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Mittels Thermoextraktion die Gewinnung von Aromen simulieren Raucharoma: Rauchgeschmack mit kleiner Flamme

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

Zwecks Haltbarmachung, Aromatisierung und Farbgebung werden manche Lebensmittel klassischerweise geräuchert. Wenn es jedoch darum geht, einem Lebensmittel nur ein rauchiges Aroma zu verleihen, kann der Einsatz von Aromastoffen genügen. Ein Blick auf die Details der Gewinnung solcher Aromastoffe.

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Abb. 1: War Räuchern früher eine Möglichkeit, leicht Verderbliches haltbar zu machen, wird das Rauch-Aroma heute auch aus anderen Gründen erzeugt.
Abb. 1: War Räuchern früher eine Möglichkeit, leicht Verderbliches haltbar zu machen, wird das Rauch-Aroma heute auch aus anderen Gründen erzeugt.
(Bild: © lcrms - stock.adobe.com)

Die industrielle Herstellung und Verarbeitung sicherer Lebensmittel ist verbunden mit einer Vielzahl, auch thermischer Behandlungsschritte, in deren Verlauf die eingesetzten Zutaten erheblich an Eigengeschmack einbüßen können. Um den Verlust des gustatorischen und olfaktorischen Ausdrucks auszugleichen, werden Lebensmittel mit Aroma- und Geschmacksstoffen versetzt. Sie dienen auch dem Zweck, Produkte zu veredeln und ihnen einen einzigartigen Geschmack zu geben. Aromen erfüllen damit nicht zuletzt eine wichtige Rolle in der Bindung zum Kunden, der sicherlich auch mit einer gewissen sensorischen Erwartungshaltung in die Auslage greift.

Innovative und nachhaltige Lösungen

Ein Aroma ist in aller Regel eine komplexe Mischung unterschiedlicher aromagebender Inhaltsstoffe, bei denen es sich überwiegend um flüchtige organische Verbindungen handelt. Gemäß ihrer Herkunft und Herstellung unterscheidet man im Wesentlichen zwischen natürlichem Aroma und anderen Aromen. Für die Lebensmittelkennzeichnung in der Europäischen Union (EU) spielt die Unterscheidung in naturidentisch und künstlich keine Rolle mehr, die Verwendung des Begriffs „natürlich“ ist jedoch an die Erfüllung besonderer Anforderungen geknüpft [1].

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Zu den für die Lebensmittel- und Aromaindustrie sensorisch interessanten Stoffen zählen phenolische Verbindungen, die eine wichtige Rolle bei der Ausprägung rauchigen Geschmacks spielen. Zwar finde man in der wissenschaftlichen Literatur zahlreiche Arbeiten über Phenole und ihre Sensorik im Einsatz als Aromastoff, schreiben Johannes Kiefl et al. [3]. Jedoch existierten nur wenige Berichte, die Auskunft gäben über die Bildung von Aromakomponenten unter „natürlichen“ Bedingungen, gemeint ist in diesem Fall das Erhitzen von Pflanzenmaterial gemäß EU-Aromenverordnung [1]. In der Folge und in Ermangelung entsprechender Arbeiten, untersuchte das international aufgestellte Expertenteam von Symrise die Bildung von Phenolverbindungen und anderer Aromastoffe, die beim thermischen Abbau von Buchenholz entstehen. Um eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten, führten Kiefl et al. [2] die Bildung der aromagebenden Inhaltsstoffe bei 180 °C, 230 °C und 300 °C durch.

Das Versuchsdesign ist entscheidend

Um die Aufgabe zu erfüllen, bedurfte es eines geeigneten Versuchsdesigns, das den Anforderungen gerecht wird. Vorrangig ging es darum, den Ausgasungsprozess unter vergleichsweise realistischen Bedingungen im Labormaßstab zu simulieren und gleichzeitig eine Analytik zu wählen, die es erlaubt, detailliert Auskunft zu erhalten über Art und Menge der emittierten Verbindungen. Dieser Coup gelang Kiefl et al. unter Einsatz eines Thermalextraktors (Gerstel-TE) in Verbindung mit der Thermodesorptions-GC/MS. So gingen Kiefl et al. vereinfacht gesagt vor: Im gläsernen Extraktionsrohr (176 x 15 mm) des TE wurde gemahlenes Buchenholz (0,1 g) gleichmäßig verteilt und für die Dauer von je einer Stunde auf die Zieltemperatur gebracht. Mittels eines Stickstoffgasstroms wurden die emittierten hochsiedenden, leichtflüchtigen Verbindungen im Probenraum ab- und auf einem geeigneten Sorbens (Tenax) angereichert; die schwerflüchtigen Verbindungen wiederum kondensierten im transferierenden Glasrohr. Beide Fraktionen wurden anschließend einer tiefer gehenden, aufklärenden u.a. GC/MS- und GC/FID-Analytik unterzogen.

Dazu wurden die Tenax- bzw. Glasröhrchen in einer Thermal-Desorptions-Einheit (Gerstel-TDU) temperaturprogrammiert im Heliumstrom ausgeheizt, die Analyten wurden auf diese Weise in die gasförmige Phase überführt und im Kalt-Aufgabe-System (Gerstel-KAS) cryofokussiert. Das Probenhandling erfolgte vollautomatisiert unter Einsatz des Multi-Purpose-Samplers (Gerstel-MPS). Hernach erfolgte ebenfalls temperaturprogrammiert die gaschromatographische Trennung und Bestimmung.

Klares Bild dank Thermodesorptions-GC/MS

Der fingerabdruckartige Vergleich der niedrig siedenden Fraktionen bei den verschiedenen Temperaturen, also 180 °C, 230 °C und 300 °C, unter Verwendung einer zweidimensionalen-GC mit nachfolgender Massenspektrometrie ergab ein eindeutiges Bild: Bei 180 °C wurde die Bildung von Essigsäure, Furfural, 5-Methylfurfural, 5-Methylenfuran-2-on, 2- Hydroxymethylfuran, Cyclopent-2-en-1-on und 2-Oxopropanal festgestellt. Wurde die Temperatur auf 230 °C angehoben, ließen sich zusätzlich auch Phenole wie Guajakol, 4-Methylguaiacol, 4-Ethylguaiacol und o-Kresol identifizieren. Bei 300 °C wiederum wurden die vermehrte Bildung von Verbindungen wie 2-Methyl-5-prop-1-enylfuran, 2-Ethyl-5-vinylfuran, Ethylbenzol, 2-Hydroxy-3-methylbenzaldehyd, 2,3-Dimethylbenzofuran und 3-Methyl- 2H-Furan-5-on verzeichnet.

Fokus auf einige analytische Details

Wie Kiefl et al. berichten, habe man bei 230 °C durchschnittlich 2,5 mg Kondensat aus 0,1 g Buchenholz erhalten. Dieses bestand vorwiegend aus den flüchtigen Verbindungen des Furan- und Pyrantyps sowie aus flüchtigen phenolischen Verbindungen. Die flüchtigen Bestandteile hätten demnach rund 0,2 Prozent der Kondensatmasse ausgemacht. Niedrigsiedende Essig- und Ameisensäure seien, obgleich sie nicht vollständig hätten rückgewonnen werden können, die Hauptkomponenten der flüchtigen Bestandteile des Kondensats gewesen, berichten die Wissenschaftler. Verschiedene Ligninmonomere hätten mehr als 500 mg pro Kilogramm ausgemacht.

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