In der amtlichen Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-1 ist Sensorik definiert als die Wissenschaft vom Einsatz menschlicher Sinnesorgane zu Prüf- und Messzwecken. Die dabei angewandte Methode ist die sensorische Analyse. Sie reicht von der Planung und der Durchführung bis hin zur Auswertung von sensorischen Prüfungen sowie gegebenenfalls der Interpretation der Ergebnisse.
Bei der Durchführung der sensorischen Prüfung werden unter standardisierten Bedingungen die Produkteigenschaften mittels einer Sinnenprüfung erfasst, beschrieben und/oder bewertet. Man unterscheidet die analytische von der hedonischen Prüfung. Erstere ist eine objektive Prüfung, bei der die zu prüfenden Proben nach bestimmten Vorgaben untersucht werden. Bei der Beliebtheitsprüfung (hedonische Prüfung) handelt es sich um eine subjektive Prüfung, bei der die Prüfer ihre Einstellung zur untersuchten Probe angeben.
Unter dem Genusswert bzw. der sensorischen Qualität versteht man den sensorischen Gesamteindruck von Prüfproben.
Grundlage jeder sensorischen Prüfung ist die Sinneswahrnehmung, mit der die Sinneseindrücke aufgenommen und verarbeitet werden.
2.3.2 Sinnesphysiologie
Reize aus der Umwelt werden über spezifische Sensoren der Sinnesorgane erfasst.
Dabei sind deren Rezeptoren bzw. Sinneshaare auf adäquate Reize spezialisiert, d.h. nur durch diese erregbar, was einerseits zu einer Optimierung der Reiztransformation als auch zu einer Reduktion der Informationsvielfalt führt (PIERAU 2000). Zur Wahrnehmung der unterschiedlichen Reizqualitäten verfügt der Mensch über folgende fünf Sinne:
• Gesichtssinn
• Geruchssinn
• Geschmackssinn
• Gehörsinn
• Hautsinn
• Berührungssinn
• Temperatursinn
• kinästhetischer Sinn
• Schmerzsinn
Beim Menschen ist außerdem zwischen der objektiven Sinnesphysiologie und der Wahrnehmungspsychologie zu differenzieren.
Objektive Sinnesphysiologie
Die über die Sensoren der Sinnesorgane erfassten Reize müssen zur Weiterverarbeitung in lokale elektrische Potenziale umgewandelt werden, die wiederum als sog. Aktionspotenziale über afferente Nervenfasern in das zentrale Nervensystem fortgeleitet werden. Die Reizintensität wird hierbei durch die Frequenz, mit der die Aktionspotenziale weitergeleitet werden, die Reizdauer als deren Länge wiedergegeben. Adaptationsprozesse und efferente Nervenfasern modulieren allerdings die Antwort auf den Reiz. Im ZNS erfolgt eine redundante Verarbeitung der von vielen verschiedenen Sensoren stammenden Aktionspotenziale; durch Rückkopplungsprozesse und deszendierende Hemmung werden unerwünschte Informationen ausgeblendet, was zu einer Fokussierung der Aufmerksamkeit führt (PIERAU 2000).
Wahrnehmungspsychologie
Bei wachen Personen rufen die oben beschriebenen sensorischen Prozesse Sinneseindrücke hervor, die als Empfindungen ausgedrückt werden, welche wiederum aufgrund subjektiver Erfahrungen als Wahrnehmung interpretiert werden (PIERAU 2000).
Geschmackssinn
Der Geschmack bildet zusammen mit dem Geruch das phylogenetisch älteste Sinnessystem (PIERAU 2000). Sie gehören zu den chemischen Sinnen, bei denen zwischen Anfangs-, Haupt- und Nachgeschmack/-geruch zu unterscheiden ist (AMTLICHE SAMMLUNG VON UNTERSUCHUNGSVERFAHREN NACH § 64 LFGB, L00.90-1). Gesichert ist die Existenz fünf verschiedener Grundgeschmacksarten: sauer, süß, bitter, salzig und laut DGE (2003) auch umami.
Daneben ist bislang umstritten, ob es z.B. die Geschmacksqualität „metallisch“ gibt (PIERAU 2000). Unter Geschmack sind weiterhin auch haptische Eindrücke wie brennend, heiß, kalt und adstringierend bedingt einzuordnen (HONIKEL 1996).
Die Geschmacksknospen (Sensoren) befinden sich auf der Zunge, der Schleimhaut des weichen Gaumens, der Epiglottis und im Rachen. Die genauen Lokalisationen sind der Abbildung 1 zu entnehmen.
Abbildung 1: Lokalisationen der Geschmacksrezeptoren im Mund-Rachen-Raum (links) und auf der Zunge (rechts); (JELLINEK 1981)
Eine Knospe besteht aus ca. 10 bis 150 Sinneszellen, die aufgrund einer Lebenszeit von ca. einer Woche ständig regeneriert werden müssen. Die reduzierte Neubildung im Alter führt zu einer verminderten Geschmacksempfindung. Wichtig für die
sensorische Beurteilung ist, dass die Sensibilität für die Grundgeschmacksarten bei unterschiedlichen Temperaturen sehr verschieden ist: Die maximale Empfindlichkeit für Saccharose liegt z.B. bei 35-50 °C, für NaCl bei 18-35 °C und die für bitteren Geschmack bei 10 °C (BUSCH-STOCKFISCH 2002).
Saurer Geschmack wird v.a. durch die Konzentration freier Wasserstoffionen hervorgerufen (HONIKEL 1996). Bitter schmeckt eine Vielzahl an Stoffen unterschiedlichster Struktur. Gemeinsam ist den Bitterstoffen ein kombiniertes Auftreten von polarer und unpolarer Gruppe im Abstand von 0,1 – 0,15 nm (HONIKEL 1996). Die Molekülstruktur der Stoffe, die einen süßen Geschmack erzeugen, ist ähnlich der der bitter schmeckenden Substanzen. Der Abstand zwischen polarer und unpolarer Gruppe ist hier jedoch zwei- bis dreimal so groß (HONIKEL 1996). Wahrscheinlich binden sämtliche als süß wahrgenommenen Stoffe an einen einzigen Rezeptor, allerdings mit unterschiedlicher Affinität (PIERAU 2000).
Salziger Geschmack wird durch wasserlösliche Salze hervorgerufen. Dabei besteht hinsichtlich der Intensität eine Rangordnung innerhalb der Kationen und Anionen (PIERAU 2000):
• NH4+
>K+>Ca2+>Na+>Li+>Mg2+
• SO4
2->Cl->Br->I->HCO3->NO3
-Für die Erzeugung des umami-Geschmackes ist das Auftreten von zwei negativen Ladungen im Molekül im Abstand von drei bis neun Atomen von Bedeutung (HONIKEL 1996).
Geruchssinn
Der Geruchsinn dient der Wahrnehmung flüchtiger Substanzen mit relativen Molekülmassen unter 300 und damit der Fernwahrnehmung. Eine einheitliche, gesamtgültige Einteilung der Gerüche liegt bislang noch nicht vor. Zwar schreibt AMOORE (1970) von sieben Primärgerüchen (ätherisch, kampferartig, moschusartig, blumig, minzig, stechend, faulig, schweißig), wird damit allerdings den Geruchsfähigkeiten des Menschen nicht gerecht. Zu den Rezeptoren im 2 x 5 cm² großen Riechepithel im Nasendach gelangen die Duftstoffe über die Luft oder den
Mundraum (BUSCH-STOCKFISCH 2002). Im letztgenannten Fall werden flüchtige Substanzen beim Kauen und Schlucken der Nahrung freigesetzt und erreichen dann über die Nasen-Rachen-Verbindung die Rezeptoren in der Regio olfactoria (retronasale Wahrnehmung bzw. gustatorischer Eindruck; BUSCH-STOCKFISCH 2002). Wie letztendlich der entsprechende Geruchseindruck entsteht, ist unklar.
Gesichert ist zum einen, dass Riechzellen primäre Sinneszellen sind, deren Sinneshaare verschiedene Rezeptorproteine besitzen, die jeweils mehrere Duftstoffe binden können. Zum anderen werden nach Bindung geruchswirksamer Substanzen unterschiedliche Transmitter ausgeschüttet (PIERAU 2000). Diskutiert wird zudem, inwieweit bei den einzelnen Gerüchen für die Erkennung im Thalamus unterschiedliche Muster an eintreffenden Aktionspotenzial-Salven eine Rolle spielen (WAGNER 1996).
Hinsichtlich einer Riechprobe ist zu bedenken, dass bei normaler, ruhiger Atmung nur ca. 2 % der in der Luft befindlichen Duftstoffe die Sinneszellen erreichen, es jedoch beim tiefen Schnüffeln zu Verwirbelungen und damit zum intensiven Kontakt zwischen Geruchsstoffen und Rezeptoren kommt (PIERAU 2000). Bei höheren Temperaturen ist zudem das Geruchsempfinden bzw. die Aromafreisetzung stärker (BUSCH-STOCKFISCH 2002). Zur Vermeidung einer Adaptation, bei der eine Empfindlichkeitsabnahme von 60 bis 80 % zu erwarten ist, ist eine Entfernung von der Geruchsquelle anzuraten und zwischen zwei zu untersuchenden Proben eine Pause von 20 Sekunden zwecks Regeneration des Riechepithels einzuhalten.
Gesichtssinn
Unter dem Gesichtssinn ist das Sehen zu verstehen, d. h. die Erfassung von Farbe (Farbton, -helligkeit, -sättigung), Form, visueller Texturkomponente u. a. wie z. B.
Glanz, Trübung oder Opaleszenz (AMTLICHE SAMMLUNG VON UNTERSUCHUNGSVERFAHREN NACH § 64 LFGB, L00.90-1). Indem Licht durch Cornea und Linse auf die Retina trifft, werden bei Lichtwellenlängen von 400 bis 700 nm die Sehzellen erregt. Dazu gehören zum einen die zur Schwarz-Weiss-Wahrnehmung befähigten Stäbchen und zum anderen die für das Farbsehen
zuständigen Zäpfchen. Die im Folgenden entstehenden elektrischen Impulse werden schließlich über die Sehnerven ins Mittelhirn geleitet und auf die Großhirnrinde projiziert (BUSCH-STOCKFISCH 2002).
Für eine visuelle Untersuchung von Probenmaterial ist zweierlei zu bedenken:
Erstens ist für die Erregung der Zäpfchen ausreichend Licht notwendig, dementsprechend auch für eine optimale Beurteilung (HONIKEL 1996). Und zweitens ist der visuelle Sinn gegenüber den anderen Sinnen dominant, d.h. dass er durchaus in der Lage ist, die Bewertung von Geschmack und Geruch in positiver wie in negativer Hinsicht zu beeinflussen (BUSCH-STOCKFISCH 2002).
Hautsinn
Der Hautsinn (Synonyme: Getast, trigeminale Wahrnehmung, Somatosensorik) ist nach PLATTIG (1995) in drei Kategorien zu unterteilen:
1. Mechanozeption
- Taktile Eindrücke (alle mit Händen und Mund wahrnehmbaren Berührungen)
- Kinästhetische Eindrücke (dynamische Sinneseindrücke, die durch Hand- und Kaubewegungen entstehen)
2. Thermozeption (Temperatursinn) 3. Nozizeption (Schmerzsinn)
Verschiedenste Rezeptortypen reagieren auf die Einwirkung bestimmter Reize mit Auslösung von Aktionspotenzialen, die über markhaltige afferente Nervenfasern (also mit hoher Leitungsgeschwindigkeit) an das ZNS weitergegeben und in sensorischen Zentren integriert werden (FISCHER 1996). Aus den komplexen Informationen, die das Gehirn z. B. während eines Kauvorgangs bei einer sensorischen Beurteilung erhält, gilt es, ein Gesamtbild zu erstellen und mit Bewusstseinsinhalten zu vergleichen. Bei der sensorischen Beurteilung wird dies durch die permanente Änderung der Beschaffenheit des Prüfgutes und durch die Kopplung mit dynamischen Prozessen (Drücken, Zerreißen u.s.w.) erschwert (FISCHER 1996).
Gehörsinn
Die auditiven Eindrücke bei der Untersuchung von Lebensmitteln sind insbesondere bei vakuumierten Verpackungen oder Dosen und Flaschen während des Öffnens von Bedeutung, aber auch z. B. bei Abbeißen und während des Kauvorgangs. Eine einheitliche Liste für verwendbare Begriffe ist z. Zt. noch nicht verfügbar (BUSCH-STOCKFISCH 2002).
2.3.3 Prüfverfahren
Die einzelnen Prüfverfahren werden in der amtlichen Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-1 in drei Gruppen eingeteilt:
Tabelle 2: Gruppen der sensorischen Prüfverfahren (Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-1)
Prüfverfahrengruppen Anwendungsbereich und Zweck
Unterschiedsprüfungen Ermittlung des Unterschieds zwischen Proben.
Beschreibende Prüfungen Ziel ist eine möglichst genaue wertneutrale verbale oder graphische Beschreibung der Merkmale und Merkmalseigenschaften von Proben Bewertende Prüfungen Bewertung von Proben insgesamt oder
hinsichtlich einzelner Merkmale.
Zu den genannten analytischen Prüfungen werden die Unterschiedsprüfungen sowie die deskriptiven Prüfungen gezählt (BUSCH-STOCKFISCH 2002). Im Folgenden wird auf die einzelnen Prüfverfahren näher eingegangen. Innerhalb jeder dieser Gruppen lassen sich je nach Fragestellung und Zielsetzung verschiedene Prüfverfahren unterscheiden und anwenden.
2.3.3.1 Unterschiedsprüfungen
Diese Verfahren, die auch als Diskriminierungsprüfungen oder Vergleichsprüfungen bezeichnet werden, dienen dem Produktvergleich von mindestens zwei ähnlichen oder nahezu gleichen Produkten, wobei sich die Proben nur in dem zu testenden Merkmal unterscheiden dürfen. Untersucht werden können alle Produktveränderungen, Produktentwicklungen, Produktionsänderungen und Lagerveränderungen. Nicht geeignet sind Unterschiedsprüfungen für all jene Lebensmittel, die sich durch einen sehr intensiven Geruch, Geschmack oder sehr langen Nachgeschmack auszeichnen.
Als Prüfverfahren innerhalb der Gruppe der Unterschiedsprüfungen finden laut BUSCH-STOCKFISCH (2002) Anwendung:
1. die paarweise Vergleichsprüfung 2. die Dreiecksprüfung
3. die Duo-Trio-Prüfung 4. die „A“ not „A“-Prüfung 5. die Rangordnungsprüfung.
Die paarweise Vergleichsprüfung (DIN 10954 bzw. Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-8) ist eine attributbezogene Unterschiedsprüfung, mit der spezifische Unterschiede zwischen Produkten ermittelt werden können. Sie gehört zu den am häufigsten angewandten sensorischen Prüfmethoden, da der Test zum einen sehr sensibel ist und zum anderen keine hohen Schulungsanforderungen an die Prüfer stellt. Es werden zwei Proben miteinander verglichen, die sich in mindestens einem Merkmal unterscheiden, wobei die Effizienz und Aussagekraft des Tests bei nur einem unterschiedlichen Attribut höher ist (BUSCH-STOCKFISCH 2002).
In der Dreiecksprüfung oder dem Triangeltest (DIN ISO 4120 bzw. Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-7) werden den prüfenden Personen drei Proben (Triade) vorgestellt, von denen zwei identisch sind und eine sich unterscheidet. Die Prüfpersonen sollen ermitteln, welches die abweichende Probe der Triade ist.
In der Duo-Trio-Prüfung, die sowohl in der Durchführung als auch in dem Ergebnis und der Aussage dem Triangeltest sehr ähnlich ist, werden ebenfalls drei Proben gereicht, wobei eine als Referenzprobe dient. Eine der beiden anderen Proben entspricht dieser, die andere weicht ab. Diese Prüfung ist sowohl als Prüfung auf Unterschied als auch auf Ähnlichkeit durchzuführen (BUSCH-STOCKFISCH 2002).
Der A- not A test ist ein Verfahren, bei dem mit einer einzigen Testprobe ein Ergebnis erzielt werden kann, so dass er auch bei Lebensmitteln mit starken sensorischen Eindrücken anwendbar ist (LILL 2002). Die Prüfpersonen werden mit der Standardprobe vertraut gemacht, wobei nicht einzelne Merkmale im Vordergrund stehen, sondern die Probe als Ganzes betrachtet wird (Schulungsphase). Im Anschluss an diese Schulungsphase wird den Prüfern eine bestimmte Anzahl mit der Standardprobe übereinstimmende und abweichende Proben vorgelegt und es erfolgt durch die Prüfpersonen jeweils ein Abgleich zu dem gelernten Standard.
Die Rangordnungsprüfung (DIN 10963 bzw. Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-4) wird unter anderem zur Vorsortierung für andere sensorische Prüfverfahren, zum Vergleich und zur Festlegung einer Rangfolge von mehreren Proben verwendet (BUSCH-STOCKFISCH 2002). Praktische Anwendung findet diese Prüfmethode beispielsweise bei der Feststellung des Einflusses unterschiedlicher Rohwaren, Erzeugung, Verarbeitung, Behandlung, Verpackung und Lagerung.
2.3.3.2 Beschreibende Prüfungen
Für eine qualitative und quantitative Beschreibung und Unterscheidung werden Verfahren dieser Gruppe von Prüfverfahren angewandt. Man unterscheidet zwei Phasen der Prüfung. In der qualitativen Beschreibung werden für das Aussehen, den Geruch, den Geschmack, die Textur und den Nachgeschmack der untersuchten Produkte Begriffe gesucht und die Charakteristika beschrieben. In der Phase der quantitativen Deskription werden Intensitäten für die ermittelten Befunde definiert.
Verfahren dieser Gruppe bieten sich im Gegensatz zu den Unterschiedsprüfungen
auch für Vergleiche von Proben mit großen Unterschieden innerhalb der einzelnen Prüfmuster an (BUSCH-STOCKFISCH 2002).
In der amtlichen Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-1 wird neben der einfach beschreibenden Prüfung zwischen der Profilprüfung, der Verdünnungsprüfung, der Schwellenprüfung und der Klassifikationsprüfung unterschieden.
Die einfach beschreibende Prüfung ist ein Verfahren zur verbalen Beschreibung von Merkmalen oder Merkmalseigenschaften einer oder mehrerer Prüfproben (DIN 10964 bzw. Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-6). Anwendung findet diese Prüfmethode bei der Feststellung von die Produktion beeinflussenden Faktoren, bei der Charakterisierung von Produktstandards, bei der Erstellung spezifischer Bewertungsschemata und bei der Prüfpersonenschulung. Die zur Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind dabei entweder frei zu wählen oder aus einer vorgegebenen Liste zu entnehmen, wobei Intensitätsangaben nicht erforderlich sind. Es sollten mindestens 3 Prüfpersonen eingesetzt werden, die in der Lage sind, ihre sensorischen Wahrnehmungen beschreiben zu können. Es kommen geschulte und ungeschulte Prüfer in Frage. In der Regel werden die Proben von den Prüfern zunächst einzeln beschrieben und die Einzelbeschreibungen dann zu einem Gruppenergebnis zusammengefasst (RUMMEL 2002). Bei der Durchführung der Untersuchung ist darauf zu achten, dass die Prüfer über den Prüfzweck unterrichtet werden und gleichzeitig von der Vorabsprache nicht beeinflusst werden.
Bei der Profilprüfung wird zwischen dem konventionellen Profil, dem Konsensprofil und dem freien Auswahlprofil unterschieden.
Das konventionelle Profil (DIN 10967-1 bzw. Amtlichen Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-11/1) ist ein Verfahren, mit dem die Ausprägung produktrelevanter Merkmalseigenschaften ermittelt wird. Diese werden dabei getrennt in der Reihenfolge ihrer Wahrnehmung erfasst und ihre jeweilige Intensität bestimmt.
Das Konsensprofil (DIN 10967-2 bzw. Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-11/2) hat zum Ziel, die
Merkmalseigenschaften und Intensitäten einer Probe im Einvernehmen (Konsens) innerhalb einer Prüfergruppe zu erarbeiten (RIEBEL 2002). Die Merkmalseigenschaften werden dabei analog zum konventionellen Profil bestimmt, wobei alle Prüfer dieselben produktrelevanten Bewertungen verfolgen.
Das freie Auswahlprofil (DIN 10967-3 bzw. Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-11/3) ist ein Verfahren zur Beschreibung verschiedener Merkmalseigenschaften, wobei die Prüfer letztere selbst auswählen und die Ausprägung dieser ermitteln. Es werden mindestens 5 Proben miteinander verglichen.
Bei der Verdünnungsprüfung werden nach stufenweiser Verdünnung die sensorischen Eigenschaften bei geruchs- oder geschmacksintensiven Lebensmitteln bestimmt (Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-1).
Die Schwellenprüfung dient der Ermittlung produktspezifischer Schwellenwerte, wobei eine Probenreihe mit ansteigender Intensität vorgelegt wird (DIN 10961 Teil 1).
Bei der Klassifikationsprüfung werden Proben zur Vorsortierung für andere Prüfverfahren in eine oder mehrere vorgegebene Klassen einsortiert (Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-1).
2.3.3.3 Bewertende Prüfungen
Bewertungen können nach der amtlichen Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-1 anhand einer Rangordnungsprüfung, einer Profilprüfung, einer Verdünnungsprüfung, einer bewertenden Prüfung mit Skale und einer Klassifikationsprüfung vorgenommen werden. Im Gegensatz zu den unter 2.3.3.1 und 2.3.3.2 erläuterten Unterschiedsprüfungen bzw. beschreibenden Prüfungen wird bei den bewertenden Prüfungen das Ziel verfolgt, die Prüfproben in einzelnen Merkmalen oder aber gesamthaft zu beurteilen. Die schon zuvor erläuterten Rangordnungsprüfungen, Profilprüfungen, Verdünnungsprüfungen und Klassifikationsprüfungen werden, wenn als bewertende Prüfungen angewandt, um eine abschließende Beurteilung der Proben oder Merkmale erweitert.
Bei der bewertenden Prüfung mit Skale (DIN 10952 Teil 1 bzw. Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, L00.90-3) werden eine oder gleichzeitig mehrere Proben anhand von Skalen bewertet. Anwendung findet dieses Verfahren unter anderem zu einer Charakterisierung des Produktstandards, zur Einteilung in Qualitätsbereiche und für eine Produktprämierung.