Untersuchung von Alterungsvorgängen phenolischer Inhaltsstoffe im Hinblick auf die Saftqualität und Festlegung des Mindesthaltbarkeitsdatums von roten Traubensäften sowie Saft und Konzentrat der schwarzen Johannisbeere und der Aroniabeere

  • Ziel der vorliegenden Arbeit war es, durch Lagerung hervorgerufene unerwünschte Alterungsphänomene in Fruchtsäften und Konzentraten aus anthocyanhaltigen Früchten aufzuklären und zu minimieren. Ein wesentlicher Schwerpunkt lag dabei in der Betrachtung der Veränderung der komplexen Stoffgruppe der Polyphenole, die aufgrund ihrer Vielzahl an gesundheitlich positiven Wirkungen in jüngster Zeit immer mehr in den Focus einer gesunden Ernährung gerückt sind. Buntsäfte und Buntsaftkonzentrate aus roter Traube (Vitis Vinifera, nur Saft), schwarzer Johannisbeere (Ribes nigrum L.), und Aronia (Aronia melanocarpa) wurden hergestellt und anschließend über einen Zeitraum von zwölf Monaten bei 4 °C, 20 °C und 37 °C unter Lichtausschluss gelagert. Bei allen Buntsäften und Buntsaftkonzentraten wirkt sich die Zunahme von Lagertemperatur und Lagerdauer negativ aus. Die Intensität der Auswirkung differierte stark zwischen den untersuchten Parametern: Die Gesamtphenolgehalte (Folin-Ciocalteu) sowie die damit häufig korrelierende antioxidative Kapazität (TEAC) unterlagen in allen Säften und Konzentraten bei 4 °C und 20 °C über einen Zeitraum von 12 Monaten nur geringen Schwankungen. Möglicherweise entstehen während der Lagerung neue Pigmente wie polymere oder kondensierte Polyphenole, die ebenfalls eine hohe antioxidative Kapazität besitzen. Die originäre Farbe (CIELAB, Sensorik) blieb bei sehr stark gefärbten Proben (z.B. schwarze Johannisbeere) länger erhalten als bei nur schwach gefärbten Proben (z.B. Rebsorte cv. Spätburgunder), die zu einer wesentlich schnelleren Bräunung auch bei niedrigeren Lagertemperaturen neigten. Die Phenolprofile (HPLC) sind frucht- und sortenabhängig, die Phenolgehalte (HPLC) sind frucht-, sorten- und jahrgangsabhängig. Die höchsten Gehalte an farblosen Phenolen wurden im Rahmen dieser Arbeit für Aroniasaft und –konzentrat (1000 mg/L) gemessen. Während der Lagerung blieben die Werte für 4 °C in fast allen Proben relativ stabil, wohingegen für 20 °C bereits deutliche Abnahmen, insbesondere der Phenolcarbonsäuren und Flavan-3-ole, gemessen wurden. Die temperaturabhängige Abnahme von Flavan-3-olen in rotem Traubensaft cv. Spätburgunder steht wahrscheinlich im Zusammenhang mit der Bildung von Anthocyan-Tannin-Addukten, diese konnten als solche nach Größenausschlusschromatographie und anschließender LC-MS-Analytik identifiziert werden. Die Anthocyangehalte der originären Anthocyane (berechnet als Cya-3-glc bzw. Mal-3-glc, HPLC) nahmen in Abhängigkeit von der Lagertemperatur und der Lagerdauer in allen untersuchten Proben deutlich ab. Der Vergleich der aus den kinetischen Berechnungen auf der Basis der HPLC-Daten hervor gehenden Halbwertszeiten der Anthocyane verdeutlicht die unterschiedlichen Stabilitäten in den Säften. Generell ging eine hohe Ausgangskonzentration an Anthocyanen auch mit einer höheren Halbwertszeit und damit einer höheren Stabilität einher. Mit der Anthocyankonzentration (HPLC) korreliert der Monomerindex (pH-Shift-Methode), der auch als Marker zur Beschreibung der Alterung von Anthocyanen geeignet ist. Ein weiterer Schwerpunkt lag bei der Erhaltung der Farbe auf dem Zusatz von farblosen Phenolen, die durch sogenannte Copigmentierungsreaktionen Anthocyane stabilisieren. Während sich einige farblose Phenole (Kaffeesäure, Coumarsäure, Chlorogensäure) in Modellversuchen farbstabilisierend auf das Anthocyan Cyanidin-3-glucosid auswirkten, haben sich die verhältnismäßig geringen Konzentrationen in rotem Traubensaft nicht positiv bemerkbar gemacht. Die erst durch sehr hohe Dosen an Copigmenten eintretende Farbstabilisierung ist für die Praxis nicht realistisch und finanziell nicht umsetzbar. Ein stark farbdestabilisierender Effekt sowie eine deutliche Verstärkung der Bräunung sowohl in den Modelllösungen als auch in Realmedien wurden beim Zusatz von Ascorbinsäure beobachtet. Basierend auf den Ergebnissen aller Lagerstudien können klare Empfehlungen für die Eindämmung von Alterungsprozessen ausgesprochen werden: 1. Sehr gute Qualität der Rohware (reich insbesondere an Anthocyanen) 2. Vermeidung von Prozessschritten und Behandlungsmaßnahmen während der Verarbeitung, die eine starke Abnahme des Anthocyangehaltes verursachen (z.B. durch kurze Erhitzungsprozesse, Ausschluss von Sauerstoff, möglichst niedrige Verarbeitungstemperaturen, Inaktivierung von Polyphenoloxidasen) 3. Dauerhaft niedrige Lagertemperaturen (ca. 4 °C) 4. Lichtausschluss während der Lagerung 5. Möglichst kurze Lagerdauer, entsprechend des jeweiligen Produktes 6. Kein Zusatz von farblosen Phenolen als Copigmente sowie Ascorbinsäure, evtl. Verschnitt mit sehr farbintensiven Buntsäften 7. Lagerung als Direktsaft Für die Praxis können unter Berücksichtigung dieser Aspekte Grundlagen geschaffen werden, die Qualität von Buntsäften zu erhalten und im Hinblick der aktuellen functional food Diskussion einen Beitrag zu einem gesundheitsbewussten Lebenstil mit natürlichen Lebensmitteln zu leisten.
  • The color of red berry products is unstable and easily susceptible to degradation which has a great influence of on food quality. Therefore, the purpose of the work was to investigate stability of quality parameters e.g. anthocyanins and other polyphenols in juices and concentrates made of blackcurrant (ribes nigrum), aronia (aronia melanocarpa) and red grape (vitis vinifera) and the investigation of possible countermeasures for preservation of quality. Juices and concentrates were produced and stored at 4 °C, 20 °C and 37 °C for 12 months under suspension of light. Quality was compared using various analytical methods. Storage temperature and period of storage both had negative effects on several quality parameters. Whereas total phenolics (Folin-Ciocalteu) and antioxidant acitivity (TEAC) levels in all fruit juices only deteriorated during storage at 37 °C, the monomeric anthocyanin content as well as monomeric index (pH-differential method) decreased with increasing time as a function of storage temperature in all samples. Decline of color intensity (CIELAB) was observed more in light samples, e.g. grape juice cv. Spätburgunder, than in dark samples, e.g. blackcurrant juice. Browning and decreasing of absorption maxima were detected by analytical methods (CIELAB) earlier than by human sensory evaluation (e.g. blackcurrant). Phenolic profiles (HPLC and LC-MS) differ from fruit to fruit and from variety to variety. The highest content of phenolics in the beginning of storage were discovered in blackcurrant products with a high part of anthocyanins. Besides a high level of anthocyanins (1000 mg/L) chokeberry had a high percentage of colorless phenolics (50 %, 1000 mg/L). Phenolic contents depend on fruit, variety and year, which was shown by comparing three red grape juices cv. Spätburgunder, cv. Rotberger and cv. Dunkelfelder of 2003, 2004 and 2005. Anthocyanin degradation depends on storage temperature and storage period and other parameters, in particular anthocyanin composition and original anthocyanin concentration. In all cases, anthocyanin degradation followed first order kinetics. The order of the anthocyanin disappearance rate by variety was as follows cv. Dunkelfelder < cv. Rotberger < cv. Spätburgunder. Comparing fruit juice and fruit juice concentrate blackcurrant products should be stored as juice whereas a better stability towards content of anthocyanins was investigated in chokeberry concentrate. In addition, sensory evaluation of red grape juice and blackcurrant nectar showed that odour, flavour and colour intensity decreased during storage. Regarding all analysed quality parameters all products showed best stability at a storage temperature of 4 °C. Through data from three years of storing red grape juices a prognosis model was created to predict contents of anthocyanins during storage under certain storage conditions for red grape juice cv. Dunkelfelder. Nevertheless, more data is needed to claim a prognosis for a certain variety. Copigmentation reactions are often used to enhance color and to stabilise anthocyanins in fruit products. This was investigated with several phenolic acids. Only chlorogenic acid and coumaric acid stabilized color in model solutions and in red grape juice. But increased color intensity was detected only in high concentrations. For that reason, enrichment with copigments to improve color quality is not be recommended for industrial practice. However, addition of ascorbic acid as well as catechin enhanced color degradation in all cases. Based on these results clear recommendations for juices made from red colored fruits can be confirmed to reduce ageing effects during storage: 1. best fruit quality, in particular rich in anthocyanins 2. avoiding all processing steps and juice treatments which could be reasonable for degradation of anthocyanin content (e.g. high temperatures, oxidation processes, activated polyphenolic peroxidases, long times of heating steps) 3. low storage temperatures (e.g. 4 °C) 4. exclusion of light during storage 5. short storage times 6. no fortification of juices with colorless phenolic compounds and ascorbic acid, rather addition of other colorintensive juices 7. storage of juice Both results of manufactured berry products and comparison with analysis of commercial fruit juices showed clearly that shelf life of anthocyanin rich fruit juices are too long, sometimes as long as 12 months. For that reason following shelf lives are recommended: Results of this work show clearly the influence of storage temperature and storage time on quality parameters of red berry fruit juices and concentrates. Recommendations to keep high fruit juice quality with high concentrations of phenolics, fresh odour and flavour, and shelf life recommendations could help the fruit juice industry to achieve a higher fruit juice quality in red berry products.

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Metadaten
Author:Kirsten Würth
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-21723
ISBN:978-3-89959-746-2
Advisor:Gerhard Eisenbrand
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2007
Year of Publication:2007
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2007/12/19
Tag:Aroniabeere; Buntsaftkonzentrat; Farbstabilität; Rote Traube; Sensorik
Berry fruit juice; anthocyanins; colour stability; polyphenols; storage
GND-Keyword:Alterung ; Anthocyane ; Farbe ; Kinetik ; Lagerung; Mindesthaltbarkeitsdatum ; Polyphenole ; Reaktionskinetik ; Schwarze Johannisbeere
Note:
Erscheint auch im Verlag
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Chemie
DDC-Cassification:540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften

$Rev: 12793 $