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Geschmacksschärfe
(geschmackliche Schärfe; umgangssprachlich: scharfer Geschmack).
Wahrnehmung von Schärfe
Einige Lebensmittel lösen beim Verzehr die Wahrnehmung von Schärfe im Mund-, Nasen- und/oder Rachenraum aus. Dieser Sinneseindruck wird jedoch im Unterschied zu den Geschmacksrichtungen süß, sauer, salzig, bitter und umami aufgrund fundamentaler Unterschiede in der Auslösung und Weiterleitung der neuronalen Reize im wissenschaftlichen Sinne nicht als „Geschmack“ bezeichnet. Geschmacksstoffe werden von spezialisierten Sinneszellen der überwiegend auf der Zunge lokalisierten Geschmacksknospen erkannt und die resultierenden neuronalen Reize werden nach Weiterleitung über drei Hirnnerven (Nervus facialis, Nervus glossopharyngeus, Nervus vagus) im Zentralnervensystem verarbeitet. Stimulantien für Wahrnehmung von Schärfe werden hingegen von sogenannten Nozizeptoren erkannt. Auch zu hohe Temperaturen und stark saure Bedingungen werden von den gleichen Nozizeptoren (lateinisch nocere = schaden) zur Warnung vor Hitze- und Säureschädigung erkannt. Die durch die „Schadensrezeptoren“ erzeugten neuronalen Signale werden anschließend über den Nervus trigeminus ans Zentralnervensystem geleitet, wo der Sinneseindruck „Schmerz“ generiert wird. Geschmacksschärfe stellt deshalb eine Schmerzempfindung und keinen Geschmack dar[1,2].
Ein gut untersuchter Nozizeptor ist der TRPV1 (transienter Rezeptor-Potential-Kationenkanal der Vanilloid-Familie 1), der früher als Vanilloid-Rezeptor bzw. Capsaicin-Rezeptor bezeichnet wurde. Dieses Transmembranprotein, welches in der Schleimhaut des gesamten Mundraums des Menschen sowie auf vielen anderen Epithel-Geweben vorkommt, verändert ab etwa 43 °C seine Konformation so, dass aus dem Extrazellularraum Calcium-Ionen ins Zellinnere einströmen können. Durch die intrazellulär erhöhte Calcium-Konzentration wird eine Reizkaskade ausgelöst, die in der Anregung primärer sensorischer Neuronen und anschließend in der zentralen Wahrnehmung von „Schmerz“ resultiert[3].
Bestimmte chemische Substanzen (z. B. Capsaicin, Resiniferatoxin, [6]-Gingerol, Shogaol) binden an den Rezeptor TRPV1, wodurch die Schwellentemperatur der Reizauslösung von 43 °C auf unter Körpertemperatur abgesenkt wird und es zu einer dauerhaften Öffnung des Ionenkanals kommt. Näheres dazu siehe TRPV.
Vorkommen von Scharfstoffen
Paprika
(Capsicum spp.). Capsaicinoide, zu welchen auch das Capsaicin gehört, sind für die Schärfe der Früchte der Gattung Capsicum (Paprika) verantwortlich. Von den 33 bekannten Capsicum-Arten werden lediglich Capsicum annuum L., Capsicum chinense Jacq., Capsicum baccatum L. und Capsicum frutescens L. kommerziell genutzt[4]. Das Auftreten von Schärfe wird bei allen Arten durch das dominante Allel pun1 (Pungency) vererbt. Unterschiedliche genetische Mutationen wurden für ein dominantes Fehlen von Schärfe bei diversen Genotypen von Capsicum annuum, Capsicum chinense und Capsicum frutescens identifiziert[5-8]. Die Biosynthese und Akkumulation der Capsaicinoide findet in der Regel ausschließlich im placentaren Gewebe (Scheidewände und Placenta) statt. Die sich dort befindenden Capsaicin-Drüsen enthalten eine ölige, Capsaicin-reiche Substanz. Mit zunehmender Reife können die oberflächlich liegenden Drüsen aufplatzen, wodurch die Capsaicin-haltige Substanz im Inneren der Paprikafrüchte verteilt werden kann[9]. Kürzlich wurde jedoch in sogenannten „Super-hot“-Chilis die Biosynthese im gesamten Perikarp der Früchte nachgewiesen, was als maßgebliche Ursache für die enorme Schärfe von Sorten wie der Bhut Jolokia (Capsicum chinense) angesehen wird[10]. Eine Übersicht über eine Auswahl verschieden scharfer Sorten inklusive der derzeit als „schärfste Chili“ gehandelten „Carolina Reaper“ (Capsicum chinense) bietet Tabelle 1.
Der Scharfstoffgehalt von Paprika und Chili hängt neben genetischen Faktoren jedoch auch stark von weiteren Faktoren ab. So sind die Früchte der unteren Nodien, d. h. die tieferhängenden Früchte, in der Regel deutlich schärfer als die der höheren Nodien[11]. Weiterhin besteht auch eine enorme Variabilität der Capsaicin-Gehalte in Abhängigkeit verschiedener Umweltfaktoren. Trockenstress sowie ein erhöhter Salzgehalt im Boden erhöhen den Scharfstoffgehalt. Bemerkenswert ist zudem, dass auch innerhalb eines Feldes mit weitgehend gleichen Umweltbedingungen starke Schwankungen im Scharfstoffgehalt der Früchte der gleichen Sorten beobachtet wurden[12-15].
Aus Chili hergestellte Würzsoßen übertreffen die Schärfegrade der verwendeten Rohwaren häufig, da die Scharfstoffe beim Einkochen oftmals physikalisch konzentriert werden. Auf diese Weise werden Würzsoßen mit bis zu 3000000 SHU erreicht. Zum Vergleich: Tabasco-Soßen liegen meist etwa bei 3000 SHU, reines Capsaicin bei 16000000 SHU[1].
Neben der Gesamtmenge an Capsaicinoiden unterscheiden sich die Capsicum-Arten auch in der qualitativen Zusammensetzung der verschiedenen Capsaicinoide, wobei die 4 häufigsten Vertreter das Capsaicin, das Dihydrocapsaicin, das Nordihydrocapsaicin und das Homodihydrocapsaicin sind (siehe Tabellen 2 und 3).
Pfeffer
Das Piperidin-Alkaloid Piperin verleiht dem Schwarzen Pfeffer (Piper nigrum L.) einen Großteil seiner Schärfe. Ferner sind weitere Säureamide in Pfeffer enthalten, die heterocyclisch gebundenen Stickstoff (z. B. das Piperettin), jedoch auch aliphatische Amine (z. B. das Pipericid) als basische Komponente enthalten. Neben ihrer Bedeutung für die Geschmacksschärfe sind die Säureamide des Pfeffers auch für dessen insektizide Wirkung verantwortlich. Der Gehalt der Scharfstoffe in Pfefferkörnern liegt in etwa bei 5 %. Im mittelalterlichen Europa wurde noch vor Bekanntwerden des Schwarzen Pfeffers zudem der Lange Pfeffer (Piper longum L.) und der Ashantipfeffer (Piper clusii C. DC.) gehandelt. Beide Arten enthalten ebenfalls Piperin als Hauptscharfstoff[17].
Als „Pfeffer“ waren aufgrund ihres scharfen „Geschmacks“ auch Teile anderer Pflanzengattungen beliebt, wie z. B. der Meleguetapfeffer (Samen von Aframomum melegueta K. Schum., Zingiberaceae; Synonyme: Guineapfeffer, Paradieskörner, Guineakörner, Semen paradisi, Grana paradisi), der Mohrenpfeffer [Balgfrüchte von Xylopia aethiopica (Dunal) A. Rich, Anonaceae; Synonyme: Kanigewürz] und der Mönchspfeffer (von Vitex agnus-castus L., Verbenaceae). Zwei in Deutschland einheimische Arten sind der sogenannte Wasserpfeffer [Polygonum hydropiper (L.) Delarbre, Polygonaceae] und der Mauerpfeffer (Sedum acre L., Crassulaceae). Das Polygodial wurde als Scharfstoff des Wasserpfeffers identifiziert. Es handelt sich dabei um ein Sequiterpen-Derivat mit zwei Aldehyd-Gruppen, welches neben der Geschmacksschärfe auch eine Entzündung der Haut auslösen kann[17].
Ingwer
Das Rhizom des Ingwers (Zingiber officinale Roscoe) wurde bereits in der römischen Kaiserzeit in Europa als Heilmittel für Magenbeschwerden genutzt. Heute wird Ingwer aufgrund der enthaltenen Scharfstoffe weitestgehend kulinarisch verwendet. Die Schärfe wird durch homologe Ketoalkohole (Hydroxyketone), die sogenannten Gingerole und Methylgingerole, verursacht. Beim Trocknen, Lagern und Extrahieren entstehen aus den Gingerolen durch Dehydratation die Shogaole, welche einen veränderten Schärfegrad aufweisen[17]. Beispielsweise wurde für das 6-Shogaol ein doppelt so hoher Schärfegrad (150000 SHU) als der für das 6-Gingerol (75000 SHU) beschrieben[18]. Aus diesem Grund „schmeckt“ getrockneter Ingwer meist spürbar schärfer als frischer Ingwer. Die Geschmacksschärfe wird bei den Gingerolen und Shogaolen wie bei den Capsaicinoiden ebenfalls über Nozizeptoren wie den TRPV1 vermittelt.
Glucosinolat-haltige Pflanzen
Die Schärfe von Glucosinolat-haltigen, pflanzlichen Lebensmitteln entsteht durch bestimmte enzymatische Abbauprodukte der Glucosinolate (Senfölglucoside). Das pflanzeneigene Enzym Myrosinase katalysiert beispielsweise die Freisetzung von Allylisothiocyanat (Allylsenföl) aus dem Sinigrin (siehe Glucosinolate), das einen Großteil der in Schwarzem Senf (Brassica nigra L.), Meerrettich (Armoracia rusticana G. Gaertn., B. Mey. & Scherb.) und Wasabi (Eutrema japonicum Matsum.) enthaltenen Glucosinolate ausmacht. Das Allylisothiocyanat vermittelt seine Schärfe ebenfalls über die Aktivierung von Nozizeptoren, insbesondere TRPV1 und TRPA1 (transient receptor potential ankyrin 1)[19]. Das flüchtige Allylisothiocyanat führt weiterhin insbesondere zur Reizung der Schleimhäute des Nasen- und Rachenraums. Die wahrgenommene Schärfe wird daher auch als „Nasenschärfe“ bezeichnet. Die im Weißen Senf (Sinapis alba L.), in Gartenkresse (Lepidium sativum L.) sowie in den Samen der Papaya (Carica papaya L.) enthaltenen Glucosinolate setzen das unter Normalbedingungen nicht-flüchtige Benzylisothiocyanat frei. Die von Benzylisothiocyanat verursachte Schärfe wird aufgrund der fehlenden Volatilität insbesondere im Rahmen der Senfherstellung oftmals als „Zungenschärfe“ bezeichnet. Der Schärfeeindruck von Senfprodukten kann somit über das Verhältnis an Schwarzem Senf („Nasenschärfe“) und Weißem Senf („Zungenschärfe“) verändert werden[20]. Glucosinolate bzw. deren Abbauprodukte sind auch für die Geschmacksschärfe von Rucola, Radieschen und Rettich verantwortlich[21].
Knoblauch und Zwiebel
Das in frischem Knoblauch (Allium sativum L.) enthaltene Alliin wird, katalysiert durch das Enzym Alliinase, rasch zu Allicin abgebaut. Letztere Verbindung gilt als Auslöser für die Geschmacksschärfe von frischem Knoblauch[22]. Allicin und weitere „scharfe“, Schwefel-haltige Substanzen wie insbesondere das (Z)-Propanthial-S-oxid werden auch für die Schärfe von Zwiebeln (Allium cepa L.) verantwortlich gemacht. Die Geschmacksschärfe dieser Substanzen wird ebenfalls über die Nozizeptoren TRPV1 und TRPA1 vermittelt[23-25].
Natives Olivenöl Extra
(Extra Vergine). Beim Verzehr von nativem Olivenöl Extra wird häufig eine Schärfe beschrieben, die sich nicht im Mundraum, sondern vornehmlich im hinteren Rachenbereich entwickelt. Als ursächlich wird das Aglycon eines enthaltenen Polyphenols, das Oleocanthal (Deacetoxy-Ligstroside, Abbildung 1, siehe auch Oleacein), angesehen. Oleocanthal soll dabei selektiv den Nozizeptor hTRPA1, der räumlich auf den Pharynx beschränkt ist, ansprechen[26,27]. Da die Raffination des Olivenöls zu einer weitreichenden Entfernung der enthaltenen Polyphenole führt[28], wird die genannte „Rachenschärfe“ nur beim Verzehr von unraffiniertem Olivenöl vorgefunden.
Zimt und Nelke
Die getrocknete Rinde der Zimt-Bäume (Cinnamomum spp.) wird als braunes Pulver, ganz als Zimtstange oder nach Extraktion als Zimtöl kulinarisch weltweit verwendet. Die beim Verzehr wahrgenommene Schärfe wird hauptsächlich auf den enthaltenen Zimtaldehyd (Abbildung 2) zurückgeführt, welcher ebenfalls an die oben genannten Nozizeptoren TRPV1 und TRPA1 bindet[29]. Eugenol (Abbildung 2) verleiht Gewürz-Nelken [Syzygium aromaticum (L.) Merr. & L.M. Perry] über die Aktivierung von TRPV1 und TRPA1 ebenfalls eine geschmackliche Schärfe[30].
Analytische Verfahren zur Bestimmung des Schärfegrades
Sensorisch kann die Geschmacksschärfe (z. B. von Chilis) durch die von W. Scoville bereits 1912 eingeführte Geschmacksverdünnungsanalyse (Scoville-Test) abgeschätzt werden. Dabei wird eine festgelegte Menge (ein „Grain“ = 64,8 mg) des zu analysierenden Produktes mit Ethanol über Nacht extrahiert. Der Extrakt wird anschließend filtriert und solange mit gesüßtem Wasser verdünnt, bis die degustierenden Testpersonen die Schärfe mit der Zunge nicht mehr wahrnehmen können. Der notwendige Verdünnungsfaktor gibt den Schärfegrad in „Scoville Heat Units“ (SHU) an[31]. Die Limitierungen dieses Verfahrens liegen in seiner Subjektivität sowie in der aufgrund von Gewöhnungseffekten sehr begrenzten Anzahl an Proben, die ein Tester in einer definierten Zeit analysieren kann.
Heute liefert die instrumentelle Analytik mittels HPLC einen exakten Einblick in die stoffliche Zusammensetzung verschiedenster nicht-flüchtiger Scharfstoffe aus unterschiedlichen Lebensmitteln. Oftmals sind standardisierte Methoden verfügbar. So werden zum Beispiel von der American Spice Trade Association eine HPLC-Methode zur Bestimmung der Schärfe in Capsicum-Früchten sowie eine Methode zur Bestimmung des Scharfstoffgehalts in Schwarzem und Weißem Pfeffer herausgegeben[32,33]. Die Umrechnung der chromatographisch ermittelten Gehalte der verschiedenen Scharfstoffe in die entsprechenden Schärfegrade (Scoville Heat Units, SHU) erfolgt mittels SHU-Werten, die mit den zugehörigen Reinstoffen erhoben wurden[1]. Da beispielsweise reinem Capsaicin ein Schärfegrad von 16 Mio. SHU zugeordnet wurde (siehe Tabelle 2), muss ein mit HPLC ermittelter Capsaicin-Gehalt in ppm mit dem Faktor 16 multipliziert werden, um in SHU überführt zu werden.
Die Bestimmung des flüchtigen Allylisothiocyanats in Senf, Meerrettich und ähnlichen Produkten erfolgt entweder ebenfalls mittels gas- oder flüssigkeitschromatographischer Methoden[34,35] oder titrimetrisch nach Wasserdampfdestillation und Umsetzung mit Ammoniak und Silbernitrat[36].
Zur objektiven Bewertung der Schärfe von Zwiebeln und Knoblauch steht die sogenannte Pyruvat-Skala zur Verfügung. Diese basiert auf der Quantifizierung von Pyruvat, welches nach der Zerkleinerung (Dekompartimentierung) des Zwiebelgewebes bei der enzymatischen Umsetzung der Vorstufen zu den aktiven Scharfstoffen entsteht. Die Skala gibt dabei den Pyruvat-Gehalt in μmol Pyruvat/g Frischgewicht an. Milde Zwiebeln erreichen Werte von 2–4 μm/g, mittelscharfe Gemüsezwiebeln etwa 8 μm/g und sehr scharfe Zwiebeln bis zu 20 μm/g[37]. Zur direkten Bestimmung der Schwefel-haltigen Scharf- und Aromastoffe der Zwiebel werden insbesondere gaschromatographische Methoden verwendet[38].
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Übersetzungen:
| E | pungency |