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Metabolomics Viel Regen, wenig Geschmack – wie das Klima die Qualität von Tee beeinflusst

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

Extreme Wetterlagen mit Dürreperioden im Wechsel mit großen Niederschlagsmengen können sich negativ auf Ertrag und Güte von Nutzpflanzen auswirken. Hierauf weisen aktuelle Metabolomics-basierte Untersuchungen saisonaler Teevariationen aus Monsungebieten in China hin.

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Abb. 1: Tee, der in der vom Monsun geprägten Regenzeit geerntet wurde, ist weniger aromatisch und weist mehr Fehlgeschmack auf als ein im Frühjahr geernteter Tee.
Abb. 1: Tee, der in der vom Monsun geprägten Regenzeit geerntet wurde, ist weniger aromatisch und weist mehr Fehlgeschmack auf als ein im Frühjahr geernteter Tee.
(Bild: © f9photos/Fotolia.com)

Auf Wasser und Nahrung kann der Mensch nicht verzichten, auf Kaffee oder Tee will er nicht verzichten. Kaffee und Tee sind nährstoffarm, nehmen aber unter den Genussmitteln einen führenden Platz ein. Tee ist nach Wasser mit Abstand das am meiste konsumierte Getränk weltweit. Ungeachtet ihrer physiologisch anregenden Wirkung: Bei Kaffee und Tee kommt es in erster Linie auf Wohlgeschmack und Bekömmlichkeit an. Der Verbraucher beurteile die Qualität folglich weniger danach, ob der Kaffee oder Tee seiner Gesundheit zuträglich sei, sondern vielmehr daran, ob ihm das eine oder andere Heißgetränk schmecke: Gerade die sensorischen Merkmale Aroma und Geschmack seien es nun aber, die beeinträchtigt würden, erklärt Professor Albert „Al“ Robbat Jr. vom Department of Chemistry der Tufts University im US-amerikanischen Medford gegenüber LABORPRAXIS, wenn die Ernte buchstäblich ins Wasser falle.

In Zusammenarbeit mit Kollegen unterschiedlicher Disziplinen untersuchte Al Robbat Teeproben aus Yúnnán, einer im Südwesten Chinas gelegenen, für ihren Teeanbau bekannten Provinz. Ziel war es herauszubekommen, berichtete der Chromatographie-Experte, warum Tee, der in der vom Monsun geprägten Regenzeit geerntet wurde, weniger aromatisch sei und mehr Fehlgeschmack aufweise als ein im Frühjahr – vor dem Monsun – von derselben Pflanze geernteter Tee.

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Unter der sensorischen Minderqualität und den Fehlgerüchen und Fehlaromen leide nicht allein der Teegenießer, sondern auch der Bauer, der beim Verkauf seines Monsuntees erhebliche Preisverluste gegenüber dem im Frühjahr geernteten Tee in Kauf nehmen müsse, sagt Al Robbat. Da man auch in Zukunft aufgrund des Klimawandels in der Region vermehrt mit extremen Wettergeschehen und einer bereits jetzt erkenn- und spürbaren Verschiebung des Monsunbeginns sowie mit längeren Dürreperioden im Frühjahr und höheren Niederschlagsmengen im Monsun und infolgedessen auch mit Ernteausfällen rechnen müsse, bestehe der Bedarf nach Aufklärung, sagt der Wissenschaftler. Al Robbat und Kollegen machten sich also daran, die Ursachen für den Geschmacksverlust von Tee aus der Region Yúnnán zu ergründen. Was sie herausbekamen, darüber berichten die US-amerikanischen Forscher im Journal of Chromatography A [1].

Vorversuche an Tee geerntet vom Frühling bis zur Monsunsaison

Erste Untersuchungen von Tee, der in den Bergen von Yúnnán in der Zeit von Frühling bis zur Monsunsaison geerntet wurden, hätten eine Abnahme der Konzentration von Katechinen (Katechin, Katechingallat, Epikatechin 3-gallat, Epigallokatechin, Epigallokatechin 3-gallat, Gallussäure, Gallokatechin und Gallokatechin 3-gallat) sowie von Methylxanthinen (Koffein, Theobromin und Theophyllin) im Bereich von mehr als 50 Prozent [2] ergeben, berichtet Al Robbat. Katechine und Methylxanthine sind astringierende Bitterverbindungen, die mit qualitativ hochwertigen Yúnnán-Tees verbunden sind. „Anfangs haben wir noch angenommen, dass sich der Qualitätsverlust auf eine Art Verdünnungseffekt zurückführen lasse, sozusagen, als ob die Wachstumsrate der Pflanze die Produk­tion sekundärer Metaboliten, zu denen die Aroma- und Geschmacksstoffe zählen, übersteigt“, schildert der Forscher. Da jedoch die Gesamtphenolkonzentration und die Aktivität der Antioxidantien in Frühlingstee geringer ausgefallen sei als in vergleichbaren Monsuntees, hätten er und seine Kollegen geschlussfolgert, die Pflanzenchemie und -physiologie habe sich in Gänze verändert und an die Niederschlagsmengen angepasst, verbunden mit einer Veränderung des Profils der Geschmack und Geruch definierenden Metaboliten.

Geschmack und Aroma von Tee – hunderte von Chemikalien sind beteiligt

Die Idee habe nahegelegen, erklärt Prof. Robbat, sich nicht allein auf bestimmte markante Inhaltsstoffe im Tee zu konzentrieren, die möglicherweise den Teegeschmack und -geruch dominierten, sondern idealerweise die Gesamtheit aller aromarelevanten Verbindungen aufzuschlüsseln und ein Profil möglichst vieler Metaboliten zu erstellen, um präzise nachvollziehen zu können, wie unterschiedliche Umweltbedingungen die Teechemie beeinflussten und veränderten.

Geschmack und Aroma von Tee sind das Ergebnis komplexer Wechselwirkungen zwischen hunderten von Chemikalien. Al Robbat: „Die Erweiterung der Zahl potenzieller sensorischer Metaboliten und ihre Verfolgung über einen Zeitverlauf ist entscheidend für das Verständnis, wie Umwelt- und Klimafaktoren die Teequalität beeinflussen, insbesondere deshalb, weil auch scheinbar unbedeutende Verbindungen signifikant Einfluss nehmen können.“

Metabolomics-basierter Ansatz erlaubt Einblick in den Pflanzenstoffwechsel

Obgleich die meisten in der Literatur gelisteten Studien den Fokus auf saisonale Änderungen bei nicht-flüchtigen Verbindungen richteten, besäßen flüchtige organische Verbindungen ihrer niedrigen Geruchsschwellen wegen einen großen Anteil am Gesamteindruck von Geschmack und Aroma, berichtet der Wissenschaftler. Daraus habe sich der Ansatz abgeleitet, die GC/MS als Mittel der Wahl zur Analyse und Detektion der Metaboliten zu nutzen.

Die GC/MS beziehungsweise Variationen dieser Trenntechnik sind in der Metabolomics-Forschung weit verbreitet. Aufgrund der Komplexität der Probenmatrix und der großen Zahl der darin enthaltenen potenziellen Aroma-relevanten Komponenten – von 600 sei in der Literatur die Rede, berichtet Al Robbat – wurde eine sequentielle multidimensionale GC-GC/MS genutzt, um die detektierbaren Metaboliten in Frühling- und Monsuntees möglichst in Gänze zu erfassen.

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Die hierbei gewonnenen Informationen dienten dem Aufbau einer Metaboliten-Datenbank, auf die eine Deconvolution-Software zurückgreift und mit der es gelingt, selbst komplexe Analysen mit überlagernden Signalen in kürzester Zeit mit Standard-GC/MS-Systemen durchzuführen, schildert der Wissenschaftler. Die von ihm und seinen Kollegen entwickelte Deconvolution-Technologie biete einige Mehrwerte im Vergleich zu konventionellen Vorgehensweisen, einschließlich der Möglichkeit, Retentionszeiten und reine Massenspektren von Metaboliten zu erhalten, die nicht durch Matrixstörungen belastet sind sowie Unbekannte zu identifizieren, die durch andere Verbindungen verdeckt werden.

GC-GC/MS-Analyse – Technik ermöglicht Messerfolg

Al Robbat: „Um eine Vergleichsdatenbank zu erstellen, analysierten wir Teeproben bestehend aus Knospe und Blättern, die in einem Zeitraum von 18 Tagen gesammelt worden waren, der sowohl die trockene (Frühling) als auch die regnerische Zeit (Monsun) überspannte.“ Die Teeproben seien im Feld kurz thermisch behandelt worden, um die enzymatische Aktivität zu stoppen, um anschließend in verschlossenen Plastiktüten ins Labor geschickt zu werden, wo sie vakuumverschlossen und in Alufolie gewickelt im Gefrierschrank bis zur Analyse gelagert wurden.

Zur GC-GC/MS-Analyse kamen Extrakte der Teeproben, die laut Albert Robbat mittels simultaner Destillation/Extraktion (SDE) unter Einsatz eines Likens-Nickerson-Systems gewonnen wurden – nach Aufguss mit entionisiertem Wasser und Einengung unter Stickstoff über wasserfreiem Natriumsulfat. Zunächst sei es darum gegangen, aus den Teeproben, die zum einen in der Trockenperiode im Frühjahr und in der Regenzeit des Monsun genommen wurden, möglichst viele Metaboliten herauszufiltern und eine umfangreiche Vergleichsdatenbank aufzubauen.

Für die Tandem-GC-Analyse arbeiten Robbat und Kollegen mit zwei Systemen von Agilent Technologies (GC 6890): Das erste System war mit einem FID ausgestattet; die Trennung der Analyten erfolgte über eine polare stationäre Phase, die Probenaufgabe in das Kalt-Aufgabe-System (Gerstel-KAS) des GC automatisiert mit einem Multi-Purpose-Sampler (Gerstel-MPS). Der zweite GC beinhaltete eine polare Phase und war zudem mit einer Kühlfalle (Gerstel-CTS) ausgestattet, um „Heart-Cuts“ aus Vorsäulenchromatogrammen anzureichern und auf der ersten Säule ko-eluierende Zielanalyten auf der zweiten Säule trennen und mittels des angeschlossenen Massenspektrometers (MSD 5973, Agilent Technologies) identifizieren zu können.

Sensorischer Eindruck der Tees durch Analyse der Metaboliten bestätigt

Al Robbat: „Die Ergebnisse unserer Analyse stimmen überein mit den Eindrücken der Teebauern der Region Yúnnán, die ihrem Frühlingstee eine bessere Qualität und ein süßes, florales Aroma bescheinigen gegenüber dem grün-erdig schmeckenden Monsuntee.“ Mittels Tandem-GC/MS-Analyse sei es gelungen, insgesamt „201 Metaboliten im Frühlingstee und 196 Metaboliten im Monsuntee zu identifizieren, mit 169 gemeinsamen und 59 saisonal einmaligen Verbindungen“. Weitere 163 Verbindungen wurden detektiert, konnten aber nicht identifiziert werden.

Da in Zukunft weiterhin mit extremen Wetterlagen zu rechnen ist, sei die Pflanzenforschung auf Instrumente angewiesen, mit denen sich die Einflüsse des Klimas und der Umwelt nicht nur auf den Pflanzenwuchs und den Ernteertrag, sondern auch auf Geschmack, Aroma und Nährwert von Nutzpflanzen untersuchen lässt: „Unsere Arbeit lieferte die Grundlage, um saisonale Variationen der Tee­chemie zu beobachten“, sagt Al Robbat. Sie könnte überdies die Grundlage für Metabolomics-Forschungen an anderen zur Nahrungs- und Futtermittelgewinnung kultivierten Nutzpflanzen bilden.

Literatur:

[1] A. Kowalsick, N. Kfoury, A. Robbat Jr., S. Ahmed, C. Orians, T. Griffin, S. B. Cash, J. R. Stepp, Me-tabolite profiling of Camellia sinensis by automated sequential, multidimensional gas chromatog-raphy/mass spectrometry reveals strong monsoon effects on tea constituents, Journal of Chromatography A, 1370 (2014) 230–239

[2] S. Ahmed, J. R. Stepp, C. Orians, T. Griffin, C. Matyas, A. Robbat, S. Cash, X. Dayuan, L. Chunlin, U. Unachukwu, S. Buckley, D. Small, E. Kennelly, Effects of extreme climate events on tea (Camellia sinen-sis) functional quality validate indigenous farmer knowledge and sensory preferences in tropical china, PLoS ONE 9 (2014)e109126.

* G. Deußing: Redaktionsbüro Guido Deußing, 41464 Neuss

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