Het aroma van cacao en chocolade ontrafeld!

Het aroma van cacao en chocolade ontrafeld! Dr. apr. Inge Dirinck, Ing. Isabelle Van Leuven (SENSTECH – Vlaams Adviescentrum voor Sensoriek van Voedingsmiddelen en Contactmaterialen)

Prof. dr. Patrick Dirinck, Ing. Ann De Winne (Laboratorium voor Aromaonderzoek – KaHo Sint-Lieven)

OVERZICHT • inleiding: smaakperceptie en aromabeïnvloedende parameters van cacao en chocolade • methoden voor smaakkarakterisering ⇒ ⇒ ⇒

sensorische analyse GC-MS profilering MS-nose technologie

• applicaties cacao en chocolade (niet-confidentieel) ⇒ ⇒

invloed van concheerparameters (concheertemperatuur en concheertijd) (experiment VLAZ) invloed van geografische origine cacaomassa

• besluiten

Workshop 'Sensoriek van zoetwaren' - Intrafood:10, 15 september 2010, Kortrijk

2

Smaakperceptie

smaak in de brede betekenis mondgevoel smaak op de tong aroma!!


3

Aromabeïnvloedende parameters van cacao en chocolade chocolade: complex product, aroma beïnvloed door formulering, type, origine en blend cacaomassa, …  cacaomassa speelt essentiële rol: VOC’s • botanische species • origine (bodem, klimaat, oogsttijdstip, …)

biogenese

• processing cacaobonen

fermentatie

• processing

Maillard

roosteren concheren • verpakking en veroudering (ageing)

oxidatie

… Workshop 'Sensoriek van zoetwaren' - Intrafood:10, 15 september 2010, Kortrijk

4





• besluiten


5

Methoden voor smaakkarakterisering • klassieke technieken voor smaakkarakterisering: - sensorische analyse - gaschromatografie-massaspectrometrie (GC-MS) • snelle techniek: MS-gebaseerde elektronische neus (MS-nose) ⇒ sterkten/zwakten : - GC-MS en sensorische analyse zijn beide tijdrovend - sensorische analyse meet de totale smaakperceptie, maar kan mogelijks resulteren in subjectieve resultaten - GC-MS levert inzicht in de moleculaire basis van de smaak: ‘Waarom smaken levensmiddelen zoals ze smaken?’ - MS-nose is een snelle techniek voor routinekwaliteitscontrole ⇒ goede overeenkomst tussen sensorische en analytische methoden én analytische methoden onderling is noodzakelijk! Workshop 'Sensoriek van zoetwaren' - Intrafood:10, 15 september 2010, Kortrijk

6

Sensorische analyse = organoleptische evaluatie van voedingsmiddelen ↓ menselijke zintuigen (o.a. olfactorisch systeem) sensorische testen QC, R&D

marketing

analytische testen verschiltesten duo-trio triangel duo

hedonische testen

kwantitatieve/ beschrijvende testen

voorkeurstesten acceptatietesten

profielbepaling (QDA) rangordetesten


7

Sensorische analyse • analytische sensorische testen: verschiltesten en beschrijvende sensoriek (QDA) • selectie en training van sensorisch panel (laboratorium/expert) • selectie van descriptoren/attributen aromawiel chocolade

• gestandaardiseerde testcondities • sensorische testruimte met smaakhokjes Workshop 'Sensoriek van zoetwaren' - Intrafood:10, 15 september 2010, Kortrijk

8

GC-MS profilering isolatie

GC-MS

scheiding → chromatogram 98

identificatie door massaspectrometrie

39 42

81

53 69

27 95

(semi-)kwantitatieve bepaling → complexe gegevensmatrix • aroma-isolatietechnieken ↓ • off-line dataverwerking • on-line, automatisatie • chocolade (SDE, HS-SPME) (multivariaatstatistiek, chemometrie) ‘totale vluchtige stoffenanalyse’ vs. b.v. principale componentenanalyse of PCA headspacetechniek Workshop 'Sensoriek van zoetwaren' - Intrafood:10, 15 september 2010, Kortrijk

9

GC-MS profilering vs. MS-nose GC-MS profilering

MS-nose

voedingsmiddel

voedingsmiddel

AROMA ISOLATIE

AROMA ISOLATIE

SCHEIDING IDENTIFICATIE

SENSING SYSTEEM MASS FINGERPRINTS

(SEMI-)KWANTIFICATIE DATAVERWERKING

DATAVERWERKING


10

MS-nose analyse Aroma isolatie

45 55

Fragmentatie

Quadrupool MS sensing systeem

statische head space (S-HS) or andere aroma isolationtechniek detector (HS-SPME, ...)

Totaal massaspectrum

69 81 91115141169191220 105 124152179202235 250

Mass fingerprint

niet conform niet conform

conform

Automated interpretation and prediction

Dataverwerking (e.g. PCA)

11





• besluiten


12

70000

60000

50000

40000

30000

20000

10000

Time--> 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00


80000

22.00 24.00 26.00

2,5-dimethyl-3-ethylpyrazine tetramethylpyrazine nonanal 2-fenylethanol

2-fenylethylacetaat

3,5-dimethyl-2-isobutylpyrazine

3,5-diethyl-2-methylpyrazine 2,3,5-trimethyl-6-ethylpyrazine

90000

fenylacetaldehyde

100000

2-acetylpyrrol

2-ethyl-6-methylpyrazine trimethylpyrazine

benzaldehyde

2,5-dimethylpyrazine nonaan (I.S.)

110000

methylpyrazine

120000

3-methylbutanal

130000

2,3-butaandiol

2-methylbutanal

140000

dimethyldisulfide

azijnzuur

2-methylpropanal 2,3-butaandion

150000 ethanol

Appl. 1: invloed van concheerparameters HS-SPME-GC-MS chromatogram van chocolade (deel1) 6u bij 60°C concheren

Abundance

28.00 30.00

13

Appl. 1: invloed van concheerparameters HS-SPME-GC-MS chromatogram van chocolade (deel 2) 6u bij 60°C concheren Abundance 150000 140000 130000

20000 10000 Time-->

30.00

32.00

34.00

36.00

40.00

42.00

ethyltetradecanoaat

44.00

2-pentadecanon

caffeine

38.00

hexadecaan tetradecaanzuur

30000

ethyldodecanoaat

40000

butylbenzoaat

50000

2-fenylethylacetaat 2-fenyl-2-butenal

60000

2-butyl-3,5-dimethylpyrazine

70000

tetradecaan

80000

mellein dodecaanzuur

90000

5-hydroxy-2-deceenzuurlacton 5-methyl-2-fenyl-2-hexenal

110000 100000

methylhexadecanoaat

120000

ethylhexadecanoaat

hexadecaanzuur

160000

46.00

48.00

50.00


52.00

54.00

56.00

58.00

60.00

14

PCA biplot HS-SPME-GC-MS profielen 1.0

Bi-plot

PC2

2-pentadecanon ethyltetradecanoaat ethylhexadecanoaat

triangeltest 8/12 (p<0,05) significant sensorisch verschil hexadecaanzuur 2,5-dimethyl-3-ethylpyrazine ∆ concheertemperatuur 6u 90°C methylhexadecanoaat

tetradecaanzuur

0.5

6u 60°C

6umethylpyrazine 60°C

dodecaanzuur

2-butyl-3,5-dimethylpyrazine 5-hydroxy-2-deceenzuurlacton trimethylpyrazine ethyldodecanoaat 2-acetylpyrrol 5-methyl-2-fenyl-2-hexenal 2-isopentyl-3-methylpyrazine

2-methylpropanal 2,3-dimethylpyrazine

caffeine

2-methylbutanal 3-methylbutanal

12u 70°C 2,3-butaandiol

tetramethylpyrazine 0

6u 90°C

benzaldehyde 2-ethyl-6-methylpyrazine

2-fenylethanol 2-isoamyl-6-methylpyrazine + 2-fenylethylacetaat

12u 70°C

4u 70°C 4u 70°C

butylbenzoaat 2-fenyl-2-butenal

fenylacetaldehyde ethylpyrazine 2,5-dimethylpyrazine

2,3,5-trimethyl-6-ethylpyrazine

azijnzuur mellein

-0.5

3,5-dimethyl-2-isobutylpyrazine 3,5-diethyl-2-methylpyrazine

nonanal

6u 70°C

2,3-butaandion

dimethyldisulfide

hexadecaan tetradecaan

-1.0 -1.0 PC1 31%, PC2 22%

PC1

6u 70°C -0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2


0.4

0.6

0.8

1.0

15

PCA biplot HS-SPME-GC-MS profielen 1.0

Bi-plot

PC2

2-pentadecanon ethyltetradecanoaat ethylhexadecanoaat methylhexadecanoaat tetradecaanzuur hexadecaanzuur

0.5

6u 60°C

2,5-dimethyl-3-ethylpyrazine

6u 90°C

6u 60°C

dodecaanzuur

methylpyrazine 2-butyl-3,5-dimethylpyrazine 5-hydroxy-2-deceenzuurlacton trimethylpyrazine ethyldodecanoaat 2-acetylpyrrol 5-methyl-2-fenyl-2-hexenal 2-isopentyl-3-methylpyrazine

2-methylpropanal 2,3-dimethylpyrazine

caffeine

2-methylbutanal 3-methylbutanal

12u 70°C 2,3-butaandiol

tetramethylpyrazine 0

benzaldehyde 6u 90°C 2-ethyl-6-methylpyrazine

12u 70°C

4u 70°C ∆ 4u 70°C

2-fenylethanol 2-isoamyl-6-methylpyrazine + 2-fenylethylacetaat

concheertijd triangeltest 8/12 (p<0,05) fenylacetaldehyde ethylpyrazine 2,5-dimethylpyrazine significant sensorisch verschil

butylbenzoaat 2-fenyl-2-butenal 2,3,5-trimethyl-6-ethylpyrazine

azijnzuur mellein

-0.5

3,5-dimethyl-2-isobutylpyrazine 3,5-diethyl-2-methylpyrazine

nonanal

6u 70°C

2,3-butaandion

dimethyldisulfide

hexadecaan tetradecaan

-1.0 -1.0 PC1 31%, PC2 22%

PC1

6u 70°C -0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2


0.4

0.6

0.8

1.0

16

SIMCA plot HS-SPME-MS-nose profielen choco9B.D

PC3

6u 60°C

choco9A.D choco9D.D choco9E.D choco9C.D

4u 70°C choco4E.D choco4C.D choco4A.D choco4D.D

∆ concheertemperatuur PC1

∆ concheertijd choco2E.D choco2C.D PC2 choco2B.D choco2D.D choco2A.D

choco3D.D

6u 90°C

choco3B.D choco5B.D choco5C.D choco5A.D choco3E.D choco5E.D choco3A.D choco3C.D choco5D.D

12u 70°C

SIMCA interclass distances: 1,0 – 9,2 onderlinge differentiatie I.D. > 4,0 Workshop 'Sensoriek van zoetwaren' - Intrafood:10, 15 september 2010, Kortrijk

17

Appl. 2: invloed van geografische origine cacaomassa codering

omschrijving

cacaomassa (%) suiker (%)

cacaoboter (%)

ECU

Ecuador

61,9

28,4

9,7

PERU

Peru

56,7

34,4

8,9

CoRi

Costa Rica

62,0

34,3

3,7

PNG

Papua New Guinea

56,2

34,1

9,7

Uga

Uganda

71,8

19,2

9,0

Tanz

Tanzania

56,5

27,3

16,2


18

20000

Time--> 2.00 4.00 6.00

10000

8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00

80000

70000

20.00

Workshop 'Sensoriek van zoetwaren' - Intrafood:10, 15 september 2010, Kortrijk 22.00 24.00 26.00

fenylacetaldehyde

ethyloctanoaat 3,5-dimethyl-2-isobutylpyrazine 2-fenylazijnzuur ethylfenylacetaat 2-fenylethylacetaat 2-isoamyl-6-methylpyrazine 2-isoamyl-3-methylpyrazine

3,5-diethyl-2-methylpyrazine 2,3,5-trimethyl-6-ethylpyrazine

2-acetylpyrrol 1-fenylethanon 2,5-dimethyl-3-ethylpyrazine 2-nonanon nonanal 2-fenylethanol δ-3-careen

3-methylbutanal

tetramethylpyrazine

2-ethyl-6-methylpyrazine 2-ethyl-5-methylpyrazine + tetramethylpyrazine 2-ethyl-3-methylpyrazine

benzaldehyde

3-methylbutylacetaat 2-heptanon ethylpyrazine kolombleeding 2,5-dimethylpyrazine I.S.= nonaan 2,3-dimethylpyrazine

3-methylboterzuur 2-methylboterzuur

60000 2-methylbutanal

90000

dimethyldisulfide

azijnzuur

40000 2-methylpropanal

50000

2,3-butaandion

2-propanon

100000

hexanal

30000

koolstofdioxide

Appl. 2: invloed van geografische origine cacaomassa HS-SPME-GC-MS chromatogram van fondantchocolade (deel 1) Abundance Papua New Guinea PNG

28.00 19

20000

10000

Time--> 60000

50000

40000

30000

30.00

90000

80000

70000

32.00 34.00 36.00 38.00 40.00 42.00

ethyldodecanoaat

3,4-dihydro-8-hydroxy-3-methylisocoumarin (= mellein) dodecaanzuur

ethylcinnamaat 5-hydroxy-2-deceenzuurlacton 5-methyl-2-fenyl-2-hexenal

44.00

methylhexadecanoaat

ethyltetradecanoaat

100000

tetradecaanzuur

HS-SPME-GC-MS chromatogram van fondantchocolade (deel 2) Abundance Papua New Guinea PNG hexadecaanzuur ethylhexadecanoaat

caffeine

isopentylbenzoaat + ethyldecanoaat + methyl vertakt pyrazine

2,5-dimethyl-3-(3-methylbutyl)pyrazine 2,3-dimethyl-5-isopentylpyrazine decaanzuur

nonaanzuur 2-fenyl-2-butenal

Appl. 2: invloed van geografische origine cacaomassa

46.00 48.00 50.00

Workshop 'Sensoriek van zoetwaren' - Intrafood:10, 15 september 2010, Kortrijk 52.00 54.00 56.00 58.00 20 20

PCA biplot HS-SPME-GC-MS profielen Bi-plot 1.0

PC2

3-methylboterzuur 2,3-dimethylpyrazine isopentylbenzoaat + ethyldecanoaat 2,3-dimethyl-5-isoamylpyrazine CoRi-1 PNG-1 PNG-2 2,5-dimethyl-3-ethylpyrazine 2,3,5-trimethyl-6-ethylpyrazine tetramethylpyrazine 2-ethyl-5-methylpyrazine + trimethylpyrazine ethyloctanonaat 2-isoamyl-6-methylpyrazine 2-methylboterzuur 2,5-dimethyl-3-ethylpyrazine decaanzuur benzaldehyde dodecaanzuur 2-isoamyl-3-methylpyrazine 2-ethyl-6-methylpyrazine

CoRi-2 1-fenylethanon

5-hydroxy-2-deceenzuurlacton ethylfenylacetaat 2-fenylethylacetaat tetradecaanzuur

0.5 3-methylbutylacetaat mellein

3,5-diethyl-2-methylpyrazine 3,5-dimethyl-2-isobutylpyrazine

2-propanon

ethylhexadecanoaat 2,5-dimethylpyrazine

2-ethyl-3-methylpyrazine 2-nonanon δ-3-careen

0

ethyldodecanoaat fenylacetaldehyde 2-methylpropanal nonaanzuur azijnzuur 3-methylbutanal 2-fenyl-2-butenal 2-methylbutanal 2-fenylazijnzuur hexadecaanzuur ethyltetradecanoaat

ethylpyrazine

PERU-1 ECU-2

PERU-2

2-fenylethanol

ECU-1

2-heptanon

methylhexadecanoaat

Tanz-1

-0.5

2-acetylpyrrol hexadecaan Tanz-2 ethylcinnamaat tetradecaan dodecaan 5-methyl-2-fenyl-2-butenal 2,3-butaandion vertakt koolwaterstof caffeine Uga-2

Uga-1

nonanal

-1.0

PC1 -1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

PC1 36%, PC2 29%


21

HS-SPME-MS-nose profielen

60

Overlay van mass fingerprints van 6 fondantchocolades van verschillende geografische origines

Response

40

20

0 89

139 Variable m/z

189


239

22

PCA plot HS-SPME-MS-nose profielen 3D-PCA scores en loadings plot van 6 fondantchocolades van verschillende geografische origine scores

loadings ECU

Factor2

45

Factor2

CoRi PERU

CoRi PNG PNG PNG

CoRi CoRi Factor3 CoRi

PNG PNG PNG

CoRi

ECU Uga ECU ECU PERU PERU Tanz Factor1 ECU ECU Uga PERU PERUTanz Tanz Tanz PERU Tanz

136

54

6079 78 Factor3 105 151 75 135 62 59 149 76 134 96 177 61 93 150 104 47 123 97 119 46 63 163 81 122 192 115 103 74 129 87 92 68 194 137 179 95 178 152 165 67 148 82 195 94 124 110 117 161 80 89 107 109 138 106 162 176 121 189 126 153 185 125 187 166 180 131 160 164 143 157 132 146 118 64 145 190 40 175 100 128 186 130 144 102 116 171 101 111 159 120 65 168 154 196 114 142 172 158 199 167 90 66 88 197 141 182 48 140 174 184 181 49 156 170 198 188 139 50 169 183 155 51 112 98 127 83 173 91 113 72 69 99 86 53 52 1088470 55 5856 85 42

Factor1

43

71 41 Uga

Tanz

57 Uga Uga


23

SIMCA plot HS-SPME-MS-nose profielen 3D-SIMCA scores plot van 6 pure chocolades

PC3 PC2 CoRi CoRi CoRi CoRi CoRi CoRi

ECU ECU ECU ECU PERU ECU PERU PERU PERU ECU PERU

ECU PERU

ECU

PERU

CoRi

PNG

Uganda

Tanz

0.0

2.1

7.8

20.4

7.1

5.1

0.0

4.8

12.3

5.7

2.9

0.0

8.4

10.3

6.7

0.0

19.8

15.4

0.0

3.9

CoRi PNG PNG PNG PNG PNG

PC1

PNG Uganda

Tanz Tanz Tanz Tanz Tanz Tanz

Tanz

Uga Uga Uga Uga Uga

0.0

SIMCA interclass distances: 2,1 – 20,4 onderlinge differentiatie I.D. > 4,0


24





• besluiten


25

Besluiten • chemisch-analytische aromakarakterisering d.m.v. GC-MS profilering geeft inzicht in: - moleculaire basis van aroma cacao/chocolade (correlatie tss. aromacomponenten en aromakarakters) - aromabeïnvloedende parameters  geografische origine cacaomassa  processingparameters (b.v. concheertemperatuur/tijd)  formulering  verpakking …

• snelle MS-nosetechnologie kan aangewend worden voor kwaliteitscontrole/ingangscontrole (laboratoriuminstrument!) • goede overeenkomst tussen sensorische en analytische methoden én analytische methoden onderling!!! Workshop 'Sensoriek van zoetwaren' - Intrafood:10, 15 september 2010, Kortrijk

26

SENSTECH coördinaten Vlaams Adviescentrum voor Sensoriek van Voedingsmiddelen Laboratorium voor Aromaonderzoek – Prof. Dr. Patrick Dirinck Departement Industrieel Ingenieur KaHo Sint-Lieven Gebr. Desmetstraat 1 BE-9000 Gent Tel. 09/265.86.39 Fax 09/265.86.38 [email protected] [email protected] [email protected]

27

Het aroma van cacao en chocolade ontrafeld!

Recommend Documents