Inhaltsstoff-Veränderungen während der Kartoffellagerung vor dem Hintergrund gesundheitsbezogener Aspekte

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1 VDLUFA-Schriftenreihe Inhaltsstoff-Veränderungen während der Kartoffellagerung vor dem Hintergrund gesundheitsbezogener Aspekte N.U. Haase (Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel; Detmold) 1 Einleitung Kartoffelknollen enthalten zahlreiche Verbindungen mit potentiellen gesundheitlichen Auswirkungen auf uns Menschen. Vor dem Hintergrund der aktuellen Diskussion um gesundheitsbezogene Auslobungen bei Lebensmitteln [Martell, 27] gilt es, eine ausreichende Datengrundlage zu schaffen, um entsprechende Claims-Anmeldungen bewerten zu können. Kartoffeln werden überwiegend als nährstoffarmes und gesundes Lebensmittel eingestuft (unter Verzicht auf fetthaltige Convenience-Erzeugnisse). So weisen Nährwerttabellen für Speisekartoffeln einen Energiegehalt von ca. 33 kj je g verzehrbaren Anteils auf. Der Mineralstoffgehalt und auch die Vitamingehalte der Kartoffel tragen wesentlich zur Abdeckung des Tagesbedarfs bei (Kalium und Vitamin C mit je 3 % bei einer Portion von 2 g Pellkartoffeln) [Souci et al., 2]. Potentielle Veränderungen der Inhaltsstoffkonzentrationen in der Nacherntephase erfordern ein abgestimmtes Konzept, um die Qualitätsverluste so niedrig wie möglich zu halten. Gegenwärtig verbreitet ist die Kühllagerung bei 4-6 C. Bedingt durch Stoffwechsel-physiologische Besonderheiten setzt bei dieser Temperatur die Keimung nur sehr zögerlich ein, so dass auch eine mehrmonatige Langzeitlagerung ohne Keimhemmungsmittel auskommt. Ganz anders sieht es jedoch bei höheren Lagerungstemperaturen aus. Wenn hierbei auf den Einsatz von Keimhemmungsmitteln verzichtet wird, sind entsprechende Qualitätsverluste fast unausweichlich. Zur Abschätzung dieser qualitätsverändernden Prozesse wurden Lagerungsversuche bei zwei Temperaturen durchgeführt. Dabei wurde auf den Einsatz von Keimhemmungsmitteln verzichtet (worst case szenario; Simulation des Konsumentenverhaltens). 2 Material und Methoden Für die Untersuchung wurden zwei frühe Sorten (Cilena und Marabel) und eine mittelfrühe Sorte (Lolita) mit jeweils mittlerer Sortierung (35-55 mm) verwendet. Zum einen wurden die Kartoffeln über 6 Monate bei +4 C und 95 % rel. Luftfeuchte und zum anderen bei + C und 95 % rel. Luftfeuchte in einer Klimakammer gelagert. Monatlich erfolgten Beprobungen. Dabei wurde die Masse gebildeter Keime in den Einzelmustern festgehalten (g/g).

2 264 Kongressband 27 Die Trockenmassegehalte in den Knollen wurden mittels des Trockenschrankverfahrens bestimmt. Dazu wurde ein repräsentatives aliquot gewaschen, zerkleinert und homogenisiert Der Masseverlust im Trockenschrank wurde bei 5 C ermittelt [American Association of Cereal Chemists (AACC), 1993a]. Für die eigentlichen Laboruntersuchungen wurden die Proben lyophilisiert. Die Restfeuchte wurde ebenfalls bei 5 C bestimmt [American Association of Cereal Chemists (AACC), 1993b]. Die reduzierenden Zucker (Glukose und Fruktose) wurden mittels eines UV- Tests [Anonym, 1995a] gemessen. Vitamin C wurde als Summe von Ascorbin- und dehydro-ascorbinsäure mittels eines Farbtests bestimmt [Anonym, 1995b]. Die antioxidativ wirksamen Inhaltsstoffe wurden nach wässriger Extraktion als Summenwert erfasst [Benzie and Strain, 1996]. Die Gesamtkonzentration an Glycoalkaloiden wurde als Summe von α-solanin und α-chaconin bestimmt. Nach Flüssigextraktion und einer Aufreinigung in Form einer Festphasenextraktion (SepPak C18, Waters, Milford, MA, USA) erfolgte die Auftrennung mittels HPLC (Hypersil 5 ODS, C18 Kontron) [Hellenäs et al., 1995]. 3 Ergebnisse und Diskussion 3.1 Trockenmasse Der mittlere Trockenmassegehalt der drei Sorten veränderte sich bei der 4 C- Lagerung im betrachteten Lagerungszeitraum so gut wie nicht (Abbildung 1) TM TM-w 25 TM [%] Abb. 1: Veränderungen des Trockenmassegehaltes bei unterschiedlichen Lagerungstemperaturen (jeweilige Sortenmittel mit der Ausweisung der Standardabweichung) in Abhängigkeit von der Lagerungsdauer.

3 VDLUFA-Schriftenreihe Hingegen stieg er bei den wärmer gelagerten Kartoffeln insbesondere zum Ende des Lagerungszeitraumes signifikant an. 3.2 Reduzierende Zucker Reduzierende Zucker stellen ein wichtiges Qualitätsmerkmal insbesondere dann dar, wenn es zur Maillard-Reaktion kommt. In den letzten Jahren wurden dazu verschiedene Arbeiten vor dem Hintergrund der Acrylamidproblematik publiziert [Mottram et al., 22; Stadler et al., 22; Yaylayan et al., 23; Mottram et al., 26]. Bei den kalt gelagerten Proben kam es zu extremen Zunahmen des Zuckergehaltes bereits kurz nach Beginn der Lagerung, während es bei den wärmer gelagerten Proben nur zu einem Anstieg unterhalb der Signifikanzschwelle kam (Abbildung 2). Die drei untersuchten Sorten unterschieden sich nur bei den wärmer gelagerten Proben (hier nicht gezeigt). Red. Zucker [mg/ g FM] 3 2 RedZuck RedZuck-w Abb. 2: Veränderungen des Gehaltes an reduzierenden Zuckern bei unterschiedlichen Lagerungstemperaturen (jeweilige Sortenmittel mit der Ausweisung der Standardabweichung) in Abhängigkeit von der Lagerungsdauer. Die kalt gelagerten Kartoffeln waren bereits im Januar nicht mehr verarbeitungswürdig. Aber auch bei den wärmer gelagerten Kartoffeln wurden die Richtwerte von 15 bzw. 25 mg reduz. Zucker je g Frischmasse teilweise deutlich überschritten. Da die untersuchten Kartoffelsorten keine expliziten Verarbeitungssorten sind, sollten entsprechende Back- und Frittiergerichte mit derartigen Kartoffeln eher nicht zubereitet werden. Die Kartoffel verarbeitende Industrie nutzt deshalb auch nur einige wenige Kartoffelsorten, die oftmals speziell für die Verarbeitung gezüchtet worden sind. Insbesondere die sehr hohen Zuckerkonzentrationen der kalt gelagerten Kartoffeln dürften sich aber

4 266 Kongressband 27 auch bereits bei einer Nutzung als Speisekartoffel sensorisch ungünstig bemerkbar machen. 3.3 Vitamin C Vitamin C ist ein natürliches Antioxidationsmittel. In den kalt gelagerten Kartoffeln kam es gleich zu Beginn zu einer Halbierung der Konzentration, wie auch Weber und Putz [1998] beschreiben. Im weiteren Verlauf der Lagerung blieb das erreichte niedrige Niveau dann weitgehend stabil. Die wärmer gelagerten Proben verloren ebenfalls Vitamin C, jedoch war der Rückgang insgesamt langsamer. Zum Ende der Lagerungsperiode näherten sich die Werte dann wieder weitgehend an. Sortenunterschiede waren nicht vorhanden (Abbildung 3) Vitamin C Vitamin C-w Vitamin C [mg/ g FM] Abb. 3: Veränderungen des Gehaltes an Vitamin C bei unterschiedlichen Lagerungstemperaturen (jeweilige Sortenmittel mit der Ausweisung der Standardabweichung) in Abhängigkeit von der Lagerungsdauer. Der hohe Beitrag der Kartoffel zur Abdeckung des Tagesbedarfs an Vitamin C ist zwar über die Lagerungsphase hinweg rückläufig, doch auch die rel. niedrigen Werte der Frühjahrsproben tragen noch signifikant zur Deckung des Tagesbedarfs bei. 3.4 Antioxidatives Potential Antioxidativ wirksame pflanzliche Erzeugnisse werden gegenwärtig intensiv diskutiert. Neben zahlreichen Obst- und Gemüsearten zählen Kartoffeln jedoch nicht zum zentralen Untersuchungsspektrums. Zwar sind die Konzentrationen in der Kartoffel oftmals niedrig, doch können über die jeweilige Verzehrsmenge jedoch durchaus relevante Mengen aufgenommen werden.

5 VDLUFA-Schriftenreihe Die Untersuchungen wiesen nicht auf Sortenunterschiede wohl aber auf Einflüsse der Lagerungszeit hin. So setzte ab der Jahreswende eine stete Erhöhung der Werte ein, während z.b. die Vitamin C-Werte (siehe Abb. 3) rückläufig waren. Die jeweilige Lagerungstemperatur hatte bis auf den letzten Untersuchungstermin dabei keinen Einfluss (Abbildung 4).,7,6 FRAP FRAP-w FRAP_TE [mmol/ g FM],5,4,3,2,1, Abb. 4: Veränderungen des Gehaltes an antioxidativ wirksamen Substanzen (dargestellt als Trolox-Äquivalente) bei unterschiedlichen Lagerungstemperaturen (jeweilige Sortenmittel mit der Ausweisung der Standardabweichung) in Abhängigkeit von der Lagerungsdauer. 3.5 Glycoalkaloide Glycoalkaloide sollten aufgrund ihrer hohen Toxizität nur in Form geringer Konzentrationen toleriert werden [Haase, 1999]. Die nicht sachgerechte Lagerung bei + C führte ab Januar zu einer Keimung der Knollen. Im März lag der Anteil der Keime an der Gesamtmasse bereits bei 4 % (Tabelle 1). Tab. 1: Wachstum Keime (% Gesamtmasse Kartoffeln) bei wärmer gelagerten Kartoffeln (+ C). Probenahmetermin Jan Febr Mär Apr Mai Lagerungstemperatur ( C) Keimbildung (Massen%) Cilena Lolita Marabel,4,3,9 1,3 1,3 1,5 3,9 3,5 4,3 9, 6,4 9,1 7,5 7,8,2

6 268 Kongressband 27 Damit verbunden waren entsprechende Erhöhungen des Glycoalkaloidniveaus [Haase, 1999], wie die jeweiligen Werte der Kern- und Schalemessungen zeigten (Abbildung 5 und 6). 6 5 Kern_kalt Kern_warm TGA [mg/ g FM] Abb. 5: Veränderungen des Glycoalkaloidgehaltes in geschälten Kartoffeln bei unterschiedlichen Lagerungstemperaturen (jeweilige Sortenmittel mit der Ausweisung der Standardabweichung) in Abhängigkeit von der Lagerungsdauer. 4 Schale_kalt Schale_warm TGA [mg/ g FM] 3 2 Abb. 6: Veränderungen des Glycoalkaloidgehaltes in der Schale bei unterschiedlichen Lagerungstemperaturen (jeweilige Sortenmittel mit der Ausweisung der Standardabweichung) in Abhängigkeit von der Lagerungsdauer. Die Auftrennung der Knollen nach Schale und Kern zeigte die fast ausschließliche Anreicherung der Substanzen im Schalenbereich. Bei den wärmer gelagerten Knollen kam es im Verlauf der Lagerung aber auch zu einem signifikanten Anstieg der Werte im Kern (siehe Abb. 5), so dass trotz Schälung das

7 VDLUFA-Schriftenreihe Gesundheitsrisiko deutlich zunahm. Die Toxizitätsschwelle der Glycoalkaloide liegt bei 1-2 mg/kg Körpergewicht [Morris and Lee, 1984]. Unter Berücksichtigung der vorliegenden Analysenergebnisse dürfte somit ein kg schweres Kleinkind im ungünstigsten Falle bis zum Erreichen der Toxizitätsschwelle maximal 2 g geschälte Kartoffeln zu sich nehmen. Kommt ein Sicherheitsabstand (Faktor x) hinzu, würde die maximal tolerierbare Verzehrsmenge entsprechend weiter absinken! Damit wird deutlich, dass insbesondere Kleinkinder von der Glycoalkaloidproblematik betroffen sind. 4 Zusammenfassung In einem Lagerungsversuch mit zwei unterschiedlichen Temperaturen wurden drei Kartoffelsorten über 7 Monate gelagert. Jeweils monatlich wurden Proben entnommen und analysiert. Die 4 C-Lagerung bewirkte eine rasche und extreme Zunahme des Gehaltes an reduzierenden Zuckern. Auch war der Vitamin C-Abbau rascher als bei den wärmer gelagerten Proben ( C). Hier setzte ein deutlicher Wasserverlust in der zweiten Lagerungshälfte ein. Gleichzeitig kam es zu einer verstärkten Zunahme des antioxidativen Potentials und der Glycoalkaloidanreicherung (sowohl in der Schale als auch in der geschälten Knolle). Vor dem Hintergrund einer gesundheitlichen Risikominimierung sollten demnach kalt gelagerte Kartoffeln nicht zu Brat- und Frittierprodukten verarbeitet werden. Stark gekeimte Kartoffeln sollten gar nicht verzehrt werden. Auch das oftmals praktizierte Abkeimen der Kartoffeln verbessert den Gesundheitsstatus nicht. Literatur American Association of Cereal Chemists (AACC), 1993a: Approved methods of the AACC: Method 44-6 (Moisture - drying on quartz sand), AACC, St. Paul, MN, USA American Association of Cereal Chemists (AACC), 1993b: Approved methods of the AACC. Method 44-15a (Moisture - air oven method), AACC, St.Paul, Mn, USA Anonym, 1995a: UV-Test zur Bestimmung von D-Glucose und D-Fructose in Lebensmitteln-Methoden der enzymatischen BioAnalytik und Lebensmittelanalytik, Boehringer, Mannheim Anonym, 1995b: Farbtest zur Bestimmung von L-Ascorbinsäure und dehydro- Ascorbinsäure-Methoden der enzymatischen BioAnalytik und Lebensmittelanalytik, Boehringer, Mannheim

8 27 Kongressband 27 Benzie, I.F.F. and Strain, J.J., 1996: The ferric reducing ability of plasma (FRAP) as a measure of "antioxidant power": The FRAP assay, Analyt. Biochemistry 239, 7-76 Haase, N.U., 1999: Glycoalkaloide in Kartoffelknollen, Kartoffelbau 5, Hellenäs, K.E., Branzell, C., Johnsson, H., and Slanina, P., 1995: Glycoalkaloid content of early potato varieties, J. Sci. Food Agric 67, Martell, H., 27: Die neue Claims-Verordnung - Verordnung (EG) Nr. 1924/26, Getreidetechnologie 61, Morris, S.C. and Lee, T.H., 1984: The toxicity and teratogenicity of Solanaceae glycoalkaloids, particularly those of the potato (Solanum tuberosum): a review, Food Technology in Australia 36, Mottram, D.S., Low, M.Y., and Elmore, J.S., 26: The Maillard reaction and its role in the formation of acrylamide and other potentially hazardous compounds in foods. In: Skog, K. and Alexander, J. (Eds.): Acrylamide and other hazardous compounds in heat-treated foods, 1, Cambridge, Woodhead publishing limited, 3-22 Mottram, D.S., Wedzicha, B.L., and Dodson, A.T., 22: Acrylamide is formed in the Maillard reaction, nature 419, Souci, S.W., Fachmann, W., Kraut, H., Scherz, H., and Senser, F., 2: Die Zusammensetzung der Lebensmittel. Nährwert-Tabellen, Stuttgart, Medpharm Stadler, R.H., Blank, I., Varga, N., Robert, F., Hau, J., Guy, P.A., Robert, M.C., and Riediker, S., 22: Acrylamide from maillard reaction products, nature 419, Weber, L. and Putz, B., 1998: Vitamin-C in Kartoffeln, Kartoffelbau 49, Yaylayan, V.A., Wnorowski, A., and Locas, C.P., 23: Why asparagine needs carbohydrates to generate acrylamide, J. Agric. Food Chem 51,