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DIPLOMARBEIT Titel der Diplomarbeit Vergleich gesundheitsrelevanter Inhaltsstoffe von biologisch und konventionell hergestellten Apfelsäften angestrebter akademischer Grad Magistra der Naturwissenschaften (Mag.rer.nat) Verfasserin: Lisa Garnweidner Matrikelnummer: 0103699 Studienrichtung (lt. Studienblatt): Ernährungswissenschaften Betreuer: Ao.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.nat.techn. Emmerich Berghofer Universität für Bodenkultur Department für Lebensmittelwissenschaften und -technologie Wien, am 17.10.2006

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  • DIPLOMARBEIT

    Titel der Diplomarbeit

    Vergleich gesundheitsrelevanter Inhaltsstoffe von

    biologisch und konventionell hergestellten Apfelsäften

    angestrebter akademischer Grad

    Magistra der Naturwissenschaften (Mag.rer.nat)

    Verfasserin: Lisa Garnweidner

    Matrikelnummer: 0103699

    Studienrichtung (lt. Studienblatt): Ernährungswissenschaften

    Betreuer: Ao.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.nat.techn.

    Emmerich Berghofer

    Universität für Bodenkultur

    Department für Lebensmittelwissenschaften und

    -technologie

    Wien, am 17.10.2006

  • I

    Inhaltsverzeichnis

    1 EINLEITUNG.....................................................................................................1

    2 APFELSAFT .......................................................................................................2

    2.1 Definitionen und rechtliche Grundlagen ................................................................................... 2

    2.2 Qualitätskriterien der Rohware................................................................................................. 3

    2.3 Herstellung von Apfelsaft........................................................................................................... 5 2.3.1 Waschen und Sortieren............................................................................................................ 5 2.3.2 Zerkleinerung.......................................................................................................................... 6 2.3.3 Enzymatische Maischebehandlung .......................................................................................... 6 2.3.4 Entsaftung............................................................................................................................... 8 2.3.5 Saftbehandlung ....................................................................................................................... 9 2.3.6 Haltbarmachung.................................................................................................................... 10

    2.4 Trüber Apfelsaft....................................................................................................................... 11

    2.5 Herstellung von Saftkonzentraten ........................................................................................... 12

    2.6 Zusammensetzung des Apfelsaftes........................................................................................... 12 2.6.1 Kohlenhydrate....................................................................................................................... 13

    2.6.1.1 Einfachzucker ................................................................................................................. 13 2.6.1.2 Polysaccharide ................................................................................................................ 14

    2.6.2 Organische Säuren ................................................................................................................ 15 2.6.3 Aminosäuren und Proteine..................................................................................................... 15 2.6.4 Vitamine............................................................................................................................... 16 2.6.5 Mineralstoffe und Spurenelemente......................................................................................... 16

    2.7 Der Getränkemarkt - Die Bedeutung von Apfelsaft ................................................................ 16 2.7.1 Der internationale Fruchtsaftmarkt......................................................................................... 16 2.7.2 Die weltweite Apfelsaftproduktion ........................................................................................ 17 2.7.3 Der heimische Getränkemarkt ............................................................................................... 17

    3 BIOLOGISCHER LANDBAU .........................................................................19

    4 PHENOLE.........................................................................................................21

    4.1 Allgemeines............................................................................................................................... 21

    4.2 Klassifizierung der Phenole...................................................................................................... 21 4.2.1 Flavonoide ............................................................................................................................ 22

    4.2.1.1 Flavan-3-ole.................................................................................................................... 22 4.2.1.2 Flavan-3,4-diole.............................................................................................................. 23 4.2.1.3 Flavonole........................................................................................................................ 23 4.2.1.4 Anthocyane..................................................................................................................... 24 4.2.1.5 Chalcone und Dihydrochalcone....................................................................................... 24

    4.2.2 Phenolcarbonsäuren (Nichtflavonoide) .................................................................................. 24 4.2.2.1 Hydroxyzimtsäure........................................................................................................... 25 4.2.2.2 Hydroxybenzoesäure....................................................................................................... 26

    4.2.3 Stilbene................................................................................................................................. 26 4.2.4 Polymere Phenole ................................................................................................................. 26

    4.2.4.1 Kondensierte Tannine (Proanthocyanidine)...................................................................... 26 4.2.4.2 Hydrolysierbare Tannine................................................................................................. 27

    4.3 Biosynthese von Polyphenolen ................................................................................................. 27

    4.4 Funktion von Phenolen in der Pflanze..................................................................................... 30

    4.5 Gesundheitliche Bedeutung von Phenolen............................................................................... 30

  • II

    4.6 Polyphenole im Apfel und Apfelsaft ........................................................................................ 32 4.6.1 Einfluss der Safttechnologien auf den Polyphenolgehalt:........................................................ 34 4.6.2 Polyphenole und die Farbe des Apfelsaftes ............................................................................ 35 4.6.3 Polyphenole und der Geschmack des Apfelsaftes ................................................................... 36

    5 OXIDATIVER STRESS ...................................................................................38

    5.1 Definition und Herkunft freier Radikale ................................................................................. 38

    5.2 Antioxidative Abwehrmöglichkeiten........................................................................................ 40

    5.3 Physiologische und pathologische Effekte von freien Radikalen............................................. 40

    6 ANTIOXIDATIVE KAPAZITÄT....................................................................42

    6.1 Definition.................................................................................................................................. 42

    6.2 Bestimmung der antioxidativen Kapazität .............................................................................. 42

    6.3 Antioxidative Kapazität im Apfelsaft ...................................................................................... 43

    7 AUFGABENSTELLUNG.................................................................................45

    8 MATERIAL UND METHODEN .....................................................................46

    8.1 Verwendete Rohstoffe .............................................................................................................. 46

    8.2 Analytische Methoden.............................................................................................................. 46 8.2.1 Probenvorbereitung: .............................................................................................................. 46 8.2.2 Bestimmung der antioxidativen Kapazität mittels TEAC-Methode ......................................... 47 8.2.3 Ferric Reducing/Antioxidant Power Assay............................................................................. 48 8.2.4 Bestimmung des Gesamtphenolgehalts nach Folin-Ciocalteu ................................................. 50 8.2.5 Polyphenolgehalte und -muster mittels RP-HPLC .................................................................. 52 8.2.6 Farbmessungen bei 420 nm ................................................................................................... 53 8.2.7 Farbmessung mittels CIE-Lab ............................................................................................... 54 8.2.8 Bestimmung der Makroelemente (Calzium, Kalium, Magnesium, Natrium) mittels AAS........ 54 8.2.9 Enzymatische Bestimmung von Glucose, Fructose und Saccharose ........................................ 56 8.2.10 Bestimmung der titrierbaren Säuren mittels Autotitrator....................................................... 58 8.2.11 Bestimmung der ˚Brix mittels Refraktometer ....................................................................... 58 8.2.12 Bestimmung des Ascorbinsäuregehaltes mittels RQflex ....................................................... 59 8.2.13 Bestimmung des pH-Werts.................................................................................................. 59

    8.3 Statistische Methoden .............................................................................................................. 60 8.3.1 Prinzipien statistischer Tests.................................................................................................. 60 8.3.2 T-Test für Mittelwertdifferenzen ........................................................................................... 60 8.3.3 Nichtparametrische Tests....................................................................................................... 61

    8.3.3.1 Mann-Whitney U-Test .................................................................................................... 61 8.3.3.2 Kolmogorov-Smirnov Z-Test .......................................................................................... 61

    8.3.4 Der Boxplot .......................................................................................................................... 62 8.3.5 Korrelation nach Pearson....................................................................................................... 62 8.3.6 Diskriminanzanalyse ............................................................................................................. 63

    9 UNTERSUCHUNGSERGEBNISSE ................................................................65

    9.1 Antioxidative Kapazität in biologisch und konventionell hergestellten Apfelsäften............... 65

    9.2 Gesamtphenolgehalt in biologisch und konventionell hergestellten Apfelsäften .................... 67

    9.3 Gehalt einzelner Polyphenole und HMF ermittelt mittels HPLC in biologisch und konventionell hergestellten Apfelsäften......................................................................................... 69

    9.4 Gehalt an Ascorbinsäure in biologisch und konventionell hergestellten Apfelsäften ............. 72

    9.5 Gehalt an Makroelementen in biologisch und konventionell hergestellten Apfelsäften ......... 73 9.5.1 Calzium ................................................................................................................................ 74

  • III

    9.5.2 Kalium.................................................................................................................................. 75 9.5.3 Natrium ................................................................................................................................ 75 9.5.4 Magnesium ........................................................................................................................... 76

    9.6 Unterschiede zwischen klaren und trüben Apfelsäften ........................................................... 77 9.6.1 Antioxidative Kapazität, Ascorbinsäure- und Gesamtphenolgehalt klarer und naturtrüber Apfelsäfte ...................................................................................................................................... 78 9.6.2 Gehalt einzelner phenolischer Verbindungen in klaren und trüben Apfelsäften ....................... 79 9.6.3 Mineralstoffgehalt klarer und trüber Apfelsäfte...................................................................... 81

    9.7 Unterschiede zwischen direkt gepressten und aus Konzentraten hergestellten, konventionellen Apfelsäften........................................................................................................... 83

    9.7.1 AOK, Gesamtphenolgehalt sowie Konzentrationen an Ascorbinsäure, HMF und Chlorogensäure direkt gepresster und aus Konzentraten hergestellter, konventioneller Apfelsäfte............................. 83 9.7.2 Mineralstoffgehalt direkt gepresster und aus Konzentrat hergestellter, konventioneller Apfelsäfte ...................................................................................................................................... 86

    9.8 Korrelationen ........................................................................................................................... 88 9.8.1 Korrelation zwischen der antioxidativen Kapazität ermittelt anhand FRAP- und TEAC-Methode in biologischen und konventionellen Apfelsäften............................................................................ 88 9.8.2 Korrelation zwischen antioxidativer Kapazität und Gesamtphenolgehalt in biologischen Apfelsäften .................................................................................................................................... 89 9.8.3 Korrelation zwischen antioxidativer Kapazität und Gesamtphenolgehalt in konventionellen Apfelsäften .................................................................................................................................... 90 9.8.4 Korrelation zwischen ermittelten Farbwerten und Gesamtphenolgehalt in biologischen und konventionellen Apfelsäften........................................................................................................... 91

    9.8.4.1 Farbwerte mittels CIE-Lab .............................................................................................. 91 9.8.4.2 Farbwerte bei 420 nm...................................................................................................... 92

    9.9 Diskriminanzanalyse ................................................................................................................ 94

    9.10 Ränge...................................................................................................................................... 96 9.10.1 Die fünf Apfelsäfte mit der höchsten antioxidativen Kapazität ............................................. 96 9.10.2 Die fünf Apfelsäfte mit der geringsten antioxidativen Kapazität ........................................... 96

    10 DISKUSSION DER VERSUCHSERGEBNISSE ............................................97

    10.1 Antioxidative Kapazität ......................................................................................................... 97

    10.2 Polyphenole und HMF ........................................................................................................... 98

    10.3 Ascorbinsäure......................................................................................................................... 99

    10.4 Mineralstoffe ........................................................................................................................ 100

    11 SCHLUSSFOLGERUNG ...............................................................................102

    12 ZUSAMMENFASSUNG.................................................................................103

    13 ABSTRACT.....................................................................................................105

    14 LITERATURVERZEICHNIS........................................................................106

    15 ANHANG ........................................................................................................110

  • IV

    Verzeichnis der Abbildungen

    Abb. 1: Gegenseitige Beeinflussung von Qualitätskriterien .................................................................... 3

    Abb. 2: Herstellung von Apfelsaft [ASHRUST, 1995] ........................................................................... 5

    Abb. 3: Schematischer Aufbau von Pektin mit Angriffspunkten der Enzyme.......................................... 7

    Abb. 4: Grundstruktur Pektin............................................................................................................... 14

    Abb. 5: Weltweite Apfelsaftproduzenten 2005/06................................................................................ 17

    Abb. 6: Getränkekonsum (pro Kopf in Litern) in Österreich 2005 [Tetra Pack, 2006] ........................... 18

    Abb. 7: Struktur Flavan ....................................................................................................................... 22

    Abb. 8: Struktur Flavan-3-ole .............................................................................................................. 22

    Abb. 9: Struktur Flavan-3,4-diole ........................................................................................................ 23

    Abb. 10: Struktur Flavonole ................................................................................................................ 23

    Abb. 11: Struktur Anthocyanidine ....................................................................................................... 24

    Abb. 12: Struktur Dihydrochalcone ..................................................................................................... 24

    Abb. 13: Die häufigsten in Lebensmitteln vorkommenden Hydroxyzimtsäuren und

    Hydroxybenzoesäuren ............................................................................................................ 25

    Abb. 14: Struktur Proanthocyanidine ................................................................................................... 26

    Abb. 15: Biosyntheseweg der Pflanzenphenole [FORKMANN, 1993] ................................................. 29

    Abb. 16: Chromatogramm Bohnapfel [RECHNER et al, 1999] ............................................................ 33

    Abb. 17: Oxidativer Stress................................................................................................................... 39

    Abb. 18: Antioxidative Kapazität naturtrüber Apfelsäfte aus verschiedenen Apfelsäften....................... 44

    Abb. 19: Antioxidative Kapazität mittels FRAP- und TEAC-Methode konventioneller und biologischer

    Apfelsäfte .............................................................................................................................. 67

    Abb. 20: Boxplot Gehalt an Gesamtphenolen mittels Folin Ciocalteu konventioneller und biologischer

    Apfelsäfte .............................................................................................................................. 69

    Abb. 21: Gehalt einzelner Polyphenole und HMF in biologischen und konventionellen Apfelsäften ..... 71

    Abb. 22: Boxplot Gehalt Ascorbinsäure konventioneller und biologischer Apfelsäfte ........................... 73

    Abb. 23: Gehalt an Mengenelementen biologischer und konventioneller Apfelsäfte.............................. 77

    Abb. 24: Unterschiede zwischen klaren und trüben Apfelsäften hinsichtlich AOK, Gesamtphenolgehalt

    und Ascorbinsäure-Gehalt ...................................................................................................... 79

    Abb. 25: Gehalt einzelner phenolischer Verbindungen in klaren und trüben Apfelsäften....................... 81

    Abb. 26: Mineralstoffgehalt klarer und trüber Apfelsäfte ..................................................................... 83

    Abb. 27: Antioxidative Kapazität, Gesamtphenolgehalt, Ascorbinsäure, Chlorogensäure und HMF direkt

    gepresster und aus Konzentrat hergestellter, konventioneller Apfelsäfte .................................. 86

    Abb. 28: Mineralstoffgehalt direkt gepresster und aus Konzentrat hergestellter, konventioneller

    Apfelsäfte .............................................................................................................................. 88

    Abb. 29: Korrelation zwischen der antioxidativen Kapazität ermittelt anhand FRAP- und TEAC-Methode

    .............................................................................................................................................. 89

  • V

    Abb. 30: Korrelation zwischen antioxidativer Kapazität und Gesamtphenolgehalt in biologischen

    Apfelsäften ............................................................................................................................ 89

    Abb. 31: Korrelation zwischen antioxidativer Kapazität und Gesamtphenolgehalt in konventionellen

    Apfelsäften ............................................................................................................................ 90

    Abb. 32: Korrelation zwischen ermittelten *b-Farbwerten und dem Gesamtphenolgehalt in biologischen

    und konventionellen Apfelsäften ............................................................................................ 92

    Abb. 33: Korrelation zwischen der Extinktion bei 420 nm und dem Gesamtphenolgehalt in biologischen

    und konventionellen Apfelsäften ............................................................................................ 93

  • VI

    Verzeichnis der Tabellen

    Tab. 1: Technische Enzympräparate ...................................................................................................... 8

    Tab. 2: Chemische Zusammensetzung (Schwankungsbreiten oder Grenzwerte) von Apfelsaft aus dem

    Code of Practice der A.I.J.N. (1996), bezogen auf 1 Liter........................................................ 13

    Tab. 3: Wirkungen sekundärer Pflanzenstoffe [ELMADFA und LEITZMANN, 2004]......................... 31

    Tab. 4: Veränderung der Pflanzenphenolgehalte in mg/l durch unterschiedliche Herstellungverfahren und

    Schönungsmethoden............................................................................................................... 34

    Tab. 5: Quellen der Radikalentstehung [ELMADFA und LEITZMANN, 2004].................................... 39

    Tab. 6: Pippetierschema für den antioxidativen Status nach RANDOX ................................................ 48

    Tab. 7: Pippetierschema für die antioxidative Kapazität mittels FRAP.................................................. 50

    Tab. 8: Lineares Gradientenprogramm HPLC ...................................................................................... 53

    Tab. 9: Pippetierschema für die enzymatische Bestimmung von D-Glucose, D-Fructose und Saccharose

    .............................................................................................................................................. 57

    Tab. 10: Interpretation des Korrelationskoeffizienten ........................................................................... 62

    Tab. 11: Minimal-, Mittel-, Maximalwerte und Standardabweichungen der AOK biologischer und

    konventioneller Apfelsäfte...................................................................................................... 65

    Tab. 12: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und konventioneller Apfelsäfte

    bezüglich antioxidativer Kapazität mittels FRAP .................................................................... 66

    Tab. 13: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und

    konventioneller Apfelsäfte bezüglich antioxidativer Kapazität mittels FRAP........................... 66

    Tab. 14: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und konventioneller Apfelsäfte

    bezüglich antioxidativer Kapazität mittels TEAC-Methode ..................................................... 66

    Tab. 15: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und

    konventioneller Apfelsäfte bezüglich antioxidativer Kapazität mittels TEAC-Methode............ 67

    Tab. 16: Minimal-, Mittel-, Maximalwerte und Standardabweichungen der Gesamtphenolgehalte

    biologischer und konventioneller Apfelsäfte ........................................................................... 68

    Tab. 17: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und konventioneller Apfelsäfte

    bezüglich des Gesamtphenolgehalts mittels Folin Ciocalteu .................................................... 68

    Tab. 18: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und

    konventioneller Apfelsäfte bezüglich des Gesamtphenolgehalts mittels Folin Ciocalteu........... 68

    Tab. 19: Minimal-, Mittel-, Maximalwerte und Standardabweichungen von p-Cumarsäure, Hyperin,

    Isoquercitin, Rutin und Avicularin biologischer und konventioneller Apfelsäfte ...................... 70

    Tab. 20: Minimal-, Mittel-, Maximalwerte und Standardabweichungenvon HMF, Catechin, Kaffeesäure,

    Chlorogensäure, Epicatechin, Phloridzin und Quercitrin biologischer und konventioneller

    Apfelsäfte .............................................................................................................................. 70

    Tab. 21: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und konventioneller Apfelsäfte

    bezüglich des Gehaltes einzelner Polyphenole ........................................................................ 70

  • VII

    Tab. 22: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und

    konventioneller Apfelsäfte bezüglich des Gehaltes einzelner Polyphenole ............................... 71

    Tab. 23: Minimal-, Mittel-, Maximalwerte und Standardabweichungen des Ascorbinsäuregehaltes

    biologischer und konventioneller Apfelsäfte ........................................................................... 72

    Tab. 24: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und konventioneller Apfelsäfte

    bezüglich des Gehaltes an Ascorbinsäure................................................................................ 72

    Tab. 25: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und

    konventioneller Apfelsäfte bezüglich des Gehaltes an Ascorbinsäure ...................................... 73

    Tab. 26: Minimal,- Mittel-, und Maximalwerte von Mineralstoffen biologischer und konventioneller

    Apfelsäfte .............................................................................................................................. 74

    Tab. 27: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und konventioneller Apfelsäfte

    bezüglich des Gehaltes an Calzium......................................................................................... 74

    Tab. 28: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und

    konventioneller Apfelsäfte bezüglich des Gehaltes an Calzium ............................................... 74

    Tab. 29: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und konventioneller Apfelsäfte

    bezüglich des Gehaltes an Kalium .......................................................................................... 75

    Tab. 30: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und

    konventioneller Apfelsäfte bezüglich des Gehaltes an Kalium................................................. 75

    Tab. 31: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und konventioneller Apfelsäfte

    bezüglich des Gehaltes an Natrium ......................................................................................... 76

    Tab. 32: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und

    konventioneller Apfelsäfte bezüglich des Gehaltes an Natrium................................................ 76

    Tab. 33: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und konventioneller Apfelsäfte

    bezüglich des Gehaltes an Magnesium.................................................................................... 76

    Tab. 34: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede biologischer und

    konventioneller Apfelsäfte bezüglich des Gehaltes an Magnesium .......................................... 77

    Tab. 35: Minimal-, Mittel-, Maximalwerte und Standardabweichungen der AOK, Gesamtphenole und

    Ascorbinsäuregehalt klarer und trüber Apfelsäfte.................................................................... 78

    Tab. 36: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede zwischen AOK, Gesamtphenolgehalt und

    Ascorbinsäuregehalt klarer und trüber Apfelsäfte.................................................................... 78

    Tab. 37: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede zwischen AOK,

    Gesamtphenolgehalt und Ascorbinsäuregehalt klarer und trüber Apfelsäfte ............................. 79

    Tab. 38: Minimal-, Mittel-, Maximalwerte und Standardabweichungen einzelner Polyphenole klarer und

    trüber Apfelsäfte .................................................................................................................... 80

    Tab. 39: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede zwischen einzelnen phenolischen

    Verbindungen klarer und trüber Apfelsäfte ............................................................................. 80

    Tab. 40: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede zwischen einzelnen

    phenolischen Verbindungen klarer und trüber Apfelsäfte ........................................................ 81

  • VIII

    Tab. 41: Minimal-, Mittel-, Maximalwerte und Standardabweichung der Mineralstoffgehalte klarer und

    trüber Apfelsäfte .................................................................................................................... 82

    Tab. 42: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede der Mineralstoffgehalte klarer und trüber

    Apfelsäfte .............................................................................................................................. 82

    Tab. 43: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede der Mineralstoffgehalte

    klarer und trüber Apfelsäfte .................................................................................................... 82

    Tab. 44: Minimal-, Mittel-, Maximalwerte und Standardabweichungen einzelner Parameter direkt

    gepresster und aus Konzentrat hergestellter Apfelsäfte ............................................................ 84

    Tab. 45: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede zwischen direkt gepressten und aus

    Konzentrat hergestellten, konventionellen Apfelsäften anhand AOK, Gesamtphenolgehalt sowie

    Konzentration an Ascorbinsäure, HMF und Chlorogensäure ................................................... 85

    Tab. 46: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede zwischen direkt gepressten

    und aus Konzentrat hergestellten, konventionellen Apfelsäften anhand AOK,

    Gesamtphenolgehalte sowie Konzentration an Ascorbinsäure, HMF und Chlorogensäure........ 85

    Tab. 47: Minimal-, Mittel-, Maximalwerte und Standardabweichungen von Mineralstoffen direkt

    gepresster und aus Konzentrat hergestellter Apfelsäfte ............................................................ 86

    Tab. 48: t-Test zur Auswertung signifikanter Unterschiede zwischen Mineralstoffen direkt gepresster und

    aus Konzentrat hergestellter, konventioneller Apfelsäfte ......................................................... 87

    Tab. 49: Nichtparametrische Tests zur Auswertung signifikanter Unterschiede zwischen Mineralstoffen

    direkt gepresster und aus Konzentrat hergestellter, konventioneller Apfelsäfte ........................ 87

    Tab. 50: Ergebnisse der Herkunftsvorhersage mittels Diskriminanzanalyse konventioneller Apfelsäfte. 94

    Tab. 51: Ergebnisse der Herkunftsvorhersage mittels Diskriminanzanalyse biologischer Apfelsäfte...... 95

    Tab. 52: Rangordnung der Apfelsäfte mit höchster antioxidativer Kapazität ......................................... 96

    Tab. 53: Rangordnung der Apfelsäfte mit geringster antioxidativen Kapazität ...................................... 96

  • IX

    Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen

    AAS Atomabsorptionsspektrometrie

    ABTS 2,2’-Azinobis-(3-Ethylbenzthiazolin-6-sulfonsäure)

    A.I.J.N. Association of the Industry of Juices and Nectars from

    Fruits and Vegetables of the European Economic

    Community

    AOK Antioxidative Kapazität

    DNA Desoxyribonukleinsäure

    FRAP Ferric reducing/antioxidant power

    GP Gesamtphenole

    GSH-Px Gluthation-Peroxidase

    HBA Hydroxybenzoesäuren

    HCA Hydroxyzimtsäuren

    HMF 5-Hydroxymethylfurfural

    HPLC High performance liquid chromatography

    KAT Katalase

    LDL Low-density lipoprotein

    NADPH Nicotinamidadenindinucleotidphosphat

    PAL Phenylalanin-Ammonium-Lyase

    PG Polygalacturonase

    PME Pektinmethylesterase

    PPO Polyphenoloxidase

    ROS Reaktive Sauerstoffspezies

    SOD Superoxid-Dismutase

    SPS Sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe

    TEAC Trolox equivalent antioxidative capacity

    TPTZ 2,4,6-Tripyridyl-s-Triazine

  • X

    Danksagung

    An dieser Stelle möchte ich all jenen danken, die durch ihre fachliche und

    persönliche Unterstützung zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben.

    Besonderen Dank gebührt Ao.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.nat.techn. Emmerich

    Berghofer und Dipl.-Ing. Dr. Reinhard Eder für die Betreuung dieser Arbeit. Weiters

    danke ich Dipl.-Ing. Dr.nat.techn. Susanne Siebenhandl sowie dem Team der Abteilung

    Chemie des Bundesamtes für Wein- und Obstbau Klosterneuburg, insbesondere Ing.

    Silvia Wendelin, für fachliche Ratschläge und Unterstützung.

    Ganz herzlich bedanke ich mich bei Christian Holme, der mir während der

    letzten Jahre viel Liebe und Geduld schenkte und durch den ich gleichzeitig ein

    wunderschönes Land kennen gelernt habe. Auch bei der Verfassung dieser Arbeit half

    er mir mit wertvollen Tipps.

    Bedanken möchte ich mich weiters bei meinen Eltern, Karina und Karl

    Garnweidner, die mein Studium ermöglichten und mich jederzeit tatkräftig

    unterstützen.

    Dank gebührt auch noch meinen Großeltern und Freundinnen, die mich

    während der Studienzeit begleiteten.

  • 1

    1 Einleitung

    „Alternative“ Lebensmittel sind kein neues Phänomen. Schon im 19.

    Jahrhundert gab es unterschiedliche soziale Bewegungen, die sich mit Reformkost von

    der zunehmenden Industrialisierungstendenz absetzten. Insbesondere nach der BSE-

    Krise 2000/2001 haben Biolebensmittel einen bedeutenden Aufschwung erfahren

    [LORENZ, 2005].

    In den letzten Jahren wiesen einige Studien Unterschiede in der

    Inhaltsstoffzusammensetzung zwischen biologisch und konventionell produzierten

    Produkten auf. Bio-Obst beinhalte nicht nur mehr Ascorbinsäure, sondern auch der

    Anteil an sekundären Pflanzeninhaltsstoffen sei bei Bio-Obst um zehn bis 50 % höher

    als bei vergleichbaren Lebensmitteln aus konventioneller Landwirtschaft. Bio-Äpfel

    wiesen in Untersuchungen um 19 % höhere Phenolgehalte als Äpfel aus

    konventionellem Anbau auf. Diese beruhe darauf, dass die im konventionellen Landbau

    erlaubten und verwendeten Pestizide die Entwicklung sekundärer

    Stoffwechselprodukte, die die Pflanzen u.a. vor Schädlingen und Krankheiten schützen,

    unterdrücken. Für den Menschen steckt in diesen sekundären Pflanzeninhaltsstoffen

    großes gesundheitliches Potential. Die nur in Pflanzen synthetisierten Metaboliten

    können Krebs vorbeugen, das Immunsystem stimulieren, sowie den Blutdruck

    regulieren. Weiters wird ihre bakterienhemmende, antivirale und anitoxidative Wirkung

    positiv postituliert [VELIMIROV und MÜLLER, 2003].

    Der Apfel ist die wichtigste und beliebteste Frucht der gemäßigten Klimazonen. Er

    verfügt über große antioxidative Kapazität und stellt eine wichtige Quelle für sekundäre

    Pflanzeninhaltsstoffe in der menschlichen Ernährung dar. Der Konsum von Apfelsaft

    spielt auch eine ernährungsphysiologisch wichtige Rolle [SUN, 2002].

    In dieser Arbeit sollte das gesundheitliche Potential biologisch und konventionell

    produzierter Apfelsäfte anhand des Gehaltes an Polyphenolen und der damit

    verbundenen antioxidativen Kapazität untersucht und verglichen werden. Der

    Mineralstoffgehalt sowie der Anteil der Ascorbinsäure stellen ebenfalls wichtige

    Beurteilungsparameter dar.

  • 2

    2 Apfelsaft

    Der Apfel (malus domesticus) ist in der gemäßigten Klimazone die wichtigste

    Rohware für die Fruchtsaftindustrie und eignet sich aufgrund des ausgeglichenen

    Zucker/Säure-Verhältnisses sehr gut zur Verarbeitung. Die Erkenntnis aus Früchten

    nährende Säfte herzustellen, führt bis in die menschliche Frühzeit zurück. Heutzutage

    liegt die Bedeutung der Fruchtsäfte nicht nur in ihrem erfrischenden und aromatischen

    Geschmack, sondern auch in ihrer ernährungsphysiologischen Wertigkeit.

    2.1 Definitionen und rechtliche Grundlagen

    Weltweite Bedeutung haben die Codex-Standards für Fruchtsäfte und –nektare

    des „Codex Alimentarius“, einer gemeinsamen Einrichtung der Ernährungs- und

    Landwirtschafts-Organisation (FAO) und der Weltgesundheitsorganisation (WHO) der

    Vereinten Nationen. Der Codex-Standard hat keinen verbindlichen Charakter und stellt

    lediglich Empfehlungen für die Beschaffenheit der Lebensmittel dar. Im

    Österreichischen Lebensmittelbuch („Codex Alimentarius Austriacus“) sind u.a.

    Sachbezeichnungen, Begriffsbestimmungen, Untersuchungsmethoden sowie

    Beurteilungsgrundsätze.

    Die Europäische Union schaffte mit der EU-Fruchtsaft-Richtlinie 2001/112/EG

    rechtlich verbindliche Vorgaben für alle EU-Mitgliedsstaaten mit dem Ziel eines

    gemeinsamen Binnenmarktes. Die Richtlinie enthält Regelungen zu Definitionen,

    Herstellungsverfahren, Verwendung der zulässigen Verarbeitungs- und Hilfsstoffe.

    Darüber hinaus dient der „A.I.J.N.-Code of Practice“, der analytische und

    mikrobiologische Eigenschaften der Erzeugnisse festlegt, zur Beurteilung von

    Fruchtsäften. Er wurde in der europäischen Fruchtsaftverordnung verankert und stellt

    eine Beschreibung des europäischen Handelsbrauches dar [SCHOBINGER, 2001].

    Die nationale Umsetzung der EU-Fruchtsaft Richtlinie ist die österreichische

    Fruchtsaftverordnung BGBl II 83/2004. In ihr geregelt sind Definitionen, zugelassene

    Zutaten, zugelassene Behandlungen und Stoffe und Kennzeichnungen.

    Ihr zufolge ist „Fruchtsaft“ das gärfähige, jedoch nicht gegorene, aus gesunden

    und reifen Früchten (frisch oder durch Kälte haltbar gemacht) einer oder mehrerer

  • 3

    Fruchtarten gewonnene Erzeugnis, das die für den Saft dieser Frucht/Früchte

    charakteristische Farbe, Aroma und Geschmack besitzt.

    Bei „Fruchtsaft aus Fruchtsaftkonzentrat“ handelt es sich laut österreichischer

    Fruchtsaftverordnung um das Erzeugnis, das gewonnen wird, indem das dem Saft bei

    der Konzentrierung entzogene Wasser dem Fruchtsaftkonzentrat wieder zugefügt wird

    und die dem Saft verloren gegangenen Aromastoffe zugesetzt werden.

    Weiters findet man am Markt „Fruchtsaftnektar“. Dies ist das gärfähige, aber

    nicht gegorene Erzeugnis, hergestellt aus Fruchtsäften, konzentrierten Fruchtsäften,

    Fruchtmark, konzentriertem Fruchtmark oder einem Gemisch hieraus, zusammen mit

    Wasser und Zucker und/oder Honig [Fruchtsaftverordnung, BGBl II 83/2004]. Der

    Fruchtsaftanteil beträgt zwischen 40 % und 99 %.

    2.2 Qualitätskriterien der Rohware

    Aufgrund der Rohmaterialbeurteilung bezüglich Sorte, Reife, Entwicklung,

    Sauberkeit und Gesundheit lässt sich die zu erwartende Saftqualität und Saftausbeute

    ungefähr voraussagen. Abb. 1 zeigt die Relationen zwischen äußeren und inneren

    Qualitätskriterien bei Äpfeln [SCHOBINGER, 2001].

    Sorte

    Oechsle Grade

    Aroma

    Qualität

    Zucker-Säure-

    Verhältnis

    Reife

    Entwicklung

    Sauberkeit

    GesundheitAusbeute

    Abb. 1: Gegenseitige Beeinflussung von Qualitätskriterien

    Da sich einzelne Sorten stark voneinander unterscheiden, spielt die Wahl der

    Sorte einen großen Einfluss auf das Endprodukt. Unter den weltweit mehr als 5 500

    bekannten Apfelsorten sind jedoch nur 20 von kommerzieller Bedeutung für die

    Fruchtsaftherstellung. Am bedeutendsten darunter sind (Golden) Delicious, Granny

    Smith, McIntosh sowie Rome Beauty. Der Anteil neuer Sorten wie Gala, Fuji, Jonagold

  • 4

    oder Braeburn nimmt am Markt zu. Um ein optimales Produkt zu erzeugen, werden

    oftmals zwei- bis mehrere Apfelsorten für einen Saft miteinander vermischt.

    Ein wichtiges Qualitätsmerkmal bildet auch der richtige Reifegrad der Rohware.

    Nicht genügend reife Äpfel führen zu Apfelsäften mit geringem Geschmack und

    erhöhtem Stärkeanteil. Überreife Äpfel lassen sich schwer pressen und führen auch bei

    weiteren technologischen Verfahren zu Problemen [BARRET, 2005].

    Sauberkeit und Gesundheit der Rohware spielen ebenfalls eine wichtige Rolle für

    eine optimale Qualität des Endproduktes. Nach der Ernte setzen sofort chemische,

    biologische und mikrobiologische Prozesse ein, die zum Abbau wertbestimmender

    Inhaltsstoffe führen. Die Keimzahl der Rohware zum Zeitpunkt der Anlieferung ist

    mitbestimmend für die Lagerfähigkeit, da das Kernobst durch Mikroorganismen

    schneller fault. Faule Äpfel sind für die Verarbeitung zu Saft nicht zulässig und werden

    ausgelesen [SCHOBINGER, 2001].

  • 5

    2.3 Herstellung von Apfelsaft

    Im Folgenden soll die Herstellung von Apfelsaft näher besprochen werden

    (Abb. 2).

    KLARER SAFTTRÜBER SAFT

    Pasteurisation und Verpackung

    Enzymatische Depektinisierung

    Waschen Sortieren

    Zerkleinerung

    Entsaftung Tresterverwertung

    Aromagewinnung

    Grobtrubabtrennung oder Zentrifugieren

    Pasteurisation und Verpackung

    Oxidationsschutz

    Verdampfung auf 70˚ BrixSchönung

    Lagerung

    Mischen, Lösen Filtration

    Klärung

    Pasteurisation und Verpackung

    Abb. 2: Herstellung von Apfelsaft [ASHRUST, 1995]

    2.3.1 Waschen und Sortieren

    Nach der Obstannahme werden die Äpfel innerbetrieblich durch einen

    Schwemmkanal transportiert.

    Dann erfolgt das Waschen um Laub, Gras und ähnlichen Schmutz, die

    Fremdaroma beim Saft bewirken könnten, abzutrennen. Die an der Oberfläche der

    Äpfel haftenden Pflanzenschutzmittelrückstände werden weitgehend beseitigt, wobei

    der Keimgehalt drastisch reduziert wird. Für den Waschvorgang werden meistens

  • 6

    Bürsten verwendet. Der Effekt der Reinigung ist abhängig von der Dauer des

    Waschvorganges, der Temperatur, der Einwirkung mechanischer Kräfte sowie dem pH-

    Wert, dem Härtegrad und dem Mineralstoffgehalt des Waschwassers.

    Schließlich folgt die Sortierung, welche manuell, entweder auf endlos

    umlaufenden Verlesebändern oder auf Rollenverlesebändern passiert. Für die Qualität

    des fertigen Saftes ist von Bedeutung gefaulte, zerschlagene und/oder unreife Früchte

    bzw. Fremdstoffe zu entfernen.

    2.3.2 Zerkleinerung

    Die Art und der Umfang der darauf folgenden Zerkleinerung der Äpfel haben

    großen Einfluss auf die Dauer des anschließenden Entsaftungsvorganges, die

    Saftausbeute und den Trubstoffgehalt. Je umfangreicher die Zerkleinerung ist, umso

    mehr Zellen werden beschädigt, was sich positiv auf die Saftausbeute auswirkt

    [SCHOBINGER, 2001]. Ziel der Zerkleinerung ist es Maische mit einer Korngröße von

    5 bis 8 mm Durchmesser zu erhalten. Die Zerkleinerung der Früchte kann mittels

    mechanischer (Obstmühlen), thermischer (Thermobreak), enzymatischer

    (Maischefermentierung) oder mittels unkonventioneller Verfahren (Ultraschall,

    Elektroplasmolyse) erfolgen. Für Kernobst werden hauptsächlich Rätzmühlen

    eingesetzt, bei denen das Mahlgut durch einen mehrflügeligen Rotor gegen die Wand

    eines Zylinders geschleudert wird [SCHOBINGER, 2001]. Durch die mechanische

    Zerstörung des Zellgewebes laufen Oxidationsvorgänge, Pektinabbau und trubbildende

    Reaktionen sofort ab, da fruchteigene Enzyme mit Zuckern und Säuren der

    Vakuolenflüssigkeit reagieren [BIRUS, 2001]. Beim Thermobreak erfolgt bei einer

    Erhitzung der Früchte auf ca. 80˚C eine Denaturierung der Protoplasmahäute, wodurch

    die Permeabilität des Gewebes erhöht wird, und somit der Saftaustritt erleichtert wird

    [VOGL, 2005].

    2.3.3 Enzymatische Maischebehandlung

    Um eine höhere Saftausbeute sowie eine Reduktion der Viskosität zu erreichen,

    erfolgt vor dem Pressen meist ein enzymatischer Pektinabbau der Maische. Mittels

    Wärmeaustauschern erfolgt dieser Schritt bei erhöhten Temperaturen, um Zeit

  • 7

    einzusparen. Üblicherweise wird die Maische auf 45 bis 50˚C erhitzt. Nach der Zugabe

    des Enzympräparates folgt eine ein- bis zweistündige Reaktionszeit. Mittlerweile sind

    verschiedenste hochwirksame Enzympräparate erhältlich, die sich anhand ihres

    Angriffpunktes am Pektinmolekül unterscheiden lassen (Abb. 3).

    Abb. 3: Schematischer Aufbau von Pektin mit Angriffspunkten der Enzyme

    Die in der Fruchtsaftindustrie verwendeten Enzympräparate sind mikrobiellen

    Ursprungs. Sie sind in flüssiger oder fester Form im Handel erhältlich. Aufgrund der

    stark ausgeprägten Substrat- und Wirkungsspezifität der Enzyme hat auch jedes

    Handelsenzympräparat abhängig von jenen Enzymen, die die Hauptaktivität liefern,

    einen spezifischen optimalen Wirkungsbereich [SCHOBINGER, 2001]. Tab. 1

    verdeutlicht die Vielfalt technischer Enzyme [VOGL, 2005].

    A = Arabinose AE = Acetylester GA = Galactose GLS = Galacturonsäure M = Methylester RHA = Rhamnose X = Xylose n = unbestimmte Anzahl

  • 8

    Tab. 1: Technische Enzympräparate

    Allgemeine Bezeichnung Einzelaktivität Substrat WirkungPolygalacturonasen

    Pektin-EsterasePektin-LyaseArabanase

    ArabinfuranosidaseRhamnogalacturonaseArabinogalactanase

    AcetylgalaturonesteraseGalactomannanase

    Hemicellulose ß-GlucanaseCellobiohydrolasen

    Endoglucanasenß-Glucosidase

    CellubiaseGlucoamylase

    Pilz-alpha-AmylaseProtease Saure Pilzprotease Eiweiß Stabilität-Ultrafiltration

    Stabilität

    Maceration Pektinabbau Viscosität

    Filtration Stabilität

    Zellwandabbau

    Cellodextrine Cellobiose

    Maceration Verzuckerung

    Ausbeute

    Pektinase

    Cellolase

    Amylase

    "Smooth Region" Pektin

    "Hairy Region" Pektin

    Stärke

    Die Maische wird anschließend mittels Exzenterschneckenpumpen, rotierender

    Kolbenpumpen oder Scheibenkolbenpumpen weitertransportiert.

    2.3.4 Entsaftung

    Die Schlüsselposition in einem Obst verarbeitenden Betrieb nimmt das

    Entsaftungssystem ein. Man unterscheidet zwischen folgenden Entsaftungsverfahren:

    • Auspressen: Zellwände und Membrane werden über Druck mechanisch

    aufgebrochen. Dazu verwendet man heutzutage hauptsächlich Bandpressen,

    Horizontalkorbpressen oder Dekanter.

    • Extrahieren: Es kommt zur Aufhebung der Semipermeabilität und thermischer

    Denaturierung durch Diffusion innerhalb der Phasen. Weiters entwickelt sich

    ein Stoffübergang an den Phasengrenzflächen sowie Flüssigkeitsaustausch

    durch quasi-Osmose und hydrostatischen Druck.

    • Verflüssigung: Hier erfolgt ein enzymatischer Abbau der Zellwände und

    Membranen. Im Extremfall kann die Maische mittels entsprechender

    Enzympräparate weitgehend abgebaut werden, was man als Totalverflüssigung

    bezeichnet. Es erfolgt ein Abbau aller Strukturstoffe, wie Pektin,

    Hemicellulosen und zellulosehaltiges Material der Zellwand. Die Saftausbeute

    wird auf bis zu 95 % erhöht. Dieser Verfahrensschritt ist rechtlich in der EU

    und in der Schweiz (noch) nicht erlaubt [VOGL, 2005]. Verwendet werden

  • 9

    dafür Enzymsysteme, welche bis zu 120 verschiedene Enzymkomponenten

    enthalten [BARRET, 2005].

    2.3.5 Saftbehandlung

    Ziel der nach der Pressung anschließenden Saftbehandlung ist die Herstellung

    stabiler Produkte ohne die ernährungsphysiologischen und sensorischen Eigenschaften

    zu sehr zu verändern [VOGL, 2005]. Als Haupttrübungsursachen im Saft gelten

    Proteine, Gerbstoffe, Stärke und Pektin [BIRUS, 2001]. Die Entfernung dieser nicht

    erwünschten Trubstoffe erfolgt durch Einsatz von Enzympräparaten, Schönungsmitteln,

    wie z.B. Gelatine, Bentonit und Adsorptionsmitteln, sowie durch mechanische Klärung

    mittels Filtration, Sedimentation oder Flotation [SCHOBINGER, 2001].

    Bei der Saftenzymierung unterscheidet man zwischen enzymatischen Pektin-,

    Stärke- und Arabanabbau. Beim Einsatz pektolytischer Enzyme ist die richtige Balance

    zwischen Pektinmethylesterase (PME; EC 3.1.1.11) und Polygalacturonase (PG; EC

    3.2.1.15) entscheidend. PME demethoxyliert Pektin, resultierend in freien

    Galacturonsäuregruppen, welche mit Kationen (z.B. Calcium) Komplexe, bilden die

    wiederum abgeschieden werden. PG spaltet die langen Pektinketten, wodurch die

    Viskosität sinkt. PME ist für die Aktivität von PG essentiell. Der Einsatz von Amylase

    dient zur Hydrolyse von Stärke [ASHRUST, 1995]. Dadurch verhindert man eine

    Trübung durch verkleisterte Stärke sowie durch Retrogradierung entstehende, körnige

    Strukturen im Saft. Zur Eliminierung phenolischer Substanzen werden neben

    Ausfällung wie mit Protein-haltigen Schönungsmitteln und Ultrafiltration, zunehmend

    Laccase-Diphenoloxidase-Enzympräparate eingesetzt. Ihr Einsatz ist jedoch in der EU-

    Fruchtsaftverordnung [Fruchtsaftverordnung, BGBl II 83/2004] nicht gestattet.

    Bei der Schönung kommt es zum chemischen Ausflocken von Substanzen, die

    Trübungen verursachen könnten. Es erfolgt eine Vorklärung zur Erleichterung der

    Trubseparation sowie eine Verbesserung sensorischer Eigenschaften. Jeder

    Schönungsvorgang beeinflusst jedoch auch erwünschte Substanzen, wie z.B.

    Aromastoffe [VOGL, 2005]. Das traditionelle Schönungsmittel für Apfelsaft ist

    Gelatine. Das Protein wird durch schonende Hydrolyse tierischer kollagenhaltiger

    Stoffe gewonnen und trägt beim pH-Wert von Apfelsaft eine positive Ladung. Durch

  • 10

    Elektronenpaarbindung werden negativ geladene Trubteilchen fixiert und fallen

    gemeinsam aus. Gelatine reduziert vor allem Procyanidine, die als Hauptursache für

    eine Trübung im Saft gelten. Letztere besitzen für die Klärung mittels mechanischer

    Verfahren eine zu kleine Molekülmasse. Weitere Anwendung findet die Kieselsol-

    Gelatine-Schönung, sowie die Schönung mittels Bentonit, Adsorptionsmitteln

    (Polyvinylpolypyrrolidon, Aktivkohle) oder Chitosan.

    Unter der anschließenden Saftklärung versteht man die physikalische

    Abtrennung von Teilchen aus komplexen Lösungen mittels Filtration, Sedimentation

    und Flotation [ASHRUST, 1995; SCHOBINGER, 2001].

    2.3.6 Haltbarmachung

    Letztendlich erfolgt die Haltbarmachung des Saftes. Ziel der Haltbarmachung

    ist es, eine mikrobiologische, enzymatische und chemische Stabilität bei einer

    wiederum möglichst geringen ernährungsphysiologischen und sensorischen

    Beeinflussung zu erlangen. Aufgrund des niedrigen pH-Wertes des Apfelsaftes

    kommen als Verderber nur Hefen, Milchsäurebakterien und Schimmelpilze in Frage.

    Das klassische Haltbarmachungsverfahren von Apfelsaft ist die Pasteurisation

    (

  • 11

    2.4 Trüber Apfelsaft

    Klarer und trüber Apfelsaft unterscheiden sich durch unterschiedliche

    Herstellungstechnologien. Folgende Erwartungen stellt der Konsument an einen

    naturtrüben Saft:

    • eine helle, weißlich gelbe Farbe;

    • deutlich wahrnehmbare Trübung, die Fruchtfleischteilchen sollen gleichmäßig

    im Saft verteilt und nicht sedimentiert sein;

    • einen fruchtigen, säurebetonten, nicht bitter oder adstringierenden Geschmack;

    • einen frischen, fruchtigen, arttypischen Geruch;

    Bei der Herstellung eines naturtrüben Saftes werden, nachdem die Äpfel

    zerkleinert und gepresst wurden, die groben Trubstoffe mittels eines Separators

    (Zentrifuge) mechanisch weitgehend abgetrennt.

    Besonders wichtig ist es die gewünschte Trubstabilität zu erreichen. Sie ist

    abhängig von der Sedimentationsgeschwindigkeit, welche hauptsächlich durch die

    Parameter Partikelgröße, Partikeldichte, Wert der Viskosität des Serums, Partikelform

    und Partikelladung bestimmt wird. Weiters spielen pH-Wert sowie der Pektin-,

    Gerbstoff-, Eiweiß- und Aminosäuregehalt eine wichtige Rolle [SCHOBINGER, 2001].

    Der Trub setzt sich zusammen aus 40 % Proteinen, 30 % Lipiden, 5 % Procyanidinen,

    5 % neutralen Polysacchariden, 2 % Pektin und 18 % Mineralstoffen sowie aus noch

    unbekannten Substanzen [DIETRICH et al, 1996].

    Die Trubpartikel enthalten einen aus Proteinen bestehenden, positiv geladenen

    Kern, der mit dem negativ geladenen Pektin einen Komplex bildet. Durch die stark

    wasserbindenden Eigenschaften der Hydrokolloide entsteht eine Hydrathülle um den

    Trubpartikel, wodurch die Dichte des Trubpartikels an die Dichte des Serums

    angeglichen wird [PECERONI und GIERSCHNER 1993]. Um die Viskosität

    möglichst weitgehend aufrecht zu erhalten, empfiehlt sich eine thermische Behandlung

    nach der Grobtrubabtrennung, um fruchteigene pektolytische Enzyme weitgehend zu

    inaktivieren. Nach der Abtrennung des Grobtrubes beträgt der Gesamttrubgehalt im

    trüben Apfelsaft 0,2 bis 1,0 g/l.

    Farbveränderungen entstehen fast ausschließlich durch enzymatische oder

    nichtenymatische Bräunungsreaktionen. Für die Farbstabilisierung trubstabiler Säfte ist

  • 12

    es wichtig den Sauerstoffgehalt der Atmosphäre während des gesamten

    Produktionsprozesses niedrig zu halten und die safteigenen Phenoloxidasen möglichst

    früh zu inaktivieren (96 ˚C, 15-30 sec). Der Zusatz von L-Ascorbinsäure dient als

    Langzeitoxidationsschutz [SCHOBINGER, 2001].

    2.5 Herstellung von Saftkonzentraten

    Fruchtsäfte enthalten einen Wasseranteil von ca. 80-85 %. Trotz optimaler

    Lagerung geht das typische Fruchtaroma mehr oder weniger schnell verloren oder wird

    durch flüchtige Substanzen, die bei chemischen Reaktionen der Inhaltsstoffe entstehen,

    negativ beeinflusst. Durch Konzentrierprozesse wird der Trockensubstanzgehalt der

    Säfte auf 60-75 % erhöht, wodurch die Konzentrate chemisch und mikrobiologisch

    weitgehend stabilisiert werden. Ein Vorteil der Konzentrierung besteht darin, dass das

    Lager- und Transportvolumen um das sechs- bis siebenfache reduziert wird.

    Zur Saftkonzentrierung werden überwiegend thermische Verfahren

    (Saftkonzentrierung durch Verdampfung, Aromakonzentrierung durch Destillation)

    angewendet [SCHOBINGER, 2002; VOGL, 2005]. Bei einer Lagerungstemperatur von

    5˚C oder weniger sind die Konzentrate und Aromaauszüge sechs Monate haltbar. Eine

    Lagerung bei über 20˚C führt durch die Maillard Reaktion zwischen Zucker und

    Aminosäuren meist zur Bräunung des Konzentrates. Weiters kann es zu Verlusten an

    Polyphenolen und titrierbarer Säure kommen. Als Qualitätsüberprüfung dient die

    Messung von HMF (5-Hydroxymethylfurfural) mittels HPLC (high performance liquid

    chromatography). HMF entsteht bei dem Maillard Abbau von Fructose [ASHRUST,

    1995]. Laut A.I.J.N darf die Konzentration nicht über 20 mg/l HMF liegen [A.I.J.N.,

    1996].

    2.6 Zusammensetzung des Apfelsaftes

    Die Zusammensetzung des Apfelsaftes reflektiert die Zusammensetzung der

    Rohware. Da letztere von Klima, Anbaumethoden sowie der Verarbeitung bestimmt

    wird, kommt es zu starken Schwankungen [ASHURST, 1995].

    Tab. 2 weist die im Code of Pracitce des A.I.J.N. angegebenen Werte für die

    Zusammensetzung des Apfelsaftes auf, die auf der Untersuchung einer meist sehr

  • 13

    großen Zahl von authentischen und unkorrigierten Säften aus unterschiedlichen

    Anbaugebieten resultieren. Die Werte dienen als generelle Richtwerte [A.I.J.N., 1996].

    Tab. 2: Chemische Zusammensetzung (Schwankungsbreiten oder Grenzwerte) von Apfelsaft aus

    dem Code of Practice der A.I.J.N. (1996), bezogen auf 1 Liter

    Relative Dichte min. 1,04020˚/20˚ = 10,0 Brix

    min. 1,045= 11,2 Brix

    Glucose g/l 15-35Fructose g/l 45-85

    Glucose:Fructose 0,3-0,5Saccharose g/l 5-30

    Zuckerfreier Extrakt g/l 18-29Sorbit g/l 2,5-7

    Titrierbare Säure pH8,1 g/l 2,2-7,5 Citronensäure mg/l 50-150L-Apfelsäure g/l min. 3Fumarsäure mg/l max.5

    Asche g/l 1,9-3,5Natrium mg/l max. 30Kalium mg/l 900-1500

    Magnesium mg/l 40-75Calcium mg/l 30-120Phosphor mg/l 40-75

    Nitrat mg/l max. 5Sulfat mg/l max. 150

    Formolzahl ml 0,1 molNaOH/100ml

    Prolin mg/l max.20

    3-10

    Direktsaft

    Saft aus Konzentrat

    2.6.1 Kohlenhydrate

    2.6.1.1 Einfachzucker

    Zucker bilden die Hauptkomponente der löslichen Inhaltsstoffe im Apfelsaft.

    Die spezifische Dichte, angegeben in ˚ Brix, steht im engen Zusammenhang mit dem

    Zuckergehalt im Apfelsaft, der hauptsächlich aus Fructose, Glucose und Saccharose

    besteht [ASHURST, 1995]. Der Fructoseanteil ist etwa zwei- bis dreimal so hoch wie

    der von Glucose. Nach dem Pressen wird Saccharose oft zu Glucose und Fructose

    („Inversion“) hydrolyisert [SCHOBINGER, 2001].

  • 14

    2.6.1.2 Polysaccharide

    Unter den für den Menschen verwertbaren Polysacchariden findet man im Obst

    hauptsächlich die Stärke vor. Hierbei handelt es sich um das wichtigste

    Reservekohlenhydrat der Pflanze und das bedeutendste Nahrungskohlenhydrat für den

    Menschen. Stärke befindet sich in unreifem Obst in größeren Mengen, da sie sich erst

    im Laufe des Reifeprozesses in Zucker umwandelt. In vollreifen Früchten ist sie zur

    Gänze abgebaut.

    Stärke kommt im Apfelsaft vorwiegend in der Form von unlöslichen

    Granulaten, die von den Speichervakuolen der Frucht stammen, vor. Aufgrund des

    geringen Durchmessers der Granulate von 1-16 µm werden sie oft von

    Filtrationsmethoden nicht abgetrennt. Bei einer Erhitzung von über 60˚C verkleistert

    die Stärke und verursacht unerwünschte Trübungen im Saft [ASHURST, 1995].

    Den Großteil der unlöslichen Fruchtbestandteile bilden Cellulose,

    Hemicellulose und Pektinstoffe.

    Cellulose besteht aus ß-1,4 glykosidisch verknüpften Glucoseeinheiten und ist

    der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände. Da der Mensch kein Enzym besitzt, das ß-

    glykosidische Verbindungen spalten kann, ist Cellulose für den Menschen nicht

    verdaulich.

    Hemicellulosen sind ebenfalls pflanzliche Zellwandbestandteile im Obst und

    bestehen aus verschiedenen Pentosen und Hexosen [ELMADFA und LEITZMANN,

    2004].

    Pektin wird von der Mittellamelle der Apfelzellwand durch mechanische

    Verfahren, wie Zerkleinerung und Pressung, freigesetzt. In der Pflanze dient es als

    Kittsubstanz und Auskleidungsmasse der Zellzwischenräume. Säfte von überreifen

    Äpfeln enthalten mehr Pektin als Säfte von unreifen [ASHRUST, 1995]. Die

    Grundstruktur ist in Abb. 4 ersichtlich.

    Abb. 4: Grundstruktur Pektin

  • 15

    Pektin ist ein Heteropolysaccharid und zählt zur Gruppe der löslichen

    Ballaststoffe. Es besteht aus dem sogenannten glatten Bereich (smooth region), der sich

    aus �-1,4-verknüpften, partiell methylierten Galacturonsäureeinheiten zusammensetzt,

    sowie einem verzweigten Bereich (hairy region). Letzterer enthält viele Seitenketten

    und Neutralzucker, wie z.B. Rhamnose, Galactose, Arabinose. Die

    Galacturonsäuremoleküle können in den „hairy regions“ azetyliert sein. Im linearen

    Teil sind Rhamnosemoleküle eingebaut, was zu einem Knick im Molekülgerüst führt.

    Pektin besteht aus 65 bis 95 % D-Galacturonsäure, 3 bis 8 % Methanol, 0 bis 6 %

    Essigsäure sowie 8 bis 10 % Neutralzucker. Der Veresterungsgrad des wasserlöslichen

    Pektins beträgt 65 bis 98 % und der Polymerisationsgrad variiert zwischen einigen

    Dutzend bis einigen Hundert. Aus technologischer Sicht stellt Pektin als trubbildende

    Substanz ein Problem bei der Saftherstellung dar und wird daher durch diverse

    Enzymsysteme eliminiert. Auf der anderen Seite ist Pektin wichtig für Textur und

    Mundgefühl der Apfelsäfte. In naturtrüben Säften ist die Kombination von Proteinen

    mit Pektin und Polyphenolen die Hauptursache für die gewünschte Trübung

    [SCHOBINGER, 2001].

    2.6.2 Organische Säuren

    Die vorherrschende Säure im Apfelsaft ist die L-Äpfelsäure. Abhängig von

    Sorte und Saison macht ihr Gehalt etwa 4/5 des Gesamtsäuregehaltes im Apfelsaft aus.

    D-Äpfelsäure stammt von zugesetzter DL-Äpfelsäure. Als weitere Säuren werden in

    der Literatur noch Citronensäure, Fumarsäure und Shikimisäure genannt [ASHRUST,

    1995].

    2.6.3 Aminosäuren und Proteine

    Generell spielen Proteine im Obst mengenmäßig eine untergeordnete Rolle.

    Der lösliche Proteingehalt im Apfelsaft ist sehr gering. Die in Wasser löslichen freien

    Aminosäuren machen einen Großteil der stickstoffhaltigen Verbindungen aus. Die

    artspezifische Zusammensetzung im Apfelsaft wird durch den überwiegenden Anteil an

    Asparagin bestimmt. Bei 80 % der gesamten freien Aminosäuren handelt es sich um

    Asparagin und Aspartat [SCHOBINGER, 2001].

  • 16

    2.6.4 Vitamine

    Obst gilt generell als eine wichtige Quelle für Ascorbinsäure. Letztere übt im

    Apfelsaft eine trubstabilisierende Wirkung aus [BIRUS, 2001]. Ascorbinsäure kann

    jedoch durch die Oxidation mit Polyphenolen mittels Polyphenoloxidase (PPO; EC

    1.14.18.1) vermindert werden [ASHRUST, 1995]. Der Gehalt kann in den einzelnen

    Sorten stark schwanken. Die Zugabe von L-Ascorbinsäure bringt nicht nur Vorteile für

    die Produktqualität und –stabilität, sondern auch für die antioxidative Kapazität des

    Apfelsaftes [RECHNER, 2001].

    In geringen Mengen sind im Apfelsaft ebenso B-Vitamine sowie Niacin,

    Pantothensäure und Folsäure enthalten [SCHOBINGER, 2001].

    2.6.5 Mineralstoffe und Spurenelemente

    Hierbei handelt es sich um die unverbrennbaren Bestandteile der Früchte

    (Asche). Sie liegen im Apfelsaft als gelöste Ionen vor. Mineralstoffe beeinflussen die

    Ladungsverhältnisse im Saft und damit auch das Gelingen der Schönung [BIRUS,

    2001]. Im Apfelsaft überwiegt Kalium vor anderen Mineralstoffen wie Calcium und

    Magnesium. In geringeren Konzentrationen findet man auch Natrium und Eisen vor

    [SCHOBINGER, 2001].

    2.7 Der Getränkemarkt - Die Bedeutung von Apfelsaft

    2.7.1 Der internationale Fruchtsaftmarkt

    Laut dem Verband der deutschen Fruchtsaft-Industrie ist Deutschland mit einem

    aktuellen Pro-Kopf-Verbrauch von 40,3 Litern Fruchtsaft und Fruchtnektar, davon

    entfallen 12,5 Liter auf Apfelsaft, im Jahr 2005 weltweiter Spitzenreiter im Konsum

    von Fruchtsäften und –nektaren. Im Vergleich dazu trinken die US-Amerikaner mit

    31,5 Litern und die Italiener mit 14,6 Litern deutlich weniger.

    Es liegen Schätzungen vor, dass der weltweite Pro-Kopf-Verbrauch von

    Fruchtsäften und -nektaren im Jahre 2008 sechs Litern pro Jahr entsprechen wird, was

    einer gesunkenen jährlichen Wachstumsrate von 4,2 % (zwischen 1999 bis 2005) auf

    2,8 % entspricht [CANADEAN, 2006].

  • 17

    2.7.2 Die weltweite Apfelsaftproduktion

    Die geschätzte Apfelsaftproduktion der wichtigsten Apfelsaft herstellenden

    Länder sank 2005/06 von 1,4 Mio. Tonnen im Vorjahr auf 1,3 Mio. Tonnen. Dadurch

    kommt es zu einer Unterbrechung des steigenden Trends der letzten Jahre. Als

    Hauptursache dafür wird die wegen Klimaschäden um 15 % gesunkene Apfel-

    Produktion in China, dem führenden Land der Apfelsaftproduktion, angegeben. Auch

    die amerikanische Apfelsaftproduktion geht weiterhin leicht zurück. Abb. 5

    verdeutlicht den Produktionsumfang der weltweit wichtigsten Apfelsaft herstellenden

    Länder [FAS/USDA, 2006].

    0

    100.000

    200.000

    300.000

    400.000

    500.000

    600.000

    Arg

    entin

    ien

    Chi

    le

    Chi

    naD

    eutsc

    hlan

    d

    Ung

    arn

    Italie

    nN

    euse

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    d

    Pole

    nSü

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    ika

    Span

    ien

    USA

    met

    risc

    he T

    onn

    en

    .

    Abb. 5: Weltweite Apfelsaftproduzenten 2005/06

    2.7.3 Der heimische Getränkemarkt

    Abb. 6 zeigt den Getränkekonsum der Österreicher im Jahre 2005. Insgesamt

    werden am heimischen Markt pro Kopf 69 Liter Fruchtsäfte, Nektare, stille Getränke

    und Fruchtgetränke getrunken.

  • 18

    162

    109

    10074

    72

    69

    6530

    Kaffee

    Bier

    Wasser

    Carbonated Soft Drinks

    Liquid Dairy Products

    Juice Nectar St ill drinks

    Tee - heiß

    Wein

    Abb. 6: Getränkekonsum (pro Kopf in Litern) in Österreich 2005 [Tetra Pack, 2006]

    Im Jahre 2005 wurde bei Fruchtsäften, Nektaren, Fruchtsaftgetränken und

    gespritzten Fruchtsäften eine Absatzsteigerung von 1,3 % verzeichnet werden. Dabei

    konnten Säfte 3,2 % und Fruchtsaftgetränke um 8,1 % zulegen. Rückgänge wurden bei

    Nektaren (-3,1 %) und bei gespritzten Säften (-2,3 %) beobachtet [VERBAND DER

    GETRÄNKEHERSTELLER ÖSTERREICH, 2006]. Insgesamt wurden 1.289.636 hl

    Fruchtsaft konsumiert, wovon 510.817 (=17 %) auf den Apfelsaft entfallen. Dadurch

    ergibt sich ein Pro-Kopf-Konsum von 6,4 Litern im Jahr. Der beliebteste Fruchtsaft der

    Österreicher bleibt der Orangensaft mit einem Marktanteil von 43 % [TETRA PACK,

    KREUTZER FISCHER & PARTNER, 2006].

  • 19

    3 Biologischer Landbau

    Der Leitgedanke des biologischen Landbaus ist das Wirtschaften im Einklang

    mit der Natur. Im Mittelpunkt steht der lebendige, gesunde Boden als Voraussetzung

    für gesunde Pflanzen, Tiere und für die daraus hergestellten Lebensmittel [BIO

    AUSTRIA, 2006].

    Seit dem Jahr 1983 verfügt Österreich über eine staatliche Regelung für den

    biologischen Landbau, die im Österreichischen Lebensmittelbuch (Codex Alimentarius

    Austriacus) in Kapitel A.8 veröffentlicht ist. Seit dem Beitritt Österreichs zur

    Europäischen Union stellt die EU-Verordnung 2092/91 „über den biologischen

    Landbau und die entsprechende Kennzeichnung der landwirtschaftlichen Erzeugnisse

    und Lebensmittel“ die rechtliche Grundlage sowie die Mindestanforderungen für den

    biologischen Landbau dar. Sie regelt die Herstellung, die Aufbereitung, den Import und

    die Kontrolle biologisch erzeugter Lebensmittel [VOGL et al., 2003].

    Zu den Grundprinzipien des biologischen Landbaues zählt zuerst die Erhaltung

    der Bodenfruchtbarkeit ohne chemisch-synthetische Düngemittel. Die

    Bodenfruchtbarkeit wird weiters durch eine vielseitige und ausgewogene Fruchtfolge

    unterstützt.

    Für den Anbau müssen Arten und Sorten verwendet werden, die dem Standort

    angepasst und möglichst widerstandsfähig sind. Es darf nur Saatgut verwendet werden,

    das gemäß den Richtlinien der biologischen Landwirtschaft erzeugt wurde.

    Um den Gesundheitsschutz der Pflanzen sicherzustellen, sind keine

    naturfremden, chemisch-synthetischen Pflanzenschutzmittel erlaubt. Sollte es zu großen

    Schäden durch Krankheit und Schädlingsbefall kommen, werden natürliche

    Pflanzenschutzmittel, wie z.B. Gesteinsmehle, Nützlinge oder Jauche eingesetzt.

    Weiters wurde ein Verbot der Verwendung von gentechnisch veränderten

    Organismen in der Biolandwirtschaft ausgesprochen.

    Ein strenges Kontrollsystem überwacht den Warenfluss von der bäuerlichen

    Urproduktion über die gewerbliche Verarbeitung bis hin zum Handel. Unabhängige,

    staatlich autorisierte und akkreditierte Kontrollstellen überprüfen die einzelnen Betriebe

    mindestens einmal im Jahr.

  • 20

    Erkennbar sind Bioprodukte für den Konsumenten durch die Kennzeichnung

    mit den Worten „aus (kontrollierter) biologischer/ökologischer Landwirtschaft“ oder

    „aus (kontrolliertem) biologischem/ökologischem Anbau/Landbau“ [BIO AUSTRIA,

    2006].

    Obwohl in der Europäischen Union nur etwa 4 % der gesamten

    landwirtschaftlich genutzten Fläche ökologisch bewirtschaftet werden, gewinnt der

    biologische Landbau zunehmend an Bedeutung [ROHNER-THIELEN, 2005]. Laut

    österreichischem Ernährungsbericht 2003 steigt die Nachfrage nach biologisch

    hergestellten Produkten stark an. Wichtige Motive dafür sind laut Konsument

    Geschmack, Umweltschutz und gesundheitsbewusste Ernährung. Biologische

    Pflanzenprodukte beinhalten üblicherweise weniger Pflanzenschutzmittel, jedoch kann

    bezogen auf den Nährstoffinhalt noch nicht behauptet werden, dass Bioprodukte

    gesünder sind als konventionell hergestellte Produkte [ELMADFA et al. 2003]. Der

    geschätzte Marktanteil für biologisch erzeugte Produkte für das Jahr 2025 liegt laut

    österreichischem Lebensministerium bei 5-10 % [LEBENSMINISTERIUM, 2005].

  • 21

    4 Phenole

    4.1 Allgemeines

    Polyphenole stellen die größte Gruppe der sekundären Pflanzenstoffe (SPS)

    bzw. Phytochemicals, dar, die anstatt der Primärprodukte Kohlenhydrate, Ballaststoffe,

    Fette und Proteine ausschließlich im Sekundärstoffwechsel der Pflanzen gebildet

    werden. Von den in der Natur vorkommenden 30.000 bekannten sekundären

    Pflanzenstoffen sind ungefähr 5.000-10.000 in der menschlichen Ernährung enthalten.

    Mit einer gemischten Kost werden täglich rund 1,5 g SPS aufgenommen [HAHN et al,

    2005].

    4.2 Klassifizierung der Phenole

    In der Natur kommen mindestens 8000 unterschiedliche phenolische Vertreter

    (ca. 3000 Flavonoide und ca. 5000 Nicht-Flavonoide) vor. Phenole bestehen aus einem

    aromatischen Ringsystem, an das direkt zumindest eine Hydroxy-Verbindung gebunden

    ist [EDER und WENDELIN, 2002]. Die einzelnen Substanzklassen unterscheiden sich

    durch die Zahl und Verteilung der Hydroxygruppen, die sowohl methyliert als auch

    glykosyliert vorliegen können. Weiters unterscheidet man zwischen monomeren

    Phenolen und polymeren Phenolen [HERMANN 1992; EDER, 1998]. Unter dem

    Begriff Polyphenole werden Verbindungen mit mindestens zwei phenolischen

    Hydroxygruppen im Mol zusammengefasst [EDER, 2006].

    Unter Berücksichtigung ihrer chemischen Struktur lassen sich Phenole grob in

    folgende Gruppen einteilen:

    • Flavonoide

    • Phenolcarbonsäuren (Nichtflavonoide)

    • Stilbene

    [NIKFARDJAM, 2002]

  • 22

    4.2.1 Flavonoide

    Mit mehr als 4000 Vertretern haben

    Flavonoide unter den Phenolen die größte

    Bedeutung in Pflanzen. Sie kommen

    hauptsächlich in den festen Bestandteilen der

    Früchte und weniger in Saft, Fruchtfleisch und

    Pulpe vor. Strukturell leiten sie sich vom

    Flavan (2-Phenyl-benzo-dihydropyran) ab, dessen 15 C-Atome in der

    charakteristischen C6-C3-C6-Konfiguration angeordnet sind (Abb. 7). Es handelt sich

    um sehr oxidationsanfällige Verbindungen mit herb-bitterem Geschmack.

    Aufgrund der vielfältigen Grundstrukturen ist eine weitere Unterteilung dieser

    Gruppe notwendig [EDER 2002; BELITZ und GROSCH, 1992].

    Auf die in Zitrusfrüchten enthaltenen Flavone und Flavanone wird in dieser

    Arbeit nicht näher eingegangen [ØYVIND, 2006].

    4.2.1.1 Flavan-3-ole

    Hierbei handelt es sich um farblose

    Verbindungen mit einer gesättigten Bindung

    zwischen dem C2 und C3 Atom (Abb. 8). Sie

    haben zwei asymmetrische Kohlenstoffatome,

    woraus sich vier mögliche Isomere ergeben. In

    der Natur kommen sie meistens frei, d.h. nicht

    glykosyliert bzw. verestert, vor. Man findet sie

    z.B. in Trauben (20-100 mg/kg), Äpfeln (10-20

    mg/kg) und Erdbeeren (2-5 mg/kg). Ihr

    adstringierender und bitterer Geschmack ist charakteristisch. Zu den wichtigsten

    Vertretern im Obst zählen vor allem (+)-Catechin, (-)-Epicatechin, (+)-Gallocatechin

    und (-)-Epigallocatechin. Flavan-3-ole bilden den Grundkörper der Proanthocyanidine

    [SPANOS und WROLSTAD, 1992; EDER, 1998].

    Abb. 7: Struktur Flavan

    Abb. 8: Struktur Flavan-3-ole

    OHO

    OH

    OH

    OH

    OH

    R

  • 23

    4.2.1.2 Flavan-3,4-diole

    Die auch als Leuko-

    anthocyanidine bekannten Flavan-3,4-

    diole sind farblose Substanzen, die beim

    Erhitzen im sauren Milieu rote

    Farbstoffe, die Anthocyanidine, bilden.

    Ihre Struktur ist in Abb. 9 abgebildet.

    Besondere Bedeutung wird ihnen als

    Vorstufen gewisser Proanthocyanidine

    zugeschrieben [EDER, 1998].

    4.2.1.3 Flavonole

    Flavonole kommen in der Pflanze

    hauptsächlich als Glykoside vor und sind

    farblose bzw. gelbe Verbindungen [VAN

    DER SLUIS, 2002]. Charakteristisch ist

    das Vorkommen einer ungesättigten

    Bindung zwischen dem C2 und C3 Atom

    (Abb. 10). Die Hauptvertreter in

    Früchten sind vor allem die Glykoside

    Kämpferol, Quercetin, Myricetin und

    Isorhamnetin [EDER und WENDELIN, 2002].

    OHO

    OH OH

    OH

    OH

    OH

    R

    Abb. 9: Struktur Flavan-3,4-diole

    OHO

    OH O

    R1

    OH

    OH

    R2

    Abb. 10: Struktur Flavonole

  • 24

    4.2.1.4 Anthocyane

    Die Stoffgruppe der Anthocyane

    lässt sich in die Anthocyanidine

    (Aglykone) und die Anthocyanine

    (Glykoside) unterteilen. Es handelt sich

    um rot bis blau gefärbte Farbstoffe mit

    einem C6-C3-C6-Ringsystem. Die

    Farbausprägung ist pH-Wert abhängig.

    In der Natur kommen vorwiegend

    Glykoside der Anthocyanidine (Abb.

    11), wie Pelargonidin, Cyanidin, Delphinidin und Malvidin, vor [WATZL, et al., 2002].

    Im Apfel findet man sie nur in der roten Schale [HERRMANN, 1992].

    4.2.1.5 Chalcone und Dihydrochalcone

    Hierbei handelt es sich um

    Phenole mit einem offenen Ringsystem.

    Strukturell zählen Chalcone und

    Dihydrochalcone (Abb. 12) zu den

    Flavonoiden [ØYVIND, 2006]. Die

    schwach gelb gefärbten Dihydrochalcone

    kommen nur selten in Früchten vor. Der Apfel bildet mit den Phloretinglukosiden

    Phloretin-2’-xyloglucosid und Phloridzin (Phloretin-2’-ß-glucosid) eine Ausnahme

    [WALD und GALENSA, 1989].

    4.2.2 Phenolcarbonsäuren (Nichtflavonoide)

    Bei den Phenolcarbonsäuren unterscheidet man zwischen Hydroxyzimtsäuren

    (HCA) und Hydroxybenzoesäuren (HBA) [WATZL und RECHKEMMER, 2001]. Es

    handelt sich um gut wasserlösliche Verbindungen, die vermehrt im Fruchtsaft auftreten.

    Aufgrund ihrer starken Oxidationsanfälligkeit zählen sie zu effizienten Antioxidantien

    [EDER und WENDELIN, 2002]. Abb. 13 führt die in Lebensmitteln am häufigsten

    vorkommenden Vertreter an.

    OHO

    OH

    R1

    OH

    OH

    R2

    +

    Abb. 11: Struktur Anthocyanidine

    Abb. 12: Struktur Dihydrochalcone

  • 25

    Hydroxyzimtsäuren Hydroxybenzoesäuren

    p-Cumarsäure R1 = H, R2 = H Gallussäure R1 = OH, R2 = OH

    Ferulasäure R1 = H, R2 = O CH3 Protocatechusäure R1 = OH, R2 = H

    Siapinsäure R1 = OCH3, R2 = O CH3 Syringasäure R1 = OCH3, R2 = OCH3

    Kaffeesäure R1 = H, R2 = OH Vanillinsäure R1 = OCH3, R2 = H

    Abb. 13: Die häufigsten in Lebensmitteln vorkommenden Hydroxyzimtsäuren und

    Hydroxybenzoesäuren

    Phenolcarbonsäuren liegen meistens verestert mit organischen Säuren oder

    Zuckern vor. Die veresterten Verbindungen haben veränderte chemische, physikalische

    und physiologische Eigenschaften, was sich letztendlich auch auf ihre Bioverfügbarkeit

    im menschlichen Organismus auswirkt. Da der Mensch keine Esterasen besitzt, können

    veresterte Hydroxyzimtsäuren im Dünndarm nicht absorbiert werden, weshalb eine

    Metabolisierung von Phenolcarbonsäureestern nur nach Hydrolyse durch Enzyme der

    Mikroflora im Dickdarm möglich ist [WATZL und RECHKEMMER, 2001].

    4.2.2.1 Hydroxyzimtsäure

    Als Grundkörper der Hydroxyzimtsäure-Verbindungen (C6-C3) findet man in

    Früchten großteils Kaffeesäure, p-Cumarsäure und weniger Ferulasäure vor. In der

    Pflanze liegen sie nicht in freier Form vor, sondern entstehen erst bei mechanischen

    Beanspruchungen durch Hydrolyse. In Früchten sind sie meistens mit D-Chinasäure,

    deren vier OH-Gruppen gute Verknüpfungsmöglichkeiten darstellen, oder Glucose

    verbunden [HERMANN, 1992]. Weiters unterscheidet man aufgrund der

    Doppelbindung zwischen zwei optisch aktiven Formen, der trans- und cis-HCA. Die

    Umwandlung erfolgt sehr leicht z.B. durch Licht, jedoch überwiegt die trans-Form.

    [EDER und WENDELIN, 2002]. Der bedeutendste Vertreter der Hydroxyzimtsäuren in

    Früchten ist die Chlorogensäure, die sich aus Kaffeesäure und Chinasäure

    zusammensetzt [WATZL und RECHKEMMER, 2001].

  • 26

    4.2.2.2 Hydroxybenzoesäure

    HBA-Verbindungen (C6-C1) kommen meistens als freie Säuren und im

    Vergleich zu HCA’s in viel geringeren Konzentrationen (

  • 27

    zusammensetzen. Ebenso findet man das trimere Procyanidin C1. Bei geringem

    Polymerisationsgrad sind sie farblos und haben einen bitteren Geschmack. Erst höher

    polymerisierte Verbindungen besitzen eine gelblich bis braune Farbe und einen

    charakteristisch adstringierenden Geschmack [HERRMANN, 1992]. Nicht oxidierte

    Procyanidine bilden Wasserstoffbindungen mit Proteinen, wodurch unlösliche

    Komplexe im Fruchtsaft entstehen [SPANOS et al, 1992].

    4.2.4.2 Hydrolysierbare Tannine

    Hydrolysierbare Tannine entstehen durch die Veresterung von Gallussäure

    und/oder Hexahydroxydiphensäure, der Vorstufe der Ellagsäure, mit Glucose. Sie

    können unter hydrolytischen Bedingungen abgebaut werden, wobei, wenn Gallussäure

    freigesetzt wird, Gallotannin entsteht. Wird Ellagsäure freigesetzt, entsteht Ellagtannin.

    Diese komplexen Polyphenole fehlen im Apfel, kommen jedoch im Baumgewebe und

    in einigen Früchten, wie z.B. Himbeeren und Brombeeren, vor [EDER und

    WENDELIN, 2002].

    4.3 Biosynthese von Polyphenolen

    Alle Precursoren der Polyphenole stammen aus dem Kohlenhydratstoffwechsel.

    Prinzipiell wird die Biosynthese aromatischer Verbindungen in der Pflanze in folgende

    drei Segmente aufgeteilt:

    • Shikimisäure-Segment: Produktion der Aminosäuren Phenylalanin, Tyrosin und

    Tryptophan

    • Phenylpropanoid-Segment: Synthese von Hydroxyzimtsäure-Derivaten sowie

    Vorstufen der Flavonoide und des Lignins

    • Flavonoid-Segment: Herstellung diverser Flavonoide

    Der Ablauf der Biosynthese von Polyphenolen ist in Abb. 15 schematisch

    dargestellt.

    Die Shikimisäure entsteht enzymatisch aus dem den Kohlenhydrat-Stoffwechsel

    stammenden Vorstufen Phosphoenolpyruvat und Erythrose-4-Phosphat. Über weitere

    Zwischenstufen entstehen Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan. Ausgehend von L-

    Phenylalanin entsteht durch das Schlüsselenzym Phenylalanin-Ammonium-Lyase

    (PAL; EC 4.3.1.5) Zimtsäure. Durch enzymatische Hydroxylierung bildet sich

  • 28

    anschließend p-Cumarsäure. Letztere kann durch fortschreitende Hydroxylierung und

    Methylierung in Kaffeesäure und Ferulasäure umgewandelt werden. PAL wird durch

    verschiedene Faktoren, meist Stressfaktoren, induziert. So wird das Enzym durch

    Phenylalanin, Ethylen, Hormone, Wundreiz und Licht aktiviert und durch phenolische

    Substrate gehemmt [PATZWAHL, 2002].

    Die an Coenzym A gebundene p-Cumarsäure (p-Cumarsäure-CoA) kann über eine

    durch die Chalcon-Synthase (EC 2.3.1.74) katalysierte Reaktion mit Malonyl-CoA zum

    Naringeninchalcon weiter reagieren. Dies stellt das C6-C3-C6 Grundgerüst aller

    Flavonoide dar. Nach Ringschluss durch die Chalcon-Isomerase (EC 5.5.1.6) ergibt

    sich das Naringenin, von dem sich die Flavone, Isoflavone und das Dihydrokämpferol

    ableiten. Durch Katalyse der Flavonol-Synthase (EC 1.14.11.23) kommt es zur

    Ausbildung der Doppelbildung zwischen C2-Atom und C3-Atom und somit zum

    Flavonol Kämpferol. Leucoanthocyanidine stammen aus der Reduktion der Ketogruppe

    durch die Dihydroflavonol-Reduktase (EC 1.1.1.219). Sie bilden die kurzlebigen

    Vorstufen der Anthocyanidinen und Flavan-3-ole. Wie die Synthese der Anthocyane,

    Flavan-3-olen und Proanthocyanidinen abläuft, ist noch nicht bis ins Detail geklärt. Es

    wird ein komplexes Zusammenspiel verschiedener Enzyme vermutet [FORKMANN,

    1993]. Durch die Entfernung eines Acetatrests nach Oxidation der Seitenkette der

    Hydroxyzimtsäuren werden in den Pflanzen aus Hydroxyzimtsäuren die

    entsprechenden Hydroxybenzeosäuren gebildet [RITTER, 1994].

  • 29

    Abb. 15: Biosyntheseweg der Pflanzenphenole [FORKMANN, 1993]

  • 30

    4.4 Funktion von Phenolen in der Pflanze

    Sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe erfüllen vielfältige Funktionen in der Pflanze.

    Da ihre Entstehung lichtabhängig ist, kommen sie vermehrt in den äußeren Geweben

    der Pflanzen vor.

    Gerbstoffe (Catechine, Tannine) haben vor allem Abwehrfunktion gegen

    Mikroorganismen, während Bitterstoffe die Pflanzen gegen Tierfraß schützen. Viele

    dieser Abwehrstoffe sind selbst für die Pflanze toxisch und werden daher in besonderen

    Kompartimenten isoliert. Es ist aber auch möglich, dass zuerst nur die weniger oder

    nicht toxischen Vorstufen gebildet werden, die bei Verletzung der Gewebe nach

    Kontakt mit den entsprechenden Enzymen in die toxische Form übergeführt werden.

    Weitere phenolische Verbindungen funktionieren als Duftstoffe und sind bedeutend für

    die Anlockung von Insekten zur Blütenbestäubung auf chemischem Weg. Viele

    beeinflussen auch den Geschmack und die Stabilität der Pflanze. Die Färbung der

    Blütenblätter durch Anthocyane und Flavone dient der optischen Anlockung.

    Schließlich gelten einige Phenole, Glykoside und Alkaloide als sogenannte

    allelopathische Verbindungen, die von den Pflanzen zur Unterdrückung anderer,

    artfremder Pflanzen in der näheren Umgebung ausgeschieden werden [HÄKKINNEN,

    2000; NULTSCH 2001].

    4.5 Gesundheitliche Bedeutung von Phenolen

    Sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe (SPS) zählen zu den sogenannten bioaktiven

    Substanzen, denen eine wichtige Rolle als gesundheitsfördernde Wirkstoffe

    zugeschrieben werden [ELMADFA und LEITZMANN, 2004].

    Im menschlichen Organismus können SPS sowohl gesundheitsfördernde als

    auch gesundheitsschädliche Auswirkungen haben. Noch vor einigen Jahren wurden

    SPS hauptsächlich als antinutritive Pflanzenstoffe bezeichnet, da einige Verbindungen

    die maximale Verwertung der Nährstoffe einschränken [HAHN et al., 2005].

    Heutzutage stehen die gesundheitlichen Vorteile im Mittelpunkt aller Forschungen.

    In Tab. 3 sind die vielfältigen Wirkungen der SPS angegeben.

  • 31

    Tab. 3: Wirkungen sekundärer Pflanzenstoffe [ELMADFA und LEITZMANN, 2004]

    • antioxidativ (hemmen Bildung freier Radikale)

    • antikanzerogen (senken Krebsrisiko)

    • immunmodulatorisch (stärken das Immunsystem)

    • antimikrobiell (schützen vor Infektionen)

    • antithrombotisch

    • entzündungshemmend

    • blutdurckregulierend

    • cholesterinspiegelsenkend

    • blutglucoseregulierend

    • verdauungsfördernd

    Die Gruppe der Polyphenole spielen eine wichtige Rolle beim