Hans-Dieter-Belitz-Institut für Mehl- und Eiweißforschung

Aromaforschung

Aus dem Bereich der Aromastoffe sind folgende Themen für das Hans-Dieter-Belitz-Institut für Mehl- und Eiweißforschung von Bedeutung:

1. Das Aroma von Weizenbrot (in englisch) 

2. Einfluss der Sauerteigtrocknung auf das Aroma von Roggenbrot 

3. Chemosensoren zur Messung von Aromastoffen 

1. Flavour of Wheat Bread   [Seitenanfang]

Werner Grosch, Michael Rychlik and Peter Schieberle

Introduction

Heating of cereals leads to the formation of characteristic flavours attracting the consumer. The flavours of bread, corn tortillas, popcorn and aromatic rice are examples. It is, therefore, not surprising that numerous investigations have been performed to identify the volatiles that evoke the odor notes of bread.

Earlier reviews concerning the flavours of bread and rice have been published by Rothe (1974), Maga (1974, 1978, 1984), Grosch and Schieberle (1991) and Maarse (1991).

Progress in instrumental analysis, in particular of high resolution gas chromatography and mass spectrometry, has shown that the volatile fraction of heated cereals, like of most other foods, consists of a multiplicity of compounds (cf. Maarse et al. 1994).

In the eighties a new strategy of instrumental and sensory analysis was developed allowing orientation of the identification experiments on those volatiles having a chance to contribute to the flavour of a food (cf. reviews by Acree 1993; Grosch 1993, 1994; Schieberle 1995a).

In the new concept the analysis of a food flavour is started with a screening of the potent odorants either by Charm analysis (Acree et al. 1984) or by Aroma Extract Dilution Analysis (AEDA; Ullrich and Grosch 1987). In both procedures an extract obtained from the food is evaluated by gas chromatography/olfactometry (GCO), then the extract is diluted, usually as a series of 1:1 or 1:2 dilutions, and each dilution is analyzed again by GCO. In the case of AEDA, the result obtained for each odor-active volatile compound is expressed as flavour dilution (FD)-factor, reflecting the ratio of the concentration of the odorant in the initial extract to its concentration in the most dilute extract in which an odor was detected by GCO. Consequently, the FD-factor is a relative measure of odor potency. To indicate which of the compounds revealed by these techniques actually contribute to the aroma, quantitation of the odorants is the next step in the analytical procedure (Grosch 1993, 1994; Schieberle 1995a). On the basis of these results, the ratio of concentrations to odor thresholds, the so-called odor activity values (OAV) can be calculated. Only volatiles showing a higher OAV than 1 are assumed to contribute to the odor.

This very effective methodology in flavour analysis has been applied to clarify the character-impact odorants e.g. of wheat and rye bread.

AEDA was applied to evaluate the potent odorants of wheat bread (baguette-type) and rye bread. In these studies, the summarized results of which are presented in Table 1, the crust and the crumb were separately analyzed (Schieberle and Grosch 1987, 1991, 1994).

Crust aroma

The pleasant aroma of wheat bread crust depends on the formation of roasty smelling compounds during the baking process and, also, their stability during storage. Two N-heterocyclics, 6-acetyltetrahydropyridine (no. 1 in Table 1) and 2-acetyl-1-pyrroline (no. 2) had been proposed as character impact odorants of the roasty note of the crust (Hunter et al. 1969; Schieberle and Grosch 1985). The pyrroline no. 2, however, which had been earlier identified as character impact flavour compound of fragrant rices, showed the highest FD-factor of the odorants identified in the crust, whereas the FD-factor of no. 1 was relatively low (Table 1). Quantitative measurements, which due to the instability of both odorants, were carried out as stable isotope dilution analysis (Schieberle and Grosch 1994), followed by a calculation of OAVs (Table 2) confirmed the results of AEDA that the popcorn-like smelling 2-acetyl-1-pyrroline was the key odorant evoking the roasty note in the aroma profile of wheat bread crust.

In contrast to wheat bread, rye bread crust was very low in ACPY and much higher in 3-methylbutanal, methional and furanone no. 11 (Table 2). Furthermore, the results of AEDA (Table 1) suggest that also the concentrations of furanones no. 12 and 13, as well as those of acetic acid, are higher in the rye bread crust. These differences in the concentrations of potent odorants are most likely the cause for the differences in the overall odors of wheat and rye bread crust.

Wheat bread crumb

Owing to their high FD-factors, 2-phenylethanol (no. 6), (E)-2-nonenal (no. 8) and (E,E)-2,4-decadienal (no. 9) were identified as the most potent odorants of wheat bread crumb (Table 1).

Of the two aldehydes (nos. 8 and 9), which are known as autoxidation products of linoleic acid (Badings 1970), the concentration of (E)-2-nonenal was determined in wheat flour and in breads prepared with and without margarine. The results indicate (Table 5) that compared to the concentration in the flour, the level of the aldehyde increased nearly 5-fold and 6.4-fold in the crumb and in the crust, respectively (bread A; Table 5). However, a portion of the increase in the crust was due to an oxidative breakdown of the fat used in the dough manufacturing, because the amount of (E)-2-nonenal decreased by 64 % when the margarine was omitted (bread B; Table 5).

Toasting

A pleasant aroma characterized by the terms roasty, caramel-like, malty and buttery, is formed when slices of wheat bread are toasted. The overall odor is very similar to that of wheat bread crust and it is, therefore, not surprising that the key odorants of medium brown toasted bread slices (Table 6) also agreed with those of wheat bread crust (Table 1).The concentrations of 2-acetyl-1-pyrroline, methional, (E)-2-nonenal and 4-hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanone differed at the most by a factor of two in the crust and in the medium-brown toasted crumb (compare Tables 2 and 6), respectively. The buttery note in the aroma profile of the toasted wheat bread was caused by 2,3-butanedione and δ-decalactone originating mainly from the flavored shortening used in dough preparation.

The levels of the odorants depended on the toasting conditions which are reflected by the intensity of the brown color (IBC value). The IBC value was scored on a scale from 0 (unroasted) to 10 (deep brown, nearly burnt) (Rychlik and Grosch 1996). The most important roasty odorant, 2-acetyl-1-pyrroline, increased continually until a maximum concentration of 14.4 µg/kg at an IBC value of 8 was reached. This was in contrast to 6-acetyltetrahydropyridine reaching only a low plateau of 1.5 µg/kg at an IBC value of 2. As in wheat bread crust, the pyridine was found to be less important for the roasty note than the pyrroline.

As shown in Table 3, the amino acid ornithine supplied by bakers yeast was the most active precursor of 2-acetyl-1-pyrroline in wheat bread crust. Consequently, increasing the amount of yeast in the preparation of bread should enhance the amount of pyrroline in the toasting process. The data in Table 7 support this suggestion. The concentration of the pyrroline was very low in the bread prepared with a chemical leavening agent, but was strongly enhanced in toasted breads made by using increasing amounts of yeast in the dough.

Conclusions

Volatile compounds causing the characteristic odor notes in the aroma profiles of several heated cereals have been identified. As discussed for some examples, precise analytical methods have been developed for the quantitative determination of the typical odorants in order to clearly demonstrate the influence of the raw materials, ingredients, parameters of processing, and storage conditions on the overall aroma of the final product.

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2. Einfluss der Sauerteigtrocknung auf das Aroma von Roggenbrot^a   [Seitenanfang]

Eva Kirchhoff und Peter Schieberle

Ausgangslage: Die Verwendung von Sauerteig ist für die Herstellung von Roggenbrot essentiell und erfordert einen relativ hohen Zeitaufwand. Um Zeit einzusparen werden im Backgewerbe auch Trockensauerteige eingesetzt, deren Verwendung bei den resultierenden Broten, insbesondere der Brotkrume zu einem veränderten Aroma führt, verglichen mit Broten aus frischem Sauerteig. Die Aromastoffbildung unterliegt während des Herstellungsprozesses zahlreichen Einflüssen durch die verwendeten Rohstoffe, die biochemischen Vorgänge während der Sauerteiggärung und den thermisch induzierten Reaktionen beim Backvorgang. Bisher bestanden einerseits noch Kenntnislücken im Bereich der Roggenbrotaromastoffe und andererseits wurden die Aromaveränderungen ausgehend von den Rohstoffen Mehl und Sauerteig bis zum Endprodukt Brotkrume bislang noch nicht systematisch untersucht.

Forschungsziel: Zunächst sollten die Kenntnislücken m Bereich der Roggenbrotaromastoffe geschlossen werden und wichtige Geruchsstoffe in Roggenmehl und Sauerteig charakterisiert werden. Die identifizierten Schlüsselaromastoffen der Brotkrume sollten als Indikatorverbindungen in anschließenden quantitativen Studien dienen, die die Aromaveränderung während der einzelnen Prozessschritte sichtbar machen sollten. Mit dieser Grundlage zum Verständnis der Aromaentwicklung sollte schließlich der Einfluss verschiedener Trocknungstechniken auf das Krumenaroma mittels quantitativer Analysen systematisch untersucht werden.

Ergebnis:  Zur Identifizierung der Schlüsselaromastoffe in der Roggenbrotkrume wurde zunächst das vom Institut für Lebensmittelchemie der TU München und der Deutschen Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie entwickelte Konzept angewendet. Mittels der Kombination sensorischer und instrumenteller Methoden konnten zunächst die wichtigsten Aromastoffe identifiziert sowie durch anschließende quantitative Bestimmungen (Isotopenverdünnungsanalyse) und Aromawertberechnung der Aromabeitrag der einzelnen Verbindungen berechnet werden. Abschließend wurden sensorische Untersuchungen von Aromarekombinaten der Roggenkrume, hergestellt auf Basis der experimentell bestimmten Daten im Vergleich zum Originalaroma durchgeführt. Die sehr gute Nachempfindung des Krumenaromas durch das Rekombinat bestätigte die analysierten Daten. Insgesamt sind insbesondere 11 Schlüsselsubstanzen mit malzigen, kartoffelartigen, sauren, fettig-grünen, würzigen, schweißigen, butterartigen und süßlichen Geruchsnoten maßgeblich am Krumenaroma beteiligt.

Abbildung 1: Schlüsselaromastoffe in Roggenbrotkrume

Analoge Untersuchungen am Roggenmehl ergaben, dass bereits alle Schlüsselaromastoffe im Roggenmehl vorhanden sind, in z. T. sehr viel geringeren Konzentrationen. Während der Sauerteiggärung werden einerseits Aromastoffe und geruchslose Vorstufen biosynthetisiert, andererseits aber auch Aromastoffe in geruchsschwächere Verbindungen biokonvertiert. Das Aroma des frischen Sauerteiges ist geprägt durch Aromastoffe mit malzigen, kartoffelartigen, sauren, butterartigen, fruchtigen, fettigen und schweißigen Geruchsqualitäten.

Abbildung 2: Wichtige Aromastoffe in Sauerteig

	Abbildung 3: Roggenbrot

Mit dem Ziel die Aromaveränderung während der Roggenbrotherstellung sichtbar zu machen, wurden Backversuche durchgeführt. Ausgehend vom Roggenmehl wurde systematisch jeweils frisches Material aus den einzelnen Prozessstufen entnommen und quantitative Bestimmungen der Schlüsselaromastoffe der Brotkrume durchgeführt. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass einerseits das Mehl und die Sauerteiggärung wichtige geruchlose Aromavorstufen liefern sowie auch durch ihr Potential an geruchsaktiven Verbindungen zum Gesamtaroma der Krume beitragen. Ebenso essentiell für ein abgerundetes Krumenaroma sind auch die thermisch induzierten Reaktionen beim Backvorgang, welche geruchsaktive Verbindungen liefern.

Um den Trocknungseinfluss von Sauerteig auf das Roggenbrotkrumenaroma zu objektivieren wurden mit gefrier-, sprühgranulations- und walzengetrocknetem Sauerteigmaterial Backversuchsreihen angefertigt. Systematisch wurde jeweils Material der einzelnen Prozessstufen entnommen und gezielt einige der Indikatorverbindungen quantitativ untersucht. Neben physikalischen Verlusten konnte bei den unter thermischem Einfluss hergestellten Trockensauerteigen bzw. resultierenden Brotkrumen auch eine Neubildung von Aromastoffen mit malzigen, kartoffelartigen und süsslichen Geruchsqualitäten gefunden werden. Die sensorisch festgestellten Unterschiede in den Aromaprofilen von Brotkrumen hergestellt mit frischem und unter thermischer Belastung getrocknetem Sauerteig konnten auf die analysierten Konzentrationsunterschiede dieser Schlüsselaromastoffe zurückgeführt werden.

Die stark ausgeprägte Bildung von Geruchsstoffen bei thermischer Belastung könnte für die Herstellung von Produkten zur Erzeugung gezielter Aromanoten in Backprodukten eingesetzt werden.

Publikationen:
Kirchhoff E (2000) Charakterisierung von Schlüsselaromastoffen in Roggenbrot - Untersuchungen zum Einfluss des Herstellungsverfahrens und der Teigrezeptur. Dissertation Technische Universität München

^a AiF-Forschungsvorhaben Nr. 10318N

3. Chemosensoren zur Messung von Aromastoffen   [Seitenanfang]

Thomas Hofmann

Die Bedeutung des Aromas als einer der wichtigsten qualitätsbestimmenden Eigenschaften von Lebensmitteln macht die schnelle und objektive Bewertung deren sensorischen Qualität zu einem der vordringlichsten Aufgaben der Lebensmittelindustrie. Mit dem Zweck, die Aromaqualität durch Messung flüchtiger Verbindungen im Gasraum über dem Lebensmittel zu beurteilen, wurden sog. "elektronische Nasen" entwickelt, die aus einer Vielzahl einzelner Chemosensoren aufgebaut sind. Diese detektieren jedoch mehr oder weniger unspezifisch alle mengenmäßig im Gasraum des Lebensmittels überwiegenden Verbindungen und liefern daher lediglich einen Fingerprint der flüchtigen Hauptkomponenten, unabhängig davon ob diese geruchsaktiv sind oder nicht. Durch Korrelation der humanen Geruchswahrnehmung mit Chemosensorsignalen ist es jedoch möglich geworden, Sensormaterialien auf die Detektion solcher Verbindungen zu optimieren, die von der menschlichen Nase auch wirklich als Geruchsstoffe wahrgenommen werden. Mit solchen Sensoren ist nun die Grundlage geschaffen die Aromaentwicklung bei der Lebensmittelverarbeitung, z.B. beim Brotbacken, messtechnisch zu kontrollieren.

Neben Textur und Farbe gehört das Aroma zu den wichtigsten qualitätsbestimmenden Eigenschaften von Lebensmitteln. Die das attraktive Aroma vieler Produkte, wie z.B. Brotkruste oder Röstkaffee, ursächlich prägenden Verbindungen gehen dabei erst während der Verarbeitung aus komplexen chemischen Reaktionen geruchloser Vorstufen hervor. Im Vergleich zur traditionellen, küchenmäßigen Zubereitung macht die industrielle Herstellung aus ökonomischen und/oder technologischen Gründen häufig veränderte Verarbeitungsbedingungen oder eine veränderte Rohstoffauswahl erforderlich. Als Folge können daher häufig signifikante Aromaveränderungen bis hin zur Fehlaromabildung beobachtet werden. Da der Verbraucher über seinen Geruchssinn jedoch sehr leicht das Aroma bewerten und dementsprechend das Produkt akzeptieren oder ablehnen kann, ist das Interesse sehr groß, die Aromaqualität im Verlauf der Lebensmittelverarbeitung sowie am Endprodukt möglichst schnell, objektiv und on-line messtechnisch zu kontrollieren.

Was sind "Elektronische Nasen"?

Während ursprünglich die Kontrolle von Herstellungsprozessen auf der subjektiv geprägten, sinnen-physiologischen Prüfung beruhte, wurden ab Anfang des Jahrhunderts mehr und mehr physikalische Sensoren (Thermometer, Barometer etc.) bzw. chemisch-instrumentelle Analysentechniken (MS, NIR, NMR etc.) eingesetzt, um stoffliche Vorgänge zu charakterisieren. Mit dem Ziel Aromastoffe zu messen, sind in neuster Zeit kommerziell Systeme verfügbar, mit denen die objektive Bewertung von Lebensmittelaromen, z.B. Kaffee [1], Wiskey [1] oder Gewürze [2], möglich sein soll. Diese als "elektronische Nasen" bezeichneten Systeme sind mit einer Vielzahl von chemischen Sensorelementen ausgestattet, denen der Gasraum des zu prüfenden Lebensmittels zugeleitet wird [3-5]. Die durch den Kontakt mit den flüchtigen Verbindungen resultierenden Signalveränderungen werden zur Erfassung eines Signalmusters (Fingerprint) ausgenutzt.

Abbildung 1: Beispiel für einen Chemosensor

In den gegenwärtig verfügbaren Systemen werden insbesondere auf Leitfähigkeitsänderung basierende Sensorelemente eingesetzt. Weit verbreiteten Einsatz finden hierbei halbleitende Metalloxide vom n-Typ (z.B. Zinn-, Zink- oder Titanoxid) oder p-Typ (z.B. Nickel-, Kobaltoxid), die dementsprechend auf oxidierbare oder reduzierbare Verbindungen reagieren [6]. Auch leitfähige Polymersensoren, welche Polypyrrole, Polyaniline oder Polythiophene als aktives Sensormaterial tragen, werden verwendet. Daneben finden massenselektive Sensoren zunehmend Anwendung. Diese bestehen aus piezoelektrischen Kristallen (z.B. Quarz, LiNbO₃) und beruhen auf der direkten Detektion einer Massenänderung, die als Änderung der Resonanzfrequenz meßbar ist (Abbildung 1). Diese Substrate sind mit verschiedenen Polymeren (z.B. Siliconöle, Polyester oder Polyether) beschichtet, die als eigentlich aktive Komponenten mit den flüchtigen Analyten wechselwirken sollen [7]. Die Adsorption einer flüchtigen Verbindung an diese sensitive Schicht erhöht deren Masse, was wiederum in einer meßbaren Verringerung der Resonanzfrequenz des Kristalls resultiert. Je nach Herstellung bewegt sich die Welle als Oberflächenwellen (sourface accoustic wave, SAW) auf dem Kristall oder als Volumenwelle (bulk accoustic wave, BAW) durch den Kristall hindurch [8]. Die von den Sensoren gemessenen Rohdaten werden dann mittels Mustererkennungssystemen wie multivariate Analyse (z.B. Hauptkomonentenanalyse) oder Netzwerkanalysen (z.B. neuronale Netzwerke).

Die Leistungsfähigkeit elektronischer Nasen wird jedoch nicht durch die Rohdatenverarbeitung und –auswertung, sondern durch die mangelnde Selektivität der Sensoren selbst limitiert. Diese Sensoren detektieren mehr oder weniger unspezifisch alle mengenmäßig im Gasraum des Lebensmittels überwiegenden Verbindungen, unabhängig davon ob diese geruchsaktiv sind oder nicht. Die "elektronischen Nasen" liefern somit lediglich einen Fingerprint der flüchtigen Hauptkomponenten von Lebensmitteln.

Was riecht eigentlich die menschliche Nase?

	Abbildung 2: FD-Chromatogramm (A) und FID-Chromatogramm (B) der flüchtigen Fraktion von Weißbrotkruste

Um diejenigen Verbindungen in Lebensmitteln zu identifizieren, die von der menschlichen Nase auch wirklich als Geruchsstoffe wahrgenommen werden, hat sich die Kopplung von instrumenteller Analytik und der menschliche Nase bewährt, die sozusagen als Biosensor zur Detektion von Aromastoffen eingesetzt wird. Hierzu wird die flüchtige Fraktion, wie in Abbildung 2 anhand von Weißbrotkruste dargestellt, kapillargaschromatographisch aufgetrennt und währendessen die separierten Verbindungen im Trägergasstrom am Ende der Kapillarsäule "abgerochen" (sog. HRGC/sniffing) [9,10]. Dabei wurden 32 geruchsaktive Verbindung detektiert (Abbildung 2A), die im Chromatogramm in Abbildung 2B mit Pfeilen markiert sind. Diese Aromastoffe lassen sich dann in ihrem Aromabeitrag staffeln, indem die HRGC/sniffing-Analyse solange mit schrittweise verdünnten Probenmengen durchgeführt wird bis am "Sniffing-port" kein Aromastoff mehr wahrgenommen wird. Diese sog. Aromaextraktverdünnungsanalyse liefert für jeden Aromastoff einen Flavour Dilution (FD)-Faktor (Abbildung 2A), der proportional zur Geruchsaktivität des Aromastoffes ist. Durch Anwendung dieses Verfahrens wurde das röstig riechende 2-Acetyl-1-pyrrolin (Nr. 9 in Abbildung 2A) als wichtigster für das Aroma von Weißbrotkruste typischer Geruchsstoff identifiziert [9,10]. Obwohl im Vergleich zu anderen flüchtigen Verbindungen dieser Aromastoff nur in sehr geringen Mengen vorkommt, trägt das 2-Acetyl-1-pyrrolin aufgrund seines extrem niedrigen Geruchsschwellenwertes (0.02 ng/L Luft) ursächlich zum typischen Aroma der Brotkruste bei. Die Anwendung dieser Aromaextraktverdünnungsanalyse auf eine Reihe weiterer Lebensmittel bestätigte, daß von den Hunderten an flüchtigen Verbindungen eines Lebensmittels tatsächlich nur einige wenige am Aroma beteiligt sind [11]. Im Gegensatz zu Chemosensoren basiert die Auswahl an geruchsaktiven Verbindungen, die die menschliche Nase trifft, somit nicht auf der Quantität der im Gasraum vorkommenden Verbindungen.

Vergleich: Elektronische Nase - menschliche Nase

Die Unterschiede von humaner und elektronischer Nase werden besonders deutlich, wenn man deren Sensitivität gegenüber ausgewählten flüchtiger Verbindungen vergleicht (Tabelle 1). So wird z.B. Vanillin, der Hauptaromastoff der Vanille, oder Hexanal, welches u.a. für den "grünen" Duft frisch geschnittenen Grases verantwortlich ist, von der menschlichen Nase um den Faktor 33333 bzw. 500 empfindlicher wahrgenommen wird als von einem Chemosensor. Im Gegensatz dazu wird Pentan, das die menschliche Nase erst in relativ hohen Konzentrationen erkennen kann, 175-fach empfindlicher vom elektronischen Pendant detektiert.

Die Leistungsfähigkeit kommerzieller elektronischer Nasen wird somit durch ihr schwächstes Glied, das Sensormaterial selbst, limitiert. Sollen nasenkongruente Systeme entwickelt werden, so müssen die verwendeten Sensoren wertgebende Aromastoffe in einer ausreichenden Empfindlichkeit und Selektivität erkennen [13,14].

Korrelation humaner Geruchswahrnehmung mit Chemosensor-Response

Abbildung 3: Schematische Darstellung der HRGC/SOMMSA-Technik

Ein entscheidender Fortschritt in der elektronischen Detektion von Aromastoffen ist kürzlich dadurch gelungen die Chemosensorik mit der humanen Geruchswahrnehmung zu korrelieren [13,14]. Bei dieser als HRGC/SOMMSA (High-resolution gas chromatography / selektive odorant measurement by multisensor array) bezeichneten Technik wird zunächst die Spezifität von Chemosensoren zur Geruchsstofferkennung bewertet und dann gezielt optimiert [13-15]. Hierzu werden, wie in Abbildung 3 dargestellt, Aromastoffmischungen oder Headspaceproben von Lebensmitteln zunächst an einer Kapillare gaschromatographisch getrennt und der Trägergasstrom dann zu drei Teilen im Verhältnis 1:1:1 gesplittet; ein Aliquot wird einem Detektor (z.B. FID), ein Teil einem Array verschiedener Chemosensoren zugeleitet und ein weiteres Aliquot von der menschlichen Nase "abgerochen". Da die flüchtigen Verbindungen nacheinander die Kapillare verlassen, kann nun für jede Substanz der Response der Chemosensoren direkt mit dem der menschlichen Nase verglichen werden. Dies liefert erstmals Kenntnisse über Selektivität und Sensitivität von Chemosensoren zur Erkennung solcher Verbindungen, die vom Menschen auch wirklich als Aromastoffe wahrgenommen werden. Durch gezielte Änderung der Sensoreigenschaften, z.B. durch Variation der Oberflächentemperatur oder der chemischen Zusammensetzung der aktiven Sensoroberflächen, ist es dann möglich die Detektion flüchtiger Verbindungen durch Chemosensoren auf die vom Menschen wahrgenommenen Geruchsstoffe hin maßzuschneidern [13,16]. In der flüchtigen Fraktion von Brotkruste kommt z.B. neben dem röstig riechenden 2-Acetyl-1-pyrrolin auch das Oxidationsprodukt 2-Acetylpyrrol vor, welches jedoch keinen Geruch aufweist (Abbildung 4A). Mittels eines Platin-dotierten Zinkoxid-Sensors, der bei einer Arbeitstemperatur von 300°C betrieben wurde, gelang es z.B. das von der menschlichen Nase als intensiven Geruchsstoff wahrgenommene 2-Acetyl-1-pyrrolin neben dem geruchlosen Pyrrolderivat selektiv zu detektieren (Abbildung 4B) [16]. Wie bedeutend die optimale Einstellung der Sensorparameter für die Aromastoffmessung ist, wird daran deutlich, daß sowohl eine Änderung der Temperatur (Abbildung 4C) als auch der Dotierung (Abbildung 4D) einen signifikanten Verlust an Selektivität und Sensitivität zur Folge haben. Durch systematische Variation der Parameter gelang es kürzlich einen Sensor zu entwickeln, der auf die Detektion von 2-Acetyl-1-pyrrolin - dem röstig riechenden Schlüsselaromastoff in Weißbrotkruste [9,10] sowie Toastbrot [17] - optimiert worden war[16,18,19].

	Abbildung 4: HRGC/SOMMSA einer Mischung von 2-Acetyl-1-pyrrolin und 2 Acetylpyrrol unter Verwendung verschiedener Chemosensoren: (A) FID, (B) ZnO/Pt (300°C), C) ZnO/Pt (450°C), (D) ZnO/Pd (300°C)
	Abbildung 5: SPAN-System zur Messung des Röstgrades von getoasteten Weißbrot

Messung des Röstgrades von getoasteten Weißbrot

Sind einzelne Sensormaterialien mittels HRGC/SOMMSA auf die Detektion bestimmter Aromastoffe optimiert, dann können diese ohne gaschromatographische Vortrennung direkt zur Messung ausgewählter Aromastoffe im Gasraum von Lebensmitteln eingesetzt werden. Ein solches Multisensorsystem, das sog. SPAN-System (Standardized Primary Aroma Nose), wurde kürzlich erstmals entwickelt [16,18,19](Abbildung 5). Dieses ist mit Sensorelementen ausgestattet, die in vorangegangenen SOMMSA-Experimenten auf die Erkennung von Schlüsselaromastoffen in Brotkruste sowie getoasteten Weißbrot optimiert wurden. So gelang es z.B. mit einem auf den Röstaromastoff 2-Acetyl-1-pyrrolin optimierten Sensor getoastete Weißbrotscheiben verschiedener Röstgrade zu unterscheiden [16,18,19].

Ausblick

Die HRGC/SOMMSA ermöglicht also die Vorauswahl von Sensorelementen zur Konstruktion eines "nasenkongruenten" Multisensorsystems, da die Geruchswahrnehmung der menschlichen Nase mit elektronischen Daten auf der Basis aromarelevanter Verbindungen korreliert wird. Es ist zu erwarten, daß die raschen Entwicklungen im Design elektronischer Chemosensorelemente die Herstellung optimierter Multisensorsysteme in den nächsten Jahren weiter vorrantreiben wird. Solche Elemente könnten z.B. als Sensoren in "intelligenten" Öfen Anwendung finden und somit durch "Riechen" bestimmter Schlüsselaromastoffe die objektive Kontrolle technologischer Verfahren, z.B. von Röst- oder Backprozessen, ermöglichen.

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