgangslage: Sojaöl enthält in geringen Mengen die Furanfettsäuren 10,13-Epoxy- Forschungsziel: Zum Vorkommen und der Stabilität von F20 und F22 in Sojaöl soll untersucht werden:
Außerdem soll untersucht werden ob eine Belichtung vor der Raffination die Stabilität von Sojaöl fördert. Ergebnis: Die Furanfettsäuren sind überwiegend mit den primären OH-Gruppen des Glycerins verestert. Nach völliger Hydrierung von öl-, Linol- und Linolensäure wurden nur 53 % F20 und 59 % F22 gefunden. ß-Carotin hemmte die Oxidation von F20 und F22 mit positiven Auswirkungen auf das Aroma von Sojaöl. Vom alpha-Tocopherol waren wesentlich höhere Zusätze zur Erreichung des gleichen Hemmeffektes erforderlich. Durch Belichtung des öls wurden die Furanfettsäuren bei Schonung von Linol- und Linolensäure zerstört, so daß nach Abtrennung der entstandenen Oxidationsprodukte und Raffination nur 5 µg/kg MND (Kontrollversuche 204 µg/kg) im 30 Tage gelagerten öl entstanden waren. 1.10. Die Detektion gaschromatographischer Eluate mit Chemosensoren (HRGC/SOMMSA) - Eine hilfreiche Methode zur Standardisierung von Sensorarrays mittels Schlüsselaromastoffen von Lebensmitteln Ausgangslage: Chemosensoren werden seit einiger Zeit in sog. "Elektronischen Nasen" zur Beurteilung der Aromaqualität von Lebensmitteln benutzt. Die Standardisierung der Sensorarrays erfolgt im allgemeinen durch Korrelation des Gesamtaromas (Sensorikpanel) mit dem Signalmuster der Sensoren. Untersuchungen zur Korrelation der Intensitäten von Sensorsignalen mit einzelnen flüchtigen Lebensmittelinhaltsstoffen bzw. Schlüsselaromastoffen wurden bisher nicht durchgeführt. Eine systematische Auswahl geeigneter, selektiver Chemosensoren zur gezielten Bewertung der Beschaffenheit von Lebensmittelaromen ist daher bislang nicht möglich. Weiterhin fehlen objektive Standards zur Eichung der Chemosensoren für ein bestimmtes Aroma. In den vergangenen Jahren wurden an der DFA in einer Reihe von Lebensmitteln die wesentlichen Aromastoffe identifiziert und quantifiziert, sowie die Ursache verschiedener Fehlaromen auf der Basis quantitativer Daten geklärt. Dies legte nahe, unsere Kenntnisse über die stofflichen Zusammenhänge bei Lebensmittelaromen in die Entwicklung und Standardisierung von Chemosensoren einzubringen. Forschungsziel: Entwicklung einer geeigneten Methode zur Ermittlung von Struktur/Response- Ergebnis: Mit der Kopplung von gaschromatographischer Trennung mit der Detektion von GC-Eluaten über ein Chemosensorarray (HRGC/SOMMSA) wurde, in Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte Physik der Universität Gießen, ein neues Verfahren entwickelt, das es gestattet, systematisch den Response einzelner Chemosensoren auf Einzelverbindungen zu untersuchen. Die Anwendung der Technik auf ein Butterrekombinat, bestehend aus delta-Decalacton, 2,3-Butandion und Buttersäure, das in bestimmter Komposition den Aromaeindruck von, zum einen frischer Butter, zum anderen ranziger Butter (10fach höherer Buttersäuregehalt) wiedergab, zeigte, daß ein SAW (surface acoustic wave) Sensor und ein Zinkoxid- 2. ARBEITEN ZU STRUKTUR/WIRKUNGSBEZIEHUNGEN BEI BIOPOLYMEREN 2.1. Untersuchung von Disulfidbindungen in Getreideproteinen 2.1.1. Disulfidbindungen von γ46-Gliadin Ausgangslage: In vorangegangenen Untersuchungen wurde die Disulfidstruktur von zwei γ-Gliadinen (γ16, γ17) aus Kleber der Weizensorte Rektor aufgeklärt. Der Einfluß von Sorte und Art der Klebergewinnung auf die Disulfidstruktur von γ-Gliadinen ist bisher nicht bekannt. Forschungsziel: Untersuchung der Disulfidstruktur von γ46-Gliadin, das von Popineau und Pineau (INRA, Nantes) aus einem mittels Martin- Ergebnis: γ46-Gliadin wurde aus der Weizensorte Hardi isoliert, wobei Klebergewinnung (Martin- 2.1.2. Verteilung von 35S-markiertem Glutathion auf die Osborne- Ausgangslage: Endogenes Glutathion (GSH) hat als die im Mehl dominierende niedermolekulare Thiolverbindung über einen SH/SS- Forschungsziel: Bestimmung der Verteilung von GSH auf die wasserlösliche Fraktion sowie auf Globuline, Gliadine und Glutenine von Teig und Kleber von verschiedenen Weizensorten mit Hilfe eines Zusatzes geringer Mengen an markiertem GSH. Ergebnis: Drei sortenreinen Mehlen unterschiedlicher Teig- und Backqualität wurde vor dem Anteigen 35S-markiertes GSH (ca. 0,05 % der endogenen Menge) als Tracer zugesetzt. Die Teige und die daraus hergestellten Kleber wurden nach Osborne fraktioniert und die erhaltenen Fraktionen auf Radioaktivität untersucht. Bei den Teigen wurden sortenunabhängig etwa 65 % der Gesamtradioaktivität in der wasserlöslichen Fraktion (hauptsächlich nicht- 2.1.3. Isolierung und Charakterisierung von Cysteinpeptiden aus HMW- Ausgangslage: Die 4-7 Cysteinreste der HMW- Forschungsziel: Isolierung und Sequenzbestimmung von Cysteinpeptiden aus den HMW- Ergebnis: Die HMW- 2.2. Rheologische, backtechnische und proteinchemische Untersuchungen von Dinkelsorten Ausgangslage: Dinkel wird wieder vermehrt angebaut. Im Gegensatz zu Saatweizen liegen jedoch nur wenige Kenntnisse über rheologische und backtechnische Eigenschaften sowie über qualitative und quantitative Kleberproteinzusammensetzungen in Abhängigkeit von der Sorte vor. Forschungsziel: Charakterisierung verschiedener Dinkelsorten in Bezug auf Teig-, Kleber- und Backeigenschaften und hinsichtlich der Muster und Menge einzelner Kleberproteintypen. Ergebnis: 20 unter identischen Bedingungen angebaute Dinkelsorten und 2 Saatweizensorten wurden mit Hilfe von früher entwickelten Mikromethoden auf ihre rheologischen Teig- und Klebereigenschaften sowie auf ihre Backqualität untersucht. Unter der Voraussetzung, daß beim Kneten die Teigkonsistenz durch verringerte Wasserzugabe und beim Backversuch die Ascorbinsäurezugabe gegenüber den Weizenversuchen erhöht werden, kann die Qualität von Dinkel ebenso wie von Saatweizen durch Mikromethoden differenziert werden. Die Backvolumina variieren in einem weiten Bereich und korrelieren mit der Dehnungsenergie von Teig und mit dem maximalen Dehnwiderstand von Kleber. Das für Saatweizen entwickelte Extraktion/HPLC- 2.3. Untersuchungen über die Teigverfestigung bei der Herstellung von Weizenteigen Ausgangslage: Werden geknetete Weizenteige nach einer Entspannungsphase verformt oder homogenisiert, kann bei anschließenden uniaxialen Zugversuchen eine deutliche Teigverfestigung beobachtet werden. Die in der Literatur angegebene Erklärung für diesen Effekt, nämlich oxidative Veränderungen der Kleberproteinstruktur, ist unbefriedigend. Forschungsziel: Physikalische und mikroskopische Untersuchungen an unterschiedlich behandelten Teigen und daraus ausgewaschenen Klebern sollen unter Einbeziehung verschiedener Weizensorten und mit Zusätzen von Stärke und Wasser einen Beitrag zur Klärung des Phänomens der Teigverfestigung leisten. Ergebnis: Standardzugversuche wie auch Zugversuche im Mikromaßstab zeigen, daß Teig nach einer längeren Ruhephase weicher und dehnbarer wird. Im Gegensatz dazu kann ein Verformungs- und Homogenisierungsschritt während der Teigruhe zu einer starken Verfestigung führen. Dieser Effekt tritt vor allem bei Weizensorten mit festem Teig und Kleber auf. Eine Erhöhung des Stärkeanteils im Mehl begünstigt die Teigverfestigung, während bei vermehrter Wasserzugabe in der Anteigphase der Effekt nur abgeschwächt zu beobachten ist. Werden die gleichen Teige mit Meßmethoden untersucht, die keine uniaxiale Dehnung erzeugen, ist keine Teigverfestigung zu beobachten, ebensowenig bei Kleber, der aus entsprechenden Teigen ausgewaschen wurde. Dementsprechend scheiden oxidative Vorgänge als Ursache für die Teigverfestigung aus. Kapillarviskosimetrische und mikroskopische Untersuchungen zeigen, daß die Homogenisierung von Teig eine Aggregation der Kleberproteine und eine Ansammlung von Stärkekörner verursacht. Die daraus resultierende Entmischung von Stärke und Kleber bewirkt eine Verfestigung des Teiges. 2.4. Untersuchungen zur Backwirksamkeit von DATEM Ausgangslage: Mono- und Diacylglyceride, verestert mit Mono- und Diacetylweinsäure (DATEM) verbessern das Knet- und Backverhalten von Weizenteigen. Bisher unbekannt sind die Wirkungen der einzelnen Komponenten von DATEM. Forschungsziel: Durch Anwendung rheologischer Untersuchungsmethoden und Backversuche in kleinem Maßstab soll die Wirkung von Komponenten, die aus DATEM präpariert werden, einzeln und in Kombination untersucht werden. Dadurch sollen die Komponenten von DATEM identifiziert werden, die das Knet- und Backverhalten von Weizenteigen verbessern. Ergebnis: Untersucht wurden 8 DATEM- 3. ARBEITEN ZUR CHARAKTERISIEUNG TOXISCHER STRUKTUREN IN PROTEINEN 3.1. Internationale Studie über die Bestimmung des Gliadingehaltes von Weizenstärke Ausgangslage: Für die Novellierung des Codex- Forschungsziel: Anhand von Stärkeproben mit unterschiedlichem Proteingehalt soll unter Beteiligung verschiedener europäischer Arbeitsgruppen die Beziehung Stickstoff-/Gliadingehalt untersucht und mehrere Methoden zur Gliadinanalyse verglichen werden. Ergebnis: 16 Weizenstärken mit Rohproteingehalten (N x 5,7) von 0,16-0,48 % wurden von 8 Arbeitsgruppen aus 7 europäischen Ländern teils mit käuflichen immunchemischen Kits, teils mit selbstentwickelten immunchemischen Tests sowie mit nicht- 4. TABELLENWERK ZUM NÄHRSTOFFGEHALT VON LEBENSMITTELN Ausgangslage: Dem jeweiligen Wissensstand entsprechende Tabellen über die Zusammensetzung der Lebensmittel sind für Administration, Ernährungsberatung, Wirtschaft und Wissenschaft unentbehrlich. Forschungsziel: Das von Souci, Fachmann und Kraut begründete Tabellenwert ist durch Erfassung der gesamten einschlägigen Literatur und mit Hilfe der PC- Ergebnis: Für die Herausgabe der 6. Auflage wurden folgende Arbeiten durchgeführt:
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