Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einfluss der Cimiciato-Infektion und der Keimung auf die Gehalte bitterer Diarylheptanoide in rohen und verarbeiteten Haselnüssen und Entwicklung einer praxistauglichen Schnellmethode zur Qualitätskontrolle

Haselnüsse finden breiten Einsatz in der Süßwarenindustrie, z.B. zur Herstellung von Schokoladenprodukten, Gebäck oder Speiseeis. Um eine ganzjährige Versorgung mit dem nur einmal im Jahr geernteten, teuren Rohstoff zu gewährleisten, werden Haselnüsse z.T. bis zu einem Jahr gelagert. Gelagerte Haselnusschargen weisen immer wieder einen bitteren Fehlgeschmack auf, der auch in nusshaltigen Endprodukten sensorisch durchschlägt und zu Kundenreklamationen führt. Obwohl der bittere Fehlgeschmack von Hasenmüssen ein zunehmender Grund für wirtschaftliche Schäden ist, kann die Qualitätsbeurteilung von Haselnussproben bei der Wareneingangskontrolle in der Industrie bislang lediglich durch sensorische Analysen erfolgen.

Im Rahmen des IGF-Projekts AiF 18040 N gelang es, bittere Diarylheptanoide als Ursache des bitteren Fehlgeschmacks in gelagerten Haselnüssen zu identifizieren. Vorarbeiten weisen darauf hin, dass ein Befall der Rohfrucht mit der Cimiciato-Wanze für erhöhte Gehalte dieser Stoffe verantwortlich sind.

Ziel des Vorhabens ist es, aufbauend auf diesen Ergebnissen Erkenntnisse zur Induktion der Bitterstoffbildung aus entsprechenden Vorstufen im Zuge der Cimiciato-Infektion bzw. der Keimung und deren Beeinflussung durch die nachfolgende Verarbeitung der Nuss zu erarbeiten, um darauf basierend eine fundierte Qualitätsbewertung von Haselnüssen und haselnusshaltigen Produkten vornehmen zu können.

Damit insbesondere KMU eine Abschätzung der Bitterstoffkonzentrationen in Rohwaren eigenständig durchführen können, soll eine praxistaugliche Bestimmungsmethode entwickelt werden. Mit dieser werden KMU künftig in der Lage sein, die Bitterkeit bzw. das Bitterbildungspotential während der Lagerung bereits beim Rohwareneinkauf ohne aufwändige sensorische Prüfungen abzuschätzen und dadurch gezielt Verarbeitungszeitraum und Einsatzbereiche der Haselnüsse und Nussmassen zu optimieren.

Ergebniszusammenfassung:

Die Bitterstoffe, die bereits aus AiF 18040 N bekannt waren (Carpinontriol B, Giffonin P), konnten mittels präparativer Chromatographie isoliert werden. Anhand von untargeted UHPLC-TOF-MS Messungen von gesunden sowie Cimiciato-infizierten Nüssen konnten weitere Metabolite detektiert werden, die durch die Cimiciato-Infektion hochreguliert werden. Diese Substanzen konnten nach Isolierung mittels RP-HPLC und anschließenden massenspektrometrischen und kernresonanzspektroskopischen Messungen identifiziert werden. Sie zählen ebenfalls zur Klasse der cyclischen Diarylheptanoide. Somit wurden die Verbindungen Giffonin T, Giffonin U und Giffonin W isoliert, wobei die Strukturen der drei Carpinontriol B Dimere bisher in der Literatur unbekannt sind. Durch humansensorische Experimente konnten die Bitterschwellenwerte der isolierten Verbindungen bestimmt werden (13-174 µmol/l in Wasser).

Nach Entwicklung einer quantitativen LC-MS/MS Methode konnten die Haselnussproben auf die Gehalte der Bitterstoffe analysiert werden. Es konnte beobachtet werden, dass bei zunehmenden Keimungsstadien (120 Tage Stratifizierung, 8°C Stratifizierungstemperatur) die Konzentrationen zunehmen. Durch Beimpfung der Haselnüsse mit unterschiedlichen Mikroorganismen, konnte beobachtet werden, dass vor allem die Alternaria-Spezies Alternaria alternata und Alternaria arborescens erhöhte Gehalte der Diarylheptanoide hervorrufen. Um die Auswirkungen der Cimiciato-Infektion auf die Haselnüsse zu untersuchen wurden gesunde Haselnüsse und Cimiciato geschädigte Haselnüsse analysiert. Die Messungen der Cimiciato-Haselnüsse ergeben, dass in infizierten Nüssen, die Gehalte der bitteren Diarylheptanoide im Vergleich zu den gesunden Nüssen unabhängig vom Standort oder der Nusssorte stark erhöht sind. Werden Haselnüsse von verschiedenen Stinkwanzen infiziert, erhöhen sich die Gehalte aller Analyten.