Das Aromastoffprofil von Olivenöl als alternativer Ansatz zur Sensorik

  • Abb. 1: Geräteaufbau: a) Purge & Trap-Einheit, b) Quadrupol-Massenspektrometer, c) Sniffing Port, d) Gaschromatograph, e) Optic 3 Injektor, f) Phaser-Einheit.Abb. 1: Geräteaufbau: a) Purge & Trap-Einheit, b) Quadrupol-Massenspektrometer, c) Sniffing Port, d) Gaschromatograph, e) Optic 3 Injektor, f) Phaser-Einheit.
  • Abb. 1: Geräteaufbau: a) Purge & Trap-Einheit, b) Quadrupol-Massenspektrometer, c) Sniffing Port, d) Gaschromatograph, e) Optic 3 Injektor, f) Phaser-Einheit.
  • Abb. 2: Vergleich der Gaschromatographie-Olfaktometrie-Analysen eines fehlerfreien Olivenöls mit einem ranzigen Olivenöl.
  • Abb. 3: Klassifizierungsergebnisse der Partial Least Square Discriminant Analyse (PLS-DA)
  • Tab. 1: Die wichtigsten Aromastoffe für die Olivenölqualität
  • Prof. Dr. Heiko Hayen, Bergische Universität Wuppertal
  • Dr. Georg Dierkes, Institut für Prävention und Arbeitsmedizin der DGUV, Institut der Ruhr-Universität Bochum (IPA)

Die Einordnung von Olivenölen in die Kategorien „nativ" und „nativ extra" erfolgt derzeit über eine organoleptische Qualitätsbewertung. Da diese sensorische Charakterisierung sehr zeit- und personalaufwendig ist, besteht Bedarf an einer schnellen und objektiven instrumentellen Analysenmethode. Die Analyse des Aromastoffprofils mittels Gaschromatographie in Kombination mit einer chemometrischen Datenanalyse hat sich als leistungsstarkes Verfahren zur Klassifizierung von Olivenölen herausgestellt.

Natives Olivenöl extra hebt sich durch ein besonderes grün-fruchtiges Aroma von anderen Speiseölen und Olivenölen geringerer Qualität ab. Diese Besonderheit schlägt sich in vergleichsweise hohen Preisen nieder. Es besteht folglich ein großes wirtschaftliches Interesse in der Differenzierung zwischen hochwertigen Olivenölen „nativ extra" und Olivenölen minderer Qualität. Die Einteilung von Olivenölen in die jeweilige Handelskategorie erfolgt gemäß der EG-Richtlinie 640 / 2008 hauptsächlich durch eine sensorische Prüfung. Die sensorische Prüfung muss von mindestens acht geschulten Sensorikern nach einem standardisierten Verfahren vorgenommen werden [1]. Auf Grund der Problematik sensorischer Prüfungen stellt die Qualitätsbewertung über eine objektive instrumentelle Aromastoffanalyse eine interessante Alternative dar [2]. Zur Entwicklung einer solchen Methode wurden die für die negativen und positiven Aromaeindrücke verantwortlichen Aromastoffe im Olivenöl identifiziert und ausgewählte Verbindungen quantifiziert. Mit Hilfe chemometrischer Verfahren wurde ein mathematisches Modell zur Vorhersage der Olivenölqualität über das Aromastoffprofil erstellt [3].

Identifizierung von Aromastoffen mittels GC-Olfaktometrie
Das Aromastoffprofil von Olivenöl besteht aus einer Vielzahl von flüchtigen Verbindungen. Diese stammen entweder aus der Olive, gebildet aus mehrfach ungesättigten Fettsäuren über den sogenannten Lipoxygenaseweg, oder sie werden durch Mikroorganismen während der Lagerung der Oliven oder durch Autoxidation des Öls gebildet. Während die Aromastoffe aus dem Lipoxygenaseweg zum erwünschten grün-fruchtigen Aroma beitragen, sind die durch Mikroorganismen und Fettoxidation gebildeten Aromastoffe für die im Olivenöl minderer Qualität auftretenden Aromafehler verantwortlich [4].
Zur Identifizierung der für die Olivenölqualität wichtigen Aromastoffe wurde die Gaschromatographie mit olfaktometrischer Detektion (GC-O) eingesetzt (Abb.

1). Bei dieser Technik wird das Säuleneluat am Ende der Säule gesplittet. Der eine Teil wird im Flammenionisationsdetektor (FID) detektiert und der andere über den so genannten Sniffing-Port direkt in die Nase des Analytikers geleitet. Dieser kann so Aromaqualität und Intensität des jeweiligen Peaks bestimmen. Das verwendete GC-O-System bestand aus einem Trace GC ultra (Thermo Fisher Scientific), ausgestattet mit einem FID und einem Phaser Sniffing-Port (Axel Semrau). Die Aromastoffe wurden mittels Vakuumdestillation aus dem Öl isoliert und der Aromaextrakt direkt in den GC injiziert [5]. Ein Vergleich typischer GC-Chromatogramme bestehend aus der FID-Spur und den jeweils wahrgenommenen Geruchsqualitäten einer fehlerfreien Olivenölprobe mit einer als ranzig wahrgenommenen Probe ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Identifizierung der Aromastoffe erfolgte über einen Abgleich der Elektronenstoß-Ionisierung (EI)-Massenspektren und der Retentionsindices (RI) auf zwei verschiedenen Säulen (polar und unpolar) mit denen von Referenzsubstanzen. In Tabelle 1 sind die wichtigsten identifizierten Aromastoffe aufgelistet.

Quantifizierung von Aromastoffen mittels HS-SPME-GC-MS und DH-GC-MS
Das Spektrum der Aromastoffe im Olivenöl erstreckt sich von Kohlenwasserstoffen über Ester, Alkohole und Aldehyde bis hinzu Carbonsäuren. Erschwerend kommt zu den Polaritäts- und Flüchtigkeitsunterschieden, dass sich die im Olivenöl auftretenden Konzentrationen über einen weiten Bereich (ca. 10 µg / g bis 1 ng /g) erstrecken. Für die simultane Bestimmung der wichtigsten Aromastoffe hat sich die Dampfraum-Mikrofestphasenextraktion (engl. Headspace Solid Phase Microextraction, SPME) an einer Dreikomponentenfaser (PDMS/DVB/CAR, Supelco) als besonders geeignet herausgestellt. Da die Ausbeute stark von äußeren Einflüssen abhängig ist (Temperatur, Zeit, Alter der Phase) wurden zur Kompensation von Schwankungen Stabilisotopen-markierte interne Standards eingesetzt [6,7]. Für die Extraktion der Aromastoffe wurde die SPME-Faser direkt in den Gasraum über die mit internem Standard versetzte Ölprobe (1,3  g in 250 ml Vial) eingebracht (50 °C; 30 min). Die Desorption der Analyten erfolgte in einem Optic 3 Injektionssystem (Axel Semrau), das in ein GC-MS-System bestehend aus einem Trace GC ultra und einem DSQ  II Massenspektrometer (beides Thermo Fisher Scientific) integriert war. Die GC-Trennung wurde auf einer polaren Säule und die massenspektrometrische Detektion im chemischen Ionisations-Modus (CI-MS) durchgeführt. Die Quantifizierung der Substanzen erfolgte durch Auswertung selektiv Massenspuren der Analyten und der internen Standards. Zusätzlich wurden die leichtflüchtigen Verbindungen Ethanol, Ethylacetat und Aceton mittels Purge and Trap erfasst. Die Analyse erfolgte automatisiert mit dem Purge and Trap Autosampler PTA3000 (Axel Semrau). Die Analyten werden aus der temperierten (40 °C) Ölprobe (200 mg) durch einen Heliumstrom (10 ml/min) ausgetrieben und in einer Tenax-Falle (-110 °C) kryofokussiert. Nach 5 min wird die Kühlfalle aufgeheizt und die Analyten über eine beheizte Transferkapillare der GC-Analyse zugeführt. Die Quantifizierung erfolgte über eine Stabilisotopenverdünnungsanalyse.

Mathematisches Modell zur Qualitätsvorhersage
Zur Erstellung eines Klassifizierungsmodells wurden die insgesamt 24 Analyten in 95 verschiedenen Olivenölproben quantifiziert und die Quantifizierungsdaten über chemometrische Verfahren mit den für die Proben vorliegenden Sensorikdaten korreliert. So lässt sich der Einfluss (positiv/negativ; gering/stark) der einzelnen Aromastoffe auf die Olivenölqualität über individuelle Gewichtungsfaktoren numerisch darstellen. Über eine Partial Least Square Discriminant Analyse (PLS-DA) wurde ein mathematisches Modell entwickelt, das auf Basis der Quantifizierungsdaten von den 12 wichtigsten Aromastoffen (Tab. 1) 88 % der Olivenölproben in die richtige Handelskategorie einzuordnen vermag [3]. Wie in Abbildung 3 erkennbar, ist eine klare Abgrenzung zwischen den beiden Qualitäten „nativ extra" und „nicht nativ extra" durch die X-Achse gegeben. Olivenöle, die vom Klassifizierungsmodell einen Wert > 0 zugewiesen bekommen sind als „nativ extra" einzustufen und solche mit Werten < 0 als „nicht nativ extra".

Fazit
Die hier beschriebene Methode stellt eine schnelle und objektive Alternative zur Bestimmung der Olivenölqualität gegenüber der sensorischen Qualitätsbewertung von Olivenölen dar. Die Qualitätsmerkmale Bitterkeit und Schärfe der Olivenöle werden mit dieser Methode nicht erfasst. Diese sensorischen Parameter lassen sich über eine HPLC-Analyse nichtflüchtiger Bestandteile erfassen [8].

Danksagung
Die Autoren danken dem Schweizer Olivenöl Panel für die Durchführung der sensorischen Untersuchungen.

Literatur
[1] Revised method for the organoleptic assessment of virgin olive oil, decision DEC-21/95-V/2007, Madrid, Spain, 2007
[2] García-González D. L. und Aparicio R.: J. Agric. Food Chem. 58, 12569-12577 (2010)
[3] Dierkes G. et al.: J. Agric. Food Chem. 60, 394-401 (2012)
[4] Angerosa F. et al.: J. Chrom. A 1-2, 17-31 (2004)
[5] Reiners J. und Grosch W.: J. Agric. Food Chem. 46, 2754-2763 (1998)
[6] Guth H. und Grosch W.: JAOCS 5, 513-518 (1993)
[7] Steinhaus M. et al.: J. Agric. Food Chem. 51, 7100-7105 (2003)
[8] Dierkes G. et al.: J. Agric. Food Chem. 60, 7597-7606 (2012)

 

Autor(en)

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Bergische Universität Wuppertal / Fachbereich C - Lebensmittelchemie
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