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Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide

Kartoffel-Genotypen mit niedrigem Acrylamid-Bildungspotential

Übersicht zur Variabilität der Proben anhand
des Farbeindruckes ausgewählter, ausfrittierter
Pommes frites.

Entwicklung neuer Screeningverfahren

In Deutschland beträgt der Pro-Kopf-Verbrauch von Kartoffeln etwa 57 Kilo pro Jahr. Der Anteil industrieller Verarbeitungserzeugnisse wie Pommes frites beträgt rund 60 Prozent. In Pommes frites kann die Kontaminante Acrylamid im Zuge der Maillard-Reaktion durch die hohen Temperaturen, die beim Frittieren erreicht werden, entstehen. Dies geht mit einer Verbräunung des Endproduktes einher. Seit April 2018 liegt der in Deutschland empfohlene Richtwert für Acrylamid in Pommes frites bei einer Konzentration von 500 Mikrogramm pro Kilogramm (VERORDNUNG [EU] 2017/2158). Ob der Richtwert erreicht oder gar überschritten wird, hängt maßgeblich von der Konzentration an Vorläufersubstanzen im Rohstoff, der Kartoffelknolle, ab. Dies sind in erster Linie die reduzierenden Zucker Glukose und Fruktose und die Aminosäure Asparagin. Bei diesen Knollen-eigenen Inhaltsstoffen handelt es sich, wie auch bei dem im Verarbeitungsprozess entstehenden Acrylamid, um sogenannte Minorkomponenten, da sie in der Regel in geringer Konzentration vorliegen.

Um den Acrylamid-Gehalt im verarbeiteten Produkt verringern zu können, ist die Kenntnis der Konzentration an reduzierenden Zuckern, Asparagin und Acrylamid für Züchter von besonderem Interesse. Im Rahmen des langjährigen Züchtungsprozesses von Kartoffeln stellt sich die Laboranalyse von Acrylamid in Pommes frites sowie den Vorläufersubstanzen im Rohstoff bisher als nicht bzw. nur schwer umsetzbar dar. Dies liegt neben den technischen Anforderungen der Laboranalysen (beispielsweise enzymatische oder chromatographische Verfahren) an dem hohen Probenaufkommen im Laufe der züchterischen Auslese. Eine einfache Bestimmungsmethode ist daher wünschenswert. Allerdings ist eine exakte und alle Zielparameter umfassende Quantifizierung bisher mit Schnellmethoden nicht etabliert. Für diese Probleme versuchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Projekt DEPOLA (Development of Novel Screening Tools to identify Potato Genotypes with Low Acrylamide Potential) neue Lösungsansätze zu finden. Als neue Screeningverfahren zur Identifizierung von Kartoffel-Genotypen mit niedrigem Acrylamid-Bildungspotenzial im Züchtungsprozess werden die Nahinfratrotspektroskopie (NIRS) sowie die Marker-gestützte Selektion getestet. Ziel ist es zuverlässige Screeningverfahren durch Nutzung molekularer Marker (diagnostic SNP Marker) und NIRS zu entwickeln. Zudem sollen Kartoffelsorten ausgewählt werden, die eine verbesserte Qualität haben und an den verschiedenen Standorten angebaut werden können (Türkei, Deutschland).

Das Projekt wird am Max Rubner-Institut am Standort Detmold im Rahmen eines internationalen Verbundvorhabens mit einem türkischen und einem deutschen Züchtungsunternehmen sowie der Niğde Ömer Halisdemir Universität in der Türkei als Projektpartner durchgeführt. Im Rahmen des Projektes werden zunächst 120 neuen Kartoffel-Genotypen und 60 zugelassene Sorten unter verschiedenen Umweltbedingungen an drei Versuchsstandorten in der Türkei und drei Versuchsstandorten in Deutschland über zwei Jahre hinweg angebaut und anschließend nach ihrem Aussehen bewertet. Es finden jeweils zwei Untersuchungszeitpunkte der geernteten Kartoffeln, vor und nach einer dreimonatigen Lagerung, statt. Insgesamt werden mehr als 4000 Proben untersucht, die eine hohe Gesamtvariabilität im Hinblick auf die Acrylamidbildung und den Bräunungsgrad der Produkte abdecken (siehe Abbildung).

Die Anbauversuche werden in erster Linie von den Praxispartnern vorgenommen, während die molekularen Marker an der Niğde Ömer Halisdemir Universität analysiert werden. In einer Pilotanlage zur Pommes-Produktion des Max Rubner-Instituts in Detmold werden die wesentlichen Schritte der industriellen Verarbeitung in kleinerem Maßstab abgebildet. Es werden halbfertige Erzeugnisse (tiefgefrorene, vorfrittierte Pommes frites) hergestellt, die anschließend bei 175°C unter standardisierten Bedingungen ausfrittiert werden. An Kartoffelrohbrei und ausfrittierten Pommes frites werden Analysen der Zielparameter, den Vorläufersubstanzen im Rohstoff und Acrylamid vorgenommen und der Grad der Verbräunung im verzehrsfertigen Endprodukt gemessen. Zusätzlich werden Rohstoff und Endprodukt mittels Nahinfrarotspektroskopie untersucht. Aus den hieraus generierten Daten wird ein Modell entwickelt, das mit mathematischen Validierungsmethoden auf seine Eignung als Screeningverfahren zur Identifizierung von Kartoffel-Genotypen mit niedrigem Acrylamid-Bildungspotential geprüft wird. Hiermit könnte zukünftig ein zeit- und materialsparendes Verfahren (NIRS Messung des Rohstoffes) zur Verfügung stehen, das bereits frühzeitig im Züchtungsprozess von Verarbeitungskartoffeln eingesetzt werden könnte.

Gefördert wird das Projekt mit einer Laufzeit von März 2017 bis Oktober 2020 auf deutscher Seite durch das Bundeministerium für Bildung und Forschung und den Projektträger DLR sowie auf türkischer Seite durch die Türkische Anstalt für Wissenschaftliche und Technologische Forschung TÜBITAK.