Vergleichende Untersuchungen zum Einfluss der Eichelmast und der Reifung auf das Aroma von luftgetrockneten Rohschinken und Rohwürsten
mittels Gaschromatographie / Massenspektrometrie
INAUGURAL-DISSERTATION Zur Erlangung des Grades einer Doktorin
der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
(Dr. med. vet.)
Vorgelegt von Anja Kastner (Magdeburg)
Hannover 2008
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. W. Ternes 2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. M. Ganter
Tag der mündlichen Prüfung: 30.05.2008
Diese Arbeit wurde gefördert von der Fritz-Ahrberg-Stiftung, Hannover
Teile der vorliegenden Dissertation wurden zu einem Artikel und einem Poster zusammengefasst:
Publikation:
KASTNER, A., K.-H. WALDMANN u. W. TERNES
Einfluss der Eichelmast auf das Aroma von luftgetrockneten Rohschinken und Rohwürsten
Die Fleischwirtschaft 3/2008, S. 105 - 109 Poster:
KASTNER, A. u. W. TERNES
Veränderung des Aromaprofils von luftgetrockneten Schinken und Rohwurst durch Eichelfütterung
48. Arbeitstagung des Arbeitsgebietes Lebensmittelhygiene der DVG (2007);
Garmisch-Partenkirchen, Deutschland
„Das Glück des Lebens besteht nicht darin, wenig oder keine Schwierigkeiten zu haben, sondern sie alle siegreich und glorreich zu überwinden.“
Carl Hilty
2. Schrifttum... 4
2.1 Begriffliche Abgrenzungen zur Aromaforschung... 4
2.2 Bildung von Aromastoffen ... 5
2.2.1 Aromaprecursoren... 5
2.2.2 Einflussfaktoren auf die Bildung von Aromastoffen ... 6
2.2.2.1 Einfluss der Fütterung ... 7
2.2.2.2 Einfluss der Verarbeitungsbedingungen... 11
2.2.2.2.1 Reifungsbedingungen... 11
2.2.2.2.2 Pökeln... 13
2.2.2.2.3 Zugabe von Gewürzen ... 15
2.2.2.2.4 Rolle der Mikroorganismen... 16
2.2.2.2.5 Räuchern ... 18
2.2.3 Reaktionsmechanismen der Fleischreifung... 19
2.2.3.1 Lipidoxidation... 19
2.2.3.1.1 Bildung von Primärprodukten ... 20
2.2.3.1.2 Bildung von Sekundärprodukten... 22
2.2.3.2 Abbau von Aminosäuren und Zuckern ... 27
2.2.3.2.1 Maillardreaktion ... 27
2.2.3.2.2 Strecker-Abbau... 29
2.3 Produkte... 30
2.3.1 Rohschinkenaroma... 30
2.3.2 Rohwurstaroma ... 32
2.4 Analyse von Aromastoffen ... 35
2.4.1 SPME ... 36
2.4.1.1 Vorliegende Untersuchungen zu SPME ... 37
2.4.1.1.1 SPME Untersuchungen zu Rohschinken und Rohwürsten... 38
2.4.1.2 Aufbau der SPME Einheit... 39
2.4.1.3 Extraktion und Desorption ... 40
2.4.1.4 Optimierung der SPME Bedingungen... 41
2.4.2 SBSE und HSSE ... 43
3.1 Arbeits- und Probenmaterialien... 46
3.1.1 Chemikalien... 46
3.1.2 Probenmaterial ... 46
3.1.2.1 Rohschinken... 46
3.1.2.2 Rohwurst ... 48
3.1.2.3 Fett ... 49
3.1.2.4 Knochenmark ... 50
3.2 Probenaufbereitung... 50
3.2.1 Apparative Details ... 50
3.2.1.1 Solid Phase Microextraction – SPME ... 50
3.2.1.2 Bestimmung der Fettsäurezusammensetzung ... 51
3.2.2 Methodische Details ... 52
3.2.2.1 Dokumentation der SPME ... 52
3.2.2.2 Aromastoffanreicherung mittels SPME... 52
3.2.2.3 Methodenentwicklung... 54
3.2.2.3.1 Probenmenge ... 54
3.2.2.3.2 Extraktionstemperatur... 54
3.2.2.3.3 Extraktionszeit ... 54
3.2.2.3.4 Unterdruck ... 55
3.2.2.3.5 Faserlänge... 56
3.2.2.3.6 Testmessungen mit Gerstel Twister ... 56
3.2.2.4 Bestimmung der Fettsäurezusammensetzung im Rohschinken... 58
3.2.2.4.1 Fettextraktion mit n-Hexan... 58
3.2.2.4.2 Herstellung von Fettsäuremethylestern ... 59
3.3 Analyse ... 60
3.3.1 Analyse der flüchtigen Verbindungen ... 60
3.3.1.1 Gaschromatographie ... 61
3.3.1.2 Massenspektrometrie ... 61
3.3.1.3 GC/MS Methoden... 62
3.3.1.3.1 SPME2 ... 62
3.3.1.3.2 CPWAX4 ... 62
3.3.1.3.3 TRENN2 ... 63
3.3.1.3.4 Gerstel Messungen ... 63
3.4 Auswertung der Analyseergebnisse... 65
3.4.1 Software ... 65
3.4.2 Identifizierung und Quantifizierung der Substanzen ... 65
3.4.2.1 Identifizierung ... 65
3.4.2.2 Quantifizierung ... 67
3.4.2.2.1 Peaktrennung bei Überlagerung... 68
3.4.2.2.2 Interner Standard... 69
3.4.3 Statistik... 69
3.5 Sensorische Untersuchung ... 70
3.5.1 Sensorikpanel... 70
3.5.2 Versuchsaufbau... 70
4. Ergebnisse... 71
4.1 Ergebnisse der Methodenentwicklung ... 71
4.1.1 Probenmenge ... 71
4.1.2 Extraktionstemperatur ... 72
4.1.3 Extraktionszeit ... 74
4.1.4 Unterdruck... 74
4.1.5 Faserlänge ... 75
4.1.6 Gerstel Messungen ... 76
4.2 Identifikation und Quantifizierung... 79
4.3 Aromaprofil der Rohschinken 2005... 79
4.3.1 Verbindungsklassen ... 81
4.3.1.1 Alkane ... 82
4.3.1.2 Gesättigte Aldehyde ... 83
4.3.1.3 Ungesättigte Aldehyde ... 84
4.3.1.4 Alkohole... 85
4.3.1.5 Ketone ... 86
4.3.1.6 Säuren... 87
4.3.1.7 Ester ... 89
4.3.1.8 Furane ... 89
4.3.1.9 Phenole und andere Aromaten... 90
4.5 Aromaprofil der Rohwürste ... 96
4.5.1 Aromaprofil gewürzter Rohwürste ... 97
4.5.2 Aromaprofil ungewürzter Rohwürste ... 100
4.5.2.1 Verbindungsklassen ... 103
4.5.2.1.1 Alkane... 104
4.5.2.1.2 Gesättigte Aldehyde ... 105
4.5.2.1.4 Alkohole... 111
4.5.2.1.5 Ketone ... 113
4.5.2.1.6 Säuren ... 115
4.5.2.1.7 Ester ... 118
4.5.2.1.8 Furane ... 120
4.5.2.1.9 Phenole und andere Aromaten... 121
4.5.2.1.10 Zusammenfassung ... 123
4.6 Aromaprofil von Schinkenfett und Knochenmark ... 124
4.7 Fettsäuremuster... 130
4.8 Sensorische Untersuchung der Rohschinken ... 132
5. Diskussion... 134
5.1 Methodenentwicklung ... 135
5.1.1 Probenmenge ... 135
5.1.2 Extraktionstemperatur ... 135
5.1.3 Extraktionszeit ... 136
5.1.4 Anlegen eines Unterdrucks ... 136
5.1.5 Faserlänge ... 136
5.1.6 Gerstel Messungen ... 137
5.2 Aromaprofil... 138
5.2.1 Aromaprofil der Rohschinken ... 138
5.2.1.1 Einteilung der Verbindungen entsprechend der Entstehung ... 139
5.2.1.1.1 Lipidoxidationsprodukte ... 139
5.2.1.1.2 Produkte des Aminosäureabbaus... 142
5.2.1.1.3 Verbindungen sonstiger Herkunft ... 143
5.2.1.2 Einfluss der Eichelfütterung... 143
5.2.1.2.1 Einfluss der verfütterten Eichelmenge ... 146
5.2.2 Aromaprofil der Rohwürste... 151
5.2.2.1 Gewürzte Rohwürste ... 152
5.2.2.2 Ungewürzte Rohwürste ... 153
5.2.2.2.1 Lipidoxidationsprodukte ... 154
5.2.2.2.2 Produkte des Aminosäureabbaus... 146
5.2.2.2.3 Produkte mikrobieller Aktivität ... 157
5.2.2.2.4 Verbindungen sonstiger Herkunft ... 158
5.2.2.3 Einfluss der Eichelfütterung... 159
5.2.2.3.1 Einfluss der Eichelmenge ... 161
5.2.2.4 Einfluss der Reifung ... 161
5.2.3 Aromaprofil von Schinkenfett und Knochenmark... 168
5.2.4 Methodik... 170
5.3 Fettsäuremuster... 174
5.4 Sensorische Untersuchung zum Aroma der Rohschinken ... 176
5.4.1 Ergebnisse ... 176
6. Zusammenfassung... 178
7. Summary... 181
8. Anhang... 184
9. Verzeichnisse... 191
9.1 Literaturverzeichnis ... 191
9.2 Abbildungsverzeichnis ... 203
9.3 Tabellenverzeichnis ... 206
9.4 Abkürzungsverzeichnis ... 210
10. Glossar... 213
1. Einleitung
Die Eichelmast von Schweinen in so genannten Hutewäldern war noch vor ca.
150 Jahren eine in ganz Europa weit verbreitete Tradition. In Deutschland wurden die mit Eicheln gemästeten Schweine im November am Ende der Eichelsaison ge- schlachtet und zu Weihnachten gab es die ersten Rohwürste. Die Schinken erreich- ten hingegen ihr typisches Aroma im folgendem Frühjahr zur Spargelzeit, „wenn der Kuckuck rief“, was einer Reifungszeit von fünf bis sechs Monaten entsprach.
In Spanien hat die Eichelmast bis heute eine große Bedeutung. Der außerordentlich geschätzte Iberische Eichelschinken „Pata Negra“ ist einer der teuersten Schinken weltweit und zeichnet sich durch eine sehr lange Reifungszeit von mindestens 24 Monaten und einem typischen herb-nussigen Aroma aus. Hergestellt wird der Pata Negra aus dem Fleisch Iberischer Schweine, welche mit Eicheln gemästet wurden. Diese Art der Mast der Iberischen Schweine wird als „Montanera“-Mast bezeichnet und ist gekennzeichnet durch Freilandhaltung und die überwiegende Er- nährung mit Eicheln und Gras. Davon abgegrenzt wird die „Pienso“-Mast, bei der Iberische Schweine im Stall gehalten und nur mit Kraftfutter gemästet werden (FLORES et al. 1988). Neben den Iberischen Rohschinken werden aus dem Fleisch der Iberischen Schweine außerdem Rohwürste produziert. Die Rohwurst der mit Eicheln gemästeten Iberischen Schweine wird als Pata Negra Rohwurst bezeichnet.
Während zu diesen Rohwürsten keine Publikationen existieren, wurden die Iberi- schen Schinken bereits durch eine größere Anzahl von Studien hinsichtlich der flüch- tigen Aromastoffe untersucht. CARRAPISO et al. (2003a) konnten Unterschiede in der Beschaffenheit, dem Geruch und dem Geschmack der „Montanera“- und
„Pienso“-Schinken feststellen. Zudem ist der Ölsäuregehalt im Fleisch der mit Eicheln gemästeten Iberischen Schweine wesentlich höher, was mit dem großen An- teil an Ölsäure in den Eicheln erklärt wird (CAVA et al. 1999). In den Arbeiten von LOPEZ et al. (1992), TIMON et al. (2001) und CARRAPISO et al. (2002, 2003b) wurde die Zusammensetzung der flüchtigen Aromastoffe in den „Montanera“- und
„Pienso“-Schinken analysiert. Nach LOPEZ et al. (1992) beruht die Bevorzugung der Schinken von Iberischen Schweinen, die mit Eicheln gemästet wurden, mehr auf
wiegend in der Konzentration einiger aromaaktiver Verbindungen zu sehen als im Vorkommen charakteristischer Aromastoffe, so genannter „character impact com- pounds“.
Obwohl die Eichelmast in Nordeuropa, speziell in Deutschland, in jüngster Zeit eine Renaissance erfährt, gab es bisher keine Studien über den Einfluss der Eichelmast auf das Aroma der nordeuropäischen Rohschinken und Rohwürste. Zahlreiche Pub- likationen, z.B. von SCHMIDT und BERGER (1998) und DIRINCK et al. (1997), be- fassen sich dagegen mit der Analyse aromaaktiver Verbindungen in Rohwürsten und Rohschinken verschiedener Herkunft. Terpene aus den Gewürzen sind in nahezu allen Rohwürsten dominant und können bis zu 81 % des Gesamtanteils flüchtiger Verbindungen ausmachen (SUNESEN et al. 2001). Aufgrund von chemischen und enzymatischen Prozessen kann es zu Interaktionen der fleischeigenen Aromastoffe mit Verbindungen aus den Gewürzen kommen. Um das zu vermeiden, wurden Roh- würste ohne Gewürzzugabe untersucht (MARCO et al. 2004).
Ziel dieser Untersuchungen ist die Beschreibung des Einflusses der Eichelmast auf das Aroma von typischerweise umgeröteten nordeuropäischen Rohwürsten und klassischen nordeuropäischen, luftgetrockneten Rohschinken. Um den Einfluss der Eichelmast auf die fleischeigenen flüchtigen Aromastoffe besser analysieren zu kön- nen, wurden in der vorliegenden Studie ebenfalls ungewürzte Rohwürste untersucht.
Zur besseren Einordnung der Analyseergebnisse werden diese mit dem Aromaprofil von zusätzlichen Rohschinken und Rohwürsten verglichen. Dazu zählt unter ande- rem der spanische Eichelschinken „Pata Negra“. Die Proben wurden unter identi- schen Bedingungen aufbereitet und analysiert, dennoch ist ein direkter Vergleich der verschiedenen Rohschinken aufgrund von Abweichungen in der Herstellung nur ein- geschränkt möglich.
So stammen die für diese Studie hergestellten Schinken von in Deutschland typi- schen Hybridschweinen und nicht von speziellen Schweinerassen, wie dem Iberi- schen Schwein. Nach Studien von SINK et al. (1979) und CARRAPISO et al. (2003) hat die Rasse bzw. die Kreuzung verschiedener Rassen aber lediglich einen gerin- gen Effekt auf das Aroma des Fleisches. Diese Thematik wird daher in dieser Arbeit
sechs Monaten deutlich kürzere Reifungszeiten als beispielsweise der Pata Negra.
Da die Reifungszeit jedoch einen belegten Einfluss auf das Aroma besitzt (TOLDRA et al. 1997), ist ein weiteres Ziel dieser Arbeit, die Entwicklung des Aromaprofils so- wohl der Eichelschinken als auch der Eichelrohwürste während der Reifung zu ver- folgen. Neben den typischen Fleischprodukten, Rohschinken und Rohwurst, wird außerdem das Knochenmark und das Schinkenfett der konventionell und mit Eicheln gemästeten Schweine analysiert, um zu prüfen, ob sich dieses Probenmaterial zum Nachweis einer Eichelmast eignet.
Mit der Analyse des Fettsäuremusters und der sensorischen Untersuchung durch ein ungeübtes Sensorikpanel sollen weitere Möglichkeiten geschaffen werden, Unter- schiede zwischen den Rohschinken von konventionell und mit Eicheln gemästeten Schweinen darzustellen.
2. Schrifttum
2.1 Begriffliche Abgrenzungen zur Aromaforschung
Aromen sind Mischungen aus Substanzen natürlicher Herkunft und Gemischen aus chemisch definierten Verbindungen. Diese können mit Geschmacks- und Geruchsre- zeptoren wahrgenommen werden.
Geschmacksstoffe sind Verbindungen, die bei Zimmertemperatur gewöhnlich nicht flüchtig sind und somit nur mit den Geschmacksrezeptoren wahrgenommen werden.
Aromastoffe sind flüchtige Verbindungen, die mit den Geruchsrezeptoren des Riechepithels wahrgenommen und daher auch als Geruchsstoffe bezeichnet werden.
Beide Begriffe, „Geschmacksstoff“ und „Aromastoff“, werden wertfrei verwendet, da dieselbe Verbindung in einem Lebensmittel zur Ausprägung der typischen Geruchs- und Geschmacksnote führen und in einem anderen an einem Aromafehler beteiligt sein kann.
Flavour ist der orale Gesamteindruck, der beim Verzehr eines Lebensmittels ausge- löst wird. Flavour setzt sich zusammen aus dem Aroma, dem Geschmack und dem
„Mouth-Feeling“, der Wahrnehmung von physikalischen Reizen, wie z.B. Tast- und Temperaturempfindung.
Der dominierende Flavour-Faktor ist das Aroma, wobei Aromastoffe direkt über die Nase oder indirekt über den Rachenraum zu den Geruchszellen gelangen. Der Ge- schmack, der die Wahrnehmung von sauer, süß, salzig und bitter umfasst, wird mit Geschmackszellen wahrgenommen. Diese befinden sich hauptsächlich auf der Zun- ge, aber auch im Gaumen, dem Rachen und der Epiglottis. Das „Mouth-Feeling“
beinhaltet in erster Linie die Textur eines aufgenommenen Nahrungsbissens, wie z.B. körnig, zäh, ölig.
Character impact compounds (CIC) sind Schlüsselsubstanzen, die für die Entste- hung eines bestimmten und spezifischen Flavours unbedingt erforderlich sind.
Geruchsschwelle ist die Konzentration einer Verbindung, die gerade noch zur Erkennung ihres Geruchs ausreicht (Erkennungsschwelle). Bei der Wahrnehmungs- schwelle liegt die Konzentration niedriger, so dass die Verbindung wahrgenommen wird, aber die Aromaqualität noch nicht eindeutig festgestellt werden kann. Die Schwellenkonzentration eines Aromastoffes ist abhängig von seinem Dampfdruck, welcher sich mit der Temperatur und dem Medium ändert. Ebenso können Wechsel- wirkungen mit anderen Aromastoffen zu Veränderungen der Geruchsschwelle führen.
2.2 Bildung von Aromastoffen
2.2.1 Aromaprecursoren
Die Entwicklung der Aromaqualität von Fleisch und Fleischprodukten ist das Resultat zahlreicher flüchtiger Verbindungen. Die nicht flüchtigen Substanzen dürfen jedoch nicht außer Acht gelassen werden. Viele der nicht flüchtigen Substanzen können außerdem als Aromaprecursoren nachgewiesen werden. Dabei zählen höhermoleku- lare Fleischbestandteile wie Lipide, Proteine, Glykogen und Nukleinsäuren zu den wichtigsten Aromaprecursoren im Fleisch, aber auch Vitamine, insbesondere Vitamin B1, und niedermolekulare Bestandteile wie Peptide, einige Aminosäuren und Zucker.
Rohes Fleisch besitzt nur wenig Aroma und hat einen blutigen Geschmack, jedoch sind die Precursoren bereits darin vorhanden. Durch den Abbau oder die Reaktion mit anderen Komponenten wird aus den nicht flüchtigen Verbindungen eine Vielzahl von flüchtigen, aromaaktiven Verbindungen gebildet (SHAHIDI 1998). Durch enzy- matische Prozesse wie Proteolyse und Glykolyse, die während der Fleischreifung ablaufen, steigt der Gehalt der Aromaprecursoren an (BELITZ und GROSCH 2001).
Zusätzlich tragen einige dieser Aromaprecursoren aber auch zur Ausprägung von Geschmackseigenschaften des Fleisches bei. Die wichtigsten Geschmackskompo- nenten im Fleisch sind die Aminosäuren, welche einen süßen, bitteren oder gelegentlich sauren Geschmack bewirken. Weiter verursachen einige Peptide einen bitteren und Zucker einen süßen Geschmack. Ein Teil der nicht flüchtigen Bestand-
teile steigern außerdem die Schmackhaftigkeit und die Saftigkeit und fungieren so als Aromaverstärker. Es ist daher für das Verständnis des komplexen Geschmacksemp- findens wichtig, den Einfluss der nicht flüchtigen Bestandteile auf den Geschmack nicht zu vernachlässigen. Entscheidend für das Fleischaroma sind aber die flüchtigen Komponenten, welche durch verschiedenste Reaktionsprozesse aus den Aromapre- cursoren hervorgehen (MOTTRAM 1991).
2.2.2 Einflussfaktoren auf die Bildung von Aromastoffen
Neben dem äußeren Erscheinungsbild und der Zartheit ist das Aroma eines der wichtigsten Charakteristika der Fleischqualität für die Akzeptanz des Verbrauchers (LOVE 1994). So stieg in den letzten fünfzig Jahren mit dem Interesse an der Erfor- schung der Aromastoffe und ihrer Entstehung die Zahl der identifizierten flüchtigen Bestandteile. Mittlerweile konnten über 1.000 Aromastoffe im Fleisch verschiedener Tierarten identifiziert werden. Darunter zeigen einige Aromastoffe durchaus fleisch- aromaähnliche Eigenschaften. Jedoch wurde keine Substanz oder Verbindungsklas- se gefunden, die als „Character impact compound“ für das Fleischaroma bezeichnet werden kann. Das wäre nur der Fall, wenn eine Substanz der Substanzklasse sämtliche Qualitätsmerkmale besitzt, welche als Fleischaroma wahrgenommen werden (MOTTRAM 1991). Tatsächlich wird das typische Fleischaroma von einer Vielzahl an Aromastoffen gebildet, die in ihrer Konzentration und ihren chemischen Eigenschaften variieren (RAMARATHNAM et al. 1993).
Wie bereits beschrieben, ist rohes Fleisch arm an Aromastoffen. Erst durch kom- plexe, ineinander greifende Reaktionen während der Fleischreifung und unterschied- lichen Verarbeitungsschritten entsteht aus den Aromaprecursoren eine Vielzahl an flüchtigen Verbindungen (MOTTRAM 1991). Die entstehenden aromaaktiven Verbin- dungen sind abhängig von dem Rohmaterial oder im Fall von fermentierten oder ge- reiften Produkten aus Fleisch, von den beigefügten Zutaten, wie Knoblauch, Wein oder Gewürzen. Sie resultieren außerdem aus dem Abbau von Kohlehydraten, Pro- teinen und Fetten sowie den Aminosäuren, Fettsäuren und Nukleotiden. Der Prozess der Bildung von Aromastoffen ist neben den chemischen Reaktionen mit der Aktivität fleischeigener und mikrobieller Enzyme gekoppelt.
Nach IMAFIDON und SPANIER (1994) beeinflussen verschiedene Faktoren, welche in prä- und postmortal eingeteilt werden, die Entstehung der Aromastoffe. Zu den prämortalen Faktoren gehören u.a. die Spezies bzw. Rasse, die Fütterung und der Fettgehalt der Schlachttiere. Von diesen Faktoren hängt größtenteils die Zusammen- setzung der Aromaprecursoren im Fleisch ab, während die Reaktionsbedingungen vielmehr durch die postmortalen Faktoren, wie die Schlacht- und die Verarbeitungs- bedingungen, beeinflusst werden.
Das Fleischaroma ist beispielsweise abhängig von der Spezies. Diese hat von den genetischen Faktoren den stärksten Effekt auf das Aroma (SINK 1979). Obwohl das Fleisch der am meisten konsumierten Tierarten Rind, Schwein, Lamm und Huhn ein sehr ähnliches als fleischig beschriebenes Basisaroma besitzt (RAMARATHNAM et al. 1993), hat jede Spezies ein individuelles charakteristisches Aroma. Dieses wird wesentlich durch die tierartspezifische Fettmatrix geprägt (HORNSTEIN und CROWE 1960). Der Auswirkung der Rasse auf das Aroma von Fleisch ist dagegen gering, dennoch gibt es Anzeichen für einen Einfluss (SINK et al. 1979). So zeigt das Fleisch von Iberischen Schweinen und der Kreuzung des Iberischen Schweins mit Duroc- schweinen geringe Unterschiede in der Zusammensetzung von Fettsäuren (ANDRES et al. 2001). Die Kreuzung dieser Schweinerassen hat auf die sensori- schen Merkmale und die flüchtigen aromaaktiven Verbindungen der Schinken ebenfalls lediglich eine geringe Wirkung (CARRAPISO et al. 2003b).
Obgleich das Fleischaroma von vielen Faktoren abhängt, kann jedoch keiner einzel- nen Gruppe von Faktoren die Hauptrolle zugewiesen werden. Im folgenden Kapitel wird näher auf den Einfluss der Fütterung, der Zubereitungsbedingungen und die Rolle der Mikroorganismen für das Aroma eingegangen.
2.2.2.1 Einfluss der Fütterung
Die Fütterung hat ohne Zweifel einen großen Einfluss auf die Zusammensetzung des Aromaprofils von Fleisch. In den letzten Jahrzehnten wurden viele Untersuchungen zu dieser Thematik durchgeführt, welche SINK (1979) und MELTON (1990) zusam- mengefasst haben. Der fütterungsbedingte Effekt auf das Aroma von Muskelfleisch
ist wahrscheinlich auf eine Veränderung im Fettstoffwechsel zurückzuführen, vor allem der kurzkettigen, verzweigten und ungesättigten Fettsäuren (SINK et al. 1997).
Laut MELTON (1990) wurde mit verschiedenen Futtermitteln während der Aufzucht der Schweine oder einige Wochen bis zu der Schlachtung versucht, das Fleisch- aroma zu beeinflussen. Sogar Fischmehl, verdorbenes Fleisch, Pferdemist und ab- gekochte Abfälle wurden verfüttert, was in den Fleischprodukten zu einem unerwünschten Aroma führte.
Weitere Untersuchungen befassten sich mit verschiedenen Kornfütterungen (SKEL- LEY et al. 1975), die lediglich geringe Unterschiede im Fleischaroma verursachten.
So war nach einer Hirsefütterung das Aroma des Fleisches weniger ansprechend für die Testpersonen (MCCONNEL et al. 1975) und nach der Fütterung von Hafer wurde ein intensiveres Aroma beschrieben als bei anderen Getreidefütterungen (FRIEND et al. 1988). Bei einer Umgestaltung der Protein- bzw. Fettquelle in der Futterration der Mastschweine wurde eine Veränderung in der Zusammensetzung der Fettsäuren im Schweinefleisch nachgewiesen, die jedoch nicht mit einer Abweichung im Aroma verbunden war (DRANSFIELD et al. 1985, HARTMAN et al. 1985, WEST et al.
1987). Die Fütterung von Rindertalg und Sojaöl führt zu unterschiedlichen Ergebnis- sen in der Fettsäurezusammensetzung. So ist der Linolsäuregehalt im Schweinefett von mit Sojaöl gefütterten Schweinen viel höher als bei der Rindertalgfütterung. Das kann damit zusammenhängen, dass Sojaöl, im Vergleich zu anderen Futterfetten, einen sehr hohen Anteil von Linolsäure besitzt (KAMPHUES et al. 1999). Ölsäure war hingegen verstärkt bei der früher erlaubten Rindertalgfütterung im Schweinefett zu finden, wohingegen der Ölsäuregehalt bei der Sojaölfütterung signifikant verrin- gert ist (MONAHAN et al. 1992). Die Werte dazu sind in Tabelle 2.1 aufgeführt. Auf die Auswirkung der Sojaölfütterung auf das Aroma gehen MONAHAN et al. (1992) nicht ein.
Tabelle 2.1 Fettsäuregehalt in % im Fett von mit Rindertalg bzw. Sojaöl gefütterten Schweinen (MONAHAN et al. 1992)
Fettsäure Rindertalg Sojaöl
Myristinsäure (14:0) 1,0 0,8
Palmitinsäure (16:0) 26,6 22,1
Palmitoleinsäure (16:1) 4,1 2,5
Stearinsäure (18:0) 12,1 11,3
Ölsäure (18:1) 40,5 33,2
Linolsäure (18:2) 11,2 24,4
Linolensäure (18:3) 4,0 4,9
Eicosatetraensäure (20:4) 0,3 0,5
Docosahexaensäure (22:6) 0,2 0,2
Summe gesättigter Fettsäuren 39,6 34,2
Summe ungesättigter Fettsäuren 60,4 65,8
In jüngster Zeit gab es viele Studien, die sich mit dem Einfluss der Eichelfütterung auf das Fleisch und den Rohschinken des Iberischen Schweins befasst haben.
Während der Mastphase von Iberischen Schweinen sind drei Typen der Fütterung möglich: Montanera, Recebo und Cebo (FLORES et al. 1988). Die „Montanera“-Mast der Iberischen Schweine zeichnet sich durch Freilandhaltung und die überwiegende Ernährung mit Eicheln und Gras aus. Das Endgewicht der Schweine bei dieser Mast kann bis zu 160 kg betragen. Im Gegensatz zur „Montanera“-Mast werden die Schweine bei der „Recebo“- und „Cebo“-Mast im Stall gehalten. Bei der „Recebo„- Mast wird die Eichelfütterung mit Getreide und Mischfutter kombiniert und bei der
„Cebo“-Mast, auch „Pienso“-Mast genannt, wird ausschließlich mit Getreide und Mischfutter gefüttert.
Ob die Schweine unter den Bedingungen der „Montanera“-Mast oder mit Getreide und Mischfutter gemästet werden, hat sowohl einen Einfluss auf die Fettsäure- zusammensetzung als auch auf die sensorischen Merkmale und das Aroma der Schinken dieser Schweine (CARRAPISO et al. 2003a). In den Schinken der mit Eicheln gemästeten Schweine ist der Gehalt an Ölsäure wesentlich höher, was CAVA et al. (1999) mit dem hohen Ölsäuregehalt in den Eicheln erklären.
Bei den sensorischen Merkmalen konnten Unterschiede im Aussehen, der Beschaf- fenheit, dem Geschmack und dem Aroma der Schinken nachgewiesen werden. So sind die Intensität des Aromas und der typische „Montanera“-Geruch bei den Schinken der in Freilandhaltung mit Eicheln gemästeten Schweine stärker und die
Im Vergleich zu den Fettsäureunterschieden und den sensorischen Abweichungen haben CARRAPISO et al. (2003b) nur einen geringen Effekt auf die flüchtigen Ver- bindungen finden können, bei dem ein kleiner Anteil der Komponenten signifikant beeinflusst wurde. So war der Anteil von 2-Heptanon und 2-Pentylfuran in den Schinken aus der „Pienso“-Mast höher als aus der „Montanera“-Mast. Jedoch konnte kein nachweisbarer Zusammenhang zwischen diesen Substanzen und den Verän- derungen im Schinkenaroma hergestellt werden. TIMON et al. (2001) fanden hinge- gen höhere Konzentrationen von 2-Heptanon im Fett der Schinken aus der „Monta- nera“-Gruppe. Ebenso war hier auch der Anteil von 2,3-Octandion und 1-Octen-3-ol höher. Diese Substanzen fallen durch ihre geringe Geruchsschwelle und einem pilz- artigen Geruch auf. Einige flüchtige Verbindungen, welche bei der Oxidation der Linol- und der Ölsäure gebildet werden, sind in Tabelle 2.2 aufgeführt. So können LOPEZ et al. (1992) und CARRAPISO et al. (2003b) in den Iberischen Rohschinken der mit Eicheln gemästeten Iberischen Schweine höhere Konzentrationen der Ölsäu- reoxidationsprodukte Octanal und Nonanal nachweisen.
Tabelle 2.2 Flüchtige Verbindungen, die aus Linol- oder Ölsäure entstehen (BELITZ et al. 2001)
Precursor Verbindung Geruch Geruchsschwelle
in Wasser
Linolsäure Pentanal stechend 10,00 ppb
Hexanal talgig, grüne Blätter 4,50 ppb
2-E-Heptenal ölig-fettig 50,00 ppb
2-E-Octenal ölig-fettig 4,00 ppb
2,4-E,E-Decadienal Fritieraroma 0,07 ppb Ölsäure Octanal ölig-fettig, Orangenschale 40,00 ppb
Nonanal talgig 40,00 ppb
Abgesehen von diesen Unterschieden besteht eine große Variabilität innerhalb jeder Kategorie („Montanera“, „Pienso“), welche eine charakteristische Einteilung der Iberi- schen Schinken erschwert (CARRAPISO et al. 2002b).
Nach LOPEZ et al. (1992) beruht die Bevorzugung der Rohschinken von mit Eicheln gemästeten Iberischen Schweinen mehr auf quantitativen als auf qualitativen Unter- schieden im Aromaprofil, da sich die Unterschiede zwischen den einzelnen Fütterungstypen vielmehr in der Konzentration der flüchtigen Verbindungen zeigen als in der Art der Substanzen.
2.2.2.2 Einfluss der Verarbeitungsbedingungen
Das Fleisch der Schlachttiere kann in zahlreichen verschiedenen Prozessschritten bearbeitet werden. SINK (1979) unterteilt dies in die primäre Verarbeitung und die sekundäre Verarbeitung. Zu den primären Verarbeitungsbedingungen gehören u.a.
die Schlachtung und die Auswahl der Fleischlokalisationen für die Herstellung ver- schiedener Fleischprodukte. Zwar haben diese Faktoren eine Bedeutung für das Aroma, dennoch soll in dieser Arbeit nicht weiter darauf eingegangen werden.
Einen wesentlicheren Einfluss auf das Aroma haben die sekundären Verarbeitungs- maßnahmen, wie die Zugabe verschiedener Zutaten, das Pökeln oder das Räuchern (SINK 1979). Während Schinken in den meisten Fällen vor den komplizierten Rei- fungsprozessen nur gepökelt und z.T. geräuchert werden, ist die Verarbeitung der Rohwürste viel aufwändiger. So werden dem zerkleinerten Fleisch Gewürze und Mikroorganismen zugefügt.
2.2.2.2.1 Reifungsbedingungen
Sehr wichtig für die Ausbildung des Aromas von Fleisch und Fleischprodukten sind die Reifungsbedingungen (TOLDRA et al. 1997). Während der Reifung laufen eine Vielzahl von Reaktionen ab, bei denen zahlreiche aromaaktive Verbindungen gebil- det werden (Kapitel 2.2.3). Zu den Prozessen, die im Verlauf der Reifung geschehen, wurden viele Untersuchungen durchgeführt, vorwiegend an mediterranen Rohschin- ken. Es wurde die Entwicklung der freien Aminosäuren und nicht flüchtigen Verbin- dungen analysiert und nachgewiesen, dass diese mit der Reifung zunehmen (MAR- TIN et al. 2001). RUIZ et al. (1998b) entdeckten bei der sensorischen Analyse von 420 und 600 Tage gereiften Iberischen Schinken, dass durch längere Reifung das Aroma intensiver und sowohl der Nachgeschmack als auch das „Eichel“-Aroma aus- geprägter werden. Ruiz et al. (1999) untersuchten außerdem die flüchtigen aromaak- tiven Verbindungen der 420 und 600 Tage gereiften Schinken. Dabei fanden sie her- aus, dass 2- und 3-Methylbutanal bei längerer Reifung zunehmen, während einige der Produkte der Lipidoxidation abnehmen, was mit dem Befund übereinstimmt, dass bei längerer Reifung der Aromaeindruck für Ranzigkeit abnimmt. Auch der Gehalt
von 2,3-Octandion wurde in dieser Studie mit zunehmender Reifungsdauer geringer.
Laut RUIZ et al. (1999) scheint die Zunahme der Aromaintensität während der Reifung vielmehr mit Konzentrationsabweichungen einzelner Verbindungen als mit dem Auftreten spezifischer Verbindungen oder Stoffklassen in Beziehung zu stehen.
Im Gegensatz zu RUIZ et al. (1999) fand FLORES et al. (1997b) in kürzer gereiften Schinken einen höheren Gehalt an 3-Methylbutanal. Bei den untersuchten Schinken handelte es sich aber um Serranoschinken, deren Reifungszeit nur sieben und 12 Monate betrug. Im Parmaschinken sind ebenfalls abweichende Ergebnisse bei der Analyse von sechs, neun und 12 Monate gereiften Schinken nachgewiesen worden (BOLZONI et al. 1996). Es bleibt festzuhalten, dass die unterschiedlichen Publikationen im Bezug auf die Entwicklung der flüchtigen Verbindungen im Verlauf der Reifung sehr uneinheitliche Ergebnisse vorweisen. In Tabelle 2.3 sind einige An- gaben aus verschiedenen Publikationen zusammengefasst.
Tabelle 2.3 Entwicklung flüchtiger Verbindungen im Verlauf der Reifung zusammen- gefasst aus verschiedenen Publikationen
Verbindung A B C D E
Hexan - - - à -
Heptan æ - á á à
3-Methylbutanal á á á æ á
Pentanal æ - ä, á à á
1-Penten-3-ol à á ä â à
3-Methylbutanol æ â á à à
2-Pentylfuran à - - à ä
1-Pentanol - á á - à
3-Hydroxy-2-butanon - á - - -
2,3-Octandion â - - - -
1-Hexanol æ á à â à
2-Octenal - - á, â - â, á
1-Heptanol - à - - â, ä
2-Methylpropansäure - à - - -
3-Methylbuttersäure - â - - -
2,4-Decadienal - - - æ -
A: RUIZ et al. (1999); Analyse am 420. Tag und am 600. Tag; Iberischer Schinken B: PEREZ-JUAN et al. (2006); Analyse nach 7 und 12 Monaten; Rohschinken
C: HINRICHSEN und PEDERSEN (1995); mehrere Analysen bis zum 485. Tag; Parmaschinken D: FLORES et al. (1997b); Analyse nach 7 und 12 Monaten, Serranoschinken
E: BOLZONI et al. (1996); Analyse nach 6, 9 und 12 Monaten; Parmaschinken
- = keine Angaben à = konstant; á = Zunahme; ä = leichte Zunahme; â = Abnahme;
æ = leichte Abnahme
So weisen FLORES et al. (1997b) eine starke und RUIZ et al. (1999) eine leichte Abnahme von 1-Hexanol im Serrano- bzw. Iberischen Rohschinken nach. PEREZ-
JUAN et al. (2006) hingegen beschreiben eine deutliche Zunahme im Gehalt dieser Verbindung im Verlauf der Reifung und bei Untersuchungen von HINRICHSEN und PERDERSEN (1995) und BOLZONI et al. (1996) bleibt der Gehalt im Parmaschinken konstant. Ferner zeigen HINRICHSEN und PERDERSEN (1995) für 2-E-Octenal im Verlauf der Reifung von Parmaschinken eine anfängliche Gehaltszunahme mit an- schließender Abnahme bis zum 485. Tag, während BOLZONI et al. (1996) genau das Gegenteil nachweisen.
Die Herstellungs- und Reifungsbedingungen unterliegen in Europa großen regiona- len Abweichungen, was einen starken Einfluss auf das Aroma der Produkte haben kann. In den mediterranen Ländern hat sich das trockene Pökeln mit gelegentlicher Nitritzugabe mit jahrelanger Reifung der Produkte durchgesetzt, während in den nordeuropäischen Ländern das Pökeln mit Nitrit und das Räuchern sowie kurze Rei- fungszeiten charakteristisch sind (FLORES 1997a, FERNANDEZ et al. 2000).
2.2.2.2.2 Pökeln
Das Pökeln mit Salz oder Nitritpökelsalz, einer Mischung aus Kochsalz und Natrium- nitrit, Natriumnitrat oder Kaliumnitrat. Beim trockenen Pökeln wird das Fleisch mit dem Pökelsalz eingerieben. Dies ein sehr milder Prozess, bei dem keine hohen Temperaturen angewendet werden (TOLDRA et al. 1997). Der Prozess des trocke- nen Pökelns unterliegt je nach Traditionen der verschiedenen Länder einigen Variati- onen, bei denen das Einreiben der Fleischoberfläche mit Pökelzusätzen überein- stimmt (FLORES et al. 1998). Neben dem Trockenpökeln gibt es das Nasspökeln, bei dem Fleisch in eine Salzlake eingelegt wird. Ziel des Pökelns ist eine Umrötung und eine Haltbarmachung von Fleischprodukten. Zusätzlich unterscheidet sich das Aroma von gepökelten Fleischprodukten in charakteristischer Weise von dem unge- pökelter Produkte (BELITZ et al. 2001). Neben dem Salz oder Nitritpökelsalz kann die Salzlake zum Pökeln weitere Inhaltsstoffe, wie reduzierende Zucker, Phosphate und Gewürze, enthalten. Salz, Zucker und die Gewürze tragen zum Geschmack und dem Aroma bei, während die Phosphate dazu dienen, dass das Fleisch seine Feuch- tigkeit beibehält und auf diese Weise saftig bleibt (RAMARATHNAM 1998).
Durch das Pökeln wird die Lipidoxidation gehemmt und ein „warmed-over flavour“
verhindert. Dagegen bildet sich ein typisches „Pökel“-Aroma. CROSS und ZIEGLER (1965) identifizierten in gepökelten und ungepökelten Schinken die gleichen Verbin- dungen, welche jedoch Unterschiede in der Konzentration aufwiesen. Nach RAMA- RATHNAM (1998) sind in gepökeltem Schweinefleisch weniger flüchtige Verbindun- gen nachweisbar (Tabelle 2.4). Insbesondere zeigte sich, dass viele flüchtige Ver- bindungen im Retentionsbereich von 15 bis 40 Minuten, welche aus ungepökeltem Fleisch extrahiert werden konnten, in gepökeltem Fleisch fehlten oder in geringeren Konzentrationen vorhanden waren (RAMARATHNAM 1998).
Tabelle 2.4 Zusammensetzung flüchtiger Verbindungen aus ungepökeltem und ge- pökeltem Schweinefleisch
Schweinefleisch Verbindungsklassen
ungepökelt gepökelt
Aldehyde 35 29
Alkohole 24 9
Carbonsäuren 5 20
Ester 20 9
Ether 6 -
Furane 29 5
Kohlenwasserstoffe 45 4
Ketone 38 12
Lactone 2 -
Oxazole/Oxazoline 4 -
Phenole 9 1
Pyrazine 36 1
Pyridine 5 1
Pyrrole 9 -
Thiazole/Thiazoline 5 -
Thiophene 11 -
Sonstige Stickstoffverbindungen 6 3 Sonstige Schwefelverbindungen 20 31
Halogene 4 1
Unbekannte Verbindungen 1 11
Total 314 137
DIRINCK et al. (1997) haben verschiedene Schinken analysiert: trocken gepökelte südeuropäische Schinken (Serrano und Parma) und mit Salzlake gepökelte nordeu- ropäische Schinken, um Aromaunterschiede hervorzuheben. Es konnte nachgewie- sen werden, dass die trocken gepökelten Schinken einen höheren Gehalt an flüchti- gen Verbindungen der Fettoxidation und z.T. des Aminosäureabbaus haben.
Die höchsten Gehalte der Fettoxidationsprodukte, wie Alkanale, Alkenale, 2-Pentylfuran und 1-Octen-3-ol, wurden im Serranoschinken ermittelt, was mit der gesteigerten Oxidation aufgrund von höheren Temperaturen während der Reifung erklärt wird. Der Parmaschinken fiel durch hohe Gehalte an Estern und Y-Nonalacton auf. Auch bei der Untersuchung von Rohwürsten verschiedener Herkunft (Frank- reich, Italien, Spanien und Deutschland) haben SCHMIDT und BERGER (1998) eini- ge Unterschiede im Aromaprofil der flüchtigen Verbindungen und bei sensorischen Merkmalen festgestellt. So hatten die deutschen Rohwürste im Vergleich zu den an- deren Rohwürsten einen stark butterähnlichen und sauren Geruch, was mit den ho- hen Gehalten an Säuren, vor allem Essig- und Buttersäure, übereinstimmte. Die ita- lienschen Rohwürste hatten hingegen ein mehr fruchtiges und süßes Aroma.
2.2.2.2.3 Zugabe von Gewürzen
Nach ORDONEZ et al. (1999) können Gewürze eine Auswahl verschiedener pflanzli- cher Substanzen enthalten, wie Früchte (Pfeffer, Paprika, Koriander), Samen (Senf, Muskat), Blüten (Safran, Gewürznelken), Kräuter (Oregano, Rosmarin, Thymian) so- wie Knollen (Knoblauch, Zwiebeln). Gewürze haben einen massiven Effekt auf das Endaroma der Rohwürste, indem sie charakteristische Aromanoten hinzufügen und andere Komponenten maskieren (STAHNKE 1995). Aus den Gewürzen können zahl- reiche aromaaktive Verbindungen isoliert werden. In Tabelle 2.5 sind einige intensive Aromastoffe aus schwarzem Pfeffer aufgelistet.
Tabelle 2.5 Aromastoffe aus schwarzem Pfeffer und ihr Geruchseindruck (SCHMIDT und Berger 1998)
Aromaverbindung Geruchseindruck
-Mycren pflanzlich, nach Kräutern
Limonen frisch
!-Pinen pfeffrig
-Pinen scharf, herb
1,8-Cineol nach Menthol
Linalool blumig, sauer-stechend
BERGER et al. (1990) haben die polare und die unpolare Fraktion flüchtiger Verbin- dungen isoliert, mittels Gaschromatrographie-Olfaktometrie analysiert und nachge-
Bei den flüchtigen Verbindungen aus den Gewürzen handelt es sich vorwiegend um Terpene. Die Angaben über den Anteil der Terpene an den flüchtigen aromaaktiven Verbindungen in Rohwürsten variieren sehr stark, je nach Typ der Rohwurst (SCHMIDT und BERGER 1998). Aus Knoblauch, welcher Bestandteil einiger Ge- würzmischungen ist, können Sulfid-Verbindungen, wie Allylmethylsulfide oder Diallyl- disulfide, isoliert werden (SUNESEN et al. 2001).
2.2.2.2.4 Rolle der Mikroorganismen
Die Mikroorganismen, die den Rohwürsten als Starterkulturen hinzu gegeben wer- den, sind ohne Zweifel verantwortlich für einen Großteil der aromaaktiven Kompo- nenten in den Rohwürsten.
Der Beitrag, den die Mikroorganismen zur Aromabildung leisten, ist abhängig von Art und Anzahl der Mikroorganismen und ihrer spezifischen Stoffwechselaktivität. Ferner ist die Aromabildung durch Mikroorganismen abhängig von den zugefügten Zutaten, wie Zucker, Salze, Nitrate und Nitrite und den technologischen Variablen, z.B. dem pH-Wert und der Temperatur. Je nach Art der zugefügten Starterkulturen können unterschiedliche Ergebnisse im Aroma der Rohwürste erzielt werden.
Der saure Geschmack in fermentierten Fleischprodukten korreliert stark mit dem
D-Laktatgehalt, welches u.a. von Lactobacillus-Spezies gebildet wird. In Rohwürsten aus Nordeuropa, wo dieser saure Geschmack erwünscht ist, ist der Gehalt an
D-Laktat bis zu fünfmal höher als in Rohwürsten aus Südeuropa, wo dieser Ge- schmack unerwünscht ist (MONTEL et al. 1998). Auch Essigsäure trägt zur sauren Note von Salami bei (STAHNKE 1995). Es kann sowohl von Lactobacillen und Staphylococcen als auch durch Fettsäureoxidation oder dem Stoffwechsel von Ami- nosäuren gebildet werden (BERDAGUE et al. 1993).
Der Beitrag von Mikroorganismen an der Proteolyse ist laut MELTON et al. (1998) noch nicht genau geklärt. In einigen Studien wird jedoch beschrieben, dass die Kon- zentration von Aminosäuren bei Zugabe von Micrococcen-Spezies höher ist als bei Zugabe von Antibiotika und dass 40 % der Aminosäuren aus dem Peptidabbau durch Mikroorganismen entstehen. Jedoch spielen Mikroorganismen beim Aminosäureab- bau eine entscheidende Rolle, vor allem für die Bildung von Methylaldehyden. So
wird beispielsweise die Bildung von 3-Methylbutanal durch die Zugabe eines protei- nasehaltigen Extraktes von Lactocacillus casei verstärkt (HAGEN et al. 1996).
Es ist erwiesen, dass Bakterien ebenfalls eine Bedeutung für die Lipolyse besitzen, da bei Untersuchungen die Zunahme des Gehaltes an freien Fettsäuren mit dem Wachstum lipolytischer Mikroorganismen zusammenfiel. Lipolytische Mikroorga- nismen sind u.a. Micrococcen und Staphylococcen, während Lactobacillen nur eine schwache lipolytische Aktivität besitzen. MOLLY et al. (1996) hingegen fanden her- aus, dass eine Hemmung der lipolytischen Bakterien durch Antibiotika nicht zu einer Abnahme der freien Fettsäure in Rohwürsten führt. Allein die Lipasen im Fett und Phospholipasen in den Muskeln sind für die Bildung von Fettsäuren und die Entwick- lung eines intensiven Rohwurstaromas notwendig.
Einige Bakterien, wie verschiedene Stämme von Staphylococcen, sind aufgrund von Nitrat-Reduktase- und Katalase-Aktivität antioxidativ und daher wichtig für die Kon- trolle der Fettsäureoxidation. Auch für die Esterbildung und -hydrolyse ist eine Betei- ligung der Staphylococcen bekannt (TALON et al. 1997). Einige flüchtige Substan- zen, die durch mikrobielle Aktivität gebildet werden, sind in Tabelle 2.6 aufgeführt.
Tabelle 2.6 Flüchtige Verbindungen, welche durch mikrobielle Aktivität gebildet wer- den und beteiligte Bakterien (Schmidt 1995, MONTEL et al. 1998)
Verbindung Beteiligte Bakterien
Aminosäurestoffwechsel
3-Methylbutanal L. casei
2-Methylbutanal -
Benzenacetaldehyd S. xylosus
3-Methylbutanol S. saprophyticus, S. warneri Carbonsäuren (C4 - C14) Micrococcaceae
Fett- und Fettsäurenstoffwechsel
Buttersäure S. xylosus
Pentanal -
Hexanal Staphylococcen
Veresterung
2-Methylbuttersäureethylester S. warneri, S. xylosus Fermentation
Essigsäure L. plantarum
Ethanol L. plantarum
Während den Rohwürsten oft Starterkulturen zugesetzt werden, um die mikrobielle Aktivität zu fördern, ist der Einfluss der Mikroorganismen auf die Bildung aroma-
aktiver Komponenten im Schinken nicht so groß. In Studien über flüchtige Verbin- dungen in Schinken wird der Einfluss der Mikroorganismen daher vernachlässigt, wenngleich einige flüchtige Verbindungen durch den sekundären Stoffwechsel von Mikroorganismen, besonders dem Abbau von Aminosäuren, gebildet werden. So kann der Gehalt an verzweigten Aldehyden in gepökeltem Schinkenspeck durch die mikrobielle Aktivität ansteigen (HINRICHSEN et al. 1995). LOPEZ et al. 1992 beschreiben, dass die Ester häufig durch mikrobielle Aktivität gebildet werden, die jedoch in Schinken sehr gering ist, während RODRIGUEZ et al. 1998 sich mit der proteolytischen Aktivität von verschiedenen Mikroorganismen in trocken gepökelten Schinken beschäftigt haben.
Über die Bildung von Aromastoffen in Rohwürsten gibt es eine Vielzahl von Arbeiten, insbesondere über den Einfluss verschiedener Starterkulturen (BERDAGUE et al.
1993). So hat STAHNKE (1994) die aromaaktiven Komponenten in fermentierten Rohwürsten mit Staphylococcus xylosus untersucht und gezeigt, dass diese wohl- riechende Ester enthielten, die in Rohwürsten ohne Staphylococcus xylosus nicht zu finden waren. BRUNA et al. (2001) haben den Einfluss von Penicillium aurantiogri- seum auf die Zusammensetzung flüchtiger Verbindungen und die sensorische Quali- tät erforscht. In den Rohwürsten mit diesen proteolytischen und lipolytischen Bakteri- en wurden höhere Gehalte an Methylaldehyden und Alkoholen nachgewiesen.
2.2.2.2.5 Räuchern
Neben der Farbbildung und der Konservierung ist für das Räuchern die Ausbildung eines typischen Raucharomas charakteristisch. Dabei dringen Rauchbestandteile in das Fleisch bzw. die Produkte ein, wo sie sich vor allem in den Randbereichen anrei- chern. Beim Räuchern entstehen durch Pyrolyse von Polyphenolen aus dem Holz flüchtige Phenole (BELITZ et al. 2001). Diese sind für die Ausbildung des typischen Raucharomas wichtig (BASTL 1999) und führen zu einem rauchigen, z.T. leicht süß- lichen Aroma. Die Zusammensetzung der Verbindungen ist u.a. abhängig von der Holzart, der Luftfeuchtigkeit beim Räuchern und der Verbrennungstemperatur (FLO- RES 1997a).
2.2.3 Reaktionsmechanismen der Fleischreifung
2.2.3.1 Lipidoxidation
Während der Lipidoxidation werden viele flüchtige und nicht flüchtige Verbindungen gebildet, welche das Aroma von Lebensmitteln verändern. In manchen Produkten ist dies nicht erwünscht, da es sich meist um Verbindungen handelt, die ein ranziges Aroma bewirken. Ein gewisser Anteil der Lipidoxidation trägt dennoch zum charakte- ristischen Geschmack und Geruch mancher Produkte, wie Rohwürste und luftge- trocknete Schinken, bei (ORDONEZ et al. 1999). Die Substrate dieser Reaktionen sind häufig ungesättigte Fettsäuren, welche in freier Form schneller oxidieren, als in Triacylglyceriden oder Phospholipiden.
Lipidperoxide, auch Hydroperoxide genannt, sind die ersten Produkte der Lipidoxida- tion. Da sie geruch- und geschmacklos sind, tragen sie nicht zum Aroma des Lebensmittels bei. Außerdem sind sie sehr instabil und zerfallen schnell in Neben- produkte. Jede ungesättigte Fettsäure bildet spezifische Hydroperoxide, welche zu spezifischen Aldehyden zerfallen (Tabelle 2.7).
Tabelle 2.7 Hydroperoxide und Aldehyde, welche durch Autoxidation verschiedener ungesättigter Fettsäuren gebildet werden können (ORDONEZ et al. 1999) Fettsäure Beteiligte
Methylengruppe
Hydroperoxid Aldehyd
Ölsäure 11 11-Hydroperoxy-9-en Octanal
9-Hydroperoxy-10-en 2-Decenal
8 8-Hydroperoxy-9-en 2-Undecenal
10-Hydroperoxy-8-en Nonanal
Linolsäure 11 13-Hydroperoxy-9,11-dien Hexanal
11-Hydroperoxy-9,12-dien 2-Octenal 9-Hydroperoxy-10,12-dien 2,4-Decadienal Linolensäure 14 16-Hydroperoxy-9,12,14-trien Propanal
14-Hydroperoxy-9,12,15-trien 2-Pentenal 12-Hydroperoxy-9,13,15-trien 2,4-Heptadienal 11 13-Hydroperoxy-9,11,15-trien 3-Hexenal
11-Hydroperoxy-9,12,15-trien 2,5-Octadienal 9-Hydroperoxy-10,12,15-trien 2,4,7-Decatrienal
Die Endprodukte (Aldehyde, Alkohole, Ketone, Furane etc.), welche während der
schwelle, so dass sie eine wichtige Rolle in der Entwicklung von Geruch und Geschmack der Lebensmittelprodukte spielen, in denen sie vertreten sind.
2.2.3.1.1 Bildung von Primärprodukten
Der oxidative Abbau der ungesättigten Fettsäuren verläuft über radikalische Zwischenstufen. Als erster Schritt erfolgt die Abspaltung eines Wasserstoffatoms aus einer Fettsäure.
RH à R· + H·
Durch den Verlust des Wasserstoffatoms ist das entstandene Alkylradikal (R·) in der Lage ein Sauerstoffmolekül aufzunehmen und bildet so ein Peroxidradikal (ROO·).
Diese Reaktion kann sowohl thermisch als auch durch Schwermetalle, Hämverbin- dungen oder enzymatisch initiiert werden. Das relativ stabile Peroxidradikal kann nur besonders aktivierte Wasserstoffatome der Fettsäuren abstrahieren, wie die Wasser- stoffatome aus Methylengruppen, welche direkt an eine oder zwei Doppelbindungen grenzen. Die Abspaltung des Wasserstoffatoms führt zur Bildung eines weiteren Alkylradikals und eines Hydroperoxids (ROOH). Diese Reaktionen setzen sich in einer Kettenreaktion fort.
R· + O2à ROO·
ROO· + RH à ROOH + R·
Das Wasserstoffatom wird dabei wesentlich leichter aus einer mittelständigen Methy- lengruppe bei einem 1,4-Pentadiensystem (z.B.: Linolsäure an Position 11 in Abbildung 2.1) abgespalten, welches durch die beiden benachbarten Doppelbindun- gen besonders aktiviert ist. Schwieriger ist es da bei einer !-Methylengruppe einer Monoenfettsäure (z.B. Ölsäure an Position 8 und 11 in Abbildung 2.2) bzw. der außenständigen !-Methylengruppe der Linolsäure (Position 8 und 14 in Abbildung 2.1).
13 13
O OH CH CH CH CH CH9 O OH
CH CH CH CH CH
9
O O
CH CH CH CH CH
9 13CH CH CH CH CH
O O
CH CH CH CH
CH
13-Hydroperoxyoctadeca-9,11-diensäure 9-Hydroperoxyoctadeca-10,12-diensäure RH
R ROO
ROOH 11 9 13
O2
RH R
Linolsäure (9(Z),12(Z)-Octadecadiensäure) C O H3C OH
H H 14 8
A
B
C
Abbildung 2.1 Bildung von instabilen und geruchlosen Hydroperoxiden als Primär- produkte der Autooxidation der Linolsäure
In Abhängigkeit von der ursprünglichen Fettsäure werden unterschiedliche Primär- produkte im ersten Schritt der Autoxidation gebildet (Tabelle 2.7). So entstehen bei der Autoxidation von Linolsäure mit isoliertem Doppelbindungen (Abbildung 2.1; A:
–CH=CH–CH2–CH=CH–) über eine aktivierte Zwischenform (B) zwei isomere Hydro- peroxide mit je einem konjugierten Diensystem (C: –CH=CH–CH=CH-). Dabei erfolgt nach H-Abstraktion an C11, entweder eine Stabilisierung durch Sauerstoffan- lagerung an C13 (Bildung von 13-Hydro-peroxyoctadeca-9,11-diensäure) oder an C9 (Bildung des Isomers 9-Hydroperoxy-octadeca-10,12-diensäure).
Die radikale Zwischenstufe von Ölsäure stabilisiert sich hingegen durch die Ausbil- dung von vier möglichen Hydroperoxiden mit je einer Doppelbindung (Abbildung 2.2).
Die H-Abstraktion erfolgt an C8 oder C11, so dass zwei Zwischenprodukte entste- hen. Bei H-Abstraktion an C8 kann Sauerstoff an C8 oder C10 angelagert werden oder an C9 und C11 bei H-Abstaktion an C11.
ROO Ölsäure ((Z)-Octadec-9-en-säure) C
H3C O
OH 9
ROOH
O2
RH
8
RH
10 9
11 O2
O O
CH CH CH
CH CH CH
CH CH CH
O O
CH CH
CH 8
10 O O
CH CH CH
O O
CH CH CH
11 9
RH
R R
R
RH R
O OH
CH CH
11CH 9
O OH
CH CH CH
O OH
CH CH CH8 10
O OH
CH CH CH 11 8
Abbildung 2.2 Bildung von instabilen und geruchlosen Hydroperoxiden als Primär- produkte der Autooxidation der Ölsäure
Die primär aus der Autoxidation hervorgehenden Monohydroperoxide sind wenig stabil und daher wichtige Substrate für Folgeraktionen, in deren Verlauf die flüchtigen Sekundärprodukte entstehen, von denen eine Vielzahl intensive Aromaeigenschaften besitzt. Die Hauptaromastoffe aus der Lipidautoxidation sind Carbonylverbindungen.
Daneben spielen noch Kohlenwasserstoffe (Alkane, Alkene und Alkylfurane) und Alkohole eine wichtige Rolle.
2.2.3.1.2 Bildung von Sekundärprodukten
Die Bildung der Sekundärprodukte der Lipidautoxidation beginnt mit der homolyti- schen Spaltung der Hydroxyperoxide zu Alkoxyradikalen (RO·) und Hydroxyradikalen (HO·).
ROOH à RO· + HO·
In unmittelbarer Nähe des Alkoxyradikals erfolgt eine Abspaltung der Alkylkette.
Welche flüchtigen Produkte entstehen, ist abhängig von der Alkylkette und der Posi- tion, an der diese fragmentiert wird:
Alkylkette mit Monoensystem:
Handelt es sich um Fettsäuren mit Monoensystem, wie z.B. bei der Ölsäure, so ent- stehen entweder Alkanale über Bildungsweg A oder 2-Alkenale über den Bildungs- weg B (Abbildung 2.3). Beim Bildungsweg A wird ein weiteres Sauerstoffmolekül angelagert, und nach mehreren radikalen Zwischenstufen erfolgt eine abschließende Umlagerung. Alkanale und 2-Alkenale spielen eine entscheidende Rolle bei der Aus- bildung des Aromas von Schweinefleisch.
A B
B
Cn+4-2-Alkenal Fettsäure mit einer Doppelbindung (Alkoxyradikal)
A
H3C (CH2)n CH CH H
H3C (CH2)n CH CH CH O
H3C (CH2)n C CH Cn+3-Alkin
H3C (CH2)n CH CH CHO RH + O2
R R
RH
H3C (CH2)n CH CH OOH OH
H3C (CH2)n CH CH2 Cn+3-1-Alken
H3C (CH2)n CH CH O
R RH
H3C (CH2)n CH CH OH Umlagerung
H3C (CH2)n CH2 CHO Cn+3-Alkanal
Abbildung 2.3 Bildung von aromaaktiven Alkanalen (Weg A) und 2-Alkenalen (Weg B) als Sekundärprodukte der Autoxidation einer Fettsäure mit Mo- noensystem
Neben den 2-Alkenalen und den Aldehyden entstehen außerdem Alkene und Alkine, welche jedoch keine Bedeutung für das Aroma von Schweinefleisch haben.
Alkylkette mit Allylsystem:
Bei Fettsäuren mit Allylsystem (z.B. Arachidonsäure) werden 1-Alken-3-ole und 1-Alken-3-one über den Bildungsweg A und 3-Alkenale über den Bildungsweg B gebildet (Abbildung 2.4). Bei dem Bildungsweg A werden mehrere radikale Zwischenstufen durchlaufen. 1-Octen-3-ol und 1-Octen3-on sind wichtige Aroma- stoffe im Schweinefleisch, die bei diesem Reaktionsschritt gebildet werden. Außer- dem entstehen weniger aromaaktive Alkene.
A B
Fettsäure mit einem Allylsystem (Alkoxyradikal)
A B
H3C (CH2)n CH CH2 CH O CH
R RH
Cn+4-1-Alken-3-ol
H3C (CH2)n CH CH CH2 OOH
H3C (CH2)n CH CH CH2 O OH
H3C (CH2)n CH CH CH2 OH RH
R
Cn+4-2-Alken-1-ol
H3C (CH2)n CH CH CH2
OH
OH
H3C (CH2)n CH CH CH2 O
R RH
Cn+4-1-Alken-3-on H3C (CH2)n C CH CH2
O RH
R
Cn+4-1-Alken oder
H3C (CH2)n CH CH CH3 Cn+4-2-Alken
H3C (CH2)n CH CH CH2 CHO Cn+4-3-Alkenal
RH + O2 R
H3C (CH2)n CH CH CH2
RH + O2 R
H3C (CH2)n CH CH CH2
O OH H3C (CH2)n CH2 CH CH2
Abbildung 2.4 Bildung von aromaaktiven 1-Alken-3-olen, 1-Alken-3-onen (Weg A) und aromaaktiven 3-Alkenalen (Weg B) als Sekundärprodukte der Au- toxidation einer Fettsäure mit Allylsystem
Alkylkette mit Diensystem:
Ausgehend von Fettsäuren mit einem Diensystem (z.B. Linolsäure) entstehen Alkylfurane, wie 2-Ethylfuran, und 2-Alkenale, wie 2-E-Octenal mit mehreren radi- kalen Zwischenstufen über den Bildungsweg A und 2,4-Alkandienale, wie 2,4-E,E-Decadienal über den Bildungsweg B (Abbildung 2.5).
A B
Fettsäure mit einem Dien-System (Alkoxyradikal)
A B
(CH2)n CH CH CH CH O CH
H3C
H3C (CH2)n CH CH CH CH CHO Cn+6-2,4-Alkadienal
RH + O2 R
H3C (CH2)n CH CH CH CH
H3C (CH2)n CH CH CH CH OOH
H3C (CH2)n HC HC CH
CH O
OH
RH R
Cn+1-Alkylfuran Cn+5-2-Alkenal H
(CH2)n O H3C
H3C (CH2)n CH CH CH CH O
H3C (CH2)n CH CH CH CH OH
H3C (CH2)n CH2 CH CH CHO Umlagerung
Abbildung 2.5 Bildung von aromaaktiven Alkylfuranen, 2-Alkenalen (Weg A) und a- romaaktiven 2,4-Decadienalen (Weg B) als Sekundärprodukte der Au- toxidation einer Fettsäure mit Diensystem
Gesättigte Alkylkette:
Gesättigte Fettsäuren unterliegen den oxidativen Prozessen erst bei höheren Temperaturen, da diese bei niedrigen Temperaturen (unter 60 °C) sehr stabil gegen- über der Oxidation sind. Bei höheren Temperaturen entstehen jedoch über den Bildungsweg A neben aromaintensiven Alkanalen weniger aromaaktive Alkanole, wie 1-Heptanol und über den Bildungsweg B Alkansäuren, wie Hexansäure (Abbildung 2.6). Des Weiteren finden gesättigte Fettsäuren aufgrund ihrer Stabilität kaum große Beachtung in der Aromaforschung.
A B
B
Cn+3-2-Alkanal gesättigte Fettsäure (Alkoxyradikal)
A
H3C (CH2)n CH2 H3C (CH2)n CH2 CHO
RH + O2
R R
RH
H3C (CH2)n CH2 OOH OH
H3C (CH2)n CH3 Cn+2-Alkan
CH O H3C (CH2)n CH2
H3C (CH2)n CH2 O
H
Oxidation H3C (CH2)n CHO
Cn+2-Alkanal
Cn+2-Alkansäure H3C (CH2)n COOH
R RH
Cn+2-Alkanol H3C (CH2)n CH2OH
Oxidation
H3C (CH2)n CH2 COOH Cn+3-Alkansäure
Abbildung 2.6 Bildung von aromaaktiven Alkanen und weniger aromaaktiven Alka- nolen sowie Alkansäuren als Sekundärprodukte der Autoxidation ei- ner gesättigten Fettsäure
