GC-MS Analytik sekundärer Stoffwechselprodukte unterschiedlicher Hefen aus Fermentationen von Theobroma cacao L.

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit war die Analyse von 69 aus Fermentationen von Theobroma cacao L. isolierten Hefestämmen (12 verschiedene Spezies) bezüglich der Bildung volatiler Aromakomponenten. Die Fermentationen der einzelnen Hefestämme erfolgten für 72 h in Kakaopulpe-Simulationsmedium (KPSM). Die Identifizierung und Quantifizierung der Substanzen wurde mittels HS-SPME-GC-MS gekoppelt an die Olfaktometrie durchgeführt. Insgesamt wurden 58 volatile Komponenten in den Proben der KPSM-Fermentationen identifiziert. Hauptprodukte waren Ethanol, 3-Methyl-1-butanol sowie einige Acetate- und Ethylester, wie Ethyl acetate, 3-Methyl-1-butanol acetate and Octanoic acid ethyl ester. Es konnten Unterschiede bezüglich der Zusammensetzung der volatilen Komponenten der einzelnen Hefestämme erkannt werden. Vor allem die Saccharomyces spp. bildeten mehr volatile Komponenten im Vergleich zu den Nicht-Saccharomyceten. Die Ergebnisse zeigten aber, dass nicht nur die Spezies, sondern auch der jeweilige Stamm einen Einfluss darauf hat. Durch die Analyse mittels Olfaktometrie konnte die Aromarelevanz einiger Substanzen für das Kakaoaroma bestätigt werden. Besonders Esterverbindungen, die niedrige Geruchsschwellenwerte aufweisen, wurden wahrgenommen und mit Attributen wie frisch, fruchtig und blumig beschrieben. Auch 3-Methyl-1-butanol wurde in allen Proben detektiert und wies süßliche, Kakao- und Schokoladennoten auf. Die agglomerative hierarchische Clusteranalyse war erfolgreich und bildete vier Gruppen. Es konnte eine Trennung von Saccharomyceten und Nicht-Saccharomyceten beobachtet werden.

In the present master thesis a total of 69 different yeast strains (12 different species), isolated from fermentations of Theobroma cacao L., were analyzed concerning their ability of forming volatile aroma compounds during fermentation. The lab-scale fermentations of single strains were conducted in cocoa pulp simulation media (CPSM) for 72 h. A HS-SPME-GC-MS method with olfactometry was applied for identification and quantification of volatile compounds. In total 58 compounds have been identified in the fermentations of CPSM. Main compounds identified were Ethanol, 3-Methyl-1-butanol and several acetate and ethyl esters, like Ethyl acetate, 3-Methyl-1-butanol acetate and Octanoic acid ethyl ester. Differences concerning the composition of volatiles amongst the yeast strains could be observed. Especially the Saccharomyces spp. formed more volatiles compared to the non-Saccharomyces species. However, the results show that not only the species, but the particular yeast strain has an influence on the composition of volatiles as well. With olfactometry the relevance of several compounds for the aroma profile of cocoa could be confirmed. Especially esters, which have low odour threshold values, have been identified and impart fresh, fruity and flowery notes, having a positive influence on cocoa aroma. 3-Methyl-1-butanol has been detected in all analyzed samples and imparts sweet, cocoa and chocolate notes. Clustering of the analyzed yeast strains with agglomerative hierarchical clustering (AHC) regarding the composition of volatiles was successful and four groups could be found. A separation of Saccharomyces spp. and non-Saccharomyces species could be observed.