Beitrag zur Charakterisierung anthocyanhaltiger Alterungsprodukte in Buntsäften

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• Publisher: Cuvillier Verlag
• Year: 2008
• Print ISBN: 9783867276191
• eBook ISBN: 9783736926196
• Edition: 1

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Alterungsvorgängen in anthocyanhaltigen Fruchtsäften (Buntsäften).Die wichtigsten Ziele dieser Arbeit waren die Bestimmung des Gehaltes an gealterten, polymerenPigmenten und die chemische Charakterisierung dieser Verbindungen. In diesem Zusammenhangwurden die Veränderungen der zur Charakterisierung herangezogenen Parameter währendder Herstellung und Lagerung untersucht. Die Charakterisierung umfasste auch die optischenEigenschaften dieser Verbindungen. Zusätzlich zu den polymeren Alterungsprodukten wurden dieCarboxypyranoanthocyane als monomere, durch Alterungsvorgänge gebildete Pigmente, untersucht.Für diese Untersuchungen standen verschiedene Produkte aus Weintrauben, Schwarzen Johannisbeeren, Sauerkirschen, Erdbeeren, Holunderbeeren und Brombeeren zur Verfügung.Die Bestimmung des Gehaltes an polymeren Pigmenten erfolgte mittels HSCCC. Hierzu wurden diephenolischen Bestandteile der Säfte und Konzentrate zunächst mittels XAD-7-Festphasenextraktionisoliert. Die so gewonnenen Extrakte wurden einer HSCCC-Trennung unterzogen. Aufgrund der hohenPolarität der polymeren Verbindungen konnten sie in der ersten Fraktion (Durchbruchsfraktion)isoliert und gravimetrisch quantifiziert werden. Überprüfung mittels Dialyse und Ultrafiltration zeigte, dass die Durchbruchsfraktion fast ausschließlich polymere Verbindungen enthält. Somit erlaubtedie HSCCC die Bestimmung des Polymergehaltes mit einer guten Reproduzierbarkeit. Anhand derauf diesem Wege erhaltenen Daten konnten die Veränderungen des Polymergehaltes während Herstellungund Lagerung gut dokumentiert werden. Ein weiterer Vorteil dieser Methode war die hoheAusbeute an aufgereinigten Polymeren und monomeren Anthocyanen, die so für weitere Untersuchungenzur Verfügung standen.Der Polymergehalt wurde unter anderem von frischen Früchten, Säften und Konzentraten der unterschiedlichenFruchtsorten bestimmt. Im Fall der Schwarzen Johannisbeere stand Probenmaterial ausverschiedenen Herstellungs- und Lagerungsstufen derselben Charge zur Verfügung. Des Weiterenkonnten drei verschiedene, unterschiedlich lang gelagerte, sortenreine Traubensäfte (Spätburgunder, Dunkelfelder und Rotberger) untersucht werden. Grundsätzlich konnte gezeigt werden, dass derPolymergehalt von frischen Früchten im Vergleich zu verarbeiteten und gelagerten Säften deutlichgeringer ist. Nicht verarbeitete Früchte weisen einen Polymergehalt von unter 25 % auf. Bei verarbeitetenSäften und Konzentraten ist der Gehalt an polymeren Pigmenten in der Regel höher. Hier warallerdings ein erheblicher Einfluss der technologischen Parameter bemerkbar. So konnte am Beispielder Schwarzen Johannisbeere gezeigt werden, dass eine technisch veraltete Konzentratanlage im155Vergleich zu einem modernen Modell einen deutlich höheren Polymergehalt verursacht. Das auf derälteren Anlage hergestellte Produkt wies einen Polymergehalt von über 60 % auf und war somit inBezug auf das chemische Alter mit einem ein Jahr gelagerten Saft vergleichbar. Ein Anstieg desPolymergehaltes während der Herstellung ist aufgrund der vielen kaum kontrollierbaren chemischenProzesse im zerkleinerten Fruchtmaterial bei der Herstellung nicht zu vermeiden. Allerdings sollteeine sorgfältige Auswahl der Prozessparameter zu einer schonenden Herstellung und somit zum Erhaltdes originären Anthocyan- und Phenolspektrums beitragen.Die weiteren Ergebnisse machten deutlich, dass die Lagerung einen wesentlich höheren Einfluss aufden Polymergehalt hat, als die eigentliche Herstellung. Innerhalb von 20 Monaten steigt der Polymergehaltbei Lagerung im Dunkeln bei Raumtemperatur auf über 60 % an.Die Bestimmung des Polymergehaltes mittels HSCCC funktioniert sehr zuverlässig, ist allerdings fürden Einsatz in der Routineanalytik zu aufwändig. Daher wäre eine photometrische Schnellmethode, die bei Wareneingangskontrollen eingesetzt werden kann, wünschenswert. Zu diesem Zweck wurdeüberprüft, in wieweit sich die Methode zur Bestimmung des "Monomerindex" für die Bestimmungdes Polymergehaltes modifizieren lässt. Es zeigte sich, dass die Methode zwar im begrenzten MaßeAussagen über das chemische Alter von anthocyanhaltigen Produkten zulässt, der genaue Polymergehaltkann aber nicht aus den Ergebnissen abgeleitet werden.Zur chemischen Charakterisierung der gefärbten Polymere wurde der Gesamtphenolgehalt photometrischnach Folin-Ciocalteu bestimmt und die Phenole selbst mittels säurekatalysierter Degradationin Gegenwart von Nucleophilen (Phloroglucinol, Benzylmercaptan) in Hinblick auf ihren mittleren Polymerisationsgradanalysiert. Des Weiteren wurden die Kohlenhydratbestandteile charakterisiert undder Proteinanteil bestimmt. Um weitere Informationen über die Zusammensetzung der Polymere zuerhalten, wurden mit einigen Polymerfraktionen MALDI-TOF-MS-Analysen durchgeführt.Der Gesamtphenolgehalt der Polymerfraktionen liegt zwischen 21 % und 50 %. Die Gehalte in denPolymerfraktionen sind grundsätzlich niedriger als in den korrespondierenden XAD-7-Extrakten. Somitkonnte anhand dieses Summenparameters belegt werden, dass in den polymeren Pigmentenneben phenolischen Verbindungen weitere Substanzklassen vertreten sein müssen. Erdbeeren, Holunderbeerenund Sauerkirschen weisen mit ca. 30 % geringere Gesamtphenolgehalte auf als Weintrauben, Schwarze Johannisbeeren oder Brombeeren (ca. 40 %). Wesentliche Veränderungen inBezug auf den Phenolgehalt konnten mit dieser Methode während der Lagerung nicht festgestelltwerden. Allerdings zeigten die Ergebnisse von 1H-NMR-Experimenten, dass der Gehalt an Phenolenwährend der Verarbeitung und Lagerung ansteigt.Anhand der Bestimmung des mittleren Polymerisationsgrades konnte gezeigt werden, dass unabhängigvon der Fruchtsorte die beteiligten Flavan-3-ole ausschließlich aus di- und trihydroxyliertenVerbindungen (Epi-/Catechin, Epi-/Gallocatechin) bestehen, wobei die sterochemisch auf Epicatechinbasierenden Flavan-3-ole häufiger vorkommen. Galloylierte Flavan-3-ole konnten nicht nachgewiesen werden. Anthocyan-Tannin-Addukte sind nach der Spaltungsreaktion mittels HPLC-ESI-MSnachweisbar, sind aber quantitativ ohne Bedeutung. Die ermittelten Polymerisationsgrade (Kettenlängen)lagen zwischen ca. 2 und ca. 20. Während der Lagerung kommt es zu starken Schwankungendes nDP. Allerdings ist eine Tendenz zu niedrigeren Kettenlängen zu erkennen. Dies ist entwederauf eine tatsächliche Verkleinerung der Tanninstrukturen zurückzuführen oder aber auf eine zunehmendeKomplexität der Polymere. Letzteres könnte dafür sorgen, dass aufgrund sterischer Effektetrotz gleich bleibender Kettenlänge nur noch Teile der Ketten für die Spaltungsreaktion zur Verfügungstehen.Die Untersuchung der an den Polymeren beteiligten Kohlenhydrate mittels HPAEC nach Hydrolyseergab, dass Reste von im Produkt enthaltenen Zellwandbestandteilen an den polymeren Strukturenbeteiligt sind. Als Monosaccharide wurden Arabinose, Glucose, Rhamnose, Galactose und Xylosenachgewiesen. Des Weiteren war in allen Proben Galacturonsäure vorhanden. Dies beweist, dassim Saft kolloidal vorliegende Hemicellulosen und Pektine in die Polymerstrukturen eingebaut werden.Der hydrolysierbare Anteil dieser Verbindungen beträgt ca. 6 – 7 %. Da diese polymeren Verbindungenvon Anfang an im Produkt vorhanden sind, ist anzunehmen, dass sie zur Entstehung derpolymeren Pigmente maßgeblich beitragen. Als weitere schon originär vorhandene Polymere konntenProteine in den Produkten nachgewiesen werden. Der Proteingehalt wurde mittels Elementaranalyseüber den Stickstoffgehalt näherungsweise berechnet. In allen Polymeren sind Proteine inunterschiedlichen Mengen nachweisbar. Die Gehalte lagen zwischen 2, 4 % und 16, 6 %, wobei Sauerkirschenim Mittel die geringsten und Erdbeeren die höchsten Gehalte aufwiesen. Während derLagerung kommt es zu starken Schwankungen des Proteingehaltes. Dennoch ergaben sich Hinweisedarauf, dass der Proteinanteil in den gefärbten Polymeren anteilig sinkt.Als weitere Merkmale der polymeren Pigmente wurde die antioxidative Kapazität mittels TEAC-Testund der mit SO2 nicht bleichbare Anteil bestimmt. Auf diesem Weg konnten Veränderungen in derReaktivität während Herstellung und Lagerung dokumentiert werden. Die antioxidative Kapazität derPolymerfraktion lag zwischen 1, 1 und 3, 5 mmol Trolox/g. Dies entspricht ca. 30 – 50 % der Aktivitätvon Ascorbinsäure und ca. 40 – 75 % der Aktivität von Cyanidin-3-glucosid. Die Polymeren weisenalso noch eine deutliche antioxidative Aktivität auf. Während der Lagerung kommt es nicht zu nennenswertenVeränderungen.Im Gegensatz zur antioxidativen Aktivität konnten mit Hilfe des nicht bleichbaren Anteils sehr deutlicheUnterschiede zwischen Früchten, verarbeiteten Produkten und gelagerten Produkten aufgezeigtwerden. Der nicht bleichbare Anteil des gesamten XAD-7-Extrakts ist bei allen Früchten nochsehr gering (< 20 %). Bei einer schonenden Verarbeitung ändert sich dieser Wert nicht wesentlich.Die Polymerfraktionen lassen sich grundsätzlich deutlich schlechter bleichen als die Gesamtextrakte.Während der Lagerung steigt der nicht bleichbare Anteil sowohl beim XAD-7-Extrakt als auch bei derPolymerfraktion an. Nach 24-monatiger Lagerung beträgt der nicht bleichbare Anteil des gesamtenExtrakts bei Traubensäften über 50%, bei Schwarzem Johannisbeersaft 30 %. Die Werte von Polymerfraktionund Extrakt gleichen sich während der Lagerung an, wobei der nicht bleichbare Anteilder Polymerfraktion sich weitaus langsamer verändert. Hier wurde deutlich, dass die polymeren Pigmentewesentlich farbstabiler sind als die originären Anthocyane.Zur weiteren Charakterisierung wurden die optischen Eigenschaften der Polymere und der XAD-7-Extrakte mit Hilfe des CIELab-Systems analysiert und die optischen Schwellenwerte ermittelt. Hierzeigte sich der große Einfluss der Lagerdauer auf die Farbe. Sowohl der Bunttonwinkel als auch dieBrillanz verändern sich erheblich während der Lagerung. Die Brillanz nimmt ab, der Farbtonwinkelverändert sich. Insgesamt werden die Produkte heller

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