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Identifizierung von geruchsaktiven Verbindungen in sensorisch einwandfreien sowie fehlerhaften (Off-flavour-) Rapsölen und Entwicklung einer Analysenmethode zur Verbesserung der Qualitätskontrolle
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 18039 N, MRI-GE-08-322-1080 Rapsaroma
Laufzeit: 01.01.2014
- 31.12.2017
Fördersumme: 294.700 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Rapsöl steht mit einem Marktanteil von 38,7 % an Platz 1 der verkauften Speiseöle. Der jährliche Gesamtverbrauch beträgt ca. 74,4 Mio. Liter. Der größte Teil des Rapsöles wird in großen industriellen Anlagen gewonnen. Native, kaltgepresste Öle haben zwar nur einen Anteil von 2 - 3 % am gesamten Speiseölmarkt, sie besitzen aber beim Verbraucher ein gutes Image und sind ein guter Werbeträger für den gesamten Markt der Rapsöle. Für die Hersteller nativer, kaltgepresster Öle ist die Beurteilung der Rohware sowie des fertigen Produkts der entscheidende Punkt für die Sicherstellung einer sensorisch einwandfreien Qualität. Aktuell wenden sie hierfür sensorische und visuelle Prüfungen der Rohware an. Zusätzlich werden auch die hergestellten Öle sensorisch geprüft. Diese sensorischen Beurteilungen sind zeit- und personalaufwändig. Außerdem sind sie mit relativ großen Unsicherheiten behaftet, die zu Fehlinterpretationen der Ergebnisse und zu großen wirtschaftlichen Schäden, insbesondere für kleinere Unternehmen, führen können. Die Qualitätskontrolle der fertigen Produkte ist aber unerlässlich, um dem Verbraucher eine gleichbleibend hohe Qualität anbieten zu können. Der Anteil kaltgepresster, nativer Rapsöle am Markt mit stichig-modrigen Fehlgerüchen beträgt derzeit ca. 25 %. Über die Geruchsstoffe, die den gewünschten typischen Geruch von sensorisch einwandfreien nativen, kaltgepressten Rapsspeiseölen ausmachen, gibt es nur wenige Informationen. Auch die für Geruchsfehler verantwortlichen Geruchsstoffe sind weitestgehend unbekannt. Ein gravierendes Problem für die Akzeptanz von Rapsöl ist das Auftreten eines fischigen Fehlgeruchs, der auftritt, wenn das Öl während der industriellen oder haushaltsmäßigen Zubereitung von Lebensmitteln erhitzt wird. Dieses Phänomen tritt sowohl bei raffinierten als auch bei nativen, kaltgepressten Ölen auf, allerdings nicht bei allen Rapsölen. Darüber hinaus kann es bislang nicht vorhergesagt oder begründet werden. Das Auftreten des Fehlgeruchs bei der Herstellung von Lebensmitteln unter Verwendung von Rapsöl verhindert derzeit noch in vielen Fällen den Einsatz dieses heimischen Rohstoffs in der Lebensmittelindustrie. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die geruchsaktiven Verbindungen in Rapsöl und ihre Prekursoren zu identifizieren. Dies soll sowohl an sensorisch einwandfreien als auch an fehlerhaften, d. h. mit Off-flavour behafteten Rapsölen geschehen. Des Weiteren wird der Einfluss der Rapssorte, des Anbaustandorts, des Erntezeitpunkts und der Lagerbedingungen auf die Bildung der identifizierten Verbindungen untersucht. Die Ergebnisse sollen in die Entwicklung einer Analysenmethode auf Basis der GC-MS einfließen. Diese soll es der Öl produzierenden oder weiterverarbeitenden Industrie erlaubt, Rapsöle bzw. Rohware an Hand von ausgewählten Verbindungen eindeutig für die Eignung zur Verwendung von Rapsöl zum Frittieren oder für die Herstellung von qualitativ hochwertigem nativen, kaltgepressten Rapsspeiseöl zu erkennen. Wirtschaftliche Bedeutung: Mit der Identifizierung der Schlüsselverbindungen und der Entwicklung einer robusten Methode für die Untersuchung der Rohware, aber auch des Öls, wird Herstellern und der weiterverarbeitenden Industrie ein schnell umsetzbares und wirksames Mittel an die Hand gegeben, die Qualitätskontrolle zu verbessern und effizienter zu gestalten. In Deutschland wird Rapsöl in 19 Saatverarbeitungs- und Raffinationsbetrieben mit einer Verarbeitungskapazität von mehr als 10 Mio. Tonnen sowie in mehr als 60 kleineren, sog. dezentralen Anlagen hergestellt, wobei mehr als 3 Mio. Tonnen Pflanzenöle in Lebensmitteln eingesetzt werden. Gedämpfte, kaltgepresste Öle, die nach der Dämpfung einen fischigen Geruch entwickeln können, werden dabei ausschließlich in KMU hergestellt. Rapsöl ist das bedeutendste Speiseöl in Deutschland. Der Jahresumsatz der betroffenen Betriebe liegt bei etwa 5 Mrd. Produkte aus Ölmühlen sind in Form von Öl, Lecithin etc. in etwa 80 % der Produkte des täglichen Bedarfs enthalten, allerdings wird Rapsöl wegen des auftretenden Fischgeruchs in der weiterverarbeitenden Industrie derzeit nur bedingt eingesetzt. Die Ergebnisse werden deshalb dazu beitragen, dass die Verwendung dieses ernährungsphysiologisch wertvollen Rohstoffs zunimmt. Die Ölmühlen sind wichtige Vorlieferanten für eine breite Palette von mittelständischen Unternehmen der Lebensmittelindustrie, wie der Margarineindustrie, sowie für Hersteller von Kindernahrung, Mayonnaise, Dressings, Feinkostprodukten, Backwaren, Frittierprodukten, Konserven etc.
Ein Ziel des Forschungsvorhabens war es, aroma-aktive Verbindungen zu identifizieren, die einerseits für das typisch saatige und nussige Aroma von nativen, kaltgepressten Rapsölen verantwortlich sind und andererseits das stichig, modrige Aroma sensorisch auffälliger Rapsöle bestimmen. Auf Basis dieser Verbindungen sollten Markersubstanzen für die Klassifizierung von nativen, kaltgepressten Rapsölen in sensorisch gute und schlechte Rapsöle identifiziert werden, die dann mit Hilfe einer robusten und schnellen GC-MS Methode analysiert werden können. Es wurde eine schonende Methode zur Isolierung der flüchtigen Verbindungen aus Rapsöl auf Basis der Kurzwegdestillation in Kombination mit der Solvent Assisted Flavor Evaporation (SAFE) etabliert. Durch Headspace-Verdünnungsanalyse (vHVA) sowie vergleichende Aromaextraktverdünnungsanalyse (vAEVA) konnten 56 Aromastoffe im sensorisch einwandfreien, nativen Rapsöl (NGS) und 45 Aromastoffe im „Off-Flavor“-Rapsöl (NOF) mit einem Flavor Dilution-Faktor (FD-Faktor) von mindestens 8 ermittelt werden. Der Vergleich von NGS und NOF zeigte, dass hauptsächlich ein Anstieg von bestimmten Aromastoffen für die Ausbildung des stichig/modrigen Fehlgeruchs verantwortlich ist. Fünf aroma-aktive flüchtige Verbindungen konnten als Hauptverursacher für einen „stichig/modrigen“ Off-Flavor identifiziert werden. Diese Verbindungen wurden zum Teil auch bei der Untersuchung der Profile der flüchtigen Verbindungen von nativen, kaltgepressten Rapsölen mittels dynamischer Headspace-GC-MS gefunden. Im Rahmen eines Profiling Ansatzes wurden 31 der in nativem, kaltgepressten Rapsöl identifizierten flüchtigen Verbindungen mit signifikanten Konzentrationsunterschieden zwischen sensorisch guten und schlechten Ölen auf das Vorhandensein in einem Datensatz von 20 sensorisch guten und 23 sensorisch schlechten Rapsölen überprüft. Dabei zeigten 13 flüchtige Verbindungen signifikante Unterschiede zwischen den beiden Gruppen. Mit Hilfe einer Linearen Diskriminanzanalyse wurde eine GC-MS-basierte Methode zur Klassifizierung sensorisch guter und sensorisch schlechter Rapsöle entwickelt die zur Unterstützung einer Qualitätskontrolle übernommen werden kann. Die Untersuchungen zur Bildung flüchtiger Aromastoffe während der Lagerung zeigten einen großen Einfluss der Lagerbedingungen wie Feuchtigkeit und Temperatur auf das Profil der flüchtigen Verbindungen in den resultierenden Rapsölen. Eine sensorische Verschlechterung der Rapsöle war bei Lagerung bei 30°C und einer Saatfeuchte von 15%, ab dem dritten Tag der Saatlagerung wahrnehmbar. Ähnlich starke Veränderungen im Profil der flüchtigen Verbindungen waren auch während der Keimung von Rapssaat zu beobachten. Hier war das Attribut „gekeimt“ eindeutig ab dem dritten Tag der Keimung als sensorischer Defekt wahrnehmbar. Ein Einfluss von Rapssorte und Anbaustandort auf das Profil der flüchtigen Verbindungen wurde nicht gefunden. Es wurde eine Methode zur Isolierung und Identifizierung des mikrobiellen Besatzes von Rapssaat etabliert. Von insgesamt 22 Bakterienstämmen und zwei Schimmelpilzgattungen konnten 29 bzw. 6 aroma-aktive flüchtige Verbindungen identifiziert werden. Mit einer Ausnahme sind alle Verbindungen als Metabolite von Bakterien und Schimmelpilzen bekannt. Elf der identifizierten flüchtigen Verbindungen aus dem Stoffwechsel der Mikroorganismen wurden bereits als flüchtige Verbindungen in Rapsölen beschrieben. Die Verbindungen Acetoin, 3-Methylbutanal, Ethyl-2-Methylbutanoat wurden im Rahmen dieses Forschungsprojekts als Markersubstanzen für sensorisch schlechte identifiziert. Die Untersuchungen weisen auf einen deutlichen Zusammenhang zwischen einem mikrobiellen Besatz von Rapssaat und der sensorischen Qualität der resultierenden Rapsöle hin. Die große Bedeutung optimaler Ernte- und Lagerbedingungen zum Erreichen eines qualitativ guten Rapsöls konnte im Rahmen dieser Arbeit noch einmal deutlich aufgezeigt, da sowohl die Lagerbedingungen als auch die Besiedelung von Rapssaat mit Mikroorganismen einen deutlichen Einfluss auf das Profil der flüchtigen Verbindungen und damit auf die sensorische Bewertung haben. Im Rahmen des Projektes sollte aufgeklärt werden, welche Verbindung für das Auftreten eines fischigen Aromas während des Erhitzens von Rapsöl verantwortlich ist und mögliche Prekursoren sollten identifiziert werden. Bei Erhitzungsversuchen mit verschiedenen raffinierten, dampfgewaschenen und nativen, kaltgepressten Rapsölen konnte kein fischiger Geruch provoziert werden. Weitere Erhitzungsversuche unter Zugabe von FeCl3 zur Initiierung einer beschleunigten Oxidation oder Sinapin und Lecithin als im Rapsöl vorkommende Verbindungen mit einer Aminogruppe im Molekühl führten ebenfalls nicht zum Auftreten eines fischigen Fehlaromas. Während der Projektlaufzeit wurde aus der Industrie lediglich eine dampfgewaschene Probe mit fischigem Fehlaroma zur Verfügung gestellt. Im Vergleich mit einer sensorisch einwandfreien dampfgewaschenen Probe zeigten 41 identifizierte flüchtige Verbindungen signifikante Konzentrationsunterschiede zwischen den Proben. Aufgrund fehlender Vergleichsproben war eine Validierung der Ergebnisse jedoch nicht möglich. Mittels Kationenaustauschchromatographie konnte in der dampfgewaschenen Probe Trimethylamin quantifiziert werden, mit einem Gehalt, der sechsfach über der Geruchsschwelle in Öl liegt. Damit ist Trimethylamin die Ursache für den fischigen „Off-Flavor“ im gedämpften Rapsöl GOFF identifiziert, was zusätzlich in einem Omissionsexperiment eindeutig bestätigt wurde. Zusätzlich konnte eine HS-SPME-HRGC-MS basierte Methode zur Identifizierung von Trimethylamin entwickelt werden. Trimethylamin ist als Abbauprodukt von Sinapin oder Lecithin denkbar. Somit wurden die im Projektantrag definierten Ziele erreicht. Es wurden Verbindungen identifiziert die für den typischen Geruch bzw. den off-Flavor von nativem, kaltgepresstem Rapsöl verantwortlich sind. Auf Basis dieser Verbindungen wurde eine robuste und schnelle Methode auf Basis der GC-MS etabliert. Es konnte gezeigt werden, welche Auswirkungen Lagerung, Keimung oder auch eine Besiedelung mit Mikroorganismen auf das Profil der flüchtigen Verbindungen von Rapsöl haben. Ein Einfluss von Rapssorte und Anbaustandort auf das Profil der flüchtigen Verbindungen konnte nicht gefunden werden. Trimethylamin wurde als Schlüsselsubstanz für den fischigen Geruch von erhitzten Rapsölen identifiziert. Denkbar ist eine Freisetzung von Trimethylamin aus Lecithin oder Sinapin, während des Erhitzens, allerdings konnte dies in entsprechenden Versuchen nicht nachgewiesen werden.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Lebensmittelchemie
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
