Ein neues Verfahren zur Analyse von Geschmack und Aroma in Getränken und Lebensmitteln

Die Entschlüsselung des Geschmacks

von Dr. Nicolas Schauer

Geschmacks- und Aromaanalyse ist bis heute vor allem eine Frage für Experten gewesen. Superschmecker untersuchen in ausgewählten Kreisen einige wenige Produkte und bewerten daraufhin viele Eigenschaften wie zum Beispiel Süße, Säure oder Aroma. Das Dilemma besteht in der Anzahl der Superschmecker, in der Zahl der untersuchten Produkte und in der Anzahl der Produkteigenschaften. Nur einer von hundert Menschen besitzt die Fähigkeit, feine Nuancen im Geschmack zu differenzieren und Aromastoffe genau zu beschreiben. Zumeist sind dies Frauen. Frauen haben also schon immer den besseren Geschmack gehabt.

Diese Limitierungen machen die so genannten sensorischen Untersuchungen zu einem sehr exklusiven und teuren Werkzeug, um Getränke und Lebensmittel zu verbessern. Im Folgenden werden Geschmacks- und Aromaanalysen kurz nur als Geschmacksanalysen bezeichnet. Im Englischen lässt sich die Gesamtheit aus Geschmack, Aroma, und Mundgefühl in einem Wort beschreiben: Flavour. Ein deutsches Wort gibt es nicht. Mit Geschmack meinen wir umgangssprachlich den Flavour eines Getränks oder Lebensmittels. Der Hauptfokus der Lebensmittelindustrie liegt auf der Aromazusammensetzung und dem Mundgefühl. Hierzu werden wie beschrieben Superschmecker oder Konsumentenuntersuchungen eingesetzt. Hierbei werden Konsumenten befragt, ob sie ein Produkt mögen oder eher nicht. Dazu braucht man eine große Gruppe, um verlässliche Aussagen zu machen. Gleichzeitig unterliegen diese sensorischen Analysen Schwankungen, die vor allem durch menschliche Faktoren hervorgerufen werden. Wir unterliegen Stimmungsschwankungen, werden durch andere Menschen beeinflusst, mögen ein Produkt lieber als ein anderes, gewöhnen uns an den Geschmack eines Produktes, haben zu wenig geschlafen, ein Medikament genommen, Hormonhaushalte ändern sich oder gerade Kaffee getrunken. Alles dies beeinflusst unsere Wahrnehmungsfähigkeit und damit das Ergebnis der Geschmacksuntersuchungen. Viele der genannten Faktoren können vermieden oder mathematisch herausgerechnet werden. Trotzdem bleibt eine natürliche Variation sowie die Limitierung nur eine begrenzte Anzahl von Produkten in einer begrenzten Zeit und mit begrenzten Eigenschaften zu untersuchen. Trotzdem haben sensorische Untersuchungen ihren festen Platz und erweisen sich als wertvolles Mittel in der Produktentwicklung und Überwachung der Produktqualität. Sensorische Untersuchungen erlauben jedoch keinen reinen, objektiven, analytischen Blick auf die Produkte und die Analyse der komplexen Zusammensetzung der zu Grunde liegenden Geschmackssubstanzen. Wir haben einen neuen Weg entwickelt, um Geschmack zu analysieren und gleichzeitig die verantwortlichen Komponenten zu identifizieren. Hierbei machen wir uns die Metabolomicstechnologie zu Nutze, die Ende des vergangenen Jahrhunderts, also vor gut 12 Jahren, entwickelt wurde und heute kommerziell einsetzbar ist und von uns weiterentwickelt wurde. Metabolomics erlaubt eine unvoreingenommene und umfassende Analyse aller Metaboliten, kleinen organischen Molekülen, in einer Probe. Damit erhält man einen detaillierten Einblick in die biochemische Zusammensetzung von untersuchtem Material. Diese Art der Analyse liefert die komplette Zusammensetzung von Proben, da sie sich nicht auf bekanntes Wissen stützt, sondern auch die unbekannten Substanzen analysieren kann. Dies liefert häufig mehrere hundert bis tausend verschiedenen Substanzen in einer Probe. Dabei werden Substanzen wie Zucker, Zuckeralkohole, Lipide, Aminosäuren, Bitterstoffe und aromatische Verbindungen analysiert. Um diese Technologie auch im Getränke- und Lebensmittelbereich zu nutzen, haben wir den Flavour Profiler entwickelt. Dies ist eine Plattform, die unsere massenspektrometriebasierte Metabolomicstechnologie mit speziellen mathematischen Modellen und langjähriger Erfahrung in der Geschmacksanalyse vereint. Diese Plattform erlaubt die Analyse aller Geschmackskomponenten in einem Produkt. Dabei macht es keinen Unterschied, ob Endprodukte wie Obst, Gemüse, Fleisch, Wein, Bier, Milch oder prozessierte Produkte wie Ketchup oder Schokolade analysiert werden. Auch können Ausgangsmaterialien wie Kakao, Kaffeebohnen oder Hefe auf ihre Eigenschaften untersucht und Vorhersagen auf den Geschmack getroffen werden. Der Flavour Profiler kann die gesamte Produktwertschöpfungskette unterstützen, und zwar von der Entwicklung bis zur Produktion und Vermarktung. In der Produktentwicklung gibt es bis heute wenig Erfahrung, wie sich Geschmack zusammensetzt
und man gezielt Produkte für verschiedene Marktsegmente entwickelt. Dies gilt vor allem für komplexe natürliche Produkte und nicht unbedingt für eine klassische Limonade oder ein Gummibärchen.
In der Produktentwicklung wird der Flavour Profiler eingesetzt, um alle Geschmackskomponenten zu identifizieren und gleichzeitig werden sensorische Untersuchungen an diesen Produkten durchgeführt. Diese Informationen werden anschließend miteinander kombiniert und anschließend wird ein Geschmacksmodell entwickelt, das den Einfluss der Metaboliten beschreibt. Dies erlaubt es, verschiedene Geschmackssegmente zu identifizieren und Produkte gezielt danach zu entwickeln und zu vermarkten. Darüber hinaus bietet dieses Modell die Möglichkeit, Geschmack zu extrapolieren und die optimale Zusammensetzung von Geschmackskomponenten zu bestimmen.
Einige Schritte weiter in der Lieferkette erlaubt der Flavour Profiler den Produzenten, die Qualität des Produktes zu überwachen und Abweichungen festzustellen. Dies ermöglicht eine gleich bleibende Qualität des Produktes im Handel und damit zufriedene Verbraucher.
Die entwickelte Plattform ermöglicht nicht nur den Produzenten von Getränken und Lebensmitteln, ihre Produkte besser zu verstehen, sondern liefert auch wertvolle Informationen für die Lebensmittel- und Getränkezulieferer. Denn auch andere Rohstoffe bzw. biologische Materialien können untersucht werden. So können zum Beispiel Mikroorganismen, Pilze oder Algen auf natürliche Quellen von Lebensmittelzusätzen bzw. auf neue Substanzen hin untersucht werden. Diese können dann in Formulierungen für Lebensmittel und Getränke, aber auch in Kosmetika oder anderen gesundheitsfördernden Produkten eingesetzt werden.

Hefe – ein wichtiger Faktor in der Nahrungsmittelindustrie

In vielen Lebensmitteln und Getränken wie zum Beispiel bei der Brot-, Bier- oder Weinherstellung spielen Fermentationsreaktionen eine wichtige Rolle. Die verantwortlichen Hefen produzieren Geschmacks- und Aromastoffe. Dabei ist bis heute wenig über die genaue Zusammensetzung der eingesetzten Hefestämme bekannt. Um das Potenzial der eingesetzten und neuer Stämme zu erkennen, wurde der Flavour Profiler eingesetzt. Hier wurden sechs verschiedene Stämme zunächst mithilfe eines metabolischen Fingerabdrucks phänotypisiert (Abb. 1). Dabei zeigt sich, dass es drei Gruppen von Hefen gibt: Bäcker-, Bier- und Weinhefe. Diese Gruppen wurden daraufhin auf ihre Geschmackskomponenten weiteruntersucht. Über 250 Geschmacksmetaboliten und über 165 Aromakomponenten konnten in den einzelnen Stämmen identifiziert und quantifiziert werden. In der Analyse zeigt sich, dass alle Hefen unterschiedliche Geschmackskomponenten synthetisieren (Abb. 2). Das bedeutet: Verschiedene Hefen liefern die Grundlage für einen bestimmten Geschmack in unseren Lebensmitteln und ?Getranken. Die Erkenntnisse aus diesen Untersuchungen bilden die Grundlage, um Hefestämme spezifisch für neue Geschmacksrichtungen in Broten oder Bieren einzusetzen und damit Produkte mit charakteristischem Geschmack und Wiedererkennungswert zu schaffen.

Wann ist eine Mango reif? Die Herausforderung im Supermarkt

Auch dem Verbraucher kommt der Flavour Profiler zugute, nicht nur durch konstante Qualität im Supermarkt oder besser schmeckende Getränke, sondern auch dadurch, dass er weiß, wann Obst und Gemüse reif sind und mit Genuss gegessen werden können. Die Mango ist eine exotische Frucht, die vornehmlich in den wärmeren Klimaregionen dieser Welt wächst und in alle Märkte weltweit exportiert wird. Dafür muss die Mango sehr früh geerntet werden, damit sie nicht überreif im Zielland ankommt. Dies hat leider zur Folge, dass die Frucht kaum Zeit an der Pflanze hat, um ihr Geschmackspotenzial zu entwickeln. Im Supermarkt sieht man dann der Mango nicht an, ob sie reif ist und schmeckt oder nicht, denn die Fruchtschale sagt nichts über den Zustand des Fruchtfleisches aus. Deshalb wird im Supermarkt gerne jede Mango einem Reifedrucktest durch den Konsumenten unterzogen. Das Endresultat ist häufig eine weiche, wenn nicht sogar matschige Mango, die nicht schmeckt. Um ein besseres Verständnis über den Geschmack einer Mango und den Zusammenhang mit der Fruchtreife zu erlangen, haben wir unsere Flavour Profiler- Plattform angewandt. Das Ziel dieser Untersuchung ist es, reife und unreife Mangos anhand der Geschmackskomponenten zu unterscheiden. Weitergehend sollen Reifemarker auf der Fruchtschale identifiziert werden, die es erlauben, ein Indikatorlabel zu entwickeln und auf der Frucht die Reife signalisieren. Zunächst wurden 18 Mangos über eine Woche gelagert und nach jeweils zwei Tagen mittels Verköstigung in reif oder unreif bzw. lecker oder nicht lecker eingeteilt. Gleichzeitig wurden Fruchtfleisch und -schale auf unserer Flavour Profiler-Plattform analysiert. Im nächsten Schritt wurde ein mathematisches Modell entwickelt, das die relevanten Geschmackskomponenten identifiziert und gleichzeitig auch vorhersagen kann. Das entwickelte Modell zeigt, das unreife von reifen Mangos klar unterschieden werden können (Abb. 3). Gleichzeitig können gut schmeckende von nicht schmeckenden Mangos unterschieden werden. Werden nun neue Mangofrüchte analysiert und in das Modell einbezogen, so zeigt sich eine Vorhersagekraft von über 85 % für Reife und Geschmack (Abb. 4).
Schaut man sich das Modell genauer an, so wird ersichtlich, dass bei Mangos vor allem einfache und sekundäre Zucker für den Geschmack verantwortlich sind. Herrschenüberwiegend organische Säuren und Aminosäuren vor, so wird die Mango als nicht-schmeckend und unreif eingestuft. Die beste Bewertung erhält eine Mango jedoch nur, wenn das richtige Verhältnis an Zuckern und Säuren vorliegt (Tab. 5). Die Ergebnisse zeigen, dass mithilfe der entwickelten Flavour Profiler-Plattform Mangogeschmack bestimmten Metaboliten zugeordnet werden kann und gleichzeitig auch als Reifemarker dienen. Mit diesem Wissen ist es jetzt nur noch ein kleiner Schritt, einen konsumentenfreundlichen Mangoreifetest zu entwickeln. Die Kombination aus Metabolomics und Biometrik ist ein robustes Verfahren, das Proben schnell und objektiv analysieren hilft. Der von uns speziell für Getränke und Lebensmittel entwickelte Flavour Profiler bietet die Möglichkeit, die Produktentwicklung, Produktion und Qualitätskontrolle auf effiziente Weise zu unterstützen und zu beschleunigen. Die Metabolitenanalyse ist der Schlüssel zum gewünschten Geschmack

Foto: © Dr. Nicolas Schauer