Untersuchungen zum Aroma von mariniertem Wildschweinfleisch mittels Gaschromatographie/Massenspektronomie

Tierärztliche Hochschule Hannover

Zentrum für Lebensmittelwissenschaften

Institut für Lebensmitteltoxikologie und Chemische Analytik - Chemische Analytik -

Untersuchungen zum Aroma von mariniertem Wildschweinefleisch mittels Gaschromatographie / Massenspektrometrie

INAUGURAL – DISSERTATION zur Erlangung des Grades eines Doktors der Veterinärmedizin

- Doctor medicinae veterinariae - ( Dr. med. vet. )

vorgelegt von

Peter René Manteuffel-Groß Kassel

Wissenschaftliche Betreuung durch Univ.-Prof. Dr. W. Ternes

1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. Waldemar Ternes 2. Gutachter: Apl.-Prof. Dr. Bernhard Nowak

Tag der mündlichen Prüfung: 20. November 2008

Diese Arbeit wurde gefördert von der Fritz-Ahrberg-Stiftung, Hannover

Meiner lieben Frau

und meinen Eltern

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 2 Schrifttum

2.1 Physiologische Grundlagen

2.2 Entstehung von Aromastoffen in Fleisch 2.2.1 Prämortale Faktoren

2.2.2 Postmortale Faktoren 2.2.3 Aromaprecursoren 2.2.4 Lipidoxidation

2.2.5 Maillardreaktion und Streckerabbau 2.2.6 Aroma von Wildschweinefleisch 2.3 Buttermilcharoma

2.3.1 Erhitzte Milchprodukte

2.4 Weinaroma

2.5 Marinaden 2.6 Analytik

3 Material und Methoden

3.1 Arbeits- und Probenmaterialien

3.1.1 Chemikalien und Verbrauchsmaterial 3.1.2 Probenmaterial

3.2 Probenaufbereitung

3.2.1 Funktionsprinzip der Probenaufbereitung 3.2.2 Verwendete Trapping-Techniken

3.2.2.1 Adsorption auf Tenax^® TA 60/90 3.2.2.2 Solid Phase Microextraction – SPME 3.2.2.3 Kondensat

3.2.3 Methodische Details 3.2.3.1 Dokumentation

3.2.3.2 Vorbereitung der Apparatur

1 3 3 5 5 8 12 14 18 22 23 25 27 31 36 39 39 39 40 42 42 45 45 46 46 46 46 47

3.2.3.3 Marinieren

3.2.3.4 Probenaufbereitung unbehandeltes Fleisch 3.2.3.5 Probenaufbereitung mariniertes Fleisch 3.2.3.6 Probenaufbereitung mit Rotwein

3.2.3.7 Probenaufbereitung mit Buttermilch 3.2.3.8 Elution der Aromastoffe vom Tenax^® 3.2.3.9 Extraktion der Aromastoffe aus Kondensat 3.2.3.10 Solid Phase Microextraktion (SPME)

3.3 Analyse

3.3.1 Messeinheit 3.3.2 GC/MS-Methoden

3.4 Charakterisierung der Aromastoffe 3.4.1 Identifikation

3.4.2 Quantifizierung mit der ersten Trennsäule 3.4.3 Verifizierung mit zweiter Trennsäule 3.5 Sensorische Untersuchung

3.6 Statistik 4 Ergebnisse

4.1 Auswahl und Einteilung der Aromastoffe

4.2 Aroma von Wildschweinefleisch in Rotweinmarinade 4.2.1 Transferstoffe

4.2.2 Reaktionsstoffe aus Marinade und Fleisch 4.2.2.1 10 %ige Alkoholmarinade

4.3 Aroma von Wildschweinefleisch in Buttermilchmarinade 4.3.1 Transferstoffe

4.3.2 Summationsstoffe 4.3.3 Transformationsstoffe

4.3.4 Buttermilchmarinade und Acetoingehalt

49 50 51 51 51 52 52 52 53 53 56 61 61 62 63 64 65 66 66 68 70 73 75 77 79 81 82 86

4.3.4.1 Sensorikpanel

4.3.5 Verstärkung der Transformationsstoffe

4.4 Methodik

4.4.1 Simultane Erfassung der Aromastoffe mit drei Trap- pingverfahren

4.4.1.1 Retentionszeitenunterschiede 4.4.1.2 Sensitivität der einzelnen Traps

4.4.1.3 Peakform

4.4.2 Einsatz einer zweiten Trennsäule 5 Diskussion

5.1 Auswirkung der Marinierung

5.1.1 Auswirkung der Rotweinmarinade 5.1.1.1 Entstehung der Reaktionsstoffe 5.1.2 Auswirkung der Buttermilchmarinade

5.1.2.1 Bedeutung von Acetoin für das Gesamtaroma 5.1.2.2 Verstärkung einzelner Transformationsstoffe 5.2 Methodik

5.2.1 Simultane Erfassung der Aromastoffe mit drei Trap- pingtechniken

5.2.1.1 Unterschiede in den Retentionszeiten 5.2.1.2 Sensitivität der einzelnen Traps

5.2.1.3 Quantifizierung von Tenax^®-Eluat und Kondensat 5.2.1.4 Einsatz von SPME zur Analytik von Brataromen 5.2.2 Einsatz einer zweiten Trennsäule zur Verifizierung 6 Zusammenfassung

7 Summary

8 Literaturverzeichnis

9 Anhang

9.1 Abbildungsverzeichnis

87 88 91 91

91 92 95 96 100 100 101 105 106 109 110 111 111

111 113 117 118 120 123 125 127 147 147

9.2 Tabellenverzeichnis 9.3 Abkürzungsverzeichnis

9.4 Glossar

9.5 Messdaten

9.6 Flüchtige Verbindungen in Wildschweinefleisch

9.7 Massenspektren und Fragmentierung wichtiger Verbindungen

150 153 154 156 164 165

Einleitung

1. Einleitung

Fleisch, als eines der wichtigen Grundnahrungsmittel im westlichen Kulturkreis, ge- langte in den letzten Jahrzehnten immer stärker in den Blickpunkt des Interesses der Analytischen Chemie. Der Grund hierfür ist nicht zuletzt auch im erhöhten Fleisch- konsum zu suchen. Laut FAO, der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen, stieg dieser weltweit zwischen 1979 und 1999 von 29,5 kg auf 36,4 kg pro Kopf und Jahr, in den Industrieländern von 78,5 kg auf 88,2 kg. (FAO, World agriculture: towards 2015/2030. 2002). Der Fleischkonsum stieg in Deutsch- land zwischen 1950 und 2004 von 26,2 kg auf 60,7 kg pro Kopf und Jahr. Der Höchstwert wurde 1985 mit 66,1 kg erreicht (Berliner Zeitung, 26.11.2005).

Neben der Untersuchung von Gesundheitsrisiken durch Lebensmittel, beschäftigt sich die Forschung auch mit der Qualität unserer Nahrungsmittel. Diese wird, im Fal- le des Fleisches, durch folgende Einflussfaktoren bestimmt, die mit dem Auge nur teilweise zu erkennen sind. Beim Einkauf ausschlaggebend sind Farbe, Struktur und Marmorierung. Andere Qualitätsmerkmale wie Safthaltevermögen, Zartheit, Ge- schmack, Inhaltsstoffe, Rückstandsarmut, Herkunft und Art der Haltung sind am zu- geschnittenen Stück nicht ohne weiteres zu erkennen. Hierbei ist sicher einer der wichtigsten, die Qualität bestimmenden Faktoren, der Geschmack eines Lebensmit- tels. Geschmack und Geruch von Fleisch kommen in erster Linie durch die enthalte- nen und bei der Zubereitung entstehenden Aromastoffe zustande.

Die Aromaforschung hat in der Lebensmittelchemie seit langem einen festen Platz. In den Anfängen der Aromaforschung (um 1900) ging man davon aus, dass alle flüchti- gen Verbindungen eines Lebensmittels zu seinem Aroma beitragen. Die Analytik wurde hauptsächlich durch Gaschromatographie und Massenspektrometrie betrieben und beschränkte sich auf die flüchtigen Verbindungen, die im Gaschromatogramm identifiziert werden konnten. Erst das Wissen, dass nicht alle flüchtigen Verbindun- gen zum Aroma eines Lebensmittels im gleichen Maße beitragen, führte zu einer ge-

Einleitung

von Lebensmitteln ist vielmehr neben der reinen chemischen Identifikation auch eine Bewertung der gefundenen Substanzen erforderlich. Ein Schritt in diese Richtung stellt die mengenmäßige Bestimmung der einzelnen Substanzen dar. Setzt man die gefundenen Konzentrationen noch zu den Geruchsschwellenwerten in Relation, er- hält man eine differenziertere chemische Beschreibung des untersuchten Lebensmit- tels, von der man erwarten kann, dass sie der Kontrolle durch eine sensorische Un- tersuchung standhalten kann.

Unsere Lebensmittel schmecken allerdings nicht immer „von sich aus“. Gerade beim Fleisch ist die sekundäre Bildung von Aromastoffen durch eine der Gewinnung fol- gende Behandlung besonders wichtig. Diese kann sehr vielseitig sein. Hierunter fällt beispielsweise die Reifung von Fleisch, das Zubereiten, wie eine thermische Be- handlung, oder eben auch das Marinieren. Das auch als Beizen oder Einlegen be- kannte Verfahren geht ursprünglich auf das Behandeln von Lebensmitteln mit (Meer)salz zum Zwecke der Haltbarmachung zurück. Dies wird auch noch durch den eigentlichen Wortsinn deutlich (Marinieren - aus dem französischen mariner von ma- riné, „in Salzwasser eingelegt“ entlehnt).

Die Aromaforschung beschäftigt sich mit dem Thema Marinaden und Marinieren be- reits seit einiger Zeit. Die Herangehensweise erstreckte sich bisher allerdings aus- schließlich auf sensorische Untersuchungen. Aromaanalysen von marinierten Pro- dukten sind in der wissenschaftlichen Literatur nur ausnahmsweise zu finden.

Dass Marinaden, neben verschiedenen anderen Effekten, eine Änderung des Aro- mas von Lebensmitteln bewirken, ist allgemein bekannt. Die Frage nach den chemi- schen Grundlagen eines solchen „geschmackmodifizierenden“ Effekts bleibt aber bisher ungeklärt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, anhand von ver- schiedenen Fleisch/Marinade-Modellen zu zeigen, welche Aromastoffe in welchem Maße hierbei für die Abwandlung des Aromaeindrucks verantwortlich sind. Bei der Auswahl wird auf Praxisnähe geachtet, also solche Kombinationen gewählt, die so auch in Küchen eingesetzt werden.

Schrifttum

2. Schrifttum

2.1 Physiologische Grundlagen

Beim Verzehr von Nahrungsmitteln nimmt der Mensch ein komplexes Sinneserlebnis wahr, welches aus dem Zusammenspiel verschiedener Sinnesrezeptoren entsteht und schließlich im Gehirn verarbeitet und bewusst gemacht wird. Im angelsächsi- schen Sprachgebrauch wird hierfür der Begriff der „flavour sensation“ verwendet.

Beteiligt sind die Geruchs-, Geschmacks-, Temperatur- und Schmerzrezeptoren der oralen und pharyngealen Schleimhaut.

Das Aroma (griechisch ároma – das Gewürz(-kraut), der Duft, das Parfüm) bezeichnet den spezifischen Geruch und/oder auch Geschmack, der durch einzelne chemische Verbindungen oder Stoffgemische in Lebensmitteln verursacht wird, wo- bei der Mensch in der Lage ist 10.000 verschieden Aromen und Gerüche zu unter- scheiden. Das Zusammenspiel aller o.g. Rezeptoren und die unzähligen möglichen Kombinationen von aromaaktiven Verbindungen lassen den Menschen diese Vielfalt an Aromen und Gerüchen erleben. Hierbei spielen die Geschmacks- und Geruchsre- zeptoren allerdings die entscheidende Rolle.

Die Geschmacksrezeptoren sind hauptsächlich in den Geschmacksknospen auf der Zunge lokalisiert, aber auch in der Schleimhaut des Gaumens, der Epiglottis und des Rachens zu finden (PIERAU 2000). Diese Rezeptoren werden durch die nichtflüchti- gen, wasserlöslichen Moleküle der Nahrung stimuliert und vermitteln ausschließlich die fünf Grundqualitäten sauer, süß, salzig, bitter und umami. Erst im Zusammen- spiel mit der geruchlichen Wahrnehmung ist ein ganzheitliches Erleben von komple- xen Aromen möglich (MATSUISHI et al. 2004). Die dominierende Rolle des Ge- ruchssinnes wird auch im Falle von Erkältungen deutlich, wenn die Geruchsrezepto- ren durch ödematisierte Schleimhäute in ihrer Funktion eingeschränkt sind und das Aroma von Lebensmitteln nur begrenzt wahrgenommen wird. Malnic et al. zeigen,

Schrifttum

dass ein bestimmter Rezeptor zwar verschiedene Aromastoffe binden kann, aber hierdurch nicht unbedingt stimuliert wird. Erst wenn das passende Molekül an seinen entsprechenden Rezeptor bindet, wird von diesem ein Signal fortgeleitet (MALNIC et al. 2003). Es gilt also ein Schlüssel-Schloss-Prinzip und die große Anzahl an Rezep- toren, mehrere hundert sind bekannt, wird somit verständlich.

Dass Aromastoffe flüchtiger Natur sein müssen, erklärt sich aus der Anatomie von Mensch und Tier, da sich das Riechepithel in der Schleimhaut der Nasenhöhle befin- det. Geruchsaktive Stoffe gelangen entweder mit dem Atemstrom von außen, oder über den Rachenraum beim Kauen zum Riechepithel der Nase. Man spricht daher von orthonasaler bzw. retronasaler Wahrnehmung des Aromas (siehe Abbildung 1).

Letztlich kommen als Aromastoffe von Lebensmitteln diejenigen flüchtigen Verbin- dungen in Frage, deren Konzentration im Lebensmittel höher liegt als die Mindest- konzentration, die ein Stoff haben muss, um als Geruch wahrgenommen zu werden und somit in der Lage ist, die so genannte Geruchsschwelle zu überschreiten (BELITZ et al. 2001).

Abbildung 1: orthonasale und retronasale Wahrnehmung von Aroma

Schrifttum

2.2 Entstehung von Aromastoffen in Fleisch

Durch die Untersuchung von Fleisch verschiedener Tierarten und unterschiedlichster Zubereitungen konnten in den vergangenen Jahrzehnten weit über 1000 flüchtige Verbindungen aus Fleischprodukten identifiziert werden. Erst aus dem Zusammen- spiel einer Vielzahl flüchtiger Stoffe, die sich in ihrer chemischen Natur unterscheiden und deren Konzentrationen variieren, ergibt sich das typische Aroma bestimmter Fleischzubereitungen (RAMARATHNAM et al. 1993). Da rohes Fleisch nur wenig Aroma und einen blutigen Geschmack besitzt, kommt der Zubereitung bei der Ent- stehung der großen Anzahl an flüchtigen Verbindungen die entscheidende Rolle zu.

Diese werden durch komplizierte, ineinander greifende Reaktionen zwischen nicht- flüchtigen Komponenten des tierischen Gewebes und eventueller Zutaten generiert (MOTTRAM 1991). Diejenigen Komponenten des Fleisches, die als Vorstufen für die Bildung von Aromastoffen dienen können, werden Aromaprecursoren genannt und bestehen aus verschiedensten Aminosäuren, Peptiden, Zuckern, Thiaminen, Nucleo- tidmetaboliten, Lipiden und Produkten der Lipidoxidation (IMAFIDON u. SPANIER 2008). Die Komponenten der möglicherweise verwendeten Zutaten können zudem allen möglichen chemischen Stoffgruppen angehören. Hieraus wird also deutlich, dass das Vorhandensein bestimmter Aromavorläufer im Lebensmittel die Grundlage für die Entstehung von Aroma durch eine spätere Behandlung des Produktes dar- stellt. Im Falle von Fleischprodukten prägten Gonzales und Ockermann die Begriffe prämortale und postmortale Faktoren (GONZALES u. OCKERMANN 2000), die im Folgenden näher erläutert werden.

2.2.1 prämortale Faktoren

Als prämortale Faktoren werden diejenigen Einflüsse auf das Aroma von Fleisch be- zeichnet, die durch das lebende Tier vor der Schlachtung bestimmt sind. Hier sind die Spezies, Rasse und Fütterung zu nennen. Kreuzer zeigte hierzu, dass die Kom- ponenten des Fleischaromas stark genetisch determiniert sind (KREUZER 1995).

Schrifttum

Bereits früh wurde deutlich, dass wässrige Fleischextrakte unabhängig von der Tier- art, ein identisches Spektrum an flüchtigen Substanzen aufweisen und erst nach Zu- gabe des entsprechenden Fettgewebes die jeweils arttypischen Aromanoten deutlich werden (HORNSTEIN u. CROWE 1960). Dieses wird auch durch Untersuchungen zum Aminosäuremuster von Fleisch verschiedener Tierarten gestützt, die einen an- nähernd identischen und biologisch gleichwertigen Gehalt an Aminosäuren feststel- len (MOLNAR 1995), wohingegen sich das Fettsäuremuster unterschiedlicher Tierar- ten zum Teil deutlich voneinander abhebt (WOOD et al. 2003).

Tabelle 1: Fettgehalt und Fettsäuremuster von mageren Rind-, Lamm- und Schweinesteaks (WOOD et al., 2003)

Rind Lamm Schwein Fett (% des Steaks) 15,6 30,2 21,1 IMF

16:0 Palmitinsäure 25 22,2 23,2 18:0 Stearinsäure 13,4 18,1 12,2

18:1 Ölsäure 36,1 32,5 32,8

18:2 Linolsäure 2,4 2,7 14,2

18:3 Linolensäure 0,7 1,37 0,95 20:4 Arachidonsäure 0,63 0,64 2,21 Fettgewebe

16:0 Palmitinsäure 26,1 21,9 23,9 18:0 Stearinsäure 12,2 22,6 12,8

18:1 Ölsäure 35,3 28,7 35,8

18:2 Linolsäure 1,1 1,3 14,3

18:3 Linolensäure 0,48 0,97 1,43 20:4 Arachidonsäure keine Angaben

Hieraus lässt sich folgern, dass aus dem Fettanteil des Fleisches flüchtige Verbin- dungen entstehen, die diesem eine charakteristische, tierartspezifische Aromanote verleihen, während der fettfreie Anteil für das fleischige Basisaroma verantwortlich ist.

Schrifttum

Wie oben erwähnt hat neben der Tierart auch die Rasse Einfluss auf die chemische Zusammensetzung des Tierkörpers und somit, über die Konzentration eventueller Aromaprecursoren, einen Anteil am spezifischen Aroma von Fleisch. Deutlich wird dies zum Beispiel an einer Arbeit von Estevez et al., in der das Kocharoma von fett- reichen Iberischen Schweinen mit dem einer modernen, auf hohen Magerfleischan- teil gezüchteten Mastrasse verglichen wird und die Autoren einen höheren Gehalt an Produkten der Lipidoxidation im Spektrum des mageren Fleisches nachweisen konn- ten (ESTEVEZ et al. 2003). Erklärbar ist diese Beobachtung mit dem höheren relati- ven Anteil von oxidationsfreudigen, mehrfach ungesättigten Fettsäuren im intramus- kulären Fettgewebe der Mastrasse und größeren Mengen von Antioxidantien im Muskel der freilaufend gehaltenen iberischen Schweine. Für das in dieser Arbeit verwendete Probenmaterial vom Wildschwein (Sus scrofa) bedeutet dies, dass im Vergleich zum Hausschwein ein Fleisch mit ähnlichem Gesamtfett- und Proteingehalt verwendet wurde, wobei allerdings der Anteil an essentiellen Aminosäuren höher ausfällt, der Anteil an mehrfach ungesättigten Fettsäuren deutlich geringer und der Gehalt an Thiamin, einem wichtigen Aromavorläufer, beim Wildschwein höher kon- zentriert ist (LAMMERS 2006).

Schließlich kann auch die Fütterung, als einer der prämortalen Faktoren, deutlichen Einfluss auf das Aroma des Fleisches haben. Allerdings herrscht noch keine Einigkeit unter den Autoren in welchem Maße die Fütterung hier einwirken kann. Hingegen wird auch hier zum wiederholten Male deutlich, welche Rolle den Lipiden im Fleisch zukommt. Kreuzer (KREUZER 1995) stellte hierzu fest, wie die Aromaausprägung von Fleisch verbessert wird, wenn die Intensität der Fütterung, also die Energiekon- zentration und damit die Fetteinlagerung im Muskel, zunehmen. Negative Effekte lassen sich in einigen Fällen ebenfalls auf die Fütterung zurückführen. Fütterungs- versuche an Schweinen zeigten deutlich eine nachteilige Beeinflussung des Fleisch- aromas durch die Verabreichung von Fischmehl, verdorbenem Fleisch, gekochtem Abfall oder Pferdemist (STRINGER 1970). Inwieweit das Nahrungsspektrum frei le- bender Wildschweine, welches offensichtlich von einer konventionellen Mastschwei-

Schrifttum

neration abweicht, einen Einfluss auf das typische Wildschweinfleischaroma besitzt, ist allerdings bisher nicht bekannt.

2.2.2 Postmortale Faktoren

Wie bereits erwähnt, besitzt frisches Fleisch vor einer Behandlung oder Zubereitung nur wenig Aroma, einen metallischen, blutigen Geschmack und es lassen sich ana- log hierzu auch nur wenig flüchtige Verbindungen isolieren, deren Aromaaktivität zu- dem recht gering ist (ESTEVEZ et al. 2003; KEVEI u. KOZMA 1976). Erst durch eine postmortale Behandlung und die dabei ablaufenden vielfältigen Reaktionen der Fleischbestandteile und eventueller Zusätze entsteht ein Aroma, dessen Vielfältigkeit in einer breiten Produkt- und Spezialitätenpalette Ausdruck findet.

Bei der thermischen Bildung von Aromastoffen werden die Inhaltsstoffe des Flei- sches umgesetzt und es entstehen neue Substanzen, die bereits eigene Aromaakti- vität besitzen können, oder auch Intermediärprodukte darstellen, die durch weitere Umsetzung in Sekundärreaktionen zu Aromastoffen werden. Beim Erhitzen von Fleisch und anderen Nahrungsmitteln laufen, abhängig von Temperaturbedingungen und Wassergehalt, verschiedene primäre Reaktionen ab. Hierbei handelt es sich um Pyrolyse von Aminosäuren und Peptiden, Kohlenhydratdegradation, Interaktionen von Zuckern mit Aminosäuren, Thiaminabbau und Lipidoxidationen. Abgesehen von der Pyrolyse und dem Kohlenhydratabbau, die nur bei extremen Temperaturbedin- gungen eine Bedeutung haben (MOTTRAM 1991), laufen diese Reaktionen, aller- dings in geringerem Maße, auch während der Lagerung und Reifung von Fleisch ab.

Ein weiterer, wichtiger Bildungsweg von Aromastoffen, ist deren Entstehung durch enzymatische Bildung. Hierbei kann zwischen fleischeigenen und mikrobiellen En- zymen unterschieden werden. Erstere spielen durch ihre degradierende Wirkung, indem sie also das fleischeigene Gewebe zersetzen, vor allem bei der Bildung von Aromaprecursoren für die Lipidoxidation und Maillardreaktion und somit bei der

Schrifttum

Fleischreifung eine Rolle. Proteolytische Aktivität besitzen vor allem Cathepsine, Cal- paine, und in einer späteren Phase auch Exopeptidasen, während die verschiedenen Lipasen für die Freisetzung von Fettsäuren sorgen (MARTIN et al. 2001; GONZALES u. OCKERMANN 2000). Die enzymatische Aktivität ist abhängig von den herrschen- den Temperaturbedingungen und dem pH-Wert und kann somit über die Einfluss- nahme auf diese Faktoren während der Lagerung gesteuert werden (GANDEMER 2008; GONZALES u. OCKERMANN 2000). Mikrobielle Enzyme entfalten vielfältigere Aktivität, indem sie über Protein- und Fettabbau hinaus auch zur Kohlenhydrat-, Fett- säure- und Aminosäuredegradation oder zur Bildung von z. B. Estern fähig sind. Die so entstehenden flüchtigen Verbindungen tragen häufig zum Aroma des entspre- chenden Produktes bei und man nutzt diese Eigenschaft aus, indem die entspre- chenden Bakterien- bzw. Pilzstämme den Lebensmitteln gezielt zugesetzt werden.

Tabelle 2 zeigt einige Beispiele für durch mikrobielle Enzyme gebildete Aromastoffe und die Produkte in denen sie eine wichtige Rolle spielen.

Tabelle 2: Nichtflüchtige und flüchtige Verbindungen mit einem Beitrag zum Aroma von fermentierten Fleischerzeugnissen und der mögliche Beitrag von Bak- terien mit Bezug auf ihre biochemischen Aktivitäten in vitro (MONTEL et al.

1998; VERGNAIS et al. 1998).

Verbindung Aromaeindruck Bakterienspezies Bemerkung

Kohlenhydratfermentation

Essigsäure Essig ^{S. waneri,} S. carnosus

Herkunft aus Fettoxidation und Lipolyse durch

fleischeigene Enzyme eben- so möglich

2,3-Butandion Butter S. saprophyticus, S. warneri

hohe Aromaaktivität, Gene- se auch durch Fettoxidati- on

Abbau von Aminosäuren

3-Methylbutanal malzig, fruchtig

S. carnosus, S. xylosus

in Schinken vermutlich chemische Bildung via Streckerabbau, in Rohwurst mikrobielle Synthese wahr- scheinlich

Schrifttum

Phenylacet-

aldehyd blumig S. xylosus

wichtiger Aromastoff vie- ler Fleischzubereitungen, chemische Bildung aus Phe- nylalanin möglich

Esterbildung

Ethylester- butansäure

fruchtig, intensiv

S. waneri, S. xylosus, S. carnosus

bedeutendster Ester in verschiedenen Rohwürsten, mikrobielle Synthese, Ge- ruchsschwelle 1 µg/L Was- ser

Ethyl-2-

methylpropionat

fruchtig, Apfel

S. waneri, S. xylosus, S. carnosus

wichtige Aromakomponente (fruchtig) mikrobieller Herkunft in Rohwurst, Ge- ruchsschwelle: 0,1 µg/L Wasser

Häufig ist der mikrobielle Syntheseweg nicht der einzige der zur Bildung eines be- stimmten Aromastoffes führen kann. So kann zum Beispiel die Genese von Estern einerseits durch mikrobielle Enzyme katalysiert werden, andererseits ist auch eine chemische Entstehung nachgewiesen (MONTEL et al. 1998). Siehe hierzu auch Ka- pitel 5.1.1.1.

Schrifttum

Tabelle 3: Aromastoffe aus schwarzem Pfeffer mit Hinweisen auf sonstige Herkünfte

Aromastoff chemische Klasse Bemerkung

3-Methylbutanal methylverzweigtes gesättigtes Aldehyd

Vorkommen in Fleischprodukten auch durch chemische oder en- zymatische Bildung

Sabinen bicyclisches Terpen bedeutendster Aromastoff im Pfeffer, auch in Cardamon -Pinen bicyclisches Terpen Vorkommen auch in Lorbeerblät-

tern und Wacholder

Myrcen acyclisches Terpen

Vorkommen auch in Wacholder, metallische Geruchseigenschaf- ten

Linalool acyclisches Terpen Vorkommen z. B. auch in Thymi- an und Majoran

Buttersäure Carbonsäure

Vorkommen in Fleischprodukten auch durch chemische oder en- zymatische Bildung

Methylbuttersäure methylverzweigte Carbonsäure

Minorkomponenten im Pfeffer;

schweißige Geruchsqualität

Schließlich lassen sich Aromastoffe auch von außen in ein Lebensmittel einbringen, wozu man das Räuchern, Würzen oder auch das Marinieren zählen kann. Beim Räuchern ist neben der Farbbildung und Konservierung nicht zuletzt die Ausbildung eines typischen Raucharomas ein gewünschter Effekt. Dabei sind die flüchtigen Phenole, die durch Pyrolyse von Polyphenolen des Holzes (vor allem Lignin) entste- hen (BELITZ et al. 2001) von größter Bedeutung für die Aromabildung. Der Ge- ruchseindruck der verschiedenen Phenole wird als rauchig, phenolisch, zum Teil mit einer süßlichen Note beschrieben (BASTL 1999). Durch Würzen, lassen sich eine Vielzahl an unterschiedlichen aromaaktiven Verbindungen in das Lebensmittel ein- bringen. Beispielhaft sind in Tabelle 3 einige intensive Aromastoffe des Pfeffers dar- gestellt.

Schrifttum

2.2.3 Aromaprecursoren

Wohl jeder kennt das geflügelte Wort „Fett ist Geschmacksträger“. Auch aus wissen- schaftlicher Sicht kann man dem kaum widersprechen, da, wie im Kapitel 2.2.1 be- reits angedeutet, Lipide die tragende Rolle bei den Aromavorläufern spielen. Hin- sichtlich der Lipide muss allerdings nach deren Lokalisation unterschieden werden.

Sowohl das Depotfett, bestehend aus Unterhautfettgewebe, Organfett und Fett der Bauchhöhle, als auch das intra- und intermuskuläre Fett, das entlang der Muskelfa- sern und der den Muskel durchziehenden und umgebenden Faszien lokalisiert ist, besteht in erster Linie aus Triacylglyceriden (GANDEMER 2008). Äußere und innere Membranen der Zellen und Zellorganellen sind hingegen aus Phospholipiden, Li- poproteinen und Lipopolysacchariden aufgebaut und enthalten vor allem ungesättig- te, essentielle Fettsäuren der -6-Gruppe, wozu Linolsäure und Arachidonsäure zäh- len (MOLNAR 1995). Die Zusammensetzung der Fettsäuren ist bei allen Nutztieren in erster Linie durch die aufgenommenen Futterfette und damit stark vom spezies- spezifischen Nahrungsspektrum geprägt (MOLNAR 1995). Eine Lipidbiosynthese ist, mit Ausnahme der essentiellen Fettsäuren, möglich. Der Bedarf wird, ein ausrei- chendes, adäquates Angebot vorausgesetzt, allerdings aus der aufgenommenen Nahrung gedeckt. Fette werden zum einen als wichtige Strukturkomponente benötigt und sind andererseits notwendige Vorläufer der Eicosanoide, eine Gruppe von hor- monähnlichen Substanzen, die als Immunmodulatoren und Neurotransmitter wirken und an entzündlichen Prozessen im Körper beteiligt sind. Als Turn-over wird der ständig und in allen Geweben stattfindende Umsatz der Fettsäuren bezeichnet. Da in diesem auch die Nahrungsfette involviert sind, spiegelt die Zusammensetzung der Triacylglyceride im Säugerorganismus diejenige der Nahrung wieder (GURR u.

DITTON 1988).

Im Lebensmittel fällt den Lipiden neben den ernährungsphysiologischen Aspekten vor allem der Beitrag zum sensorischen Eindruck, insbesondere dem Aroma, die Schlüsselrolle zu (GANDEMER 2008). Entscheidend hierfür ist vor allem das Poten- tial zur Oxidation, insbesondere der ungesättigten Fettsäuren und der daraus folgen-

Schrifttum

de Einfluss auf die olfaktorische Qualität durch die Bildung von geruchsaktiven Ver- bindungen, für das gewünschte Aroma, allerdings auch für das Fehlaroma. Die Re- aktionsfreudigkeit der Fettsäuren nimmt mit steigender Anzahl von Allylgruppen im Molekül zu (BELITZ et al. 2001). Allerdings ist auch die Carboxylgruppe der Fettsäu- ren für die Bildung aromaaktiver Verbindungen wichtig, zum Beispiel für die Esterbil- dung. Auf die Lipidoxidation im Fleisch nehmen eine Vielzahl von Faktoren Einfluss, einschliesslich der Anwesenheit von Pro- (Metallionen, Natriumchlorid, Myoglobin) und Antioxidantien (z. B. Vitamin E) im Muskel (CAVA et al. 1999), dem Fettgehalt und Fettsäuremuster, sowie den Herstellungs- und Lagerbedingungen.

Neben der ernährungsphysiologischen Bedeutung von Thiamin (Vitamin B1) besteht ein weiterer Grund für das wissenschaftliche Interesse an Thiamin darin, dass es als Vorläufer für intensive, schwefelhaltige Aromastoffe dienen kann. In der biologisch aktiven Form Thiaminpyrophosphat (TPP, auch Thiamindiphosphat, TDP) dient es als Coenzym der Pyruvat-Dehydrogenase, der -Ketoglutarat-Dehydrogenase und der Transketolase dem Stoffwechsel. Wird es für ca. 14 Tage dem Körper nicht mehr zugeführt, sind die Reserven zu 50 % aufgebraucht, da es für Säugetiere essentiell ist. Kann der Bedarf nicht ausreichend gedeckt werden, kommt es zu Mangelerkran- kungen mit neurologischen Symptomen, wie z. B. bei der in Asien nach einseitiger Ernährung mit poliertem Reis auftretenden Erkrankung Beri Beri (SCHWEIGERT 2000). Hohe Thiamingehalte finden sich in Hülsenfrüchten sowie im Keim und der Aleuronschicht des Getreides. Fleisch von Schweinen, deren Futterration im Wesent- lichen auf Getreide basiert, zeichnet sich durch einen hohen Vitamin B1-Gehalt (LEONHARDT u. WENK 1997) aus und ist damit eine wichtige Thiaminquelle für den Menschen. Thiamin ist hitzeempfindlich und wird in Abhängigkeit des pH-Wertes beim Kochen zerstört (DWIVEDI u. ARNOLD 1973; ARNOLD et al. 1969). Aufgrund seiner Wasserlöslichkeit geht ein weiterer Anteil durch austretende Zellflüssigkeit beim Kochen verloren (AWONORIN u. AYOADE 1993). Es sind die thermischen Ab- bauprodukte des Thiamins, vor allem 2-Methyl-3-furanthiol und dessen Dimer, die zum allgemeinen Fleischaroma beitragen (KERSCHNER u. GROSCH 1998;

WHITYCOMBE u. MUSSINAN 1988).

Schrifttum

Das Vorhandensein von Aminosäuren und Zuckern ermöglicht die Bildung von zahlreichen aromaintensiven Verbindungen. Die Ausbildung eines nicht speziesspe- zifischen, fleischigen Aromas konnten Hornstein und Crowe (HORNSTEIN u.

CROWE 1960) durch die Erwärmung von wasserlöslichen Fleischbestandteilen er- zeugen. Maillard beschreibt 1912 erstmalig Bräunungsreaktionen mit Zuckern und Aminosäuren als Reaktionspartner. Die nach ihm benannten Reaktionen finden bei jeder thermischen Behandlung von Lebensmitteln statt und tragen in einigen Fällen zum gewünschten Aroma, wie etwa beim Braten von Fleisch, in anderen Fällen auch zur Ausbildung von Fehlaromen, z. B. bei der Lagerung von Milchpulver (SCHWAMBACH u. PETERSON 2006), bei.

2.2.4 Lipidoxidation

In praktisch allen Lebensmitteln, die eine ausreichende Menge an Fetten enthalten, kann die Oxidation von Lipiden auftreten. Hierzu gehören Milch- und Fleischproduk- te, Öle, Nüsse, aber auch weniger fettreiche Nahrungsmittel wie z. B. Gemüse. Die Veränderungen können praktisch alle Eigenschaften betreffen. Das Aroma kann durch neu entstandene flüchtige Verbindungen verändert sein, die Farbe kann als Ergebnis von Kondensationsreaktionen von Oxidationsprodukten und Proteinen vari- ieren und auch die Konsistenz ist möglicherweise durch oxidative Proteinvernetzung verändert. Letztlich können auch Nährwert und Lebensmittelsicherheit betroffen sein (KANNER u. ROSENTHAL 1992). Durch eine Vielzahl von ineinander greifenden Reaktionen verläuft die Autoxidation sehr kompliziert, so dass die Untersuchungen am Lebensmittel oft durch Modellversuche ergänzt werden müssen.

Die Geschwindigkeit mit der die Autoxidation voranschreitet, ist abhängig von der Fettsäurezusammensetzung, der Konzentration und Wirksamkeit von Pro- und Anti- oxidantien sowie dem Sauerstoff-Partialdruck und weiteren Lagerungsbedingungen (Temperatur, Wassergehalt, Licht). Besonders anfällig für die oxidativen Prozesse sind die, verstärkt in den Phospholipiden der zellulären Membranstrukturen lokalisier-

Schrifttum

ten, mehrfach ungesättigten Fettsäuren (KILIC u. RICHARDS 2003). Die Elementar- schritte der Autoxidation, die als Radikalkettenreaktion gedeutet wird, besteht aus dem Start über Radikale von zunächst unklarer Genese, dem Wachstum, der Ver- zweigung sowie dem Kettenabbruch. Schematisch sind diese Schritte in Abbildung 2 dargestellt.

Kettenwachstum:

1) R• + O₂ RO₂

2) RO₂• + RH ROOH + R•

3) RO• + RH ROH + R•

Kettenverzweigung:

4) ROOH RO• + •OH

5) 2ROOH RO_2• + RO• +H₂O

Kettenabbruc h:

6) 2R•

7) R• + RO₂• stabile Produkte

8) 2RO₂• Kettenwachstum:

1) R• + O₂ RO₂

2) RO₂• + RH ROOH + R•

3) RO• + RH ROH + R•

Kettenverzweigung:

4) ROOH RO• + •OH

5) 2ROOH RO_2• + RO• +H₂O

Kettenabbruc h:

6) 2R•

7) R• + RO₂• stabile Produkte

8) 2RO₂•

Abbildung 2: Elementarschritte der Autoxidation von Olefinen

Von besonderer Bedeutung ist die Peroxidation (Reaktion 2 aus Abbildung 2) der ungesättigten Fettsäuren, die sich autokatalytisch beschleunigt, da Radikale durch einen unimolekularen Zerfall (Reaktion 4 aus Abbildung 2) der Hydroperoxide ent- stehen. Dieser Schritt wird durch Schwermetallionen (hier sind vor allem Eisen-Ionen von Interesse) und Häm-Verbindungen begünstigt (HALLIWELL u. GUTTERIDGE 1984).

•

Schrifttum

Fe²⁺ + ROOH Fe²⁺+ RO• + OH^–

Fe³⁺ + ROOH Fe³⁺+ ROO• + H⁺

Fe²⁺ + ROOH Fe²⁺+ RO• + OH^–

Fe³⁺ + ROOH Fe³⁺+ ROO• + H⁺

Abbildung 3: Möglicher Mechanismus für den eisenvermittelten Zerfall von Hydroperoxi- den

Des Weiteren stellen die geruchs- und geschmackslosen Hydroperoxide den Aus- gangspunkt für die Bildung der flüchtigen Sekundärprodukte dar, welche eine Quali- tätsänderung des Lebensmittels bewirken. Flüchtige Substanzen, die durch eine Au- toxidation der Linolsäure, einem Bestandteil aller autoxidationsfähigen Lipide, ent- stehen, sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 4: Beispiele für Produkte der Lipidautoxidation und deren Bedeutung

Sekundärprodukte des Fettabbaus

chemische

Klasse Vorläufer Bedeutung; Geruchsschwelle;

Aromaeindruck

Hexanal gesättigtes

Aldehyd Linolsäure

Wichtige Aromakomponente in Schweinefleisch und

-produkten; 4,5 µg/L Wasser;

"grüner" Aromaeindruck

Hexansäure Carbonsäure verschiedene Fettsäuren

Entsteht in Fleisch- zubereitungen aus Fett- oxidation und enzymatischer Lipolyse; 3000 µg/L Wasser;

kaum aromaaktiv

2-E-Heptenal

einfach unge- sättigtes Aldehyd

Linolsäure

Nachweisbar in zahlreichen Schweinefleischprodukten;

13 µg/L Wasser; fettig, man- delartig

1-Octen-3-ol ungesättigter Alkohol

Arachidon- säure, Linol- säure

Wichtig für Schweinefleisch- aroma aufgrund der hohen Ge- halte an Arachidonsäure im Schweinefleisch; 1µg/L Was- ser; pilzige Note

Schrifttum

2,4-EE-Decadienal

mehrfach un- gesättigtes Aldehyd

Linolsäure

mittlere Gehalte in Schwei- nefleisch und

-produkten, aber große Aro- maintensität; 0,07 µg/L Was- ser; fettig

2-Pentylfuran Alkylfuran

verschiedene ungesättigte Fettsäuren

Nachweis in gebratenem Schweinefleisch, Bedeutung im luftgetrockneten Schin- ken, 6 µg/L Wasser; nach Butter

Die Anfälligkeit für die beschriebenen oxidativen Prozesse wird bei thermisch behan- delten Fleischprodukten noch zusätzlich durch die Zerstörung zellulärer Strukturen und der daraus resultierenden Vermischung von Inhaltsstoffen, inklusive der Fettsäu- ren und Prooxidantien, erhöht (REINECCIUS 1979). Dieser Effekt wird über die Zer- kleinerung von Fleisch, wie es bei der Herstellung von Hackfleischprodukten üblich ist, noch verstärkt (RHEE u. MYERS 2004).

Letztlich spielt die Oxidation von Fettsäuren mit den daraus resultierenden aromaak- tiven Sekundärprodukten aber auch bei der erwünschten Entfaltung eines spezifi- schen Aromas eine zentrale Rolle. Der Einfluss unterschiedlicher technologischer Schritte auf ein Aromaspektrum ist in Abbildung 4 übersichtlich dargestellt.

Schrifttum

Abbildung 4: Einfluss von thermischer Behandlung, Pökelung und Lagerung auf das Fleischaroma (SHAHIDI u. PEGG 1994)

2.2.5 Maillardreaktion und Streckerabbau

Die Maillard-Reaktion ist eine so genannte nicht-enzymatische Bräunungsreaktion.

Hierbei werden Aminosäuren und reduzierende Zucker unter Hitzeeinwirkung zu neuen Verbindungen umgewandelt. Sie ist nicht zu verwechseln mit dem Karamellisieren. Die Maillard-Reaktion ist bei der Zubereitung von Lebensmitteln von großer Bedeutung und spielt dementsprechend auch eine wichtige Rolle in der Lebensmittelindustrie, denn die braunen, Melanoidine genannten Endprodukte, sind

Schrifttum

geschmackintensiv und für das typische Aroma und die Färbung von eiweißreichen Geröstetem, Gebackenem und Gebratenem verantwortlich. Die Reaktion verzögert auch den Verderb, da die Melanoidine, wie das Pronyl-Lysin, Luftsauerstoff binden.

Eine schwach antibakterielle (keimhemmende) Wirkung konnte ebenfalls nachgewie- sen werden (HIRAMOTO et al. 2004). Die Maillard-Reaktion kann aber auch uner- wünschte Geschmacksveränderungen beim Sterilisieren von beispielsweise Fleisch oder Milchprodukten (FERRETTI u. FLANAGAN 1972) hervorrufen und selbst ohne Hitzeeinwirkung bei langer Lagerung proteinhaltiger Lebensmittel auftreten. Im menschlichen Organismus ist die Maillard-Reaktion bei Alterungsprozessen an kör- pereigenen Proteinen und bei Diabetes mellitus von großer Bedeutung. Hier sind es vor allem oxidative Prozesse, die im Verlauf der Maillard-Reaktion zu einer Schädi- gung von Gewebeproteinen führen können (SCHLEICHER 1991).

Der erste Schritt der Reaktion ist die Ausbildung eines N-Glykosides zwischen einem Zucker und einer Aminosäure, welches durch eine protonenkatalysierte Umlagerung in das so genannte Amadori-Produkt, eine Verbindung von geringer Stabilität, über- führt wird. Durch Enolisierung und Abspaltung des Aminosäurerestes entstehen De- soxyosone. Das 3-Desoxyoson wird über Wasserabspaltung und Ringschluss zu den primären Zuckerabbauprodukten Furfural (Pentosen) bzw. Hydroxymethylfurfural und 5-Methylfurfural (Hexosen). Das 1-Desoxyoson wird durch weitere Wasserabspal- tung in 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3-(2H)-furanon oder das 5-Methyl-homologon, ab- hängig vom ausgehenden Zucker, überführt. Alternativ können durch die Fragmentie- rung der Koh -Dicarbonylverbindungen entstehen, welche einen ent- scheidenden Beitrag am Streckerabbau leisten.

Schrifttum

2 5

5 2 3

A

1,2-Enolisation C C

N H R OH CHOH CHOH H

- H₂O C C

N R

OH C H CHOH H

+ H₂O - RNH2

C C O C H CHOH

H O

H

- H2O C C O C H C H

H O

3-Desoxyoson

Pentosen: R = H Hexosen: R = CH₂OH

O C

R

H O

C C C H

OH N

OH R H H

CHOH 2,3-Enolisation Amadori-Produkt

C C CHOH CHOH H

O N

R H H

- RNH₂ C C C

OH H

CHOH H

O

C C C

O

CHOH H

O H H

1-Desoxyoson

O

HO O

R

Fragmentation Pentosen: R = H Hexosen: R = CH₃

α-Dicarbonyl- verbindungen B

C C C

O

R H

O H H

Abbildung 5: Amadori-Produkt und dessen Reaktion zu wichtigen Zwischenprodukten der Maillard-Reaktion (BELITZ et al. 2001)

Die beschriebenen Maillard-Produkte sind zu weiteren Reaktionen fähig, so dass es zu Interaktionen von Furfural, Furanonen und den Dicarbonylen mit anderen reakti- ven Verbindungen kommt, was die Anzahl ohnehin entstehender möglicher Reaktionsprodukte noch vergrößert. Viele Verbindungen sind noch unbekannt und oft entstehen heterocyclische Substanzen. Beispiel einer unerwünschten Maillard- Reaktion ist die bei großer Hitze stattfindende Bildung des Karzinogens Acrylamid aus der Aminosäure Asparagin (etwa in Kartoffel- und Getreideprodukten). Weitere unerwünschte Maillard-Reaktionen führen zu zahlreichen, potentiell mutagen

A B

Furfural aus Pentosen; Hydroxymethylfurfural aus Hexosen

5-Methyl-4-hydroxy-3-(2H)-furanon aus Pentosen;

2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3-(2H)-furanon aus Hexosen

Schrifttum

oder/und karzinogen wirkenden Verbindungen. Die Zusammenhänge sind teilweise noch zu klären.

R₁ C

C NH₂

O O H

H

+ C

C O

O R2

R3

α-Aminosäure Dicarbonyl - H2O

- CO2

C C N

HO R2

R3

CH R1

C C N

O R2

R3

CH2

R1

+ H2O

CH C H₂N

O

R2

R₃

+

R C H O

α-Aminoketon Aldehyd

C C O

R2

R3

R C C

N

O O

H

H

S CH3

z. B. Methional:

R =

z. B. Phenylacetaldehyd:

R =

+

- 2 H2O CH C

NH₂ O

R5

R₄

CH C

N R₂

R3

CH C R5 N

R4

[O]

N N R4

R5

R2

R3

Pyrazin

Abbildung 6: Reaktionsschemata zum Streckerabbau

Eine Fortführung der Maillard-Reaktion, der so genannte Strecker-Abbau, stellt eine weitere wichtige Reaktion dar, bei der Aromastoffe entstehen. Bei der oxidativen De-

A Decarboxylierung

B Abspaltung des Aldehyds von der Aminogruppe C Dimerisierung

A

B

C

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-Aminosäuren in Anwesenheit von, aus der Maillard-Reaktion hervorgegangenen Dicarbonylverbindungen, entstehen, ausge- hend von den Aminosäuren, um ein Kohlenstoff-Atom verkürzte Aldehyde und aus den ursprüngli - -Aminoketone. Sowohl die Strecker-

Aldehyde, die zum Teil ausgesprochen a -Aminoketone

(sie dimerisieren zu den an der röstigen Note beteiligten Pyrazinen) spielen eine wichtige Rolle beim Aroma von gebratenem Fleisch. Ein Überblick zu den Reaktio- nen des Strecker-Abbaus ist in Abbildung 6 dargestellt.

2.2.6 Aroma von Wildschweinefleisch

Die bisher einzige Arbeit zum Aroma von Wildschweinefleisch stammt von Lammers (LAMMERS 2006), der Besonderheiten hinsichtlich der chemischen Natur des Wild- schweinefleisches aufzeigen konnte. Im Vergleich der Chromatogramme von Wild- und Hauschweinefleisch zeigte sich, dass eine hohe Deckungsgleichheit existiert und die Unterschiede in der Konzentration bestimmter aromaaktiver Substanzen begrün- det sind. Hierbei stellte sich heraus, dass sich im Aromaprofil des deutschen Wild- schweins geringere Anteile von Derivaten mehrfach ungesättigter Fettsäuren identifi- zieren lassen, was sich mit einem unterschiedlichen Fettsäuremuster erklären lässt (BERRISCH-HEMPEN 1995). Weiterhin konnte eine höhere Konzentration an Hete- rozyklen, besonders der stark aromaaktiven, höher substituierten Pyrazine beobach- tet werden. Eine Erklärung liefert Lammers hierfür zum einen mit einer höheren Brat- temperatur aufgrund eines geringeren Wassergehaltes der Wildrasse und zum ande- ren mit einem höheren Proteingehalt des Wildschweinefleisches. Und nicht nur der absolute Proteingehalt ist höher, sondern auch der Gehalt an essentiellen Aminosäu- ren (UHEROVA et al. 1992), worauf der Autor den höheren Gehalt an Phenylacetal- dehyd und Methional zurückführt. Weiterhin wurden höhere Konzentrationen an Ace- toin und Buttersäure in den Aromaextrakten des gebratenen Wildfleisches festge- stellt, was aber unter Umständen auf eine längere Lagerzeit zurückzuführen sein könnte. Die Beobachtung, dass die Unterschiede der beiden verglichenen Schweine-

Schrifttum

rassen hinsichtlich der Zusammensetzung der aromaaktiven Verbindungen eher quantitativer als qualitativer Natur sind, deckt sich mit der Beobachtung, die auch beim Vergleich unterschiedlicher Rassen anderer Tierarten gemacht wurde, so der Autor.

Tabelle 5: Vergleich der Fettsäuremuster von Wild- und Hauschwein (BERRISCH- HEMPEN 1995)

Fettsäuren (%) Wildschwein Hausschwein 16:0 Palmitinsäure 29,4 20-27 18:0 Stearinsäure 13,9 10-15

18:1 Ölsäure 41,1 40-50

18:2 Linolsäure 5,9 7-10

18:3 Linolensäure 0,6 0,1-1,0 20:4 Arachidonsäure 0,1 0,1-0,5

2.3 Buttermilcharoma

Zum Aromaprofil von Buttermilch existieren bis heute verschiedene Arbeiten, die sich in ihrer Fragestellung in erster Linie mit der Haltbarkeit und der Qualität der unter- suchten Proben beschäftigen. Hierfür wurden die Konzentrationen derjenigen flüchti- gen Komponenten herangezogen, die für hohe Qualität und Haltbarkeit maßgeblich sind.

Rankin und Bodyfelt (RANKIN u. BODYFELT 1995) entwickelten eben hierfür eine verlässliche und schnelle Methode zum Nachweis von Diacetyl und Acetoin in But- termilch mittels Gaschromatographie. Die Anreicherung der flüchtigen Substanzen erreichten sie hierbei mit einer Purge-and-Trap-Methodik, bei der eine geringe Pro- benmenge von 3 g Buttermilch in einem Probengefäß von einem Stickstoffgas durch- strömt wurde und die Substanzen in einer Carboxen^®-Falle konzentriert wurden. Die- se wurde im Anschluss mit Aceton eluiert und das gewonnene Eluat mittels GC/MS analysiert. Sie fanden die von ihnen entwickelte Methode als suffizient zum quantita-

Schrifttum

tiven Nachweis der Zielkomponenten Diacetyl und Acetoin, aber auch anderer flüch- tiger Substanzen, nämlich 1-Propanol, 2-Butanon und Essigsäure.

Vasavada und Lillard fokussierten ihre Untersuchung ebenfalls auf die Haltbarkeit von Buttermilch (VASAVADA u. LILLARD 1979). Ihr Interesse galt in erster Linie den Veränderungen der Aromakomponenten nach einer Lagerung von zwei Wochen bei 7 °C. Die Probenaufbereitung fand mittels Etherextraktion in einem Likens und Ni- ckerson Dampfdestillationsextraktor statt. Die Analyse der Proben erfolgte unter Verwendung von Gaschromatographie, gekoppelt mit einem Flammenionisationsde- tektor (FID). Gefunden wurden hierbei Acetaldehyd, Essigsäure, Diacetyl, Acetoin und 2,3-Butandiol.

Ebenfalls unter dem Aspekt der Haltbarkeit untersuchte Gaafar (GAAFAR 1996) un- terschiedlich lang gelagerte Buttermilchproben. Gearbeitet wurde hierbei mit der di- rekten Headspace-Sampling-Technik, bei der eine 500 mL umfassende Probe für drei Stunden bei 22 °C inkubiert wurde. Vom Headspace wurde anschliessend ein Volumen von 3 mL direkt in einen mit einem FID gekoppelten Gaschromatographen überführt. Zusätzlich wurden die Proben organoleptisch von einem Assessorenteam hinsichtlich der Akzeptanz untersucht. Die in dieser Arbeit gefundenen Substanzen waren ebenfalls Acetaldehyd, Essigsäure, Diacetyl, Acetoin und 2,3-Butandiol.

Zum metallischen off-Flavour den Buttermilch, häufig während der Lagerung entwi- ckelt, veröffentlichten Heiler und Schieberle 1997 eine Arbeit (HEILER u.

SCHIEBERLE 1997) und identifizierten 2,6-EZ-Nonadienol als entscheidende Sub- stanz für eben diese Geschmacksabweichung. Bei der eingesetzten Methodik han- delte es sich zum einen um Gaschromatographie/Massenspektrometrie, zum ande- ren um die sensorische Bestimmung der Aromakomponenten durch eine Gruppe ge- schulter Assessoren. Die flüchtigen Verbindungen wurden zuvor aus dem Headspa- ce der Proben gewonnen und in einer Kühlfalle gesammelt.

Schrifttum

Die in der Literatur zum Aromaprofil von Buttermilch gefundenen Substanzen sind in Tabelle 6 zusammengefasst. Bei allen Arbeiten zu dieser Thematik wurden die Pro- ben, wenn überhaupt, nur mäßig erhitzt. Eine Probenaufbereitung bei der Butter- milch, abgesehen von der vorhergehenden Pasteurisierung der Milch als Ausgangs- material, stark thermisch behandelt wurde und die dabei entstehenden Aromen ana- lysiert wurden, ist in der Literatur nicht zu finden.

Tabelle 6: Aromaaktive Substanzen in Buttermilch und die dazugehörigen Ge- ruchseindrücke

Verbindung Referenz Aromaeindruck Acetaldehyd [2],[3],[4] grün, stechend Essigsäure [1],[2],[3] Essig

Diacetyl [1],[2],[3],[4] Butter

Acetoin [1],[2],[3] Butter

2,3-Butandiol [2],[3] wachsig, pflanzlich

2-Butanon [1] süsslich, ether

1-Propanol [1] Alkohol

2,6-EZ-Nonadienol [4] metallisch [1]: (Rankin u. Bodyfelt 1995)

[2]: (Gaafar 1996)

[3]: (Vasavada u. Lillard 1979) [4]: (Heiler u. Schieberle 1997)

2.3.1 Erhitzte Milchprodukte

Milch, als Ausgangsprodukt vieler Lebensmittel, enthält natürlicherweise eine große Anzahl von Keimen, die ohne entsprechende Maßnahmen schnell zum Verderb füh- ren. Zur Haltbarmachung von Milch existieren verschiedene Verfahren, die entspre- chend des jeweils gewünschten Ergebnisses eingesetzt werden. Eine Möglichkeit, Milch längere Zeit haltbar zu machen, ist die starke Reduzierung der Keimzahl. Hier- für setzte sich bald die Abtötung des Großteils der Keime durch Hitzebehandlung durch und es wurden unterschiedliche Verfahren hierzu entwickelt. Die Erhitzung von Milch hat allerdings auch unerwünschte Folgen, so zum Beispiel die teilweise Zerstö- rung der wertgebenden Inhaltsstoffe oder die Induzierung von Fehlaromen. Die hier-

Schrifttum

für verantwortlichen Substanzen waren häufig bekannt, allerdings nicht die Mecha- nismen ihrer Bildung (PATTON u. JOSEPHSON 1949). In der Folge weiterführender Studien zum Phänomen der Aromaänderung in erhitzter Milch setzte sich die Er- kenntnis durch, dass Maillardreaktionen und die hieraus entstehenden Verbindungen zu unerwünschten Geschmacksveränderungen führen können. Verschiedene Fehl- aromen in Milch und Milchprodukten sind bekannt und werden unter anderem mit gekocht, abgestanden, schweflig (VAZQUEZ-LANDAVERDE et al. 2006) oder kara- mellartig (COBB 1963) beschrieben. Bei der Entwicklung solcher Fehlaromen spielt einerseits die oben beschriebene Maillardreaktion eine zentrale Rolle, andererseits kann aber auch einfache Degradation der Lactose, oder aus Lactose gebildete Ver- bindungen, zu Substanzen führen, die für die Bildung von Fehlaromen mitverantwort- lich gemacht werden (BERG 1993). Einen allgemeinen Ansatz hierzu verfolgen Scanlan et al. (SCANLAN et al. 1968), indem sie flüchtige Verbindungen in Rohmilch und erhitzter Milch identifizieren. Tabelle 7 gibt die Ergebnisse in gekürzter Weise wieder.

Schrifttum

Tabelle 7: Flüchtige Verbindungen in Rohmilch und thermisch behandelter Milch (SCANLAN et al. 1968)

gefunden in gefunden in

Verbindung

Rohmilch erhitzter Milch

Verbindung

Rohmilch erhitzter Milch

Aceton x x Octansäure x x

Butanon x x Decansäure x x

2-Pentanon x x Ethanol x x

2-Heptanon x x 1-Octen-3-ol x

2-Octanon x 1-Heptanol x

2-Nonanon x x 2-Butoxyethanol x

2-Decanon x Diacetyl x x

2-Undecanon x Maltol x

2-Tridecanon x Acetophenon x

-Octalacton x Ethylacetat x x

-Decalacton x x Benzothiazol x

-Dodecalacton x x Toluen x

Hexanal x x Naphtalen x

Benzaldehyd x x Dichlorobenzen x x

Furfural x Trichlorobenzen x x

Phenylacetaldehyd x Methyljodid x x

Vanillin x Benzonitril x

Hexansäure x x Chloroform x

2.4 Weinaroma

Zum Aromaprofil von Wein wurden zahlreiche Arbeiten durchgeführt, wobei grund- sätzlich zwischen Rot- und Weißweinen zu unterscheiden ist. Zudem ist zu beachten, welche Rebsorten untersucht wurden. Auch hier sind Unterschiede in der Zusam- mensetzung der aromaaktiven Inhaltsstoffe zu finden. Eine Arbeit, die dies sehr gut verdeutlicht, veröffentlichten Cabrita et al. (CABRITA et al. 2007). In ihrer Untersu- chung zum Aromaprofil von Wein analysierten sie 5 Weißweine und 5 Rotweine aus dem Anbaugebiet Alentejo in Portugal. Eingesetzt wurde GC-MS und GC-FID zur Analyse der Substanzen, nachdem die Analyten mittels Festphasenextraktion isoliert wurden. Die Autoren fanden Unterschiede im Aromaprofil, bedingt durch das Alter der Weine, wobei hier vor allem die fermentativen Komponenten auffielen, aber auch

Schrifttum

zwischen den einzelnen Sorten, die sich in erster Linie in den glycosidisch gebunde- nen aromaaktiven Substanzen unterschieden, die die Verfasser durch Säurehydroly- se und ein enzymatisches Verfahren freisetzten.

Für die hier verwendete Rebsorte Dornfelder konnte in der Literatur allerdings nur eine Arbeit gefunden werden, die sich konkret mit dem Aroma dieser Rebsorte be- schäftigt (FISCHER et al. 2000). Fischer et al. untersuchten die Zusammensetzung der flüchtigen Verbindungen dreier Rebsorten vor dem Hintergrund unterschiedlicher Herstellungstechniken. Die Proben wurden mittels micro-extraction mit Freon 113 vorbehandelt und der gewonnene Extrakt mit GC-FID analysiert. Ein charakteristi- sches Aromaprofil für Dornfelder Rotwein lässt sich dieser Arbeit allerdings leider nicht entnehmen.

Einen Eindruck von der Vielfalt der in Rotwein vorkommenden Aromastoffe gibt Ta- belle 8, in der 100 flüchtige Substanzen mit dem von ihnen vermittelten Aromaein- druck aufgelistet sind.

Grundsätzlich gilt auch für Rotwein das gleiche wie für Buttermilch. Eine Probenauf- bereitung, bei der Rotwein stark thermisch behandelt wurde und die dabei entste- henden Aromen analysiert wurden, ist in der Literatur nicht zu finden.

Tabelle 8: Flüchtige Substanzen in Rotwein und ihr Aromaeindruck (GENOVESE et al.

2007)

Verbindung Aromadescriptor

Acetaldehyd fruchtig, Apfel

Ethylessigsäureester fruchtig, Apfel

Acetal Lösemittel

Ethylester-2-methylpropansäure fruchtig, Erdbeer

2,3-Butandion Butter

2-Methylpropylessigsäure süß, fruchtig, Apfel Ethylbutansäureester fruchtig, Apfel, Kiwi Ethylester-2-methylbutansäure Erdbeer

Ethylester-3-methylbutansäure fruchtig, Ananas, Passionsfrucht

Schrifttum

Hexanal grün, Gras

2-Methylpropanol krautig, Gras

3-Methylbutylessigsäure Banane

Ethylpentansäureester fruchtig, Apfel

3-Z-Hexenal Gras

3-Methyl-1-butanol krautig, Gras

3-E-Hexenal Gras

Ethylhexansäureester grüner Apfel

Acetoin Butter

Octanal grün, Gemüse

1-Octen-3-on nass, Pilze

1-Hexanol Gras

Z-Rosenoxid blumig, Rosen

3-Isopropyl-2-methoxypyrazin grüne Paprika, Gras

3-Z-Hexen-1-ol Gras

Nonanal leicht grün

2-Butoxyethanol Gras

Ethyloctansäureester blumig, Ananas

1-Octen-3-ol nass, Pilze

Essigsäure Essig

Furfural Mandel, süß

Decanal grün

Ethyl-3-hydroxybutansäureester fruchtig

Benzaldehyd Mandel, süß

3-Isobutyl-2-metoxypyrazin grüne Paprika, Gras

Vitispiran keine Angabe

2-E-Nonenal grün, holzig

Linalool Orangenblüten, blumig

Propansäure ranzig, Käse

2-Methylpropansäure Käse

2,6-EZ-Nonadienal junges Holz, Gurke Ethylfurancarboxylsäureester leicht blumig Methylbenzoesäure Mandel, fruchtig

Butansäure Käse

Ethyldecansäureester blumig, Zitrusfrucht

2-Acetylpyrazin nussig, Brotkruste

Phenylacetaldehyd Honig

Isoamyloctansäure fruchtig

3-Methylbutansäure Käse

Ethylbenzoesäureester leicht fruchtig

-Terpineol blumig

3-Methylthio-1-propanol Knoblauch, gekochtes Gemüse

Carvon Pfefferminz