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Aromastoffe in Apfelsäften und ihre Bedeutung für die Sensorik

 

Dr. Martin Pour Nikfardjam, Daniel Maier

LVWO Weinsberg

Email: martin.pourn@lvwo.bwl.de

 

 

Einleitung

Das Aroma eines Apfelsaftes ist von entscheidender Bedeutung für die letztendliche Qualitätsbewertung des Produktes. Mehr als 20.000 Apfelsorten sind bekannt, von denen aber nur knapp 60 kommerzielle Bedeutung besitzen. Aufgrund der großen Anzahl an Apfelsorten gibt es auch eine Vielzahl von Aromastoffen, die das Aroma eines Apfelsaftes bestimmen. Neben der Apfelsorte haben sich insbesondere die Parameter Reifestadium, Lagerungsbedingungen und Klima als wichtige Faktoren herausgestellt, die die Aromazusammensetzung maßgeblich beeinflussen. Die mengenmäßig wichtigsten Aromastoffe in Apfelsaft sind die Ester, die zwischen 78 und 92% des gesamten Aromas ausmachen. Hinzu kommen die Alkohole (6-16%), Aldehyde, Ketone und Ether. Dabei ist wichtig zu bemerken, dass die meisten Aromastoffe des Apfelsaftes keine genuinen Inhaltsstoffe des Apfels sind, sondern erst während der Herstellung gebildet werden [1,2].

Obwohl, wie bereits oben erwähnt, eine Reihe von Faktoren Einfluss auf die letztendliche Zusammensetzung des Apfelsaftaromas nehmen kann, werden doch einige Aromastoffe als besonders wichtig erachtet. Hierzu gehören unter anderem E-2-Hexenal, E-2-Hexenol, Hexanal, Ethyl-2-methylbutanoat, Ethylbutanoat, 1-Butanol, 1-Hexanol, Butylacetat und β-Damascenon [1,2,3,4]. Neben diesen Aromastoffen werden auch Komponenten, wie 1-Pentanol, Ethylhexanoat und 1-Octanol, genannt [2,5]. Diese besitzen zumeist eine fruchtige, reife Charakteristik und tragen somit entscheidend zur Geschmacksqualität des Apfelsaftes bei.

Im Rahmen des Qualitätszeichens Baden-Württemberg (QZ-BW) werden halbjährlich unter anderem Apfelsäfte aus heimischer Produktion und integriertem und kontrolliertem Anbau bzw. Streuobst- oder Hausgartenanbau sowohl chemisch als auch sensorisch von der LVWO Weinsberg untersucht. Im Gegensatz zu den Leitsätzen für Fruchtsaft werden im Rahmen des QZ-BW deutlich strengere Kriterien angelegt: Für Öchsle und Gesamtsäure werden als Mindestwerte 48°Oe bzw. 6,5 g/L gefordert. Des Weiteren gelten folgende Höchstwerte: Patulin 20 µg/L, Fumarsäure 5 mg/L, Milchsäure 300 mg/L, Ethanol 1,5 g/L und Hydroxymethylfurfural 20 mg/L. In der Sensorik muss mindestens eine Qualitätszahl von 3,5 Punkten erreicht werden. Wird eines der Kriterien nicht erreicht, wird das Qualitätszeichen nicht vergeben.

Aufgrund dieser strengen Kriterien setzt der Verbraucher zwangsläufig voraus, dass es sich bei den mit dem QZ-BW-Emblem ausgezeichneten Säften um Produkte von besonders guter Qualität handelt. Im Rahmen unserer Untersuchungen sollte nun geklärt werden, ob sich zwischen der sensorischen Beurteilung der Säfte und deren Aromastoffkonzentration und ‑zusammensetzung ein kausaler Zusammenhang herstellen lässt. Gleichzeitig sollte geprüft werden, ob sich die zur QZ-BW-Prüfung angestellten Proben sowohl analytisch als auch sensorisch hinsichtlich ihrer Aromatik deutlich von "Standardware" aus dem Lebensmitteleinzelhandel (LEH) sowie Discounter abheben.

 

Material & Methoden

Säfte. Insgesamt wurden 85 Apfelsäfte untersucht. Davon stammten 66 Apfelsäfte aus der QZ-BW-Prüfung und 19 Säfte aus LEH und Discounter. Von den 66 QZ-BW-Säften waren 58 Direktsäfte und 8 Konzentratsäfte, unter den Säften aus LEH und Discounter waren 9 Direktsäfte und 10 Konzentratsäfte.

Aromaanalyse. Die Säfte wurden mittels Headspace-Trap Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC/MS) untersucht. Als interner Standard wurde 2-Methyl-1-propanol verwendet [6].

Sensorik. Die sensorische Beurteilung der Apfelsäfte fand im Rahmen der halbjährlichen QZ-BW-Prüfung durch geschultes Prüferpersonal an der LVWO Weinsberg statt. Zwei Verkostergruppen beurteilten die Säfte jeweils hinsichtlich Farbe, Aroma, Geschmack und Harmonie mittels des DLG-5-Punkte-Schemas, woraus sich die letztendliche Qualitätszahl errechnete. Bei einer Vergabe von weniger als 3,5 Punkten musste eine Begründung für die Vergabe der niedrigen Punktzahl notiert werden. Pro Verkostungslauf wurden jeweils drei Säfte gereicht. Zwischen den einzelnen Läufen wurde den Verkostern Gelegenheit gegeben zu pausieren.

Statistische Auswertung. Die Ergebnisse der Aromastoffanalyse mittels GC/MS wurden mit denen der Sensorik statistisch ausgewertet. Die Auswertung erfolgte mittels des Programms XLStat (Addinsoft, Paris, Frankreich), Tukeys HSD0,05-Test diente zur Abtrennung der jeweiligen Mittelwerte.

 

Ergebnisse

Allgemeines

Die Ergebnisse der Aromastoffanalyse sind in Tabelle 1 abgebildet. Die Ergebnisse wurden nach dem jeweiligen Aromawert geordnet. Der Aromawert errechnet sich aus dem Quotienten des Medians der Konzentration eines Aromastoffes und seines Geruchsschwellenwertes. Je höher der Aromawert ist, umso bedeutsamer ist der Aromastoff für das jeweilige Gesamtaroma.

 

Tabelle 1: Ergebnisse der Aromastoffanalyse der 85 Apfelsäfte, geordnet nach Aromawert

 

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, überwiegen unter den Aromastoffen mit hohem Aromawert (>40) zwar diejenigen Aromen, die eine positive Charakteristik ("fruchtig, süß, blumig" etc.) aufweisen, jedoch finden sich in dieser Reihe auch Aromen mit negativen Eindrücken, wie "grün, luftig, Joghurt oder Spargel". Dies ist dadurch erklärbar, dass in einigen Proben recht hohe Gehalte an diesen Stoffen gefunden wurden, die auch sensorisch abgewertet wurden (s. unten).

Insgesamt erhielten wir Ergebnisse, die mit bereits publizierten Daten vergleichbar sind [2,3,4,7].  Mengenmäßig dominierend waren in den Säften laut Mittelwert Ethanol, 1-Butanol, Acetaldehyd und 2-Methyl-1-butanol. Keiner der Säfte überschritt in seiner Ethanolkonzentration den in Kriterien des Qualitätszeichens geforderten Maximalwert von 1,5 g/L. 1-Butanol ist aufgrund seines süßen, malzigen Charakters und seines Aromawertes von 8,3 zwar nicht unbedeutend für das Gesamtaroma, wurde jedoch im weiteren Verlauf der Auswertung nicht mehr mit einbezogen (s. unten). Acetaldehyd wird laut Literatur [2] von verschiedenen Apfelsorten, wie z.B. Boskoop, verstärkt gebildet; hohe Gehalte an Acetaldehyd wiesen in unserer Untersuchung jedoch zumeist nur solche Säfte auf, die auch in der Sensorik negativ bewertet wurden.

 

2-Methyl- und 3-Methyl-1-butanol

2-Methyl-1-butanol wird von verschiedenen Autoren neben 3-Methyl-1-butanol als Indikatorsubstanz für qualitativ hochwertige Säfte diskutiert [8]. Beide Substanzen entstehen während der Verarbeitung aus den Aminosäuren Isoleucin und Leucin. So konnte in manchen Studien eine recht gute Korrelation zwischen der Ethanol- und der 3-Methyl-1-butanol-Bildung hergestellt werden. Mehrstufige Prozesse können somit zu einer erhöhten Bildung dieser Substanzen führen. Unsere Ergebnisse decken sich mit den Daten aus der Literatur. Auch wir konnten zeigen, dass der mittlere Gehalt für 3-Methyl-1-butanol von 514 µg/L für Konzentratsäfte signifikant höher lag als der Mittelwert für Direktsäfte (223 µg/L). Hinsichtlich der Sensorik bestätigt sich dieser signifikante Unterschied. Im Mittel wurden die Direktsäfte mit einer Qualitätszahl von 3,8, die Konzentratsäfte mit einer Qualitätszahl von 2,9 benotet. Daher können niedrige Konzentrationen an dieser Substanz durchaus als ein möglicher Indikator für qualitativ hochwertige Apfelsäfte angesehen werden.

In Bezug auf 2-Methyl-1-butanol konnten wir in Direktsäften eine signifikant höhere mittlere Konzentration von 1.685 µg/L als in Konzentratsäften (1.305 µg/L) nachweisen. Laut Literatur kann 2-Methyl-1-butanol nicht als Indikatorsubstanz herangezogen werden, da es sich sehr stark in Apfelmaischen bildet [8]. Jedoch zeigte sich in unseren Untersuchungen, dass die Substanz nicht nur in höheren Konzentrationen in Direktsäften vorhanden war, sondern auch in Säften, die eine Qualitätszahl von > 3,5 aufwiesen. Auch wenn diese Korrelation nicht statistisch signifikant war (p>0,628), gab es doch einen gewissen Trend.

 

Vergleich der Aromastoffe in QZ-BW- und LEH/Discounter-Säften

Augrund der hohen Datenmenge wurden die Ergebnisse weiter statistisch ausgewertet und einer Hauptkomponentenanalyse (HKA) unterzogen. In diese flossen jedoch nur die Daten der neun wichtigsten Aromastoffe mit ein, die einen Aromawert von ≥ 40 aufwiesen (vgl. Tabelle 1). Das Ergebnis der HKA ist in Abbildung 1 gezeigt. Wie zu sehen ist, heben sich die QZ-BW-Säfte deutlich von denen aus dem LEH/Discounter ab. Die Zentroide ("Mittelwerte") für beide Saftarten (Direkt-/Konzentratsaft) liegen dabei relativ nah beieinander. Besonders kennzeichnend für die QZ-BW-Säfte sind laut HKA die Aromastoffe Ethyl-2-methylbutanoat, Dodecanal, Ethylbutyrat und Nonanal. Diese Aromastoffe zeichnen sich insbesondere durch "fruchtige, reife, süße und blumige" Geruchscharakteristiken aus und heben somit die besondere Qualität der Säfte hervor. Diese Aromastoffe sind laut den Ergebnissen der HKA in den QZ-BW-Konzentratsäften in tendenziell höheren Gehalten enthalten. Die Säfte aus LEH/Discounter sind dagegen mehr geprägt durch Acetaldehyd, Diacetyl, Hexanal, Hexylacetat und Dimethylsulfid. Diese Stoffe besitzen Aromacharakteristiken, wie "luftig, Joghurt, grün, süß und Spargel".

 

 

Abbildung1: Hauptkomponentenanalyse der neun wichtigsten Aromastoffe in Apfelsäften verschiedener Herkunft,
n=85 (QZ-BW: Qualitätszeichen Baden-Württemberg, LEH: Lebensmitteleinzelhandel, Konz: Konzentratsaft, Direkt: Di-rektsaft)

 

Sensorik

Die Sensorik zeigte gute Korrelationen zu den Ergebnissen der Aromastoffanalyse. Wie in Tabelle 2 zu sehen ist, wurden die QZ-BW-Direktsäfte signifikant besser bewertet als die Konzentratsäfte aus dem LEH/Discounter. Das im Mittel relativ schlechte Abschneiden der QZ-BW-Konzentratsäfte ist dadurch erklärbar, dass sich in dieser Gruppe einige Säfte befanden, die eine Qualitätszahl von deutlich unter 3,5 Punkten erhielten und daher auch das QZ-BW-Emblem nicht erhielten. Auch analytisch ist diese Ablehnung sehr gut nachvollziehbar. In diesen Säften wurden teilweise sehr hohe Gehalte an Acetaldehyd, Diacetyl und Ethylacetat nachgewiesen, die für die sensorische Ablehnung verantwortlich zeichnen.

 

Tabelle 2: Ergebnis der ANOVA der verkosteten Apfelsaft-Arten und ihrer Qualitätszahl (QZ), n=85

Kategorie

Mittelwertschätzer QZ

Gruppen

QZ-BW-Direktsaft

3,855

A

 

LEH-Direktsaft

3,639

A

B

QZ-BW-Konzentrat

3,204

A

B

LEH-Konzentrat

2,750

 

B



 

Die HKA liefert für die Ergebnisse der Sensorik ein analoges Bild zu den Ergebnissen der reinen chemischen Analyse (vgl. Abbildung 2). Diejenigen Säfte, die in der Sensorik eine Qualitätszahl > 3,5 erhalten haben, sind offensichtlich stärker durch die Aromastoffe Ethyl-2-methylbutanoat, Ethylbutyrat und Ethylhexanoat charakterisiert. Diese Aromen zeichnen sich durch "fruchtig, reife und süße" Eigenschaften aus. Diejenigen Säfte, die Qualitätszahlen unterhalb von 3,5 Punkten erhielten, sind dagegen mehr von Acetaldehyd, Diacetyl, Hexanal, E-2-Hexenal und Hexanol geprägt. Diese Aromastoffe stehen für "luftige, Joghurt, grüne und fruchtig-fettige" Geruchscharakteristiken und machen somit die negative Bewertung dieser Säfte plausibel.

 

Abbildung 2: Hauptkomponentenanalyse der zehn wichtigsten Aromastoffe in Apfelsäften
mit unterschiedlicher Bewertung in der Sensorik, n=85 (QZ: Qualitätszahl)

 

Hohe Aromastoffkonzentration ≠ guter Saft

Auffallend bei den sehr positiv bewerteten Säften mit einer Qualitätszahl > 4,0 war, dass sich deren Aromastoffkonzentrationen fast ausschließlich am unteren Ende der Skala bewegten. Als Ausnahme können hier die folgenden Substanzen mit hohem Aromawert (AW) genannt werden: Ethyl-2-methylbutanoat (AW: 430), Dodecanal (AW: 163), Ethylbutyrat (AW: 135), Nonanal (AW: 40) und Ethylhexanoat (AW: 1,3). Damit handelt es sich fast ausnahmslos um diejenigen Aromastoffe, die für die deutliche Unterscheidung zwischen QZ-BW-Säften und LEH/Discounter-Säften verantwortlich zeichnen (s. oben). Es kann somit gefolgert werden, dass Säfte mit generell niedrigen Konzentrationen an den untersuchten Aromastoffen sensorisch besser bewertet wurden, wenn gleichzeitig die aufgrund ihres Aromawertes besonders wichtigen Aromastoffe mit positiven Geruchscharakteristiken in höheren Konzentrationen vorlagen. Das alleinige Vorliegen von hohen Konzentrationen aller positiven Aromastoffe ist daher kein Garant für eine hohe Bewertung im Rahmen der Sensorik. Im Gegenteil, sie führt eher zu einer Ablehnung. In diesen Fällen wurden in der Sensorik im allgemeinen Bemerkungen, wie "überaromatisiert, künstlich, Shampoo", notiert. Offensichtlich führt hier ein "Zuviel" an Aroma zu einer Unausgewogenheit des Gesamtaromaeindrucks und damit letztlich zur sensorischen Ablehnung.

 

Zusammenfassung

Die Aromastoffanalyse zeigte sehr gute Übereinstimmungen mit den Ergebnissen der Sensorik und wies darauf hin, dass für eine gute Saftqualität nicht zwangsläufig eine hohe Konzentration an allen Aromastoffen erforderlich ist, sondern nur einzelne Substanzen in geringer Konzentration, jedoch mit hohem Aromawert hierfür verantwortlich zeichnen. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass die im Rahmen des QZ-BW angestellten Säfte weitaus stärker durch Aromen mit fruchtig, süßer, reifer Charakteristik geprägt sind als die Säfte aus dem LEH oder Discounter. Insbesondere die Konzentratsäfte aus LEH und Discounter waren laut unseren Untersuchungen dominiert von Aromen, die Aromaeindrücke, wie "luftig, grün, Joghurt, Spargel", erzeugen. Die chemische Analytik kann somit die Ergebnisse der Sensorik sehr gut untermauern und bestätigt insbesondere das hohe Qualitätsniveau der QZ-BW-Direktsäfte. Gerade bei Säften von minderer Qualität kann die Analytik darüber hinaus Aufschluss geben, warum der Saft in Geruch und Geschmack Ablehnung findet. Darauf aufbauend können letztendlich Strategien entwickelt werden, wie im Sinne eines positiven Qualitätsmanagements die Säfte hinsichtlich ihrer Aromazusammensetzung optimiert werden können, um die Bildung von negativen Aromastoffen weitestgehend zu vermeiden.

 

Danksagung

Die Autoren bedanken sich bei ihren Kollegen Virginie Rostocki, Dr. Günter Röhrig und Jürgen Belz für die fruchtbare Zusammenarbeit im Rahmen des Projektes.

 

 

Literatur

[1] Dixon, J., & Hewett, E.W. (2000). Factors affecting apple aroma/flavour volatile concentration: a review. New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science, 28, 155-173.

[2] Hey, M., Kürbel, P., Hopf, I., & Dietrich, H. (2007). Untersuchung sortenreiner Apfelsaftaromen. Flüssiges Obst, 02, 62-67.

[3] Elss, S., Preston, C., Appel, M., Heckel, F., & Schreier, P. (2006). Influence of technological processing on apple aroma analysed by high resolution gas chromatography-mass spectrometry and on-line gas chromatography-combustion/pyrolysis-isotope ratio mass spectrometry. Food Chemistry, 98, 269-276.

[4] Steinhaus, M., Bogen, J., & Schieberle, P. (2005). Veränderungen von Schlüsselaromastoffen in Apfelsaft während des Konzentrierungsprozesses. Lebensmittelchemie, 59, 104.

[5] Koch, J. (1977). Zur Beurteilung von natürlichem Fruchtsaftaroma. Flüssiges Obst, 11, 426-430.

[6] Pour Nikfardjam, M., & Maier, D. (eingereicht). Analysis of Apple Juice Aroma by Means of Headspace Trap HRGC/MS. Food Chemistry

[7] Heil, M., & Ara, V. (2007). Fruchtsaftaromen II: Über die Zusammensetzung und Bewertung von Apfelsaftaroma. Flüssiges Obst, 09, 444-452.

[8] Heil, M., Hahn, H., Christoph, N., Stingel, D., Gessler, A., & Ara, V. (2007). Über das Vorkommen von 3-Methylbutanol in Apfelsäften. Flüssiges Obst, 05, 226-237.


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