Die Nahrung: Jahrgang 21, Heft 7 [Reprint 2021 ed.] 9783112567388, 9783112567371

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HEFT 7 • 1977 . 21. JAHRGANG Seite 565 - 652

Von 1957 -1970 Herausgeber K. Täuielf Herausgegeben vom: Zentralinstitut für Ernährung in Potsdam-Rehb rücke der Akademie der Wissenschaften der DDR (Direktor: Prof. Dr. habil. H. Haenel) Herausgegeben unter Mitwirkung von: A. Bucko, Bratislava; H.-D. Cremer, Gießen; R. Engst, Potsdam-Rehbrücke; C. Franzke, Berlin; U. Freimuth, Dresden; B. Gaßmann, Potsdam-Rehbrücke; C. den Hartog, Wageningen; W. Heimann. Karlsruhe; D. Hützel, Bonn; J . Hollo, Budapest; J . Janicki, Poznaä; H.-A. Ketz, Potsdam-Rehbrücke; F. Kiermeier, Weihenstephan; J, HaSek, Prag; R. Noack, Potsdam-Hebbrücke; A. Popov, Sofia; H. Ruttlaff, Potsdam-Rehbrücke; H. Schmandke, PotsdamRehbrücke; J. C. Somogyi, RfisehUkon-Züiich; A. Szczygiel, Warschau; R. Taijän, Bndapest; T. Taiev» Sofia; L. Telegdy _Kovats, Budapest; W.Wodsak, Hamburg; M. Zobel, Potsdam-Rehbrücke. Chefredaktion: U. Behnke, iL Ulmann (Chefredakteur), J . Voigt

EVP 12,— M

NAHRUNG

32704

Mitarb eit er-Bedingungen 1. Es werden nur solche Arbeiten angenommen, die dem Inhalt nach wertvoll und nicht an anderer Stelle veröffentlicht worden sind. Die Manuskripte bitten wir in deutscher oder englischer Sprache in Original-Maschinenschrift (keine Durchschrift) einseitig und zweizeilig, mit 4 cm breitem Rand versehen, einzureichen. 2. Die Einsendung des Manuskriptes bitten wir an die Redaktion der Zeitschrift „Die Nahrung" vorzunehmen. Eingang und Annahme der Arbeit werden dem Autor schriftlich bestätigt. 3. Am Kopf der Arbeit ist die Institution anzugeben, aus der die Arbeit stammt. Danach folgt der Titel der Arbeit. Unter dem Titel ist der Name des Verfassers (mit Vornamen-Initial) ohne Berufsbezeichnung, akademischen Grad o. ä. anzugeben. Die vollständige Anschrift der Autoren mit Namen und Titel ist im Anschluß an die Literatur anzugehen. 4. An den Anfang der Arbeit ist eine Zusammenfassung zu stellen (maximal 25 Schreibmaschinenzeilen). Sie soll neben einer kurzen Problemstellung die wichtigsten Ergebnisse enthalten und über den Inhalt der Arbeit hinreichend informieren. Angaben, für deren Verständnis in der Arbeit nachgelesen werden muß (z. B. Abkürzungen, Literaturhinweise), sind zu unterlassen. Übersetzungen der Zusammenfassung in die russische, englische bzw. deutsche Sprache sind erwünscht und werden am Schluß der Arbeit (vor dem Literaturverzeichnis) gebracht. 5. Unbedingt erforderliche Abbildungen finden Aufnahme, wenn gut reproduzierbare Vorlagen eingesandt werden. Graphische Darstellungen und Formelbilder sind sorgfältig zu zeichnen. Die Bildunterschriften sind auf einem gesonderten Blatt beizufügen. Die doppelte Darstellung von Ergebnissen in Abbildungen und Tabellen ist zu vermeiden. 6. Literaturangaben sind am Schluß der Arbeit wie folgt aufzuführen: hei Büchern unter Angabe von Autor (mit Vorname-Initial), Titel, Verlag, Verlagsort und Erscheinungsjahr; bei Zeitschriften-Aufsätzen unter Angabe von Autor (mit Vorname-Initial), Zeitscliiiftentitel (Abkürzungen nach TGL 20969 „Zeitschriftenkurztitel", April 1969), Bandzahl (unterstrichen), Seitenzahlen (von—bis), Erscheinungsjahr (in Klammern). 7. Für Fachausdrücke gilt die c-Schreibweise (z. B. Calcium, Glucose, Coenzym A usw.). Für die übrige Rechtschreibung ist „Der Große Duden" maßgebend. Die Redaktion behält sich eine redaktionelle Überarbeitung • der angenommenen Manuskripte vor; größere Änderungen werden jedoch nur mit Einverständnis des Autors vorgenommen. Von jeder Originalarbeit erhält der Autor kostenlos bis zu 50 Stück Sonderdrucke geliefert. Ein Mehrbedarf wird berechnet. Es wird empfohlen, die Kosten vorher beim Verlag zu erfragen.

Zeitschrift „Die Nahrung" Herausgeber: Der Direktor des Zentralinstituts für Ernährung der Akademie der Wissenschaften der Deutschen Demokratischen Republik. Verlag: Akademie-Verlag, DDR-108 Berlin, Leipziger Str. 3 - 4 ; Fernruf 2236221; Telex-Nr. 114420; Postscheckkonto: Berlin 35021. Bank: Staatsbank der DDR, Kto.-Nr.: 6836-26-20712. Chefredaktion: Dr. Ulrich Behnke, Prof. Dr. Max Ulmann (Chefredakteur), Dr. Joachim Voigt. Anschrift der Redaktion: Zentralinstitut für Ernährung der Akademie der Wissenschaften der DDR, DDR-1505 Bergholz-Rehbrücke, Arthur-Scheunert-Allee 114/116. Veröffentlicht unter der Lizenznummer 1287 des Presseamtes beim Vorsitzenden des Ministerrates der Deutschen Demokratischen Republik. Gesamtberstellung: VEB Druckerei „Thomas Müntzer", DDR-582 Bad Langensalza. Erscheinungsweise: Die Zeitschrift „Die Nahrung" erscheint jährlich in einem Band mit 10 Heften. Bezugspreis je Heft 18, — M (Preis für die DDR: 12, — M); Bandpreis 180, — M zuzüglich Versandspesen (Preis für die D D R : 1 2 0 , - M ) . Bestellnummer dieses Heftes: 1054/21/7. Urheberrecht: Alle Rechte vorbehalten, insbesondere die der Übersetzung. Kein Teil dieser Zeitschrift darf in irgendeiner Form — durch Fotokopie, Mikrofilm oder irgend ein anderes Verfahren - ohne schriftliche Genehmigung des Verlages reproduziert werden. All rights reserved (including those of translations into foreign languages). No part of this issue may be reproduced in any form, by photoprint, microfilm or any other means, without written permission from the publishers. © 1977 by Akademie-Verlag Berlin. Printed in the German Democratic Republic. AN (EDV) 64 914

Die Nahrung Chemie, Biochemie, Mikrobiologie, Technologie, Ernährung 21. Jahrgang

1977

Heft 7

Professor Dr. rer. pol. habil. Dr. paed. h. c. Heinrich-Karl Gräfe "j* Am ig. April 1977 verstarb nach kurzer, schwerer Krankheit Prof. Dr. Dr. h. c. H.-K. GRÄFE im 73. Lebensjahr. Über viele Jahre war er als leitender Mitarbeiter und Direktor am Institut für Ernährung in Potsdam -Rehbrücke tätig.

Prof. GRÄFE hat mit Tatkraft, Ideenreichtum und organisatorischem Geschick Wesentliches zur wissenschaftlichen Gestaltung am Institut beigetragen. In unermüdlicher und erfolgreicher Tätigkeit hat er die Ernährungssoziologie zu einer Teildisziplin der Ernährungswissenschaft entwickelt und sie weit über die nationalen Grenzen hinaus bekannt gemacht. Über 200 Veröffentlichungen sind Zeugnis seines produktiven Schaffens. Neben wissenschaftlichen Grundlagen für die Volksernährung und den dazu notwendigen differenzierten Ernährungsempfehlungen hat er eine Vielzahl von Analysen zur Beurteilung der Ernährungssituation in verschiedenen Bevölkerungsgruppen der D D R durchgeführt und sie für Ernährungsplanung und Ernährungsaufklärung aus39

Die Nahrung, 21. J h g . , H e f t 7

566

Nachruf

gewertet. Vor allem sind hier Untersuchungen und Vorschläge für die Ernährung von Werktätigen mit unterschiedlicher Arbeitsschwere in Industriebetrieben, in Arbeiterfamilien, für Hochseefischer, für geistig Tätige, für Kinder im Vorschulalter, für Schüler und für Jugendliche zu nennen. Die Umsetzung ernährungswissenschaftlicher Erkenntnisse in die Praxis der Volksernährung lag ihm besonders am Herzen. E r förderte die Entwicklung der an Umfang und Bedeutung zunehmenden Gemeinschaftsverpflegung durch praktische Empfehlungen für die Kostgestaltung in Industriebetrieben, in Internaten, Ferienlagern sowie für den Gesamtbereich der Schülerspeisung. Seine Ernährungsbilanzen für Leistungssportler wurden Grundlage für eine sportartspezifische Versorgung. Mit seinen Arbeiten und Empfehlungen gab Prof. GRÄFE vielen staatlichen Gremien und gesellschaftlichen Institutionen wertvolle Unterstützung und leistete bedeutsame ernährungspolitische und gesundheitserzieherische Arbeit. Seine Leistungen haben vielfache nationale und internationale Anerkennung gefunden. E r wurde mit der Ehrennadel der Demokratischen Sportbewegung in Gold, mit dem Vaterländischen Verdienstorden, mit der Ehrendoktorwürde der Deutschen Hochschule für Körperkultur in Leipzig, mit der Wilhelm-Külz-Ehrennadel der LDPD, mit dem Ehrenzeichen der Deutschen Volkspolizei und mit der Ehrenmitgliedschaft der Gesellschaft für Ernährung in der DDR ausgezeichnet. Viele Jahre war er Mitherausgeber der Zeitschrift „Die Nahrung' 1 . Allen, die ihn kannten, wird er in ehrender Erinnerung bleiben. H . HAENEL M . MÖHR

Die Nahrung

21

7

1977

567-573

Biochemistry Department, F a c u l t y of Medicine, Cairo University, and Institute of Nutrition, K a s r El-Aini, Cairo, A R E g y p t

Determinations of pH, moisture, carbohydrates and ash of Egyptian buffalo meat Z. H . M. EL-KIRDASSY and A . M. ABDEL-GALIL

A t o t a l of 128 samples of E g y p t i a n buffalo m e a t was analysed for its p H value, moisture, carboh y d r a t e s and ash contents. Statistical analysis of the d a t a obtained shows significant difference at 0.01 level for moisture in relation t o sex and c u t (abdomen and thigh, respectively). There is also significant difference a t 0.05 level for moisture in d r y season in relation to sex and for ash in relation to cut. A t 0.1 level moisture shows a significant difference in relation to season, female in relation to season and green season in relation to sex. A s h also shows a significant difference a t 0.1 level in female in relation t o season.

Introduction

PH, water, carbohydrates and ash contents of animal tissue are of great importance from economical and nutritional point of view. The degree of change in pH of muscle tissue after death has profound effect on the physical properties of protein making up the fibrils. High pH causes the dark cutting of beef, but low pH causes the light red colour of beef cut. Bacterial growth has been found to be more vigorous on meat of high pH than on meat of low pH. Moisture content is an index of stability and quality and also is a measure of yield and quantity of food solids. Water is responsible for enzyme action and most of the water soluble vitamins present in it. So moisture content is of direct economic importance and depends primarily on the fat content. Meat contains adequate amount of carbohydrate as glycogen which is stored in the muscle. Ash is the inorganic constitutent remaining after incineration in the oven. Meat is considerably lower in ash content than fish. The biochemical analysis of Egyptian buffalo meat in different seasons and at different ages and sexes was not fully investigated and therefore it is worth from the nutritional and economical point of view to deal with this problem and clarify it. Material

and methods

Collection of samples Samples were collected as previously reported b y EL-KIRDASSY et al., (1977). Analytical methods Determination of pH values, i o g of homogenized m e a t are stirred in 50 ml distilled water, and the p H v a l u e of the suspension is measured. 39*

568

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SHIRLEY,

R. L.,

D . D . HERGRANE, F . PATTING, J . F . E A S L E Y ,

J. W.

CARPENTER

and

M.

KOGER,

J . Anim. Sei. 22, 3 9 3 - 3 9 5 (1963). S W E E T M A N , M . O., and I. M A C K E L L E R , Food Selection and Preparation. 4 th ed., p. 370—373, 484 . and 397. John Wiley and Sons, Inc. New York, London 1963. T U M A , H. J., R. I. H E N R I C K S O N , G. V. O D E L L and D. F. S T E P H E N S , J . Anim. Sei. 22, 354 — 357 (1969) Z E I G L E R , P., The Meat we eat. The Interstate Printers and Publishers, Donville, I , 1948. Prof. Dr.

Z. H . M. EL-KIRDASSY,

Eingegangen 23. 11. 1976

El-Taawen El-Ahram Str. Villa 26, Gizeh/Egypt, ARE

Die Nahrung

21

7

| 1977

575-581 •

Biochemistry Department, Faculty of Medicine, Cairo University, and Institute of Nutrition, Kasr El-Aim, Cairo, A R E g y p t

Protein, amino acid contents and protein efficiency, ratio of Egyptian buffalo meat under different biological conditions Z. H . M. EL-KIRDASSY and A. M. ABDEL-GALIL

T h e effect of age, sex, season and cut variations on the protein, amino acids contents and protein efficiency ratio (P.E.R.) of Egyptian Buffalo meat was studied in 128 samples. Statistical analysis for the data obtained showed significant difference at 0.01 level for protein in relation t o cut (abdomen and thigh, respectively), male in relation to season and dry season in relation t o sex. There is also significant difference at 0.05 level in case of green season in relation to sex. Protein shows a significant difference at 0.1 level due to sex variation. There is a difference in the amino acids content of young and old animals during dry season in both cuts. Y o u n g animals show higher values than old ones in most of the amino acids investigated. There is also an obvious difference in the amino acids during green season between male and female animals, and also between both cuts. P . E . R . of Egyptian Buffalo meat as 1 0 % protein level ranges between 3.02 and 2.35 according to seasonal, cut and age variations.

Introduction Meat is almost entirely composed of protein and it is high nutritional value. The protein which comprises the principal edible portions of animals, furnishes a large part of protein of the diet for many people in the world. The proportions of the various amino acids making up the protein, as well as the total amount of protein in meat, are factors of prime importance in the diet. The amino acid components of meat protein include all of those known to be essential to man so that the meat protein is classed among the complete protein of the diet. Protein supplies the materials from which our bodies are built; for this reason foodstuffs containing protein are called body-building foodstuffs. The second important function of protein is that of maintaining or repairing the tissues of the body (NICHOLIS, 1961).

Protein, amino acids contents and protein efficiency ratio (P.E.R.) of Egyptian buffalo meat were determined in this study and the effect of age, sex, season and cut variations on their levels were fully investigated.

Materials and methods Collection of samples Samples were collected as previously reported by EL-KIRDASSY et al. (1977) • Analytical methods Determination of Protein-. I t is determined according to PEARSON (1970).

576

El-Kirdassy/Abdel-Galil

Table i

Protein contents of abdomen and thigh cuts of Egyptian buffalo meat Thigh

Abdomen

Age

Young Old

Sex

Male Female

Season

C.C.

S.D.

Mean

[%]

Mean

S.D.

C.C.

[%]

17.76

1.29

0.68

1.20

4-39 3-92

20.22

17-36 18.11

19.88

0.92

0.90

5.00

20.19

0.68

17.40

0.58

3.82

19.91

0.77

3-37 4-65 3-36 3-89

Dry

17-93

1.04

5-77

20.22

I-I5

5-67

Green

17-57

0.96

5-46

19.86

1.12

5.62

S.D. = standard deviation; C.C. = correlation coefficient Table 2 F ,,t"-Test of the analytical results of Egyptian buffalo meat protein concerning the effect of sex, season, cut and interaction of sex and season Interaction of sex and season Sex

Protein

+

Season

Cut

male in relation to season

—

+++

+++

female in relation to season

green season in relation to sex

++ +

++

—

dry season in relation to sex

+ + + = o.oi ; + + = 0.05; + = 0 . 1 ; — = non-significant Table 3 P . E . R . of abdomen and thigh cuts of 1 0 % protein level in relation to age and seasons Abdomen Season

Dry Green

Age

Mean

S.D.

Thigh

«

C.C.

[%]

Mean

S.D.

C.C. [%] 331

Young

2.46

0.14

5-7°

3.02

0.12

Old

2.44

0.24

10.04

0.06

2.47

Young

2-55

251

0.17

6.17

2.84

O.II

3-52

Old

2-35

0.14

6.00

2.74

0.16

5-76

P . E . R . of 1 0 % casein as control Mean

S.D.

2.64

°-33

C.C.

[%]

12.57

S.D. = standard deviation; C.C. = correlation-coefficent a Determination of amino acids: Quantitative identification of the individual amino acids in meat hydrolyzate samples is followed according to the combined methods after White-head ( 1 9 6 4 ) and

Mansour

(1973).

Determination of P.E.R.-. I t is carried out according to Campbell ( 1 9 6 1 ) .

577

Egyptian buffalo meat

Table i in relation to age, sex, and season Thigh

Abdomen Season

Dry

Mean

S.D.

C.C. [%]

S.D.

Young Old

18.06

0.20 0.25

1.14

1.41

19.99 20.47

0.22 0.36

1.08 1.76

Male Female

18.54

0.87 0.42

4.68 2.40

20.64 19.82

0.77 0.85

4.28

0.36 0.24

2.06

17.68

20.45 19.28

0.26 0.25

1.27 1.30

17.69 17.46

0.94 0.74

19-74

0.58 0.70

2.94

Young Old Green

c.c. [%]

Mean

Male Female

1783 17-32 17-47

1-39 5-31 5-24

20.00

3-72

3-5°

Statistical analysis'. Statistical analysis is performed according to KEMPTHORNE (1962) to show the mean, standard deviation and correlation coefficient percent. ,,t"-Test is then calculated.

Results Statistical analysis of data obtained for protein and its ,,t"-Test is illustrated in Tables 1 and 2, respectively. P.E.R. values are shown in Table 3. The amino acids contents of various cuts, sex and ages are tabulated in Tables 4 and 5. Discussion Table 1 shows that the protein level in young animals is nearly the same as that of old animals in both cuts. Meat of males contains protein slightly higher than that of females in case of abdomen and thigh cuts. The protein contents of the abdomen cut in green and dry seasons are similar, while the thigh cut shows a slight increase in its protein content during dry season than that during green season. Young animals have an increased protein content during dry season as compared with that of old animals in case of abdomen cut but the reverse is found in case of the thigh cut. On the other hand, meat of male animals has protein content higher than that of females in both cuts during dry season. The protein content of the thigh cut is higher than that of the abdomen cut during green season, while there is no difference between both cuts with regard to sex. Table 2 shows that at 0.01 level there is a significant difference in protein content due to cut, male in relation to season and dry season in relation to sex and at 0.05 level a significant difference is indicated in green season in relation to sex. A t 0.1 level protein content shows significant difference due to sex. Our results agree with those of F o x et al. (i960) for the percent protein of beef raw and chicken which were 18.9 and 20.6%, respectively. SWEETMAN (1963) reported that the percent protein of beef round (medium fat) was 19.3, that of veal leg 20.3 and for lamb (hind leg) 18.0%. TUMA et al (1963) found that the protein content of Hereford cattle, killed when 6, 18, 42 and 90 months old, all females except those of 18 months old which were males was: 21.24, 2 I -55. 21.76 and 21.70% in the respective age groups.

EL-Kirdassy/ABDEL-GALIL

CO »n CO CO CO O Ol co C4 Ol co CO CO N CO

Leucine + Isoleucine

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0 O 00 Ol 00 00

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Tyrosine

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+

Arginine

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Valine, Methionine + Tryptophane

Leucinc + Isoleucine

Ol lO Tt" t^ O H -t-

Valine, Methionine + Tryptophane

CO o Ol 00 OM •4-

Phenylalanine

578

apsK d^exud^ Sia

U99IO

579

Egyptian buffalo meat

found that the protein content of Egyptian buffalo meat of thin flank and sirloin of veal, calves, bulls and steers of different ages were: for sirloin veal 1 8 . 0 2 , calves 6 months old 1 8 . 8 4 , hulls and steers 1 2 , 1 8 and 24 months old were: 2 1 . 6 6 , I 20 2 0 . 3 5 , 9-°4» -°5> 2 1 . 3 1 and 2 1 . 1 5 % , respectively. The corresponding results of thin flank were: veal 1 8 . 3 1 , calves 1 8 . 5 5 a n d bulls and steers 2 1 . 1 7 , 1 9 . 8 3 , 1 9 . 7 8 , 20.29, 2 0 . 1 2 and 1 9 . 8 5 % , respectively. LAVANTIN et al. (1972) reported that the protein content of Semitendinosus and Longissimus dorsi muscle of a trail with young bulls and bullocks from 12 to 18 months old has the same value. So it is not noticed that most of the results previously mentioned by several authors agree more or less with those reported in this work.

ABDEL MALIK (1964)

Protein

efficiency

ratio

(P.E.R.)

P.E.R. Egyptian buffalo meat is studied at 10% level of protein as this level is commonly used, CAMPBELL ( 1 9 6 1 ) . Casein at 1 0 % level is taken as control. Table 3 shows that during dry season abdomen cut of young and old animals have the same value of P.E.R., while the thigh cut of young animals shows higher P.E.R. value than that of old ones during the same season. During green season the P.E.R. of young and old animals is nearly the same in both cuts. NICHOLIS ( 1 9 6 1 ) showed that the P . E . R . of beef meat, liver and kidney were as follows: 3.2, 2.7 and 2.9, respectively. NICHOLIS' findings are in good agreement with our results. Amino

acids content of Egyptian

buffalo

meat

The amino acids content in mg/100 g in the thigh cut meat (Table 4) shows that there is a difference between young and old male animals. Young male meat in dry season contains higher values for cystine + cysteine, ornithine, lysine + histidine, arginine + aspartic acid, glycine, threonine + glutamine, alanine, tyrosine and valine + methionine + tryptophane, while phenylalanine, leucine + isoleucine are higher in old animals than that of young ones. Also young females possess higher values than old females during dry season in all the listed amino acids, except valine, methionine, tryptophane, leucine and isoleucine, where old animals show higher value than those of young ones. Considering the effect of green season on the amino acids content in Egyptian buffalo meat, we find that young males give amino acids value lower than that of old males except the values of lysine + histidine, threonine + glutamine, while tyrosine and phenylalanine are higher in young males than old ones. Young females show higher amino acids level than old females, but the reverse is true with regard to ornithine and glycine. Table 5 shows the amino acids level in Egyptian buffalo meat of the abdomen cut in relation to season, sex and age. Thus during dry season, young males have a higher amino acids content than old males with the exception of ornithine, arginino + aspartic acid, glycine, threonine + glutamine and phenylalanine, where old males give higher values than young ones. Young females meat show an elevated amino acids content as compared to old females with regard to 6 amino acids groups and the reverse is obtained in the remaining groups. In the latter which are cystine + cysteine.

580

EL-KIRDASSY/ABDEL-GALIL

ornithine, threonine + glutamine, alanine, valine -f- methionine + tryptophane and leucine + isoleucine, old females have higher values than young ones. During green season, young males show higher amino acids level than old males in 6 amino acids groups but 5 groups outline the reverse where their values are higher in old males than young ones. These amino acids groups are ornithine, arginine + aspartic acid, glycine, tyrosine and phenylalanine. The amino acids level of old females is higher than that of young ones in all the listed amino acids, except tyrosine, phenylalanine and leucine + isoleucine, where their values are higher in young females than in old ones. Slight variation can be seen in arginine -f- aspartic acid and alanine levels. According to D A V I D S O N (1963) the essential amino acids in the beef muscle were: isoleucine 332, leucine 515, lysine 540, phenylalanine 256, tyrosine 210, methionine 154 threonine 275, tryptophane 75 and valine 345 mg/g nitrogen. FERRANDO et al. (1963) analysed the amino acids content of beef muscles, tendonconnective tissue meal and found that they contained the following percentage: lysine 9-3. 3.5. cystine 0.9, 0.4, arginine 6.7, 3.9, methionino 3.2, 0.5 and tryptophane 1, 0.1 of total protein, respectively (g amino acid/16 g N). D Z A M I C (1969) reported that the buffalo meat tends to contain more histidine and proline but less leucine, phenylalanine and arginine than beef. F.A.O. (1970) gave the percent amino acids of beef meat as follow: isoleucine 852, leucine 1435, lysine 1573, methionine 478, cystine 226, phenylalanine 778, tyrosine 637, threonine 812, valine 887, arginine 1118, histidine 603, glycine 860, serine 713 and proline 608 mg/100 g and the total amino acids 17163 mg/100 g, while the percent protein in the samples analysed was 17.7%. The results obtained in our study agree with those listed by F.A.O. (1970) for beef meat. Zusammenfassung Z. H. M. EL-KIRDASSY und A. M. ABDEL-GALIL: Protein- und Aminosäuren-Gehalt sowie Proteinausnutzungsgrad von ägyptischem Büffelfleisch unter verschiedenen biologischen Bedingungen A n 128 Proben von ägyptischem Büffelfleisch wurde der Einfluß von Alter, Geschlecht, Jahreszeit und Probenart auf den Protein- und Aminosäurengehalt sowie auf den Proteinausnutzungsgrad (PER) untersucht. Statistische Analysen ergaben für Protein folgende signifikante Unterschiede: Mit 0,01 % Irrtumswahrscheinlichkeit (I. W.) in bezug auf die Probenart (Bauchfleisch bzw. Lende), für das männliche Geschlecht in bezug auf die Jahreszeit sowie für die trockene Jahreszeit in bezug auf das Geschlecht; mit 0,05% I. W. für die grüne Jahreszeit in bezug auf das Geschlecht; mit 0 , 1 % I. W. in bezug auf das Geschlecht. Bei den meisten Aminosäuren weist das Fleisch von jungen Tieren während der trockenen Jahreszeit in beiden geprüften Fleischproben höhere Werte auf. Es besteht ebenfalls ein deutlicher Unterschied im Aminosäurengehalt in der grünen Jahreszeit zwischen dem Fleisch männlicher und weiblicher Tiere und auch zwischen beiden Fleischproben. Die PER-Werte von ägyptischem Büffelfleisch bei 1 0 % Protein liegen zwischen 3,02 und 2,35 in Abhängigkeit von Jahreszeit, Probenart und Alter der Tiere.

Pe3K)Me 3 . X . M . 3 J I B - K H p a a c c H H A . M . A S N E J I B - T A J I M I B : Conep)KaHHe ö e j m a H aMHHOKMCJioT H CTeneHb yTHjmaauHH ßejiKa MHca erHneTCKHx SyüBOJioB npM pa3Jii«Hbix ÖHOJIOrHieCKHX yCJIOBHH

581

Egyptian buffalo meat H a

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Die Nahrung, 21. Jhg., Heft 7

Die Nahrung

21

7

1977

583-589

Institute of Marine Food Technology, Academy of Agriculture, Szczecin, Poland

Studies on Fish sausage Technology. Part I. Optimal conditions for comminuting process E . KOI.AKOWSKI, K . LACHOWICZ a n d Z.

SZYBOWICZ

The influence of comminuting process on the properties of emulsion and fish sausages ivas investigated in this work. Comminuting was performed on vacuum chopper-mixer FD-g. I t is determined, that the duration of comminuting process, temperature and vacuum were the factors most influencing the properties of emulsion and cooked fish sausages. The optimal conditions for comminuting process were obtained after 2.5 to 3 min and at a pressure of 2,0 to 2 . 5 • 10 4 N/m 2 . High interrelation between the physical and chemical properties of emulsion and ready product indicate the good usefulness of the applied analyses viscosity, elasticity, hardness for assessment of comminuting process. Basic problem in production of fish sausages is to obtain the proper consistency of product and binding of liquid phase (fat and water). Such difficulties are particularly obvious in production of sausages from fat and medium-fat fish (mackarel, herring, horse mackarel, sardine etc.), and from lean fish, which during refrigeration storage shows high denaturation of protein, e.g. Alasca Pollack. Such fish does not form sufficiently strong and resilient gel in sausages and their emulsions show very weak fat binding ability. I t seems, that the tissue fat as hydrophobe substance inhibits the rate of protein extraction from muscle fibre in comminuting process. After sometime of storage frequently occurring in fish processing, the proteins of lean fish show relatively rapid decrease of solubility. Therefore, after prolonged storage the lean fish is not capable to from the desired properties of emulsion [7]. Structural proteins are well known as basic emulgators and stabilizers in fish sausages [6, 9]. However, to participate in binding process of water and fat and to form adequately strong and resilient gel, the protein must be transferred into dissolved form [2, 3, 12]. The solubility of undenaturated structural proteins depends also on concentration of sodium chloride in emulsion. E . g. the proteins of Scomber scomber (L) are best soluble in concentrations above 3 % NaCl [7]. I t seems that, by increase of NaCl concentration the solubility of protein in emulsion should be activated. Unfortunately, this is not feasible in practice, because an addition of salt to fish sausage does not exceed 1.5% and owing to flavour, should mostly range between 1.2 and 1 . 4 % . Though the solubility of proteins in sausage emulsion is not high at such low NaCl concentrations an improvement of sausage emulsion properties can be obtained under optimum conditions of mechanical processes used in production. One of such important processes is the comminuting of meat. The purpose of it, apart of mincing and mixing of sausage components, is to extract the soluble proteins out of the fibres. The present study was undertaken to analyse an influence of comminuting on the properties of emulsion and fish sausages. Vacuum chopper-mixer and emulsifying automat on type F D - 9 of Seffelaar-Looyen were used for the experiment.

Material Experiments were carried out on headed and gutted hake delivered in frozen condition by freezing trawler type B - 1 8 of P P D i U R Odra in TO kg blocks (3 blocks in one carboard box). The period of fish storage from catching till experiment was 3 months at —27 °C. Fish blocks were thawed under spray 40»

584

KOLAKOWSKI/LACHOWICZ/SZYBOWICZ

of water ( + 1 2 °C) during a night to obtain fish inner temperature between o and — 2 °C. Then, the fish was passed through separator Selo-Bibun type D X - 1 6 [10]. The yield of mince was about 8 5 % in relation to gutted and headed fish. The recipe used was processed by team of scientists from the Institute of Marine Food Technology and introduced previously to production in P P D i U R Odra Swinoujsccie [6]. The ratio of compounds was as follows: separated meat water salt (NaCl) starch

58% 20% 1-2%

fat dry onion various spices

3% 5% 0.8%

2%

In part of experiment squid (Loligo loligo) preparates made according to patent No. P158155 [10] or frozen white of hen egg were used as emulsifying and stabilizing additives. Weight of each sample taken into chopper-mixer was 400 kg and the comminuting time varied from 0.5 to 5 min. The obtained emulsion was stuffed into 24 mm Krehalon-casings (Kureha Chemical Ind.) on vacuum filler type K S 590 at 1.33 • i o 3 N/m 2 . A f t e r the clipping, the sausages were cooked for 50 min at 85 °C ( + 1 °C) and cooled down with running water to obtain sausage internal temperature about 15 C C. Again, the sausages were placed in hot water for about 30 s for shrinkage of casing. For analysis the sausages were taken directly and after 2 days of storage. The maximum shelf-life of the sausages prepared according to a/m recipe, is about 2 weeks at + 4 to + 5 °C [11].

Methods The physico-chemical analysis was carried out in parallel with emulsion and sausage. I n emulsion determined: — the content of soluble proteins, which were transferred into 2.5% NaCl solution during short time of homogenization. The usefulness of this index for analysing the properties of emulsion, was subject of a previous work [8] ; — temperature of emulsion b y temperature-sensitive resistor type P C - n with accuracy of J; 0,5 °C; — dynamic viscosity b y rotodynamic viscosimeter Rheotest 2 of G D R at shear rate Dr = 48.6 s _ 1 at sample constant temperature of 10 °C. In sausages determined : — elasticity according to the method of LACHOWICZ et al. [13] ; — texture b y penetrometer method using L P - U Z type apparatus (USSR).

Results

The relation between comminuting time and emulsion temperature measured directly starting at the chopper-mixer is shown on Fig. 1. Starting point of each curve indicates the mean temperature of mixture calculated from temperature of components with respect to their proportions. The data show that the course of temperature curves depends considerably on initial temperature of the mixture (totals of particular temperatures divided by total mass of charge). The main influence on temperature increase occurred after passing of initially comminuted mass through a set of sieves and knives, as second stage of comminuting, which is essential for obtaining the finely comminuted emulsion. A t higher temperatures of mixture, the rate of temperature increase during the first stage of comminuting (up to 1.5 min) is higher. At average mass temperature about 7.5 °C, the critical temperature is reached after about 1 min of comminuting (curve I), while at mixture mean temperature of 1.5 °C after about 5 min of comminuting (curve IV). Assuming the maximum comminuting time to be about 3 min, the mean mass temperature should be maintained below + 4 °C. On the other hand, if the temperature of

0

2

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Comminuting timefmin]

Fig. x

2

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Comminuting time [min]

Fig. 2

Fig. i . Relation between mean temperature of component mixture and temperature of fish sausage emulsion during comminuting time. Mean temperature of component mixture I 7.5; I I 4 . 1 ; I I I 3.0; I V 1.6 °C Fig. 2. Relation between content of 2 % NaCl soluble protein in fish sausage emulsion and comminuting time. A 2 — model system A 3 — sausage 'emulsion with egg-white A 4 — sausage emulsion with squid preparate A 5 — sausage emulsion without protein preparate

outgoing emulsion from choppermixer will not exceed + 1 0 °C, the mean mass temperature should be below 1.5 °C. In conclusion, for required temperature of emulsion, it is necessary to keep low temperature of mass. This can be obtained b y : — uncomplete thawing of main raw materials stored in frozen condition : fish before separation, squid preparate, egg white, etc. ; — substitution of water b y flaked ice; — cooling-down of the remaining components before placing in chopper-mixer ; — shortening the comminuting time to necessary minimum. Such problems do not occur if the raw material used for sausage production is a fish mince or de-skinned fillets are taken for processing without thawing. Respective investigations are subject of the other work prepared for publication. Fig. 2 shows the effect of comminuting time on content of protein dissolved in emulsion. It is apparent that the highest increasing rate of dissolved protein in emulsion is during the initial comminuting time up to about 1.5 min. The changes are slightly different for comminuted meat in model system with an addition of salt and water (curve A2 — model system) than for sausage emulsion (curves A3, A4). Maxi-

586

KOLAKOWSKI/LACHOWICZ/SZYBOWICZ

mum content of proteins dissolved in model emulsion was noted already after 2 min of comminuting, while in sausage type emulsion with egg-white additive (A3) after 3.5 min of comminuting. The sausage emulsions with addition of squid preparate (A4) reached very high increase of dissolved protein content at the beginning of comminuting (up to 1 min), similar to the model system (A2) The content of protein dissolved in 2% NaCl was 8.2% in emulsion with squid preparate additive, while in sausage emulsion with egg-white only 5 % after 1 min of comminuting. It proves that an addition of squid preparate favourably increases the content of proteins dissolved in sausage emulsion, and no long comminuting time is required to obtain the considerably high content of protein dissolved in 2% NaCl solution.

2 Comminuting

i time [min]

Fig- 3Influence of comminuting time on consistency of cooked fish sausage. Illustration as Fig. 2.

0

2

i Comminuting

6 iime[min]

Fig. 4. Influence of comminuting time on elasticity of cooked fish sausage. Illustration as Fig. 2.

Figs. 3 and 4 present the influence of comminuting time on texture and elasticity of sausages respectively. The best texture show the sausages from emulsion prepared after 2.5—3 min of comminuting. Maximum elasticity was attained at 2—4 min of comminuting depending on composition of sausage emulsion. For model system emulsion (A2), containing 96.3% of separated meat + 12.5% water + 1.2% NaCl, and for sausages free of any protein preparate (A5), the maximum elasticity was between 2nd and 3rd minute of comminuting, while for sausages with addition of egg-white (A3), between 3rd and 4th minute. However the highest elasticity show the sausages prepared from emulsion with squid preparate addition after 4 min of comminuting. An influence of vacuum on rheological properties of emulsion and ready product was also analysed in this work. It was noted that comminuting time longer than 3.5—4 min affected the elasticity of sausage in all cases. The main purpose of it was to determine the usefulness of vacuum on improvement of emulsion properties. The vacuum also favourably influences the elasticity of sausages (Fig. 5). The highest elasticity show the sausages prepared at a pressure of about 2 • io 4 N/m2 what

Fish sausage technology

was particularly clear for comminuting able influence of vacuum on effect of pressures between inner and outer part are more easely comminuted under the

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3.5 and 4 min. It is assumed that the favourcomminuting results from the difference of of muscle fibres, which under such conditions operation of chopper knives.

Fig. 5. Influence of vacuum during comminuting at different times on viscosity of fish sausage emulsions (values at curves indicate comminuting time in min).

Discussion Investigations on optimal conditions for comminuting process were subject of several studies [1, 4, 5, 14] with respect to animal meat. The results obtained show that the use of optimal comminuting conditions permits to improve the required properties of emulsion and fish sausages. Highest effect on quality of emulsion and cooked sausages had such factors as comminuting time and vacuum. The best properties of emulsion were obtained after 2.5 to 3.5 min of comminuting. The sausages produced of such emulsion showed good binding of liquid fraction and high elasticity. When comminuting in FD-g equipment, the temperature of emulsion is increasing very fast, particularly, when the mass has not been substantially cooled down. This may lead to an excess of critical emulsion, which, depending on species and quality of used fish and composition of the remaining additives, should range within 15.5 to 20 °C [6]. To avoid an excessive rise of emulsion temperature during the comminuting, the components taken for processing should be sufficiently cooled down. If the mean temperature of mass is not above + 1 . 5 °C, the temperature of emulsion will not exceed + 1 0 °C during the optimum comminuting time (3 min). This shows that such simple methods based on addition of flaked ice instead of water and on use of frozen material are most highly recommended in fish sausage production. This results from the fact, that fish raw material, inspite of relatively high content of protein, contains not much of such protein, which is being dissolved and transferred to liquid phase during rather short time of comminuting process [6]. It is well known that the protein

588

KOI.AKOWSKI/LACHOWICZ/SZYBOWICZ

dissolving during the comminuting is the basic emulgator of sausage emulsion [2, 3, 12]. Unexpected to a certain extent was distinct effect of vacuum on physical properties of emulsion. As no references to such effect have been encountered up to now in literature, the experiments were carried out several times to make sure that the results obtained are justified. It was ascertained that an application of vacuum in choppermixer during the comminuting of fish meat with the additives has a clear effect on increase of emulsion viscosity. This probably results from better extraction of proteins under vacuum conditions, because any rapid decrease of pressure on outside of myo-

pressure[N/m'J

Fig. 6. Influence of vacuum during comminuting process on elasticity of cooked fish sausage (values at curves indicate comminuting time in min).

fibrils expands them, permitting better penetration of NaCl solution to their interior. The highest dynamic viscosity of emulsion was obtained at a pressure of about 2 • i o 4 N/m 2 regardless of comminuting time (Fig. 6). It is not understood w h y further increase of vacuum caused certain decrease of emulsion viscosity. Possible that a rapid removal of vacuum after comminuting may influence the internal structure of emulsion and its outer compactness. On the other hand, too high vacuum m a y cause excessive dispersion of fat during chopping and mixing of meat, making the extraction of protein more difficult. High relation between the physical and chemical indexes of emulsion properties and the quality of sausage was shown. This proves that such indexes may be very useful when determining the optimum comminuting conditions of the specified mixture in used equipment. It was shown that in parallel to de-airing of emulsion vacuum influences an increase of emulsion viscosity, resulting probably from better extraction of myofibrilar protein. The highest viscosity show the emulsion prepared at a pressure from 1.5 to 3.0 • i o 4 N/ m 2 (Fig. 6). Zusammenfassung E . K01.AK0WSKI, K . LACHOWICZ u n d Z . SZYBOWICZ : U n t e r s u c h u n g e n z u r T e c h n o l o g i e d e r H e r s t e l l u n g

von Fischwurst. 1. Mitt. Optimale Bedingungen für den Zerkleinerungsprozeß Es wurde der Einfluß des Zerkleinerungsprozesses auf die Eigenschaften der Fischwurst-Emulsion und der Fischwurst untersucht. Das Zerkleinern erfolgte im Vakuum-chopper-mixer FD. g. Es wurde festgestellt, daß die Dauer des Zerkleinerungsprozesses, die Temperatur und das angelegte Vakuum die Faktoren sind, die die Eigenschaften der Emulsion der gekochten Fischwurst am stärksten beeinflussen. Die optimalen Bedingungen für den Zerkleinerungsprozeß liegen bei 2,5 bis 3 min bei einem Druck von 2,0 bis 2,5 • io 4 N/m2. Die enge Korrelation zwischen den physikalischen und chemischen

Fish sausage technology

589

Eigenschaften von Emulsion und Fertigprodukt zeigen die gute Eignung der Bestimmung von Viskosität, Elastizität und Härte zur Beurteilung des Zerkleinerungsprozesses. Pe3iOMe E. KojiaKOBCKH, K. J l a x o B M i H 3. np0M3B0HCTBa pbiÖHoft KOJiSacbi. Cooöm. H3MeJIb«ieHHH

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266—269

(i97i)and H . R E E D E , Fleischwirtschaft 5 2 , 3 3 1 — 3 3 6 ( 1 9 7 2 ) . Fleischwirtschaft.53, 7 3 — 8 1 ( 1 9 7 3 ) . [ 4 ] H A N S E N , L . J . , Food Technol. 1 4 , 5 6 5 ( I 9 6 0 ) . [ 5 ] H E L M E R , R . L., and R . L. S A F F L E , Food Technol. 17, r 1 5 — 1 1 7 ( 1 9 6 3 ) . [6] KOLAKOWSKI, E., et al., Technologia przetworöw farszöw rybnych. (Technology of products from minced-meat fish) Praha wykonana na zlecenie P P D i U R O D R A w Swinoujsciu Szczecin 1975[ 7 ] K O L A K O W S K I , E . , and Z . S Z Y B O W I C Z , Przemysl Spozywczy 3 , 6 7 ( 1 9 7 6 ) . [ 8 ] K O L A K O W S K I , E., Z. S Z Y B O W I C Z and W. R A C Z E K , Nahrung 2 1 , 4 8 5 ( 1 9 7 7 ) . [ 9 ] K O L A K O W S K I , E . , K . L A C H O W I C Z and Z . S Z Y B O W I C Z . In Press. [ 1 0 ] K O L A K O W S K I , E., L. K A M I N S K I , Z. S Z Y B O W I C Z and M. S A L A C K I , Patent No. P 1 5 8 1 5 5 . [ 1 1 ] K O L A K O W S K I , E . , A . P R O T A S O W I C K A , K . L A C H O W I C Z , M . P O Z O R S K A , Poröwnanie aktywnosci konserwuj acej kwasu sorbowego i sorbinianu sodu w parzonych kielbasach rybnych skiadowanych w temp, powyzej o °C. (The effect of sorbic acid and natrium sorbate on the shelf-life of fish sausages). In press. [ 1 2 ] K O T T E R , L . , and A . F I S H E R , Fleischwirtschaft 5 5 , 3 6 5 — 3 6 8 ( 1 9 7 5 ) . [ 1 3 ] L A C H O W I C Z , K., and E . K O L A K O W S K I , Adaptacja aparatu Graf-Kaufmana do pomiaru elastycznosci kielbas rybnych. (Adaptation of Graf-Kaufman's apparatus for measuring the elasticity of fish sausages). In press. [ 1 4 ] T O W N S E N D , W. E., S . A . A C K E R M A N , L . P . W I T N A U E R , W. E. P A L M , and C. E. S W I F T , J . Food [2] HAMM, R . , [3] HAMM, R . ,

Sei. 36, 2 6 1 — 2 6 5 ,

1971.

Doz. Dr. E . K O L A K O W S K I , K . L A C H O W I C Z and Z . S Z Y B O W I C Z , Academy of Agriculture, Institute of Marine Food Technology, Kazimierza Krölewicza 3 , 7 0 - 5 5 0 Szczecin, V R Polen Eingegangen 26. 1 1 . 1976

Die Nahrung

21

7

1977

591-597

Sektion Chemie der Technischen Universität Dresden, Wissenschaftsbereich Lebensmittelchemie und technische Biochemie (Leiter: Prof. Dr. U. FREIMUTH)

Zur Bildung flüchtiger Stoffe bei der MAiLLARD-Reaktion1 I. LUDWIG, K . BÖTTGER u n d U .

FREIMUTH

Untersuchungen der bei der MAiLLARD-Reaktion von Casein und Lactose entstehenden flüchtigen Stoffe ergaben, daß Einzelheiten der Vorbehandlung des Reaktionsgemisches (Mischen, Lyophilisation) einen wesentlichen Einfluß auf dieReaktion ausüben. Aus den relativen Verhältnissen der gaschromatographisch ermittelten Peaks ließ sich für alle Präparate außerdem eine deutliche Abhängigkeit von der Erhitzung erkennen. Ergänzende Bestimmungen des Farbindex durch Reflexionsmessungen sowie sensorische Befunde stimmten hiermit überein. Wegen ihrer großen Bedeutung für die Qualität von Lebensmitteln ist die MAiLLARD-Reaktion seit ihrer Entdeckung 1912 überaus häufig studiert und zusammenfassend beschrieben worden [1 — 5]. Sowohl die Bildung der dunkelbraunen Reaktionsprodukte [6—9] wie etwa die Entstehung von Allergenen [10, 11] wurden eingehend untersucht. Der Einfluß des Wassergehaltes auf den Reaktionsablauf h a t seit den grundlegenden Modellversuchen von LEA U. a. [6] gebührende Berücksichtigung gefunden. So liegen auch über die in Milchpulver erfolgende Reaktion zahlreiche Arbeiten vor, d a beim Trocknen oder bei der Lagerung des Milchpulvers durch die Gegenwart der reduzierenden Lactose in hoher Konzentration die Bräunungsreaktion begünstigt wird [6, 7, 12, 13]. D a ß dabei auch mehrere flüchtige Substanzen entstehen, die für das Aroma des Endproduktes wichtig sind, wurde schon vor etwa 20 Jahren festgestellt [14—16] und in Modellversuchen von verschiedenen Autoren studiert [17—22]. I m Rahmen anderer Untersuchungen [12, 13] zeigte sich, daß in solchen Modellversuchen die A r t der Vorbehandlung von wesentlichem Einfluß ist. D a die entstehenden flüchtigen Verbindungen mindestens als ebenso signifikant für Unterschiede im Reaktionsablauf angesehen werden können wie die auftretende Braunfärbung, sollen die Ergebnisse dieser orientierenden Untersuchungen hier vorgelegt werden. E s erschien dabei ausreichend, relative Verschiedenheiten gaschromatographisch zu ermitteln, ohne eine Identifizierung der auftretenden Stoffe anzustreben. Weil der Verbraucher die Qualität eines Lebensmittels im wesentlichen nach dessen Aussehen, Aroma und Geschmack beurteilt, kommt methodischen Einzelheiten im Ablauf der MAiLLARD-Reaktion sicherlich auch für die Aufklärung der Aromabildung Bedeutung zu. Bei der Herstellung von Lebensmitteln entstehende Aromastoffe reichert man im allgemeinen durch Lösungsmittelextraktion an und untersucht sie dann gaschromatographisch oder dünnschichtchromatographisch. Als ein weiteres geeignetes Verfahren zur Charakterisierung der flüchtigen Stoffe h a t sich die Headspace-Technik der Gaschromatographie [26, 27] erwiesen. Obwohl der Kopfraum nicht die realen Mengenverhältnisse der vorhandenen Aromakomponenten widerspiegelt, werden Headspace-Untersuchungen auf Grund ihrer einfachen Durchführbarkeit besonders dann bevorzugt, wenn Prozesse der Aromabildung über längere Zeit bei verschiedenen Bedingungen verfolgt werden sollen [25, 26]. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der dünnschicht- und gaschromatographischen Erfassung v o n flüchtigen Stoffen in erhitzten Casein-Lactose-Mischungen, wobei die Bestimmung des Reflexionswertes und sensorische Prüfungen die analytischen Aussagen ergänzen sollten. Die in Milch und Milchpulyer nach Erhitzugsprozessen gebildeten Aromastoffe sind seit langem Gegenstand von 1

Unter Verwendung von Ergebnissen der Diplomarbeiten von P . WEIGERT, C. BENAD und M.

GEDATKE, T U D r e s d e n , 1974, 1 9 7 5

592

LUDWIG/BÖTTGER/F REIMUTH

Untersuchungen [14 — 16]. Umfassende Arbeiten über die nach Lagerung oder Erhitzung entstandenen flüchtigen Stoffe liegen insbesondere von RAMSHAW U. a. [17] und von FERRETTI U. a. [18 — 22] vor. Während sich die gaschromatographischen Untersuchungen in der vorliegenden Arbeit auf die Headspace-Technik stützen, erfolgten die dünnschichtchromatographischen Untersuchungen am Pentanextrakt und beschränken sich auf die Gruppe der Carbonylverbindungen.

Material

und

Methoden

Für die Herstellung der Modellgemische diente technisches Säurecasein, das nach Vermahlung und Siebung mit Methylenchlorid entfettet worden war. Die Untersuchung erfolgte an 3 auf verschiedene Weise gewonnenen Casein-Lactose-Präparaten: Zur Herstellung der „trockenen" Mischungen wurde das Casein mit Lactosemonohydrat (DAB VII) im Molverhältnis von 1170 entsprechend etwa 5 Mole Lactose pro 1 freie Aminogruppe [13, 27] gemischt und auf einen Wassergehalt von ca. 10% eingestellt. Andererseits wurde das bei pH 6,4 gequollene Casein mit einer wäßrigen Lactoselösung (gleiches molares Mengenverhältnis wie beim Trockenpräparat) gemischt und anschließend auf 2 Arten gefriergetrocknet. Ein Teil des Gemisches wurde in der Laborgefriertrocknungsanlage des V E B Schott, ein anderer in einer Industrieanlage von V E B Hochvakuum Dresden lyophilisiert 2 . Dieses letztere Präparat zeichnete sich durch einen extrem niedrigen Feuchtigkeitsgehalt von 1,3 — 2,1% gegenüber 9.7% bei den anderen Gemischen aus. Vor dem Erhitzungsprozeß erfolgte in jedem Präparat die Einstellung des Wassergehaltes auf etwa 10% [12, 13]. Die MAILLARD-Reaktion wurde für alle Präparate in Ampullen von 30 ml Inhalt unter Reinstickstoff nach einem Temperatur-Zeit-Programm durchgeführt, das aus Tab. 2 ersichtlich ist. Für die dünnschichtchromatographischen Untersuchungen wurde der nach 36-stündiger Extraktion mit carbonylfreiem Pentan erhaltene Extrakt vorsichtig eingeengt [28, 29J, entsäuert und getrocknet. Nach der Fällung der Carbonylverbindungen mit 2,4-Dinitrophenylhydrazin in schwefelsaurer Lösung erfolgte eine präparative Vortrennung mittels Keilstreifentechnik nach dem dünnschichtchromatographischen Verfahren von DHONT U. a. [30]. Die erhaltenen Flecken wurden zu 6 Fraktionen zusammengefaßt, getrennt eluiert und an Kieselgur-G-2-Phenoxyäthanol [31] rechromatographiert. Für ergänzende Identifizierungsversuche zogen wir weitere Chromatographiesysteme (Aluminiumoxid [31, 32], Aluminiumoxid-Paraffinöl-getränkt, zweidimensional [32] und KieselgurG-2-Phenoxyäthanol [31]) heran. Die gaschromatographischen Headspace-Untersuchungen erfolgten an Gasproben der abgekühlten Ampullen. Sie wurden im Gaschromatographen Typ 18.3 des V E B Chromatron mit Flammenionisationsdetektor an 2 Trennsäulen (3 m x 4 mm) mit den folgenden Trennsystemen vorgenommen: Äthylenglykoladipinsäurepolyester20% (EGA) und Äthylenglykolbispropionitriläther 15% (EGBPE) jeweils auf vorbehandeltem Diaphorit [33]. Als Trägergas diente Reinstickstoff mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 1/h. Die Temperatursteigerung war bei der 1. Säule von 50—175 (°C mit 8 °C pro min und bei der 2. Säule von 50—95 °C mit 4 °C pro min programmiert. Die Reflexion wurde mit dem Leukometer des V E B CARL ZEISS gegen das Bezugsnormal Nr. 2302 gemessen, das eine Absolutmessung des Reflexionsgrades, bezogen auf MgO = 97,5%, gestattet. Aus den Reflexionswerten für weißes und blaues Licht berechneten wir einen Farbindex, der den Grau- und Gelbanteil der Proben berücksichtigt [30]. (RW-RB)- 100 5 •fi-W J?W = Reflexion für weiße Strahlung [%] I?B = Reflexion für blaue Strahlung [%] Bezugsstandard Nr. 2302: i?w = 63,9% i?B = 67,1% Farbindex = (100 i?vv) H

Die sensorische Bewertung erfolgte nach einem Punktebewertungsschema in Kombination mit beschreibender Prüfung durch 4—8 unterwiesene Prüfer. 2 Dem V E B Arzneimittelwerk Dresden sei an dieser Stelle herzlichst für die Durchführung der Gefriertrocknung gedankt.

593

MAILLARD-Reaktion

Ergebnisse und

Diskussion

Als Material für die dünnschichtchromatographischen Untersuchungen diente der Pentan-Extrakt des naß gemischten, in der Industrieanlage gefriergetrockneten Präparates nach entsprechender Hitzebehandlung. Nach intensiver Erhitzung sind auf der Kieselgur/MgO-Schicht insgesamt 36 scharf voneinander getrennte 2,4-Dinitrophenylhydrazon-Banden unterschiedlicher Färbung zu erkennen. Die meisten der rot oder blau gefärbten Fraktionen liegen im Bereich der Laufstrecke der ersten 2 cm vom Start. Ein Vergleich der nach verschiedenen Erhitzungsintensitäten erhaltenen Chromatogramme zeigt mit zunehmender Temperatur eine deutlich wachsende Zahl von Fraktionen. Besonders auffallend ist die Zunahme bei einer Erhitzung auf 95 °C länger als 1,5 h. Nach mehrfacher Rechromatographie an verschiedenen Trennsystemen konnte oberhalb einer Erhitzungsintensität von 95 °C, I h, Furfural identifiziert werden. Dieses kann somit als Leitsubstanz für die Erkennung der stattgefundenen stärkeren Hitzebehandlung dienen. Furfural ist in vielen Milchprodukten nach Lagerung oder Erhitzung nachgewiesen worden [15, 17, 19—21]. Im Extraktionsrückstand ließ sich nach einer Erhitzung auf 95 °C für 1,5 h und bei höherer Temperatur Maltol identifizieren. Maltol ist ebenfalls als MAILLARD-Produkt von erhitzter Milch mehrfach nachgewiesen worden [18, 20]. In den gaschromatographischen Headspace-Untersuchungen an dem trocken gemischten Casein-Lactose-Präparat konnten bei 9 verschiedenen Erhitzungsintensitäten jeweils 5 Peaks an den beiden verwendeten Trennsäulen erhalten werden. Sie hatten die in Tab. 1 angegebenen Retentionswerte, bezogen auf Aceton. Die Numerierung erfolgte in der Weise, daß jeweils der stärkste Peak die Nummer IV erhielt. Tabelle 1 Retentionswerte (Aceton = 1) der gaschromatographischen Peaks im Headspace der MaillardProdukte von trocken gemischten Casein-LactosePräparaten Peak-Nr. 0 I II III IV V

Retentionswerte (Aceton = 1) E G A (20%)

E G B P E (15%)

o.54

0,42

o.35 0,71

0.47

o,94 1,12

o.75

1.44

0,98

—

Diese Hauptkomponente ist bereits im Säurecasein vor der Erhitzung gaschromatographisch nachweisbar. Die 5 Komponenten zeigen quantitative Unterschiede bei den verschiedenen Erhitzungsbedingungen. Um eine von der absoluten Konzentration unabhängige Betrachtung zu ermöglichen, wurden für jedes Chromatogramm sämtliche Relationen der Peakgrößen (Peakhöhe/Peakbasisbreite) zueinander errechnet und diese Werte als Vergleichsbasis für die Auswertung verwendet. In späteren Untersuchungen dienten in Übereinstimmung mit GRAND u. a. [34] nur die Peakhöhen als Einzelmaß für einen relativen Mengenvergleich. Nach unseren Auswertungsverfahren treten also bei gleichlaufender Abhängigkeit von der Erhitzung keine Wertänderungen

594

LUDWIG/BÖTTGER/FREIMUTH

der Peakverhältnisse auf, während umgekehrt Änderungen der Verhältniszahlen Konzentrationsabhängigkeiten eines Peaks verdeutlichen. An der Trennsäule EGA zeigt das Peakverhältnis I: II bei steigender Erhitzungsintensität eine deutliche Verminderung von 12,5 auf 0,7, während das Peakverhältnis I I : V mit steigender Erhitzung zunimmt (Abb. 1). Auffallend ist dabei, daß die nach der Temperatur geordnete Hitzeintensitätsskala Unregelmäßigkeiten nach der Behandlung bei 95 °C, 30 min, und 115 °C, 30 min, aufweist. Daraus wäre zu folgern, daß in Übereinstimmung mit den bei der Pasteurisation der Milch gewonnenen Erfahrungen eine kurzzeitige Erhitzung auf höhere Temperaturen von kleinerem Einfluß auf die Substanz ist als eine langzeitige Erhitzung auf niedrigere Temperaturen.

2

4

0,5

1

1,5

2

0,5

7

1,5h

Hitzeintensität

l

«

1

1,5 2

0,5 7

Ifih

Hitzeintensität

Abb. 1. Verhältnisse von Peakgrößen an der EGA-Trennsäule oben: Peakverhältniss Peak I : Peak I I unten: Peakverhältnis Peak I I : Peak V

Die entsprechenden Headspace-Untersuchungen an naß gemischten und dann gefriergetrockneten Casein-Lactose-Präparaten führten nach analoger Hitzebehandlung zu vergleichbaren gaschromatographischen Bildern. Erhebliche Unterschiede zum trocken gemischten Präparat sind jedoch bei den Relationen der Peaks zueinander zu beobachten. Hier ist es besonders der Peak V, der bei dem in der Laboranlage gefriergetrockneten Präparat in erheblich größerer Menge auftritt als bei dem trocken gemischten Präparat, während er dagegen beim in der Industrieanlage gefriergetrockneten Gemisch erheblich kleiner ist. Verdeutlicht wird dieses Verhalten durch die PeakhöhenVerhältnisse von Peak I V : Peak V an der EGA-Säule. Während dieser Verhältniswert für trocken gemischte Präparate nach der Erhitzung etwa 40 beträgt, erreicht er für die in der Laboranlage gefriergetrockneten Präparate nach gleicher Hitzebehandlung nur etwa 11, dagegen beim in der Industrieanlage gefriergetrockneten Präparat etwa 90.

595

MAILLARD-Reaktion

Der beim trocken gemischten Präparat beobachtete Wertanstieg für das Peakverhältnis Peak II : Peak V läßt sich auch für das in der Laboranlage gefriergetrocknete Präparat bestätigen. Die Kopfraumuntersuchungen der in der Laboranlage gefriergetrockneten und einer analogen Hitzebehandlung unterworfenen Präparate ergeben an der EGBPE-Trennsäule mit zunehmender Erwärmungsintensität für das Peakhöhenverhältnis von Peak V : Peak II eine deutliche Verminderung von 17 (bei 75 °C, 1,5 h) auf 1,4 (bei 115 °C, 1,5 h). Eine Identifizierung der gaschromatographischen Kopfraumkomponenten wurde in einigen Fällen durch Zuspritzung von Testsubstanzen an den zwei eingesetzten Trennsäulen versucht. Dabei zeigen 2 Komponenten des trocken gemischten Präparates mit Acetaldehyd und Isobutyraldehyd gleiches Verhalten. Acetaldehyd und Isobutyraldehyd wurden von B A L T E S [5] als Produkte der nichtenzymatischen Bräunung bei Lebensmitteln genannt; verschiedene Autoren [8, 9, 35] bestätigten ihre Anwesenheit in Casein- bzw. Milchpräparaten. Bei allen untersuchten Präparaten trat an der EGASäule noch eine in kleiner Menge vorhandene Komponente auf, bei der es sich auf Grund der vorgenommenen Zuspritzversuche um Furfural handeln dürfte. Die Reflexionsmessungen zeigen für alle untersuchten Präparate mit steigender Erhitzungsintensität eine Farbvertiefung, die bei den feucht gemischten und in der Industrieanlage gefriergetrockneten Präparaten wesentlich höher ist als bei den trocken gemischten. Während letztere nach einer 1,5-stündigen Erhitzung auf 115 °C einen Farbindex von 96 aufweisen und damit eine gute Übereinstimmung zu den in der Laboranlage gefriergetrockneten Präparaten zeigen [22], beträgt der Reflexionsindex der in der Industrieanlage gefriergetrockneten Präparate nach gleicher Erhitzung 141. Die Ergebnisse sind in Tab. 2 zusammengefaßt. Tabelle 2 Leukometrische Reflexionsmessungen an trocken und naß gemischten und in der Industrieanlage gefriergetrockneten Casein-Lactose-Präparaten nach verschiedener Erhitzung

Temp. [°C]

Reflexion weiß

0

CO

75 75 95 95 95 95 "5 "5 115

[h]

2

87,1

4 o,5 1 1,5 2

o,5 1 1,5

naß gemischtes und gefriergetrocknetes Präp.

trocken gemischtes Präp.

Zeit

83,7 84,1

79,6 79,8 72,4 83,3 37.5 35.2

Reflexion blau

Farbindex

Reflexion weiß

85,9

14.3 15.8

83,6

81,4

78,9

73,9 73,3

84,6 80,2 81,2

74.1

66,4

46,3 71.5 35,1 23,8

20,5

19.3 27.4 37,1 63.7 30,9 68,8

97.1

78,5

Reflexion blau

—

-

—

—

30.7 25.7 17.9 14.5 7.8

15,9 13,0 8,4 7,2. 4,°

Farbindex 19,0 27,4

28,1 —

H7,5 123,7

135,2 135,8 140,9

Auffallend ist hier, daß die trocken gemischten Präparate bei einer Erhitzung auf 95 °C für 2 h einen um 33 Einheiten höheren Farbindex aufweisen als die auf 115 °C, 0,5 h erhitzte Probe. Dieser Befund läßt erkennen, daß, wie bei den gaschromatographischen Ergebnissen, längere Erhitzungszeiten bei niedrigerer Temperatur größeren Einfluß ausüben als eine kurzzeitige Erhitzung auf höhere Temperatur.

596

LUDWIG/BÖTTGER/FREIMUTH

Die sensorischen Untersuchungen zeigten für alle Präparate mit zunehmender Erhitzung eine zunehmende Färb-, Geruchs- und Geschmacksabweichung im Vergleich zum unerhitzten Präparat. Während das trocken gemischte. Präparat und auch das naß gemischte und in der Laboranlage gefriergetrocknete Präparat nach einer Erhitzung auf 1 1 5 °C für 1,5 h durchaus noch als genießbar zu bezeichnen war, ist das naß gemischte und in der Industrieanlage gefriergetrocknete Präparat nach gleicher Erhitzung für den menschlichen Genuß auf Grund des stark brenzligen Geruches und Geschmackes untauglich. Als Ursache für dieses verschiedene Verhalten der Präparate ist die Herstellung der Mischung selbst sowie die Art der Gefriertrocknung verantwortlich zu machen. Eine wesentliche Verschiedenheit der beiden gefriergetrockneten Präparate liegt in der bei der Trocknung erzielten Restfeuchte. Sie betrug bei dem im Labormaßstab gefriergetrockneten Präparat etwa 10%, bei dem in der Industrieanlage gefriergetrockneten Präparat dagegen nur 1—2%. Offensichtlich erlangt dieses Präparat durch die intensive und verhältnismäßig langwierige Lyophilisation (etwa 90 h gegenüber 15 h) eine erhöhte Reaktionsbereitschaft für die MAiLLARD-Reaktion, die sich trotz der gleichmäßigen Wassergehaltseinstellung auf 10% und gleichmäßiger Durchführung der Erhitzung in der Verschiedenheit auch der flüchtigen Reaktionsprodukte äußert. Das Ergebnis von Modellversuchen wird demnach wesentlich durch die jeweiligen Modalitäten der Vorbereitung, auch der Lyophilisation, bestimmt und ist nicht ohne weiteres zu verallgemeinern. Frau E . FUCHS sei besonders für ihre gewissenhafte experimentelle Arbeit gedankt. Summary I . LUDWIG, K . BÖTTGER a n d U . FREIMUTH : O n t h e p r o d u c t i o n of v o l a t i l e s u b s t a n c e s d u r i n g t h e MAILLARD r e a c t i o n

Studies on the volatile substances that are formed during the MAILLARD reaction of casein with lactose showed that the pretreatment of the mixture of reactants (mixing, lyophilization) exerts a considerable effect on this reaction. Furthermore, the relative relations between the peaks observed in gas chromatography revealed that all the preparations depended markedly on heating. Additional reflectometric determinations of the colour index and organoleptic findings were in good agreement with that. Pe3K)Me

H. JlyHBHr, K. E e T T r e p peaKiiHH Maiinpa

H

y . OpeftMyr: K 06pa30BaHHK) neTyrax BemecTB npw

HccjienoBaHHH o6pa3yiomMxcH npH peamjHH M a i l Hp a j i e T y i H x BemecTB H3 Ka3eHHa 11 jiaKT03Li n o K a 3 a j i H , HTO p e m a i o m e e 3 H a i e H n e JJJIH p e a K i i m i HMCIOT neTajiH n p e j i BapHTejibHott oßpaßoTKH peamiHOHtfofi CMecn (cMeuiHBaHne, jiH0$HJiM3aiiHH). H a ocHOBe OTHOcHTejibHfcix cooTHOineHHH onpenejiHeMbix MCTOHOM r a 3 0 B 0 ö x p o M a T o r p a $ H H IIHKOB , KpoMe Toro fljifl B c e x npenapaTOB BbiHBHJiacb n e m a n 3aBHcHM0CTb OT H a r p e B a H M . itonojiHHTejibHbie o n p e a e j i e j f f l H i i B c r o B o r o imweKca nyTeM M3MepeHHH 0TpaaCH—N\ /N—CH2—CH2—0—CH2—CH2—OH 2CI©XCH2—CH/©

In seiner physiologischen Wirkung gleicht es der des Phenothiazins und der RauwolfiaAlkaloide [1]; es eignet sich vor allem als Masthilfsmittel für die Aufzucht von Rindern. Nach FELKL [2] werden durch Zusatz von Hydroxyzin zum Futter Wachstum und Futterverwertung von suboptimal ernährten Jungbullen erheblich verbessert. Bei täglicher Verabreichung von 5 mg Hydroxyzin pro Tier konnte eine Erhöhung der Zuwachsleistung von 9 bis 18,2% erreicht werden, wobei der Stärkewertverbrauch je kg Zuwachs um 8,0 bis 15,3% niedriger war [2]. Die Schlachtqualität der Tiere hatte sich dabei nicht verschlechtert, es konnte sogar eine günstigere Einstufung in die Schlachtwertklassen erzielt werden [3, 4]. Nach anderen Angaben soll bei Zusatz von 1/10 Eßlöffel pro Tonne Mastviehfutter und mit 20% weniger Futter eine 28%ige Steigerung der Gewichtszunahme bewirkt werden [5]. Der Einsatz von Hydroxyzin zur Mast von Rindern setzt voraus, daß die für den menschlichen Verzehr bestimmten Schlachtprodukte frei von Hydroxyzin sind bzw. nur gesundheitlich unbedenkliche Spuren enthalten. Für den Nachweis der Rückstandsfreiheit ist eine empfindliche und zugleich spezifische Analysenmethode erforderlich. Sie muß wegen der hohen biologischen Aktivität des Hydroxyzins Konzentrationen von noch 0,1 ppm mit Sicherheit erfassen. Die meisten der in der Literatur beschriebenen Analysenverfahren genügen den genannten Anforderungen nicht. Sie sind entweder für die Bestimmung von Hydroxyzin in Medikamenten oder

604

ACKERMANN/KRETZSCHMANN/KRÜGER/LEXOW

für den qualitativen Nachweis in Organen und Körperflüssigkeiten (Blut, Harn) bei toxikologischen Untersuchungen (also nach Aufnahme relativ großer Mengen Hydroxyzin, wie sie bei Vergiftungen auftreten können) ausgelegt. Beispiele für die erstgenannte Gruppe sind eine potentiometrische Titration nach Fällung mit Tetraphenylborat [6] und eine konduktometrische Titration nach Extraktion mit einem geeigneten Lösungsmittel [7]. Beide Verfahren setzen das Vorliegen relativ großer Mengen des zu bestimmenden Hydroxyzins und die Abwesenheit störender Substanzen in der Analysenprobe voraus. Beispiele für Nachweisverfahren sind papier- bzw. dünnschichtchromatographische Identifikationen nach Extraktion der stark alkalisch gemachten Proben mit Chloroform [8] oder Äther [9] bzw. nach Ausfällung der nachzuweisenden Substanzen mit Tetraphenylborat [10]. Ein Verfahren zur Bestimmung von Hydroxyzin in Futtermitteln haben TUTTLE U. a. [11] beschrieben. Nach Extraktion des Hydroxyzins mit Chloroform, Reinigung des Extraktes durch Ausschütteln mit verdünnter Salzsäure und Reextraßtion der durch Alkalizugabe in Freiheit gesetzten Hydroxyzinbase mit Chloroform erfolgt die Hydroxyzinbestimmung entweder nephelometrisch (Trübungsmessung des mit Tetraphenylborat erhaltenen Niederschlags) oder — nach weiterer säulenchromatographischer Reinigung — UV-spektrophotometrisch bzw. polarographisch. Alle 3 Bestimmungsarten sind unspezifisch, so daß in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Untersuchungsma'terials Störungen u. a. in Form hoher Blindwerte auftreten können. Der Anwendungsbereich der Methode liegt bei Konzentrationen um 4 bis 8 ppm. Diese Empfindlichkeit ist für Futtermitteluntersuchungen ausreichend, entspricht jedoch den Anforderungen an Rückstandsbestimmungen in Geweben tierischer Herkunft nicht. Für die Bestimmung von Hydroxyzinrückständen in Geweben von Mastbullen, die täglich 5 mg Hydroxyzin als Masthilfsmittel mit dem Futter verabreicht bekamen, hat FELKL [3] ein photometrisches Verfahren verwendet, das von SCHOLE ausgearbeitet und von BARTH U. a. veröffentlicht worden ist [4]. Es beruht auf der Extraktion des Hydroxyzins aus dem homogenisierten und durch Zugabe von Natronlauge stark alkalisch gemachten Probenmaterial mit Chloroform, Reinigung des Extraktes durch Ausschütteln der Chloroformlösung mit 5 N HCl und erneutes Extrahieren mit Chloroform nach Einstellen der wäßrigen Phase auf p H r 1 und Umschütteln der getrockneten Chloroformlösung mit einer wäßrigen Bromphenolblau-Puffer-Lösung. Bei Anwesenheit von Hydroxyzin färbt sich die Chloroformphase gelb, die Konzentration kann durch Messen der Extinktion bei 410 nm bestimmt werden. Auch dieses Verfahren ist unspezifisch. Die Umsetzung mit Bromphenolblau geht, wie mit anderen Sulfophthaleinfarbstoffen und auch anderen sauren organischen Farbstoffen, mit nahezu allen organischen Basen vor sich [12]. Um eine ausreichend hohen Empfindlichkeit zu erreichen, müssen hohe Probenmengen (500 g) aufgearbeitet werden, wobei mit relativ hohen Blindwerten zu rechnen ist. Eine Bestimmung ist daher nur möglich, wenn hydroxyzinfreie Proben zum Vergleich zur Verfügung stehen. Außerdem setzen die hohen Blindwerte die effektive Empfindlichkeit der Methode herab, da der Streubereich der Blindwerte höher sein kann als die angegebene Empfindlichkeitsgrenze von 0,01 ppm.

Ziel der hier beschriebenen Arbeit war es, ein für Routine-Untersuchungen geeignetes, d. h. ein mit möglichst geringem Zeit- und Materialaufwand durchführbares und zugleich für lebensmittelhygienische Bewertungen ausreichend empfindliches Verfahren zur Bestimmung von Hydroxyzinspuren in Lebensmitteln tierischer Herkunft zu erarbeiten. Extraktion und Reinigung Bei Rückstandsuntersuchungen ist die Isolierung der zu bestimmenden Substanz im allgemeinen der schwierigste und darum für die Zuverlässigkeit der Ergebnisse entscheidende Schritt; Störfaktoren müssen weitgehend ausgeschaltet, Verluste aber so gering wie möglich gehalten werden. Für die Abtrennung des Hydroxyzins bieten sich die unterschiedlichen Löslichkeiten der freien Base und des Hydrochlorids in Wasser und organischen Lösungsmitteln an. Im alkalischen Milieu, in dem Hydroxyzin als freie Base vorliegt, ist es möglich, das Tranquillans mit unpolaren oder schwach polaren organischen Lösungsmitteln aus wäßrigen Lösungen zu extrahieren; in saurem Milieu, in dem sich das Piperazini-

Bestimmung von Hydroxyzinrückständen

605

umsalz bildet, geht Hydroxyzin aus unpolaren Phasen in polare über. Von diesem Verhalten haben alle bisher beschriebenen Verfahren zur Isolierung von Hydroxyzin Gebrauch gemacht. U m die Vollständigkeit des Extrahierens zu überprüfen, haben wir Modellversuche durchgeführt, bei denen 0,1 bzw. 5 mg Hydroxyzin zwischen 10 ml Wasser und 10 ml Chloroform bei p H 1 und p H 13 verteilt wurden. Bei p H 1 konnte praktisch das gesamte Hydroxyzin in der wäßrigen Phase, bei p H 13 in der Chloroformphase wiedergefunden werden. Bei Extraktion von 1 bzw. 5 ¡xg Hydroxyzin aus 50 ml einer alkalischen wäßrigen Lösung von p H 13 (entsprechend Konzentrationen, wie sie im Analysengang zu erwarten sind) mit zweimal 50 ml Chloroform konnte das Hydroxyzin vollständig in der Chloroformphase wiedergefunden werden, bei Ausschüttelung der Chloroformphase mit zweimal 50 ml salzsäurehaltigem Wasser von p H 1 ging das Hydroxyzin restlos in die wäßrige Phase über. Für die Reinigung der Hydroxyzinextrakte war somit eine mehrmalige Verteilung des Hydroxyzins zwischen Wasser und Chloroform in saurem bzw. alkalischem Milieu als günstig angezeigt. Für die Extraktion des Hydroxyzins aus dem Untersuchungsmaterial boten sich zwei Möglichkeiten an: 1. Extraktion mit Chloroform unter alkalischen Bedingungen und 2. Extraktion mit Wasser oder einem anderen polaren Lösungsmittel unter sauren Bedingungen. Die Extraktion mit Chloroform nach Zugabe von Natronlauge lieferte beim Homogenisieren sehr stabile Emulsionen, die sich auch durch Zentrifugieren oft nur teilweise trennen ließen, was erhebliche Verluste an Hydroxyzin bei der Aufarbeitung verursachte. A m besten bewährte sich eine Extraktion mit 95%igem Äthanol unter Zugabe von Salzsäure. Bei praktisch vollständiger Extraktion des Hydroxyzins erfolgte eine Ausfällung des Eiweißes. Zur weiteren Reinigung mußte zunächst der Alkohol im Rotationsverdampfer abdestilliert werden. Nach Aufnahme des Rückstandes in Wasser wurde eine Reinigung durch Überführung des Hydroxyzins in Chloroform vorgenommen. Durch Rückführung in wäßriges Milieu unter Zugabe von Säure und nochmaliges Ausschütteln mit Chloroform nach Zugabe von Natronlauge erfolgte in der Regel eine so weitgehende Reinigung, daß der zweite Chloroformextrakt zur dünnschichtchromatographischen Untersuchung verwendet werden konnte. Dünnschichtchromatographisches

Verhalten von Hydroxyzin

In der Literatur sind verschiedene Trennsysteme (Fließmittel und Schichtmaterial) beschrieben worden [10, 13, 14]. In unseren Untersuchungen wurde ausschließlich Kieselgel G für die Dünnschicht Chromatographie als Schichtmaterial verwendet. Von den getesteten Fließmitteln konnten nur Gemische aus Chloroform und Aceton in den Verhältnissen 90 + 10, 80 + 20 und 50 + 50 hinsichtlich der Kompaktheit der Flecke und damit ihrer semiquantitativen Auswertbarkeit befriedigen. Alle anderen von uns getesteten Systeme verursachten mehr oder weniger langgezogene Flecken bzw. führten zur Schwanzbildung. Allerdings traten bei den niedrigen Rf-Werten mit Chloroform-Aceton-Mischungen Störungen durch natürliche Inhaltsstoffe auf. Durch Sättigung der Fließmittel mit wäßrigen Ammoniaklösungen war es möglich, eine Erhöhung der Rf-Werte und damit auch eine Abtrennung von störenden Extraktivstoffen zu erreichen, ohne daß die konzentrierte Fleckenform beeinträchtigt wurde.

606

ACKERMANN/KRETZSCHMANN/KRÜGER/LEXOW

Ausgehend von dem Mischungsverhältnis i : i für Chloroform-Aceton, testeten wir eine Reihe von wäßrigen Ammoniak-Lösungen (Tab. i). Tabelle i Rf-Werte von Hydroxyzin mit Chloroform/Aceton (i + i), gesättigt mit wäßrigen Ammoniaklösungen, auf Kieselgel G Konzentration der Ammoniak-Lösung (konz. Ammoniak -f Wasser)

Rf-Wert

10 + 0

0,81

9 + 1

0,76

8 + 2

0.74

5 + 5 1 + 9

0,68

0,48*

* langgezogene Flecken

Als günstigste Variante wurde das Fließmittelsystem Chloroform/Aceton (i + i), gesättigt mit konz. Ammoniaklösung/Wasser (i + i), ausgewählt und für die nachfolgenden Untersuchungen benutzt. Die in der Literatur beschriebenen Nachweisreagenzien zur Detektion von Hydroxyzin auf Dünnschichtchromatogrammen [i, 10 13] sind durchweg unspezifisch. Das empfindlichste unter ihnen ist das DRAGENDORFFsche Reagenz, das rotbraune Flecken auf gelbem Untergrund ergibt; als geringste Menge lassen sich 0,2 ¡i,g Hydroxyzin erkennen [13]. Das DRAGENDORFFsche Reagenz spricht auf alle tertiären und quaternären Stickstoff Verbindungen an, also auch auf eine Reihe natürlich vorkommender Substanzen, die sich in den Extrakten tierischer Gewebe befinden. Eine Abtrennung derartiger Störsubstanzen ist daher Voraussetzung für eine einwandfreie Hydroxyzinidentifizierung und -bestimmung. Die Abtrennung wird durch das von uns verwendete dünnschichtchromatographische Trennsystem in zufriedenstellender Weise erreicht. Eine weitere Steigerung der Empfindlichkeit der mit DRAGENDORFFschem Reagenz behandelten Platten kann durch nachfolgendes Besprühen mit einer Natriumnitritlösung erzielt werden [13]. Die Nachweisempfindlichkeit für Hydroxyzin läßt sich auf diese Weise von 0,2 auf 0,1 fxg steigern. Allerdings wird auch die Färbung von Verunreinigungen verstärkt. Wir verwendeten für unsere Untersuchungen ein von JUNG U. a. [15] für die dünnschichtchromatographische Detektion von Chlorcholinchlorid modifiziertes DRAGENDORGFFSches Reagenz, wie es von uns schon früher für die semiquantitative Bestimmung von Chlormequat verwendet worden ist (16, 17). Anschließend wurde mit einer 5%igen Natriumnitritlösung besprüht. Das ermöglichte bei einer Einwaage von 50 g die angestrebte Nachweisempfindlichkeit von 0,01 ppm Hydoxyzin in tierischen Geweben. Arbeitsvorschrift Extraktion Fleisch- und Organproben. 500 g des zu untersuchenden Materials werden in einem Fleischwolf vermischt und zerkleinert. Davon werden 50,0 g in einen 500 ml-Zentrifugenbecher eingewogen, mit 200 ml vergälltem Äthanol und 2 ml konz. Salzsäure versetzt und in einem geeigneten Homo-

Bestimmung von Hydroxyzinrückständen

607

genisator homogenisiert. Das Homogenat läßt man etwa 30 min stehen und zentrifugiert anschließend 20 min bei ca. 5000 U/min. Nach dem Dekantieren des klaren Überstandes wird der Bodensatz m i t 150 ml 96%igem Äthanol (ohne nochmalige Zugabe von Salzsäure) erneut homogenisiert und zentrifugiert. Die Überstände beider Zentrifugate werden vereinigt und im Rotationsverdampfer bis zur Entstehung einer sirupösen Konsistenz eingeengt. Der noch warme Rückstand, aus dem der Alkohol praktisch vollständig entfernt ist, wird in 25 ml Wasser gelöst bzw. aufgeschlämmt und mit 3 ml 6 N N a O H versetzt. Der pH-Wert der Mischung muß mindestens 11 betragen. Nötigenfalls ist noch etwas Natronlauge zuzusetzen. Milch. Ausgehend von 50 ml Milch, erfolgt die Extraktion wie vorstehend für Fleisch- und Organproben beschrieben.

Reinigung des Extraktes Der wäßrige, alkalische E x t r a k t wird zweimal mit je 50 ml Chloroform ausgeschüttelt. Bei Emulsionsbildung sind die Phasen durch Zentrifugieren (20 min bei ca. 5000 U/min) zu trennen. Die vereinigte und mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknete Chloroformphase wird unter Wasserstrahlvakuum auf einem Wasserbad bei ca. 40 °C auf ein Volumen von ca. 20 ml eingeengt. Diese Lösung wird mit 50 ml verd. Salzsäure (8 ml konz. Salzsäure auf 1 1 Wasser) ausgeschüttelt. Nach der Phasentrennung, die nötigenfalls durch Zentrifugieren herbeizuführen ist, wird die Chloroformphase nochmals mit 25 ml verd. Salzsäure ausgeschüttelt und nach Abtrennung der wäßrigen Phase verworfen. Die vereinigten salzsauren Phasen werden zur weiteren Reinigung zunächst mit 25 ml Petroläther ausgeschüttelt, nach Abtrennung des Petroläthers mit 2 ml 6 N Natronlauge alkalisch gemacht (mindestens p H 11) und zuerst mit 50 ml und dann noch einmal mit 25 ml Chloroform ausgeschüttelt. Die vereinigten Chloroformphasen werden mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und anschließend abgesaugt, wobei Rückstand und Filternutsche mit 25 ml Chloroform nachgewaschen werden. Die Chloroformlösung wird in einem Vakuumrotationsverdampfer auf einem Wasserbad von ca. 40 °C auf ca. 2 ml eingeengt und das Konzentrat unter Nachspülen mit wenig Chloroform quantitativ in ein 10-ml-Spitzkölbchen übergeführt. I m V a k u u m wird zur Trockne eingeengt. Unmittelbar vor dem Auftragen auf die Dünnschichtplatte wird der Rückstand in genau 0,2 ml Chloroform aufgenommen.

Dünnschichtchromatographische

Untersuchung

Zur Dünnschichtchromatographie werden luftgetrocknete, in einer Schichtdicke von 250 [¿m mit Kieselgel G (Merck) beschichtete Glasplatten (20 x 20 cm) verwendet. V o m hergestellten Probenext r a k t werden 20 und 40 ¡xl ^ind von einer als Vergleichsstandard dienenden Lösung von 10 mg H y droxyzinhydrochlorid in 100 ml Methanol 1, 2, 5, 10] und 20 [xl (entsprechend 0,1; 0,2; 0,5; 1 und 2 ng Hydroxyzinhydrochlorid) aufgetragen. Als Fließmittel wird ein Gemisch aus. Chloroform und Aceton im Verhältnis 1 : 1 (Vol/Vol), das mit verdünnter Ammoniaklösung (konz. Ammoniaklösung mit Wasser 1 : 1 verdünnt) gesättigt ist, verwendet. Als Chromatographiegefäß dient ein geeigneter, verschließbarer Glastrog, dessen Wände zur besseren Kammersättigung mit Filtrierpapier ausgekleidet sind. Die Chromatogramme werden bis zu einer Steighöhe der Fließmittelfront von 10 cm entwickelt. N a c h der Entwicklung läßt man die Platten an der L u f t trocknen, besprüht sie zunächst mit DRAGENDORFFschem Reagenz 1 , läßt wiederum etwas trocknen (3 bis 5 min) und besprüht schließlich mit einer 5 % i g e n Natriumnitritlösung. Hydroxyzin wird als rotbrauner Fleck angezeigt. Die intensivste Färbung tritt 10 bis 20 min nach dem Besprühen mit Natriumnitrit ein. In diesem Zeitraum ist die semiquantitative Auswertung der Platten durch visuellen Fleckenvergleich vorzunehmen. 1 DRAGENDORFFsches Reagenz (Modifikation nach JUNG U. a. [15]) Lösung 1 : 2 g Wismutnitrat, in 30 ml Eisessig und 20 ml Wasser gelöst; Lösung 2 : 8 g Kaliumjodid, in 20 ml Wasser gelöst; Lösung 3: I 5 % i g e Lösung von Jod in Äthanol;

5 ml Lösung r, 5 ml Lösung 2 und 10 ml Lösung 3 werden in einem 100 ml-Meßkölbchen mit 30 ml Eisessig versetzt und mit Wasser bis zur Marke aufgefüllt.

608

ACKERMANN/KRETZSCHMANN/KRÜGER/LEXOW

Berechnung Die Berechnung des Gehalts an Hydroxyzin (ausgedrückt als Hydroxyzinhydrochlorid) erfolgt nach der Gleichung:

a • V • iooo

^ a E V b

= Gehalt an Hydroxyzinhydrochlorid [ppm] = durch visuellen Fleckenvergleich ermittelte Hydroxyzinmenge [(ig] — Einwaage [g] = Volumen des aufgearbeiteten Extraktes [ml] = Volumen des aliquoten Teils von V, der auf das Chromatogramm aufgetragen worden ist Qxl} Bei Einhaltung der in der Arbeitsvorschrift angegebenen Mengen (50 g Einwaage; 0,2 ml Endvolumen des aufgearbeiteten Extrakts) vereinfacht sich die Berechnung wie folgt: Wenn 20 (¿1 Extrakt zur Dünnschichtchromatographie verwendet wurden: x — a • 0,2 wenn 40 [¿1 Extrakt verwendet wurden: x = a • 0,1

Einschätzung des

Bestimmungsverfahrens

Zur Prüfung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Methode wurde eine Reihe von Untersuchungen durchgeführt, bei denen Leber-, Nieren-, Fleisch- und Milchproben nach Zugabe unterschiedlich hoher Mengen an Hydroxyzinhydrochlorid (0,05 ppm bis 5 ppm) nach der beschriebenen Arbeitsweise analysiert wurden. Die Ergebnisse (Tab. 2) zeigen, daß die Wiederfindungsraten bei Gewebeproben wie Leber, Niere und Tabelle 2 Wiederfindungsraten von Hydroxyzinhydrochlorid in verschiedenen Untersuchungsmaterialien Untersuchungsmaterial (jeweils 50 g Einwaage) Leber Leber Leber Leber* Niere Niere Niere Muskelfleisch Muskelfleisch Muskelfleisch Muskelfleisch Muskelfleisch Muskelfleisch Milch Milch Milch Milch Milch

zugesetzte Hydroxyzinmenge

gefundene Hydroxyzinmenge

Wiederfindungsrate

[ppm]

[|Xg]

[ppm]

[%]

2 10 80 50

0,04 0,2 1,6

5°

0,05 0,2 2 5

80 100 80 100

2,5 10

0,05 0,2

II

0,05 0,22

25

o,5

20

o,4

2,5 5 5 10 10

0,05 0,1 0,2 0,2

25

o,5

2,5 5 5 7,5 7 25

5 25 25 100 100

0,1 o.5 o,5 2 2

Spuren 10 20 80 100

Dig] 2,5 10 100

0,1

* ausgehend von 10 g Lebereinwaage

2,5

5

0,05 0,1 0,1

0,15 0,14 0,5 —

0,2 o,4 1,6 2

100 110 80 100 100 100 75 70 100 —

40 80 80 100

Bestimmung von Hydroxyzinrückständen

609

Muskelfleisch zufriedenstellend gut waren. Sie lagen in der Mehrzahl der Fälle zwischen 80 und 100%. Bei Milch hingegen traten erhebliche Verluste auf, die sich bei niedrigeren Konzentrationen besonders stark bemerkbar machten. Bei einer Konzentration von 0,1 ppm waren nur noch Spuren nachweisbar, die sich auch semiquantitativ nicht mehr auswerten ließen, bei Konzentrationen von 0,5 ppm konnten nur 40 bzw. 80% wiedergefunden werden, bei 2 ppm war die Wiederfindungsrate mit der der Gewebsproben vergleichbar. Als Ursache für die Wiederfindungsverluste bei Milchproben ist ein irreversibler Einschluß von Hydroxyzin in den durch die Salzsäurezugabe hervorgerufenen Eiweißniederschlag anzunehmen. Sie können durch langsames Zugeben der Salzsäure und gleichzeitiges starkes Rühren (Feinflockigkeit des Caseinniederschlags) vermindert, aber nicht völlig ausgeschlossen werden. Dieser Sachverhalt ist bei Milchuntersuchungen zu beachten. Die Fehlerbreite kann für das semiquantitative Verfahren nur abgeschätzt werden. Sie liegt nach unseren Erfahrungen bei maximal + 20%, was aber für routinemäßig durchführbare Spurenanalysen durchaus akzeptabel ist. Mit Hilfe der angegebenen Untersuchungsmethode können Hydroxyzinkonzentrationen in Geweben tierischer Herkunft ab 0,05 ppm bestimmt werden. Konzentrationen ab 0,01 ppm sind noch nachweisbar. In Milch ist Hydroxyzin erst ab Konzentrationen von etwa 0,5 ppm quantitativ erfaßbar, wobei bis zu Konzentrationen von etwa 2 ppm mit erniedrigten Wiederfindungsraten zu rechnen ist. Im Bereich von 0,1 und 0,5 ppm ist Hydroxyzin in Milch noch qualitativ nachweisbar. Summary H . A C K E R M A N N , F . KRETZSCHMANN, S . K R Ü G E R a n d B . L E X O W : T h i n - l a y e r c h r o m a t o g r a p h i c

tech-

nique for the semiquantitative determination of hydroxyzine residues in animal material The solution behaviour of hydroxyzine in water and chloroform (in the strongly alkaline and the strongly acidic range) is utilized to extract it from animal material and to purify the extract. A concentration of 0.01 p.p.m. is detectable in liver, kidneys and muscular substance. 0.05 p.p.m. may be determined semiquantitatively by visual spot comparison. In milk, the detectable amount is o. 1 p.p.m. and 0.5 p.p.m. can be determined semiquantitatively. The recoveries of low concentrations of hydroxyzine are likely to be lower in milk samples than in organ samples.

Pe3K>Me X . A K K e p M a H H , itiiBaioTCH 0,01 ppM. H a m m a H c npHMepHo 0,05 ppM BO3MO>KHO nojiyKOjmiecTBeHHoe o n p e n e j i e m i e nyieM

BH3yajiBHoro

CPABHEHHH NHTEH. B

MOJIOKC o n p e n e j i n i O T C H K O J i w i e c T B a

OKOJIO

0 , 1 ppM; 0,5 ppM MOfKHO onpenejiHTb nojiyKojiHHecTBeHHO, XOTH npH HH3KHX KOHiieHTpauHHX OnpenejiniOTCH MeHLiime KOJIHIECTBA ICM B i i p o ß a x opraHOB. Literatur [1] BERGER, F. M., Ann. N . Y . Acad. Sei. 67 685 (1957); z it. nach [11]. [2] FELKL, H . , J a h r b . f ü r T i e r e r n ä h r , u n d F ü t t e r u n g 6, 1 3 9 — 1 4 9 (1967/68).

610

ACKERM ANN/KRETZSCHM ANN / KRÜGER/LEXOW

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(^ÖS)

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Dr. H . ACKERMANN, Dr. F . KRETZSCHMANN, Sieglinde KRÜGER u n d B r i g i t t a LEXOW, Zentralinstitut

für Ernährung, DDR-1505 Bergholz-Rehbrücke, Arthur-Scheunert-Allee 1 1 4 — 1 1 6 Eingegangen 18. 1 1 . 1976

Die Nahrung

21

1

7

1977

611 — 615

Zentralinstitut für Ernährung in Potsdam-Rehbrücke (Direktor: Prof. Dr. H . H A E N E L ) , Forschungszentrum für Molekularbiologie und Medizin, Akademie der Wissenschaften der D D R

Methodischer Beitrag zur Bestimmung der Empfindungsgleichheit am Beispiel der relativen Süße v o n Saccharin K.

HOPPE

Es wird eine Verbesserung der Methode zur Bestimmung der Empfindungsgleichheit adäquater Reize (Konstantreizmethode) beschrieben, bei der ein sequentielles Verfahren zur Prüfung der Verteilung und der statistischen Sicherheit der Prüfurteile angewendet wird. Am Beispiel der bisher bekannten Bestimmungen der relativen Süße von Saccharin und ihrer Konzentrationsabhängigkeit wird die Überlegenheit des neuen Verfahrens nachgewiesen.

Die heute üblichen sensorischen Methoden zur Bestimmung der Empfindungsgleichheit adäquater Reize, die auch als Konstantreizmethoden bekannt sind, gehen auf F E C H N E R [ I ] und P A U L I [2] zurück. P A U L I beschreibt 1921 eine Methode, bei der die Testlösung paarweise mit einer Reihe von 5 in ihren Konzentrationen so abgestuften Saccharoselösungen verglichen wird, daß die schwächste Konzentration einen sicher schwächeren Reiz und die stärkste Konzentration einen sicher stärkeren Reiz als die Testlösung auslöst. Die Abstufung der Saccharose Vergleichslösungen erfolgt linear. Der Prüfer hat die Möglichkeit, drei Urteile abzugeben, nämlich stärker, schwächer oder gleich. Unter Berücksichtigung der Gleichurteile kann aus den für die Testlösung abgegebenen Stimmen unter Zugrundelegung der GAUSSschen Normalverteilung das bei 50% Summenhäufigkeit liegende, gleich süße Konzentrationspaar berechnet werden. Eine nach jeder Probe folgende Wasserspülung des Mundes ist Vorschrift. Die von P A U L 1921 [3], MAGIDSON U. a. 1923 [4], T Ä U F E L U. a. 1925 [5] sowie F R I C K E R u. a. 1975 [6] angegebenen Werte zur relativen Süße des Saccharins sind mit dieser Methode gewonnen worden. Unter Berücksichtung der von F E C H N E R [ I ] gefundenen Konstanz des relativen Reizunterschiedes von zwei gerade unterscheidbaren Konzentrationen bei mittleren Reizstärken konnte Y A M A G U C H I U. a. [7] eine Verbesserung vornehmen, die in einer logarithmischen Abstufung der 5 Saccharosekonzentrationen und Auswertung nach der Probitanalyse [13] besteht. Die methodisch abweichend gewonnenen Konzentrationspaare gleicher Süße von L E M B E R G E R [8] wurden im Einzelvergleich gefunden und mit Hilfe eines festen Grenzquotienten von 75% der Urteile als nicht differenzierbar abgesetzt. Daher besitzen diese zum Vergleich angegebenen Werte nur den Charakter einer Stichprobe aus einem unbestimmten Gleichbereich. Zur Überprüfung synergistischer Effekte von Süßstoffmischungen und zur Beweisführung für funktionelle Abhängigkeiten erschien es erforderlich, die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Methode von Y A M A G U C H I u. a. [7] dadurch zu steigern, daß die Konfidenz des Mittelwertes des berechneten Bereiches gleicher Empfindungsstärke optimal gesichert wird.

612

HOPPE

Das wird erreicht durch — Selektion der sensorischen Prüfer nach objektiven Kriterien, wie Differenzierfähigkeit aller eingesetzten Saccharosekonzentrationen mit einem Fehler unter 1 6 % bei einer statistischen Sicherheit von 90%, — sequenzanalytische Überprüfung der Verteilung der Urteile, da im Gegensatz zur Normalverteilung die geringste Sicherheit von Urteilen um 50% erwartet werden kann. Dazu wird ein in A b b . 1 dargestelltes, von STEINER [9] vorgeschlagenes

3; 1

=5» 12

•I

"N

20

25 30 Gesamtzahl der Paare

Abb. 1. Sequenzanalytisches Prüfblatt P r o b e A : Na-Saccharin 45 mg/1; B x : Zucker 22,8 g/1; B 2 : Zucker 24,0 g/1; B 3 : Zucker 25,2 g/1; B 4 : Zucker 26, 5 g/1; B 5 : Zucker 27,8 g/1

System eingesetzt, das eine graphische Ablesung des Verlaufs der Prüfung und gleichzeitig der erreichten statistischen Sicherheit von Unterschieden und Gleichheit ermöglicht. U m den Beweis für die Richtigkeit der gefundenen Meßwerte führen und um einen Methoden vergleich objektiv durchführen zu können, wurden die verfügbaren Literaturangaben nach den für Adsorption aus wäßrigen Lösungen geltenden Gesetzen aufgearbeitet. Nach BEIDLER [10] ist die adsorbierte Geschmacksstoffmenge der ausgelösten Empfindungsstärke proportional. Es ergibt sich folgende Beziehung:

E s sind

R : Empfindungsstärke Rm: maximale Empfindungsstärke c: Konzentration des Geschmacksstoffes in wässriger Lösung k: Gleichgewichtskonstante B e i Umstellung nach LINEWEAVER-BURK [II] erhält man 1 R

1

k Rm

Rm

• c

(2)

613

Relative Süße von Saccharin

woraus sich bei Empfindungsgleicheit, gegeben durch ein Konzentrationspaar zweier Stoffe mit einer Summenhäufigkeit von 50% der Urteile, also R1 = R2, die von Hoffmann u. a. [12] vorgeschlagene Gleichung 3 ergibt: Rm1

1 c±

Rmz

• k2

k1{Rm1

• kx • c2

—

Rm2)

Rm2

^

Unter c t soll im folgenden die Saccharosekonzentration verstanden werden, da diese als abhängige Variable ermittelt wurde. Die durch Transformation der Konzentration in ihre Reziprokwerte erhaltene Beziehung nach (4)

y = a + bx

dient im Sinne der Aufgabenstellung als Prüffunktion. Es werden aus den Meßwerten jedes Bearbeiters die Parameter a und b der Gleichung 4 mit ihren Standardabweichungen und dem Bestimmtheitsmaß des Zusammenhanges berechnet. Weiterhin wird die Güte der Anpassung durch die Streuung der Daten um die Regressionsgerade Sy sowie die Streuung der berechneten um die gefundenen Saccharosekonzentrationen s' zc ausgewiesen. In Tab. 1 sind zusätzlich dazu noch die Zahl der zur Berechnung gelangten Konzentrationspaare und die für die Regressionsberechnung zutreffende mittlere Saccharosekonzentration c1 angegeben. Tabelle 1 Parameter und statistische Daten nach der Gleichung y = a + bx x = reziproke Saccharinkonzentration [1/mg], y = reziproke Saccharosekonzentration [1/g] Bearbeiter

[a +

S

) • io 3

b±H

C1

N

B

s

42 S

42,94 66,90

23,73 42,38 21,51 IO,94 2,57

v

LEMBERGER [8]

10,8 +

5,0

1,31 +

0,19

47.0

5

0,9409

P A U L [3]

5.4 ± 5.4 I i . 7 ± 1.5

1,72 +

0,2I

48,6

6

1,20 +

0,06

52,1

4

0.9455 0.9943

1.95 ± 0.06

70,0

6

0,9966

0,04

53.3

4

0,9990

1,12

0,03

102,2

6

0,29

0,05

38,1

6

0,9985 0,9940

MAGIDSON U. a . [4] T Ä U F E L U. a . [5] YAMAGUCHI U. a . [ 7 ] FRICKER U. a . [6] HOPPE a =

b

8 , 9 ; s§

=

5,8 ± I,I

10,4 +

0,9

1,77 +

7,2 +

0,8

1,62

11.0 ± 1.5 =

7 , 1 4 ; S3 = s

1,54; s | = 0 , 0 8 5 4 ; b

±

2

'7!

Hr

1,25 + s

i = ^ 8 , 7 6 ; SA =

3,13 3.13

3,37

Ca

7,03 0,66

±3,0

= ±°. 2 9; «j = o,oi32; sb ~ +0- 11

Da zu den verwendeten Daten aus der Literatur keine genauen Angaben über die Zahl der Wiederholungen vorliegen, sind keine Konfidenzintervalle berechenbar. Aus diesem Grunde sollten zum Vergleich nur Varianzen und Standardabweichungen herangezogen werden, die nach den bei Weber [13] angegebenen Verfahren berechnet wurden. In Abb. 2 sind die auf Grund der Literaturangaben früherer Bearbeiter ermittelten Daten um die nach der eigenen Verfahrensweise gefundene Regressionsgerade angeornet. Als stark abweichend können nur die Ergebnisse von Yamaguchi u. a. [7], P a u l [3] und T ä u f e l [5] bei niedrigen Konzentrationen gelten (Beweis: unterschiedliche mittlere Varianzen von b). Hier kann durch die Nichtgültigkeit des WeberFECHNERschen Gesetzes bei niedrigen Konzentrationen und damit der fehlenden Normalverteilung der zur Berechnung gelangten Summenhäufigkeiten bereits ein methodischer Fehler vorliegen. Derartige Abweichungen konnten bei keiner unser 42

Die Nahrung, 21. Jhg., Heft 7

614

HOPPE

zahlreichen über dieses Beispiel hinausgehenden Arbeiten wiedergefunden werden. Die Streuungen der übrigen Werte um die vorgeschlagene Regressionsgerade erscheinen in diesem Zusammenhang nicht als bemerkenswert. Die mit Ausnahmen guten Bestimmtheitsmaße und geringen Varianzen kommen durch die transformationsbedingten Häufungen bei hohen Saccharinkonzentrationen zustande. Erst die Varianz s2c weist die tatsächlich schlechte Anpassung der meisten Literaturdaten an die Wirklichkeit nach. X

Abb. 2. Gleichsüße Konzentrationen von Saccharose und Saccharin xy LEMBERGER, 1 9 0 8 [ 8 ] ; x [JMAGIDSON 1923 [4]; A

PAUL 1921

T Ä U F E L 1 9 2 5 [ 5 ] ; + YAMAGUCHI 1 9 7 0 [ 7 ] ;

[3]; FRICKER 1 9 7 5 (6); © H O P P E

1976

Es zeigt sich, daß die nach der verbesserten Konstantreizmethode gefundenen Konzentrationspaare gleicher Süßstärke die signifikant (p < 0,1) beste Anpassung zeigen. Ein Vergleich dieser Methode mit anderen sensorischen Bestimmungen der relativen Süße, wie sie vermittels kategorisierender Prüfungen [14] oder Größenverhältnisschätzungen [15, 16] möglich sind, soll in einer späteren Arbeit erfolgen. Summary K . HOPPE : A methodical contribution to the determination of equality in sensation as exemplified b y the relative sweetness of saccharin The author describes an improvement of the sensory constant stimulus method b y the introduction of statistical methods (sequential analysis, significance test). The. superiority of the new method is demonstrated by the hitherto known determinations of the relative sweetness of saccharin and its concentration dependence.

Pe3K»Me

K . X o n n e : MeTonHiecKoe c o o ß m e j m e no onpenejieHHio TOjKRecTBeHHocTM omymeHHH Ha npHMepe cpaBHHTejitHOH cjiaaoera caxapima

615

R e l a t i v e S ü ß e v o n Saccharin

OnMCHBaeTCH yjiyiiueHHe ceHcopHoro MeTona noeroHHHoro pa3npa>KeHHH nyTeM ceKBeHuwajitHoro cnocoßa npoßepKH pacnpenejieHHH M C T A T H C T H I E C K O I L HoCTOBepHoCTH peiueHHH npoßepKH. Ha npHMepe H3BecTHHx onpesejieHHii OTHOCHTejihH O Ö cjianocTH caxapHna H ero 3 A B M C H M O C T H OT KOHueHTpauiiH H0Ka3bmaeTCH npeBOCXOACTBO HOBoro cnocoßa onpejiejieHHH. BBENEHHH

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114—116

E i n g e g a n g e n 18. 1 1 . 1976

43*

Arthur-Scheunert-

Die Nahrung

21

7

1977

6 1 7 — 619

Zentralinstitut für Ernährung in Potsdam-Rehbrücke (Direktor: Prof. Dr. H. HAENEL), Forschungszentrum für Molekularbiologie und Medizin, Akademie der Wissenschaften der D D R

Der Einfluß von Dialdehydstärke auf die Rehydratation von Proteintexturaten H . SCHMANDKE Und G . MUSCHIOLIK

Dialdehydstärke beeinflußt die Rehydratation von Proteintexturaten aus AckerbohnenproteinCasein ( i : i)-Fasern, Rindfleisch und einem Bindemittel nicht wesentlich.

Da der Verwendung von getrockneten Proteintexturaten große Bedeutung zukommt, werden in dieser Arbeit Ergebnisse über die Rehydratation und Rehydratationszeit von luftgetrockneten und gefriergetrockneten Proteintexturaten aus Ackerbohnenprotein-Casein(i:i)-Fasern, Rindfleisch und einem Bindemittel aus Weizengluten, Vollei und Rinderblutplasma in Abhängigkeit unterschiedlicher Rehydratationstemperaturen mitgeteilt, wobei der Einfluß von Dialdehydstärke unter Berücksichtigung eines unterschiedlichen Einsatzes bei der Herstellung der Proteintexturate im Vordergrund steht. Material und Methodik Zur Herstellung der Proteintexturate wurden 5 0 % gewolftes Rindfleisch (8 mm-Scheibe), 3 0 % Ackerbohnenprotein-Casein (1: i)-Fasern und 2 0 % einer Bindemittelsuspension, bestehend aus 2 3 % sprühgetrocknetem Weizengluten, 5 % sprühgetrocknetem Vollei, 4 % sprühgetrocknetem Rinderblutplasma und 6 8 % Wasser, wobei der Bindemittelsuspension 1,8 g Natriumhydrogencarbonat pro 100 g Proteinfasern zugesetzt wurden, nach [1] 15 min bei 75 °C Kerntemperatur thermisch verfestigt (Untersuchungsprobe 1). Zur Proteinmodifizierung mittels Dialdehydstärke [2] wurde dieselbe mit einem Oxydationsgrad von 1 0 0 % in zwei Varianten zur Umsetzung gebracht: — Bei der Herstellung der Proteintexturate wurde die; Dialdehydstärke der Bindemittelsuspension zugesetzt, und zwar 0 , 6 % , bezogen auf das Proteintexturat (Untersuchungsprobe 2). — Zur Herstellung der Proteintexturate wurden die Ackerbohnenprotein-Casein(i: i)-Fasern entsprechend [2] in einer 3 %igen Dialdehydstärke-Lösung imprägniert und in PE-Folie bei 60 °C 60 min erhitzt; die erhaltenen Proteintexturate enthalten so ebenfalls 0 , 6 % Dialdehystärke (Untersuchungsprobe 3). Die Trocknung der Proteintexturate (Abmessung: 10 x 20 x 50 mm) erfolgte — im Feuchtigkeitsabsolutbestimmer „mytron" (Elektro-Physikalische Gerätefabrik Dr. Ing. Mueller KG, Heiligenstadt) bei 60 °C in 240 min durch Lufttrocknung, — in der Gefriertrocknungsanlage T G 5 ( V E B Hochvakuum, Dresden). Die Trockenmasse der Proteintexturate und der Restwassergehalt der Trocknungsprodukte wurden nach 4-stündigem Trocknen bei 105 °C berechnet. Für die Bestimmung der Wasseraktivität wurden 80 g getrocknetes Proteintexturat (0,5 bis 1 cm Kantenlänge) im a\y-Wert-Messer (Fa. Lufft, Stuttgart) 3 h bei 20 °C aufbewahrt. Die Messung der Rehydratation erfolgte, indem das getrocknete Proteintexturat bei 20 °C und 100 °C in eine 1% Natriumchloridlösung gegeben und dabei in Abhängigkeit von der Rehydratationsgeschwindigkeit nach verschiedenen Zeiten ausgewogen wurde. Die Rehydratation wird als die

618

SCHMANDKE/MUSCHIOLIK

die Wasseraufnahme [%], bezogen auf den Wassergehalt des ungetrockneten Ausgangsproteintexturates, angegeben.

Ergebnisse Die in diesem Zusammenhang wichtigen analytischen Daten der Proteintexturate vor und nach der Trocknung sind der Tab. i zu entnehmen. Tabelle i Analytische Daten der Proteintexturate vor und nach der Trocknung Proteintexturat vor der Trocknung Untersuchungsprobe

luftgetrocknet Protein [%]

Fett

'28,2

2,5

4,81

(Dialdehydstärkezusatz zur Bindemittelsuspeiision)

28,2

2,5

3 (Dialdehydstärkezusatz zur Proteinfaser)

28,2

2,5

1 (ohne Dialdehydstärke)

Proteintexturat nach der Trocknung

[%]

Wasser [%]

gefriergetrocknet

aw

Restwasser [%]

aw

Restwasser [%]

68,6

0,820

18,3

0,415

0,94

4,72

68,6

0,878

31,1

0,410

0,70

4,9i

68,6

o,75o

17,3

0,470

4.5o

pH

2

Der Einfluß einer unterschiedlichen Proteinmodifikation mit Dialdehydstärke auf die Rehydratation der Proteintexturate bei 20 und 100 °C in Abhängigkeit der gewählten Trocknungsart ist in den Abb. 1 bis 4 dargestellt. 13 2

30 60

120 150 ISO Ilmin] Abb. 1.

210

/ l 3 ( 5 6 7 8 9 /[mini Abb. 2.

Abb. 1. Rehydratation von luftgetrockneten Proteintexturaten bei 20 °C (i-ohne Dialdehydstärkezusatz; 2-Dialdehydstärkezusatz zur Bindemittelsuspension; 3-Dialdehydstärkezusatz zu den Proteinfasern) Abb. 2. Rehydratation von gefriergetrockneten Proteintexturaten bei 20 °C (i-ohne Dialdehydstärkezusatz; 2-Dialdehydstärkezusatz zur Bindemittelsuspension; 3-Dialdehydstärkezusatz zu den Proteinfasern)

Daraus geht hervor, daß die Rehydratation der luftgetrockneten Proteintexturate gegenüber den gefriergetrockneten vermindert ist, wobei der Unterschied zwischen den Proteintexturaten mit und ohne Dialdehydstärkeeinsatz nur sehr gering ausge-

619

Rehydratation von Proteintexturaten

3 3

12

~~LJr\—

21

SO W

20

20 JO

60

ISO

ISO t[min]

210

1

I

3

i

5-

6

7

3

9

/[min]

A b b . 3.

Abb. 4.

A b ß . 3. Rehydratation von luftgetrockneten Proteintexturaten bei 100 °C (i-ohne Dialdehydstärkezusatz; 2-Dialdehydstärkezusatz zur Bindemittelsuspension; 3-Dialdehydstärkezusatz zu den Proteinfasern) A b b . 4. Rehydratation von gefriergetrockneten Proteintexturaten bei 100 °C (i-ohne Dialdehydstärkezusatz; 2-Dialdehydstärkezusatz zur Bindemittelsuspension; 3-Dialdehydstärkezusatz zu den Proteinfasern)

prägt ist. Hinsichtlich der Rehydratationszeit ist dieselbe bei gefriergetrockneten Proteintexturen im Vergleich zu luftgetrockneten erheblich verkürzt. Die Rehydratationstemperatur wirkt sich lediglich auf die Rehydratationszeit der gefriergetrockneten Proteintexturate aus; im Vergleich zu einer Rehydratation bei 20 °C ist die Rehydratationszeit bei einer Rehydratationstemperatur von 100 °C verringert. Ein wesentlicher Einfluß der Dialdehydstärke auf die Rehydratationszeit der Proteintexturate besteht nicht. Hinsichtlich der Textureigenschaften der rehydratisierten Proteintexturate erfolgt unter dem Einfluß von Dialdehydstärke unabhängig von der Trocknungsart und der Rehydratationstemperatur ein Anstieg der Scherfestigkeit. F ü r gewissenhafte technische Mitarbeit danken wir Frau CHRISTA ENGELBRECHT Summary H. SCHMANDKE and G. MUSCHIOLIK: The effect of dialdehyde starch on the rehydration of textured protein Dialdehyde starch does not affect essentially the rehydration of textured proteins based on spun field bean protein/casein(i: 1) fibers, beef and a binder.

Pe3K»Me X . IHMaHHKe H r . M y i n H 0 J I H K : BJIHHHHC HHajiaeranHoro KpaxMajia Ha perHApaTaHHK» 6ejlKOBbIX CTpyKTypaTOB JjHajinerHUHBiii KpaxMaji H e BjinaeT Ha pernnpaTauHio SejiKOBtix CTpyKTypaTOB H 3 SejiKa pyccKHx 6 O 6 O B c Ka3eiiHOM ( 1 : 1 ) , roBHHMHBi H BHHtymero MaTepwajia.

BOJIOKOH

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Die Nahrung

21

7

1977

621 — 626

Sektion Tierproduktion und Veterinärmedizin der Karl-Marx-Universität Leipzig, Fachgruppe Lebensmittelhygiene (Leiter: Prof. Dr. W. LEISTNER), DDR

Qualitätsmängel bei Schweinefleisch: PSE- und DFD-Kondition G. SCHIEFER

Fleischqualitätsmängel im Sinne einer PSE-bzw. DFD-Kondition haben zugenommen. Es wird über Ursachen, die zu diesen Qualitätsbeeinflussungen führen können, berichtet. Die biochemischen Zusammenhänge und die topographischen Besonderheiten beim Vorliegen dieser Qualitätsabweichungen werden erörtert und die technologischen Möglichkeiten der Verwertung von PSE- und DFD-Fleisch dargelegt. Es wird über einige Versuche zur Verwertung von PSEFleisch berichtet.

Bei Schweinefleisch sind 2 wichtige Qualitätsabweichungen bekannt: das blasse, weiche und wässrige PSE-Fleisch 1 und das dunkle, feste, trockene und oft leimige DFD-Fleisch 2 [i]. Das mit diesen Qualitätsmängeln behaftete Schweinefleisch wird in der Regel bei der tierärztlichen Fleischuntersuchung als genußtauglich beurteilt, wenn nicht einzelne Merkmale zu stark ausgebildet sind. Das als genußtauglich beurteilte Fleisch ist aber technologisch als minderwertig anzusehen [2]. Bei der Verarbeitung dieses Fleisches müssen eine Reihe von Besonderheiten berücksichtigt werden, wenn man Erzeugnisse guter Qualität erzielen will. Bei Kenntnis der Einsatzmöglichkeiten des Fleisches mit PSE- oder DFD-Kondition lassen sich die volkswirtschaftlichen Verluste in erträglichen Grenzen halten. Anhand von Erkenntnissen aus der Literatur und eigener Untersuchungen sollen Hinweise zum günstigsten Einsatz dieses Fleisches in der fleischverarbeitenden Industrie gegeben werden. Fleisch

mit

DFD-Kondition

In der Muskulatur lebender Schlachtschweine liegt ein pH-Wert von 7,2 vor; nach der Schlachtung fällt dieser durch enzymatische Säuerung ab. Dabei erfolgt ein Abbau von Adenosintriphosphat (ATP) und Glykogen. Das Glykogen wird über verschiedene Stufen bis zur Milchsäure abgebaut. Aus ATP entsteht Adenosinmonophosphat und daraus Inosinmonophosphat (IMP), das weiter zu Inosin bzw. Hypoxanthin abgebaut wird. IMP ist als Aromastoff im Fleisch von großer Bedeutung. Diese bei der Fleischreifung ablaufenden biochemischen Vorgänge werden maßgeblich durch den Gehalt von ATP und Glykogen in der Muskulatur der lebenden Tiere bestimmt. Während bei gesunden Schlachtschweinen der pH-Wert im Verlauf von 6 —10 h auf Werte zwischen 5,4 und 5,8 abfällt, ist der Glykolyseverlauf bei DFD-Fleisch unvollkommen und verzögert; nach 24 h liegt der pH-Wert noch über 6,2; die Fleischreifung ist ungenügend. Untersuchungen zeigten, daß durch verschiedene äußere Einflüsse ante mortem ATP und Glykogen im Muskelgewebe abnorm rasch abgebaut werden. Bei Schlachtschweinen mit DFD-Kondition tritt dabei — z. B. bedingt durch die Streßsituation — die Milchsäure noch vor der Schlachtung aus der Muskulatur ins Blut über, wodurch ein hoher pH-Wert des Fleisches hervorgerufen wird [3, 4]. Die stark verminderten Glykogenvorräte gestatten keine Bildung von Milchsäure, damit bleibt der pH-Wert längere Zeit auf der gleichen Höhe. Als Ursachen für diesen Qualitätsmangel kommen u. a. besondere Streßanfälligkeit, ungünstige Transportbedingungen und genetische Faktoren in Frage [5]. 1 2

PSE = pale, soft, exudativ D F D = dark, firm, dry

622

SCHIEFER

Fleisch mit der DFD-Kondition zeigt gegenüber normaler Muskulatur eine dunklere Farbe, festere Konsistenz und eine geringere Saftigkeit. Außerdem weist es eine leimige Oberfläche auf. Als Grenzwerte für das Vorliegen des D FD-Charakters gelten [6]: pH-Wert 45 min post mortem Farbhelligkeit [%] Safthaltevermögen Preßsaftring [cm2] Preßsaftverlust [%] Dripverlust vakuumverpackt [%] einfach verpackt [%]

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