Der GC-MS-Aroma-Designer spielt eine wichtige Rolle bei der Analyse von Aromen, die für den Geschmack von Wein entscheidend sind.

Kanako Sasaki vom Institut für zukünftige Getränke, Forschungs- und Entwicklungsabteilung, Kirin Holdings Company, Limited (Präfektur Kanagawa, Shonan iPark). Das Foto zeigt Aroma Designer, ein Gaschromatograph-Massenspektrometer (GC-MS), das speziell für die Aromaanalyse entwickelt wurde.

Die Shimadzu Corporation hat in Zusammenarbeit mit der Universität Iwate den Aroma Designer entwickelt, ein Gaschromatographie-Massenspektrometer (GC-MS) speziell für die Aromaanalyse. Es wurde am Institut für Zukunftsgetränke der Kirin Holdings Company, Limited, eingeführt und spielt dort eine aktive Rolle bei der technologischen Weiterentwicklung von Wein und Bier.

 

Die komplizierte und tiefgründige Welt der Gerüche

Der Geruchssinn gilt als der am wenigsten erforschte der fünf Sinne. Das liegt an der Komplexität der Gerüche. Die Welt ist voller Gerüche, von angenehmen Aromen bis hin zu unangenehmen Gestank. Doch was genau sind Gerüche? Es handelt sich um flüchtige chemische Substanzen, sogenannte Duftmoleküle. Hunderttausende solcher Moleküle existieren. Die charakteristischen Eigenschaften eines Geruchs ergeben sich aus der Kombination von Dutzenden bis Hunderten dieser Duftmoleküle.

Der muffige Geruch von Socken stammt beispielsweise von Isovaleriansäure, während das Vanillearoma von Vanillin herrührt. In Kombination entsteht der Duft von Schokolade. Verändert sich die Konzentration der jeweiligen Duftmoleküle, ändert sich auch der Geruch. Skatol, ein aus Tierkot gewonnenes Molekül, riecht nach Fäkalien. Bei geringerer Konzentration entwickelt es jedoch einen frischen, minzartigen Geruch. Neben diesen komplexen Unterschieden sind die Geruchsempfindungen und -präferenzen individuell verschieden, was objektive Bewertungen erschwert und die Geruchsanalyse so schwierig macht.

Die Schwierigkeit der Geruchsmessung

Zur objektiven Bewertung solcher Gerüche wurden verschiedene Ansätze und Instrumente entwickelt. Bei den Instrumenten werden die Komponenten in den Proben sowie deren Konzentrationen mittels GC-MS analysiert. Um die mit diesen Komponenten verbundenen Gerüche zu bestimmen, werden Probanden gebeten, die von der GC-MS-Säule eluierten Komponenten nacheinander zu riechen. Dies wird als Geruchsschnüffelmethode bezeichnet.

Im Gegensatz dazu eignet sich die Auslassungsmethode für Gerüche, die aus mehreren Komponenten bestehen. Dabei wird eine einzelne Komponente weggelassen, und die Testperson entscheidet, ob sich ihre Geruchswahrnehmung verändert hat. Gerüche setzen sich jedoch aus Hunderten von Komponenten zusammen. Die Untersuchung aller Komponenten einer Probe, die Präparation jeder einzelnen Komponente und das anschließende Riechen und Vergleichen der Proben mit den jeweils weggelassenen Komponenten war bisher eine äußerst aufwendige Aufgabe.

Die Shimadzu Corporation hat in Zusammenarbeit mit der Universität Iwate den Aroma Designer entwickelt, ein GC-MS-System speziell für die Aromaanalyse. Die Duftkomponenten werden mittels Gaschromatographie (GC) isoliert, und nur die vom Analytiker gewünschten Komponenten werden dem Massenspektrometer (MS) zugeführt. Die Analyseprobe wird durch Auffangen des restlichen Duftstoffs in einem Duftbeutel hergestellt.

Kanako Sasaki (Institut für zukünftige Getränke der Kirin Holdings Company, Limited), die die Einführung des Geräts beschloss, bemerkte: „Als ich von diesem Prinzip erfuhr, war das eine echte Offenbarung, denn ich hatte keine Ahnung, dass es so einen Ansatz gibt! Aroma Designer widerlegt die Annahme, dass GC-MS nur zur Analyse dient, und übernimmt alles bis hin zur Automatisierung der Probenvorbereitung. Es ist wirklich eine völlig neue Sichtweise“, sagte sie.

GC-MS Aroma Designer Duftbeutel

Sasaki ist für Weingetränke zuständig und entwickelt Techniken zur Modifizierung der für Wein charakteristischen Aromakomponenten im Rahmen des Traubenanbaus und der Weinherstellung.

„Schon seit Längerem wollte ich die Erforschung von zusammengesetzten Aromen vorantreiben, die aus der Kombination verschiedener Komponenten entstehen. Bei der Untersuchung solcher Aromen ist es zwar möglich, Gerüche wahrzunehmen, aber oft unklar, welche Komponenten jeweils zu dem Geruch beitragen. Deshalb habe ich Aroma Designer eingeführt, da es nicht nur die Analyse durch die einfache Vorverarbeitung beschleunigt, sondern auch die gewünschten Daten liefert. Ein System, das die vom Analytiker zu extrahierenden Komponenten automatisch entfernt, ist von unschätzbarem Wert.“

Mithilfe von Aroma Designer konnte Sasaki die Aromakomponenten reifer Früchte im Muscat Bailey A-Wein identifizieren, einer Rebsorte, die in Japans führenden Rotweinen verwendet wird. Sie präsentierte ihre Ergebnisse auf der 75. ASEV-Nationalkonferenz, die im Juni 2024 von der American Society for Enology and Viticulture in den USA veranstaltet wurde. Das Programm wird mittlerweile nicht nur zur Weinforschung, sondern auch zur Bieranalyse eingesetzt.

Weitere Durchbrüche in der Geruchsanalyse erwartet

Die Geruchsforschung befindet sich noch in der Entwicklung, und vieles ist noch ungeklärt. Software, die die Forschung unterstützt, beispielsweise Programme mit erweiterten Bibliotheksfunktionen, die Analyseergebnisse mit Geruchskomponenten vergleichen können, wäre sehr hilfreich. Darüber hinaus habe ich gehört, dass Shimadzu auch Hirnforschung betreibt. Sensorische Tests sind für die Geruchsanalyse unerlässlich, weisen aber oft Mängel in der Konsistenz auf. Ich hoffe, dass es mithilfe neuer Technologien möglich sein wird, objektive Bewertungen von Empfindungen und Präferenzen zu erhalten.

Von links: Kanako Sasaki von Kirin Holdings Company, Limited, Kazuhiro Kawamura, Yu Nagao und Motoo Kinoshita von Shimadzus Abteilung für Analyse- und Messinstrumente sowie Hiroyuki Yamaguchi von Shimadzus Vertriebs- und Marketingabteilung

Château Mercian, japanischer Jungwein, Yamanashi Muscat Bailey A 2024. Erhältlich (solange der Vorrat reicht) bei Château Mercian Katsunuma Weingut in der Stadt Koshu, Präfektur Yamanashi

Kommentar von Sasaki: „Jedes Jahr am 3. November, dem Erscheinungsdatum von Yamanashi Nouveau, wird ein neuer japanischer Wein, Yamanashi Muscat Bailey A, angekündigt. Dieser neue Wein wird aus Muscat Bailey A-Trauben hergestellt, deren Aroma am Institut für zukünftige Getränke erforscht wird. Ich hoffe, dass Aroma Designer weiterhin dazu beitragen wird, die Aromaforschung voranzutreiben und so köstliche Weine auf die Tische der Welt zu bringen.“