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Fehlaromen in veganen Erbsenproteingetränken Protein Shake aus Erbsen: Gesund – aber auch lecker?

Autor / Redakteur: Guido Deußing* / Dr. Ilka Ottleben

US-amerikanische Wissenschaftler sind der Frage nachgegangen, wie und warum sich das Aromaprofil von veganen Erbsenproteingetränken im Verlauf von Hochtemperaturbehandlungen zur Steigerung der Haltbarkeit ungünstig verändert. Um die Fehlaromen zu bestimmen, bedienten sie sich der GC/MS mit olfaktorischer Detektion.

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Abb. 1: Kraftsportler beispielsweise, die ihren Protein- und Energiebedarf nicht durch den Verzehr kiloweise Fleischs sichern wollen, nutzen Shakes aus Erbsenprotein als Fitnessdrinks. Sie gelten als gesund, aber sind Getränke aus Erbsenproteinisolat auch lecker?
Abb. 1: Kraftsportler beispielsweise, die ihren Protein- und Energiebedarf nicht durch den Verzehr kiloweise Fleischs sichern wollen, nutzen Shakes aus Erbsenprotein als Fitnessdrinks. Sie gelten als gesund, aber sind Getränke aus Erbsenproteinisolat auch lecker?
(Bild: © 2020 subodh sathe. All Rights reserved)

„Der Fleischkonsum in Deutschland geht weiter zurück.“ Mit diesen einleitenden Worten ging am 24. Mai 2020 eine Nachricht durch den Äther, die sich auf eine Forsa-Umfrage im Auftrag des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft stützte [1]. Darin hieß es, nur noch jeder Vierte esse täglich Fleisch oder Wurst. Fünf Jahre zuvor sei es noch jeder Dritte gewesen. Offenbar würden vegetarische oder vegane Produkte in der Bevölkerung immer beliebter. Vor allem Jüngere griffen zu pflanzlichen Alternativen, teils aus Neugier, teils aus Gründen des Tierwohls. Anderen wiederum macht die Auswirkung der Viehwirtschaft auf Umwelt und Klima zu schaffen.

Was auch immer motivieren mag, den Fleischkonsum zurückzuschrauben oder bei der Ernährung gänzlich auf tierische Erzeugnisse zu verzichten: Fleisch, Fisch, Eier, Milch und Co. enthalten für uns Menschen relevante Nährstoffe, allen voran Proteine – hochmolekulare, in ihrer Struktur sehr komplexe Naturstoffe, die als Grundbausteine Aminosäuren enthalten. Sie sind überlebenswichtig für den menschlichen Organismus, können von ihm selbst aber nur zum Teil synthetisiert werden. Sie müssen also mit der Nahrung zugeführt werden.

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100 % vegan – wertvolle pflanzliche Proteinquellen

Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) schlägt Richtwerte für die täglich empfohlene Eiweißzufuhr für Erwachsene vor (s. LP-Info-Kasten). Um den empfohlenen Bedarf zu decken, sind allerdings keine tierischen Erzeugnisse vonnöten, obgleich die DGE zu einer Mischkost rät, bestehend größtenteils aus pflanzlichen Lebensmitteln und nur zu einem kleinen Anteil aus tierischen Erzeugnissen, um Mangelerscheinungen vorzubeugen: Unseren Proteinbedarf könnten wir dem Grunde nach auch ganz aus pflanzlichen Quellen decken.

Getreide, Pilze und Soja sind bekannte Proteinlieferanten. Auch Raps hat sich jüngst erst als pflanzliche Eiweißquelle herausgestellt [2]. Von Hülsenfrüchten weiß man um diesen Sachverhalt schon länger. Erbsen etwa liefern hochwertige Proteine, die frei sind von Purin (beeinflusst den Harnsäurespiegel im Blut und die Entstehung von Gicht) und Cholesterin, das mit Arteriosklerose in Verbindung gebracht wird. Kommerziell erhältlich ist Erbsenprotein [3] als Konzentrat oder Isolat in Pulverform oder als Mehl. Gewonnen wird es mittels chemischer und thermischer Behandlung.

Und es taugt nicht nur für die vegane Küche, etwa zur Herstellung von Milchersatzgetränken, Desserts oder fleischlosen Bratlingen. Kraftsportler, die ihren Protein- und Energiebedarf nicht durch den Verzehr kiloweise Fleischs sichern wollen, nutzen Shakes aus Erbsenprotein als Fitnessdrinks. Allerdings, mag die Zubereitung auch gesund sein, ihren Zweck erfüllen und mit Zusatzstoffen in unterschiedlichen Geschmacksrichtung verfügbar sein, aber sind Getränke aus Erbsenproteinisolat auch lecker?

Protein Shake – Gesund ja, schmeckt aber seltsam

Proteine kommen natürlicherweise nur in komplexen Mischungen vor, und in Erbsen enthalten sind zusätzlich Begleitstoffe wie Kohlenhydrate, Lipide, Mineral- und Farbstoffe. Ihre chemische Zusammensetzung mache die Erbse und das daraus gewonnene Protein anfällig für Fehlgerüche, die im Zuge der Verarbeitung und Lagerung entstehen können, schreiben Mariana Trikusuma, Laurianne Paravisini und Devin G. Peterson [4].

Ursächlich sei der oxidative Abbau von Lipiden durch das in Hülsenfrüchten enthaltene Enzym Lipoxygenase. Der Oxidationsprozess führe zur Bildung grasiger und für westliche Geschmäcker unliebsamer bohnenartiger Aroma­noten, die typischerweise mit Fehl­aromen in Verbindung gebracht würden, schreiben die Forscher vom Department of Food Science and Technology der Ohio State University/USA.

Literaturquellen, auf die sich die Forschenden in ihrer Arbeit stützen, nennen Aldehyde wie 2- Alkenal, 2,4- und 2,6-Alkadienal, 3,5-Octadien-2-on, 3-Alkyl-2-methoxypyrazin und 1-Hexanol – allesamt flüchtige, geruchsintensive Verbindungen, die im flüchtigen Extrakt von im Vakuum thermisch behandelter grüner Erbsen gefunden wurden.

Verarbeitungsprozess unter Verdacht

Isolate liefern mit 80 Prozent den höchsten Proteingehalt. Deren hoher Nährwert erklärt das immense Interesse der Nahrungsmittelindustrie an pflanzlichen Proteinkonzentraten. Sie werden in mehreren physischen und chemischen Arbeitsschritten aus der Matrix gewonnen, die allerdings dergestalt sind, dass sie Degenerationsprozesse anstoßen können, in deren Verlauf der Anteil der oben genannten erbseneigenen (endogenen) geruchsaktiven Ver­bindungen signifikant abnehme. Dafür nehme der Anteil der dem zugrundeliegenden Prozess entstammenden geruchsaktiven Reaktionsprodukte wie Methional, (E)-2-Oktenal, (E,E)-3,5-Oktadien-2- on und 4-Ethylenbenzaldehyd zu, schreiben Trikusuma, Paravisini und Peterson.

Wie aber wirkt sich dieser sensorisch relevante Sachverhalt auf das Aromaprofil von Erbsenproteinisolat aus? Diese Frage stellten sich die Forscher nicht zuletzt deshalb, weil eine Mischung von erdig-pilzig-riechendem 1-Okten-3-on und grün-fettig-riechendem Hexanal im Verhältnis 1 zu 100 die intensiv bohnenartige Note hervorruft, die bei Verbrauchern in der westlichen Welt auf wenig Akzeptanz stößt. Folglich gelte es, anders als es üblich sei, einen Blick nicht auf die einzelnen Aromastoffe zu werfen, sondern auf die komplexe Mischung.

In Ermangelung hinreichender Erkenntnisse über Reaktionen, die zu einer Beeinflussung des Aromas von Erbsenprotein in der Nahrungsmittelanwendung führen, hatten es sich Trikusuma, Paravisini und Peterson zum Ziel gesetzt, „die Änderungen im Aromaprofil eines Erbsenproteingetränks zu charakterisieren, die durch das zu Sterilisationszwecken durchgeführte Ultrahocherhitzen sowie im Zuge der Lagerung haltbar gemachter Produkte entstehen“.

Blick auf die Probenvorbereitung

Um den Einfluss der Ultrahochtemperaturbehandlung (UHT) auf die Bildung von Fehlaromen zu bestimmen, stellten die US-Forscher Erbsenproteingetränke im Labor her. Dazu verwendeten sie kommerziell erworbenes Erbsenproteinisolat mit einem Massenanteil (w/w) von 80% Protein, 8% Fett und 2% Zucker, das mit einem Stabilisator in nano­filtriertem Wasser angemischt wurde. Das milchähnliche Getränk wurde in einer zuvor sterilisierten Apparatur unter Druck homogenisiert und auf 140 °C ultrahocherhitzt. Nach Abkühlung auf 10 °C wurde es in Flaschen abgefüllt:

Ein Teil wurde unmittelbar bei -80 °C tiefgefroren, ein anderer für sieben Wochen bei 5 °C gelagert, um den üblichen Alterungsprozess zu simulieren. Die Alterungsproben wurden daraufhin ebenfalls bis zur Analyse bei –80 °C eingefroren. Um die Wirksamkeit des Sterilisationsprozesses zu überprüfen, wurde die mikrobielle Belastung der sterilisierten Erbsenproteingetränke verglichen mit jener von Getränken, die nicht temperaturbehandelt worden war. Vorweg: Die Anzüchtung potenzieller Verderbniskeime verlief nach Angaben der Forscher negativ.

Aromastoffe in Lebensmitteln bestimmen

Die Bestimmung von Aromastoffen in Lebensmitteln erfolgt i. d. R. nach einem in der Lebensmittelanalytik festgelegten Prozedere, das mit der sensorischen Bewertung und Einstufung der Proben beginnt. Hierzu bedient man sich eines geschulten Sensorik-Panels. Ziel ist es, einen Gesamteindruck des Aromas zu erhalten. Dem schließt sich eine gaschromatographische Analyse an, gepaart mit einer sensorischen Bewertung der Aromen mittels Olfaktometrie (O). Ein spezieller GC-Port, im vorliegenden Fall handelt es sich um einen Olfactory-Detection-Port (Gerstel-ODP), erlaubt das Abriechen mit der Nase, um die einzelnen, in der Probe enthaltenen Aromastoffe zu charakterisieren.

Zuvor werden die aromarelevanten Verbindungen, die oft nur in Spuren in der Probe vorliegen, geruchlich bzw. geschmacklich jedoch hochpotent sein können, mittels Lösungsmittel unterstützter Destillationstechnik (Solvent Assisted Flavour Evaporation, SAFE) im Hochvakuum schonend und zerstörungsfrei von den nichtflüchtigen Probenmatrixbestandteilen abgelöst. Die resultierenden Extrakte werden filtriert und einer Aromaverdünnungsanalyse unterzogen, um die dominanten Aromakomponenten zu identifizieren. Auch hierbei bedient man sich der GC/O-Analytik.

21 Substanzen dingfest gemacht

Nach eigenen Angaben haben Trikusuma, Paravisini und Peterson insgesamt 21 Aromastoffe unterschiedlicher Verbindungsklassen relevanter Natur anhand von Massenspektren, Retentionsindizes und des Vergleichs mit Reinsubstanzen identifiziert. Zu den Fundstücken zählten Alkohole, Aldehyde, Ketone, Pyrrole, Carbonsäuren, Pyrazine, Furane, Lacton und Phenole (detaillierte Auflistung siehe [4]).

Fünf Aromastoffe, namentlich 2-Pentylfuran, 2-Heptanon, (E,E)-2,4-Nonadienal, Maltol und Octansäure seien von ihnen erstmals in Erbsenprotein beschrieben worden. Maltol, Isovaleriansäure, Octansäure, Hexanal und Sulfurol wiederum wurden in höchsten Konzentrationen, und zwar im Bereich von 100 bis etwa 1500 µg/L bestimmt.

Verbindungen wie (E,E)-2,4-Nonadienal, Methional, (E)-2-Octenal, 2-Acetyl-1-pyrrolin, (E,E)-2,4-Decadienal und 2-Iso­butyl-3-methoxypyrazin (IBMP) wiederum wurden nur in geringen Mengen (< 1 μg/L) in der nicht wärmebehandelten Kontrollprobe quantifiziert.

Zur Auftrennung der Analyten verwendet wurde ein 6890N GC mit Doppelofensystem (MACH) und zur Detektion ein 5973 MS (beide von Agilent Technologies). Nach Identifizierung der aromaaktiven Stoffe vermittels Flüssiginjektion der Extrakte und GC/MS-O-Analyse erfolgte die Quantifizierung nach Standardaddition von 4-Heptanon unter Einsatz der dynamischen Headspace-Tandem-GC/MS (DHS-GC/MS-QQQ). Dazu folgte, nach Anreicherung der Analyten auf einem Sorbens, ein Trocknungsschritt und die Thermodesorption (Gerstel-TDU) und Cryofokussierung im Kaltaufgabesystem (Gerstel-KAS) des GC. (Alle applikativen Details s. [4].)

Was den Geschmack beeinflusst

Die Auswertung der Analysenergebnisse habe ihre These bestätigt, berichten Trikusuma, Paravisini und Peterson, dass es zielführend sei, sich nicht einzelne Aromastoffe anzusehen, sondern einen Blick auf die komplexe Mischung der enthaltenen aromarelevanten Stoffe zu werfen. Im Fall ultrahocherhitzter Erbsenproteingetränke spielten eben nicht nur enzymatische Prozesse eine Rolle für den Aromagesamteindruck, sondern auch die Hochtemperaturbehandlung. Sie induziere eine nichtenzymatische Bräunungsreaktion (Maillard-Reaktion), wie sie etwa beim Braten von Lebensmitteln beobachtet wird. Die diesem Prozess entstammenden Produkte – Melanoidine genannt – sind geschmacksintensive und für das typische Aroma und die Färbung von Geröstetem, Gebackenem und Gebratenem mit hohem Eiweißanteil verantwortlich.

Als Beleg ihrer These lässt sich der Nachweis von 2-Acetyl-1-pyrrolin (2AP) und 2-Isobutyl-3-methoxypyrazin (IBMP) betrachten, die in relevanten Mengen im wärmebehandelten Erbsenproteingetränk gefunden worden waren, nicht aber in jenem, das unbehandelt war. In ihrer Arbeit zeigen Trikusuma, Paravisini und Peterson beispielhaft den nichtenzymatischen Reaktionsweg, der zur Entstehung von IBMP führt, und zwar im Zusammenwirken der im Erbsenprotein enthaltenen Aminosäuren Leucin und Glycin.

Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass die Zusammensetzung flüchtiger Aromaverbindungen und das sensorische Profil von Erbsenproteingetränken durch die Ultrahocherhitzung signifikant beeinflusst werden. Die enzymatische Lipidoxidation sowie die Maillard-Reaktion sind hauptverantwortlich für die Aromabildung mit dem erbsenproteinbasierten Milchersatzgetränk. Mit diesem Wissen, sind sich Trikusuma, Paravisini und Peterson sicher, sei die Basis für die Optimierung der Prozesse zur Herstellung schmackhafter haltbarer Erbsenproteinprodukte gelegt.

Literaturtitel:

[1] https://www.br.de/nachrichten/meldung/fleischkonsum-der-deutschen-geht-zurueck,3002ce336

[2] Volk et al., Postprandial Metabolic Response to Rapeseed Protein in Healthy Subjects, Nutrients 12(8) 2020, https://doi.org/10.3390/nu12082270

[3] Erbsenprotein Vergleich 2021, VGL Verlagsgesellschaft mbH, http://bit.ly/2OgH82P

[4] Mariana Trikusuma, Laurianne Paravisini und Devin G. Peterson, Identification of aroma compounds in pea protein UHT beverages, Food Chemistry 312 (2020) 126082, https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.126082

* G. Deußing Redaktionsbüro Guido Deußing, 41464 Neuss, Tel. +49-2131-74160

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