Geschmackssymposium Bremerhaven „The Taste of Love“ 09. bis 10. Juni 2010

1. Geschmackssymposium Bremerhaven „The Taste of Love“ 09. bis 10. Juni 2010 Neuartige Technologien zur authentischen Generierung von Aroma, Geschmack und Textur bei Lebensmitteln Prof. Dr. Klaus Lösche ttz Bremerhaven BILB-EIBT, Hochschule Bremerhaven

2. Sensorik und Produktqualität

3. Natural Flavour Formation Biogenetic Flavours (Primary)Prepared Flavours (Secondary)(uncooked Food) e. g. Milk BoilingBakingBroilingRoastingFermentation Vegetable e.g. Potatoes Bread Meat Meat Yoghurt Fruits Vegetables Pastry Fish Coffee Cheese Spices Cereals Confectionery Potatoes Peanuts Pickled cabbage Enzymatic Flavour Flavour Development Through MicrobiologicalDevelopment Heat-Treatment (e. g. Maillard-Reaction) Flavour Development

4. Manufacturing of Natural Flavours ANIMAL (Beef, Chicken, Seafood, ...) Extraction VEGETABLE (Spices, Mushroom, Orange, ...) Distillation (Citrus, Spearmint, Juniper berry, Pear, ...) Concentration (Extracts, Fruit Juices, ...) FERMENTATION (Acids, Alcohols, Lactones, Acetoin,BiotechnologyPyrazines, ...) ENZYME MODIFICATION (Cheese, Soy, Strawberry,Meaty, notes,...) Hydrolysis (HVP, HAP, ...) Mild / Kitchen Chemistry (Natural Esters, Natural Aldehydes, ...)

5. Biotechnologische Verfahren • FERMENTATION (Mikroorganismen) • Enzymatische Modifikation • Löslich • Immobilisiert • Pflanzen-Zellkulturen (PTC)

6. In Fermentation verwendete Organismen • Bakterien • Pilze: Hefen, Actinomyceten • Viren, Bacteriophagen • Protozoen; Algen • Pflanzen-Zellen und –gewebe • Tierische Zellen

7. Aroma CompoundsfromMicroorganisms

8. Aromastoffbildung entlang von Backprozessen • Enzymatische Umsetzungen aus enzymhaltigen Rohstoffen (Mehl, Back-mittel, Malz, etc.) bis hin zu spezifischen Endprodukten (Beispiel: Teige, Vorteige, Sauerteige, Langzeitführung ...) • Fermentation mit Mikroorganismen (Hefe, Milchsäurebakterien etc.) führt zu Stoffwechselprodukten (Beispiel: Teige, Vorteige, Sauerteige, Langzeitführung ...) • Thermische Reaktionen: Karamellisierungen, Maillard-Reaktionen etc.(Beispiel: Backtemperaturen)

9. Taste andFlavour • 2-Acetyl-1-Pyrrolin isteinSchlüsselaromastoff inWeizenbroten, welcherzumröstigen Aroma derKrustebeiträgt • 2-Acetyl-1-Pyrrolin entstehtwährenddes BackensauseinerDikarbonylkomponenteund Ornithin • OrnithinistkeineproteinogeneAminosäure und wird voneinigenLaktobazillenausArginingebildet • DerGehalt an Aminosäuren (Arginin) in Brotmehlenistgering! SteuerungderOrnithinbildungdurchL. pontis und L. reuteri

10. Character Impact Compounds ProteolytischerAbbaudurchMehl-Proteasen Fermentation Arginin-DeiminaseWegvon L. pontis u. a. Fermentation Maillard-Reaktion Backen Thiele, Gänzle, Vogel 2002 Cereal Chem 79:45; 2003, J. Agric Food Chem 51:2745Schieberle, 1996 Adv. Food Sci 18:237; Kang, Hertel, Brandt, Hammes, unveröffentlicht Bildung von 2-Acetyl-Pyrrolin bei der Brotherstellung

11. Biotechnological Formation ofCharacter Impact Compounds Ornithinbildung in Sauerteigen

12. Beeinflussung und Verhältnis von Aroma- und Geschmacksstoffen durch Fermentation und Backprozess (Rothe, modifiziert) Alken-Alkohol Alkan-Alkohol Amine FuranDerivate Substrat(Mehl etc.) Aldehyde Ester Fettsäuren Pyridine Fermentation Backprozess Hydroxy- und Ketosäuren Pyrazine Pyrrole • Percursoren- Zucker- Aminosäuren- Fettsäuren • Enzyme • sek. Inhalts-stoffe • anderes Ketone Hydroxy- und Ketone Lactone HeterocyclischeVerbindungen Maillard-ReaktionenKaramellisierungen Katabolismus, partiell Anabolismus

13. Phytaseaktivitäten in verschiedenen Getreidemahlerzeugnissen Abb.: Phytaseaktivität in µg umgesetztes Phosphor je g Probe und min. von verschiedenen Mehlen Bedingungen: Inkubationszeit: 20 Min., Inkubationstemperatur: 50°C Inkubationszeit: 20 Min., pH 5,0

14. Reissauerteig  Säuregrad = ca. 75 % Einfluss einer mikrobiellen Phytase auf den Säuregrad und den pH-Wert von Reissauerteig (Reispuder aus Weißreis). Einstufige Führung, TA = 200, T = 35 °C (konst.), Starter: 0,5 % PL 1 bezogen auf Mehl

15. Aleurone – Concentrated Source ofPhyticAcid (~ 4%) OPO3H2 H2O3PO OPO3H2 H2O3PO OPO3H2 Aleuronecellwithinclusionbodiescontainingproteinandphytin *Hoseney (1994). Principles of Cereal Science and Technology. OPO3H2 PhyticacidMyoinositolhexaphosphate

16. Einfluss von Phytase auf Teig und Gebäck (Thesen) Model: schematisch Me katalytische Wirkung + Me Me (Maillard) Phytinsäure Phytase Proteine, Peptide Rheologie, Hefe, Aroma, Geschmack,Farbe… Protein Peptide ortho-Phosphat myo-Inositol Mineralstoffe (Ca, Mg, Fe, …) Calciumionen, Ca2+ Milchsäure-bakterien, Hefen -Amylase Milchsäure, Essigsäure, CO2, Aromastoffe Oligosaccharide Stärke

17. Phytase-gestützte Weizensauerteige im Vergleich PL 1 – Weizensauerteig 20 % PL 3 – Weizensauerteig 10 % PL 3 – Weizensauerteig 20 % Ohne Weizensauer-teig PL 1 – Weizensauerteig 10 % Einfluss von Phytase (PL3) auf die Qualitätsmerkmale von Weizenbrot (Weizensauer: TA 200, Fermentation bei 16 Std. und 35°C)

18. Verstärkung von natürlichen Aromen bei der Lebensmittelverarbeitung Aromaverluste Processing Lebensmittel-verarbeitung Rohstoff Lebensmittel mit verstärktem Aroma Processing Enzym-Quelle Aroma-Enzyme

19. Aromabildung aus Kohlenhydraten und Triglyceriden Aromabildung aus Kohlenhydraten Lactoseβ-GalactosidasenGlucose + GalactoseMilchsäurePropionsäureAcetoinAcetaldehydDiacetyl u. a. FettLipasenFettsäuren + Glycerin DecarboxylasenAldehydeKetone Aromabildung aus Triglyceriden

20. Aromabildung aus Proteinen Aromabildung aus Proteinen Proteine Endoproteasen Peptide Exoproteasen Aminosäuren DesaminasenDecarboxylasen Desamierung Decarboxylierung

21. Aromaverbindungen aus Butter Alkane: C1-12; und ringförmig Alkane: C5-12 (delta 2), C7 (delta 4) Ketone: 2-Alkanone: C3-15 andere Carbonylverbindungen: C7-3 -on, Diacetyl, Aceton, Benzaldehyd, 2-Phenylacetaldehyd, Phenylpropandion Lactone: delta C6-18, gamma C8-16, Bonlide Alkohol: C1-10 Fettsäuren: C2,4,6,8,10,12 plus ungesättigt Ester: C1,2,10 = Methyl-, C1,2,4,6,7,8,10,12 = Ethyl-, MethylbenzoatPhenole: Phenol-, m-Kresol, p-Kresol, o-Methoxyphenol divers: Indole …… BenzothiazolDimethylsuflid, Indol, H2S

22. Enzym-Kaskaden zur Generierung von Aromen Milchfett oder Pflanzenfett Milchprotein oder Pflanzenprotein LipasenProteinasen Freie Fettsäuren Aminosäure (und Peptide) OxidasenDesaminasen β -Ketosäurenβ -Ketosäuren DecarboxylasenDecarboxylasen Methylketone Aldehyde ReduktasenReduktasen Sekundäre Alkohole Primäre Alkohole Käsearoma Abb.Enzymatische Erzeugung von Käsearomakonzentraten

23. Character Impact Compounds „Schlüsselverbindungen“ in geruchsaktiven Produkten

24. Aromastoffe

25. Aromabildung

26. Aromabildung

27. Aktivierung von Aromastoffen Aufbau eines Glycosids und mögliche Bedingungen zur Zuckerabspaltung Glycosid Hydrolyse durch Abspaltung des Zuckers a) chemisch (Säure oder Base) b) enzymatisch c) thermisch Zucker + Aglykonaromaaktiv Aglykon Zucker nicht aromatisch nach Werwitzke.U. et al. 2000. S.23

28. Aromaenzyme

29. Aromaverstärkung bei Erdbeeren durch Methylobakteriumssp. (Siegmund et al., Graz 2009) Formation of furaneol by the plant in symbiosis with methylotrophic bacteria

30. TastyTomatoFlavours (Synergy 2010)

31. Traditionelle Technologie: weißer Pfeffer

32. Enzymatisches Schälen von Pfeffer

33. Authentische Aromaverstärkung durch enzymatisches Schälen

34. Vorteile einer enzymatischen Schälung bei weißem Pfeffer

35. Aufbau einer pflanzlichen Zelle Zelle als biochemischer Reaktor

36. Biotransformation mittels Pflanzlicher Zellkulturen (PTC) • Aromatische Verbindungen • Alkalodie • Terpenoide • Cumarine • Steroide • Biochemische Reaktionen z. B.: EpoxydierungEsterbildungGlykosylierungHydroxylierungIsomerisierung Redox-ReaktionenMethylierung usw.

37. Biosynthetic Products of Plant CellCultures

38. Prinzip des mechanischen /enzymatischen Zellaufschlusses • Einbringung von mechanischer Energie durch Reibung, Scherkraft oder Kollision • Kraft > Berstkraft • Vermeidung von Reibungswärme • Enzymatischer Aufschluß • Freisetzung des Enzymkomplexes • Freisetzung von Farbe, Aroma und mehr… • anderes

39. Aufschluss von Holunderbeeren mit Cellulase

40. Gefrieren komplexer Systeme und Texturerhalt(pflanzliche Lebensmittel) • Pflanzliche Lebensmittel sind hormonell / enzymaktive Systeme (z. B. Früchte) • Primärwandstabilisierung: Aktivierung der fruchteigenen Peroxidase • Mittellamellenstabilisierung durch fruchteigene oder mikrobielle Pektinesterasen (z.B. vor oder nach dem Gefrieren) • Retardierung / Stopp des endogenen Metabolismus direkt nach der Ernte (vor dem Gefrieren) • Inhibierung spezifischer Enzyme • anderes Ethylen Synthese Amino Vinyl Glycinoder Silberionen hemmen die ACC-Synthase Methionin S-Adenosylmethionin Diese Enzyme zeigen Aktivitätszunahme bei Reifungsbeginn ACC-Synthase (ACC)ACC-Oxidase 1-Aminocyclopropan-1-carboxylsäure Ethylen (C2H4) z. B. Expression der Gene zur Reifung bei der Tomate oder Wurzelhaarbildung in Arabidopsis Begrenzendes Element ist die ACC-Synthase, deren Transkription wird durch Auxin stimuliertBeispiel: Fruchtboden der Erdbeere Rezeptor (nach GriersonandCovey 1988)

41. Anwendung bei der Fruchtreife

42. Festigkeit von Zellen • Durch Gefrierprozesse ist die Abnahme der Festigkeit durch Kristallwachstum feststellbar. • Aufgrund der Permeabilitätseigenschaften kann es während des Gefrierens zu einem Austritt von Zellsaft in die Interzellularräume kommen. • Der Prozess führt bei niedrigen Gefrierraten zu großen Eiskristallen außerhalb der Zelle, wodurch das Zellgefüge gelockert werden kann (Pseudoplasmolyse). • Während des Auftauprozesses führt eine geringere Wasserwiederaufnahme (Rehydratation) der Zelle zu einem schwammigen Gewebe , das weitgehend seine Konsistenz einbüßt.

43. Festigkeit von gefrorenen verarbeiteten Sauerkirschen(Extrusionstest): Stabilisierung der Mittellamelle und der Primärwand Kraft Fmax (N) (Wochen)(°C) (ppm) Kühllagerung Vorerhitzung Calcium Quelle: K. Lösche (Hrsg.): Enzyme in der Lebensmitteltechnologie, Behr`s Verlag, Hamburg, 2003

44. Fruchtfleischfestigkeit: Regulation durch Alpha-Mannosidase und ß-D-N-Acetyl-Hexosaminidase Asis Datta et al. : Enhancementoffruitshelflifebysuppression N-glycanprocessingenzymes ; St.Louise, 2010

45. Generierung formstabiler TK-Obstprodukte durch eine Spezial-Behandlung unmittelbar nach der Ernte (vor dem Gefrieren) Ernte Stopp des endogenen Stoffwechsels Behandlung mit elektromagnetischen Wellen Reinigen, Sortieren Gefrieren (verpackt, unverpackt) Lagern Auftauen Erhalt der Textur, Konsistenz, nahezu keine Zellzerstörung

46. Knusprigkeit beeinflusst Aroma, Geschmack und mehr

47. Crispyness

48. SogginessToast

49. Crispyness ist eine Funktion der Porosität

50. Feuchte-und Temperatursteuerung ist Klimatechnik: Voraussetzung für Gasblasenexpansion Sorptionsisothermen Die Sorptionsisotherme ist die graphische Darstellung des Sorptions-Verhaltens einer Substanz (bei konstanter Temperatur). Sie beschreibt die Beziehungen zwischen dem Wassergehalt der Substanz und der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft bei einer bestimmten Temperatur . Im geschlossenen Klimaautomat stellt sich in Abhängigkeit vom Wassergehalt der Ware die von der Sorptions- Isotherme angegebene Luft-Feuchtigkeit ein, bis ein Gleichgewicht zwischen Ware und Umgebungsluft erreicht ist. Man spricht von der Gleichgewichts-Feuchte.