Gaschromatograpisches Analysensystem gekoppelt mit einem Tandemmassenspektrometer
Final Report Abstract
Weltweit werden Basidiomyceten (Ständerpilze) als Nahrungsmittel geschätzt. Deren typisches Pilzaroma wird vor allem durch sogenannte C8-Aromen geprägt. Kultiviert werden Speisepilze traditionell auf festen Substraten. Um ein schnelles, reproduzierbares Wachstum unabhängig von klimatischen Einflüssen zu erreichen, kann bei biotechnologischen Fragestellungen die Anzucht in Form von Flüssigkulturen (Submerskulturen) erfolgen. Auf diese Weise wurden mit Hilfe von Shiitake biotechnologisch Aromastoffgemische (Pilzaroma) erzeugt und durch gezielte Optimierung des Nährmediums die Ausbeuten des Hauptaromastoffs Oct-1-en-3-ol signifikant gesteigert. Die Analyse und Prozesskontrolle wurde unter anderem mit Hilfe des beantragten Gerätes durchgeführt. Außer zur Generierung von typischen Pilzaromen können Basidiomyceten aufgrund ihres enormen biochemischen und biotechnologischen Potentials zur submersen Fermentation unterschiedlichster Substrate eingesetzt werden. Zum Beispiel wurde die Idee der traditionellen fermentativen Stoffbildung mit Hilfe von Hefen oder Bakterien auf Basidiomyceten übertragen. Verschiedene Rest- und Nebenstoffströme der Lebensmittelindustrie dienten den Pilzen in einem stickstoffhaltigen Minimalmedium als einzige Kohlenstoffquelle. Nach olfaktorischer Bewertung der Kulturen wurden die interessantesten Stamm/Substrat-Kombinationen ausgewählt und deren Aromaprofile unter Verwendung des Großgerätes analysiert. Die spezielle Fähigkeit des verbauten Tandemmassenspektrometers gezielt ausgewählte Massenübergänge zu detektieren wurde in automatisierten Screeningverfahren genutzt, die speziell für das beantragte Gerät entwickelt wurden. Dabei wurden geeignete Präkursoren Nährmedien zugesetzt und als Schrägagar direkt in Glasvials für die Kopfraumanalyse gegossen. Direkt in diesen Vials wurden Pilze auf einem Probengeber des Großgerätes kultiviert und automatisiert in definierten Zeitabständen auf die Genese der gesuchten Zielprodukte hin analysiert. So konnte zum Beispiel ein Pilz identifiziert werden, der die Fähigkeit besitzt, Zimtsäure zu reduzieren. In einem weiteren Forschungsprojekt wurden mit Speispilzen flüssige Lebensmittel und deren Prozessvorläufer fermentiert. Ziel war die Erzeugung eines neuartigen fermentierten, alkoholfreien Getränks. In regelmäßigen Zeitabständen wurden Proben entnommen und sensorisch evaluiert. Vor allem bei der Fermentation von Bierwürze produzierte Shiitake ein wohlschmeckendes Getränk, welches als fruchtig, leicht säuerlich und an Pflaume erinnernd beschrieben wurde. Durch Einsatz des bewilligten Großgerätes wurde nach Kopfraum-Festphasenmikroextraktion, gaschromatographischer Trennung und Detektion mittels Tandemmassenspektrometer parallel zu dem verbauten Olfaktometrie-Detektorport 2-Methylbuttersäuremethylester als Verbindung mit dem höchsten Aromawert identifiziert. Die dafür nötige Aromaverdünnungsanalyse und Quantifizierung der Aromastoffe mittels Standardadditionsmethode wurde ebenfalls mit Hilfe des Geräts durchgeführt und erstmals validiert. Durch weiterführende Untersuchungen unter Verwendung von stabilisotopenmarkierten Präkursoren wurde der zugrundeliegende Biosyntheseweg während der Fermentation aufgeklärt.
Publications
- Biotechnological production of norisoprenoid aroma compounds. Carotenoid Cleavage Products. Volume 1134. Edited by Winterhalter P, Ebeler SE. ACS Symposium Series; 2013:157–168
Schmidt K, Kunkel K, Szweda R, Portz A, Fraatz MA, Zorn H
(See online at https://doi.org/10.1021/bk-2013-1134.ch013) - Elucidation of the regio- and chemoselectivity of enzymatic allylic oxidations with Pleurotus sapidus– conversion of selected spirocyclic terpenoids and computational analysis. Beilstein Journal of Organic Chemistry 2013, 9:2233–2241
Weidmann V, Schaffrath M, Zorn H, Rehbein J, Maison W
(See online at https://doi.org/10.3762/bjoc.9.262) - Aroma profile of the mushroom Agrocybe aegerita. Current topics in flavor chemistry & biology. Edited by Hofmann T, Krautwurst D, Schieberle P. Freising: Deutsche Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie; 2014:422–425
Kleofas V, Heuger A, Fraatz MA, Rühl M, Zorn H
- Fruiting body production and aroma profile analysis of Agrocybe aegerita cultivated on different substrates. Natural Resources 2014, 05:233
Kleofas V, Sommer L, Fraatz MA, Zorn H, Rühl M
(See online at https://dx.doi.org/10.4236/nr.2014.56022) - Identification of potent odorants in a novel nonalcoholic beverage produced by fermentation of wort with shiitake (Lentinula edodes). J Agric Food Chem 2014, 62:4195–4203
Zhang Y, Fraatz MA, Horlamus F, Quitmann H, Zorn H
(See online at https://doi.org/10.1021/jf5005463) - Production of complex bioflavor blends by fermentation with basidiomycetes. Current topics in flavor chemistry & biology. Edited by Hofmann T, Krautwurst D, Schieberle P. Freising: Deutsche Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie; 2014:115–122
Fraatz MA, Bosse AK, Hallberg M, Kunkel K, Zhang Y, Zorn H
- Solvent-free screening techniques for the online analysis of odor-active compounds by means of HRGC/MS/MS/O. Current topics in flavor chemistry & biology. Edited by Hofmann T, Krautwurst D, Schieberle P. Freising: Deutsche Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie; 2014:391–394
Fraatz MA, Rost J, Zorn H
- Aroma characterization and safety assessment of a beverage fermented by Trametes versicolor. J Agric Food Chem 2015, 63:6915–6921
Zhang Y, Fraatz MA, Mueller J, Schmitz H-J, Birk F, Schrenk D, Zorn H
(See online at https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b02167) - Aroma profile of the anise-like odour mushroom Cortinarius odorifer. Flavour Fragr J 2015:1–6
Kleofas V, Popa F, Fraatz MA, Rühl M, Kost G, Zorn H
(See online at https://doi.org/10.1002/ffj.3250) - Quantification of key odor-active compounds of a novel nonalcoholic beverage produced by fermentation of wort by shiitake (Lentinula edodes) and aroma genesis studies. Food Res Int 2015, 70:23–30
Zhang Y, Hartung NM, Fraatz MA, Zorn H
(See online at https://doi.org/10.1016/j.foodres.2015.01.019)
