Geurdrempelwaarden en geurkarakters

De minimale concentratie van een molecule die nog net door de menselijke neus kan worden waargenomen, wordt uitgedrukt als de geurdrempelwaarde of odour detection threshold (ODT). Deze waarde is o.a. afhankelijk van de matrix (lucht, water, olie, …), de pH (zuur, base, neutraal), de polariteit, de dampspanning, het moleculair gewicht van de molecule, en de techniek gebruikt voor bepaling van geurdrempelwaarden. Bijgevolg kunnen de geurdrempelwaarden in de aromaliteratuur nogal variëren. De odour activity value (OAV), zijnde de verhouding van de concentratie van een molecule tot de geurdrempelwaarde van deze molecule, geeft een goede indicatie van de bijdrage van een specifieke molecule tot het aroma van een levensmiddel.

Om geurdrempelwaarden en geurkarakters te bepalen kan zowel sensorische analyse als instrumentele analyse worden aangewend. Beide technieken zijn zeer arbeidsintensief en tijdrovend. Bij de sensorische analyse wordt een verdunningsreeks van een standaardoplossing geëvalueerd door een getraind panel om zo de minimale concentratie van een molecule, dat nog door de menselijke neus kan worden waargenomen, te bepalen. Tevens wordt een geurbeschrijving van de verdunde oplossingen gerapporteerd. Gaschromatografie-olfactometrie (GC-O) of GC-sniffing wordt als instrumentele techniek aangewend om geurdrempelwaarden en geurkarakters te bepalen. Een getraind proefpersoon gebruikt de ‘snuifpoort’ van de GC om de sensorische waarnemingen van een verdunningsreeks van een standaardoplossing waar te nemen. Volgende technieken worden meestal gebruikt in combinatie met GC-O: aroma extract dilution analysis (AEDA), combined hedonic aroma measurement (CHARM) analysis en odour-specific magnitude estimation (OSME). AEDA en CHARM zijn gebaseerd op een verdunningreeks van standaarden waaraan een proefpersoon moet ‘snuiven’ tot wanneer geen geur meer wordt waargenomen. De hoogste verdunning waarbij nog net een geur wordt waargenomen, wordt geconverteerd naar een een flavour dilution-waarde (FD voor AEDA) of een CHARM-waarde (voor CHARM). OSME is een crossmodale techniek waarbij de waargenomen geurintensiteit van een vluchtige verbinding in een bepaalde concentratie wordt geëvalueerd. Deze GC-O methoden kunnen gebruikt worden in combinatie met aromaëxtracten of headspace, bekomen via statische of dynamische headspace of via vaste fase microëxtractie (SPME). Alle GC-O technieken zijn gebaseerd op individuele componenten en houden dus geen rekening met matrixeffecten en/of de tijd nodig om een verbinding vrij te stellen tijdens het kauwen. Er bestaan reeds technieken die de vrijstelling van een aromaverbinding in de mond nabootsen, zoals RAS (retronasal aroma simulation), maar dit wordt hier niet verder besproken.

De geur en/of het aroma van een levensmiddel wordt gevormd door een tal van vluchtige organische verbindingen, waarvan een beperkt aantal verbindingen bijdragen tot de specifieke geur- en/of het aroma. Het betreft hier geurkrachtige verbindingen met lage geurdrempelwaarden die boven hun ODT aanwezig zijn in het levensmiddel. De geurkracht en het geurkarakter van een molecule zijn afhankelijk van:

• de matrix en de partitiecoëfficiënt van een vluchtige verbinding. Daar de meeste levensmiddelen emulsies zijn van water en vet (tweefasig) zal de vrijstelling van een vluchtige verbinding in een levensmiddel verschillend zijn van deze in 100% water of vet (éénfasig). De partitiecoëfficiënt van een molecule is sterk afhankelijk van zijn polariteit, vluchtigheid en moleculair gewicht. Tevens hangt deze ook af van de aanwezigheid van niet-vluchtige bestanddelen in de voedingsmatrix waardoor het thermodynamisch gedrag van een vluchtige verbinding kan verstoord worden.
• de concentratie waarin deze verbinding voorkomt. Zo heeft furaneol (2,5-dimethyl-4-hydroxy-3(2H)furanon) in lage concentraties een ‘fruitig’ karakter, terwijl deze geurkrachtige verbinding in hoge concentraties een ‘karamelachtig’ karakter vertoond. Furaneol heeft een grote bijdrage tot het aromakarakter van aardbeien.
• de pH van het levensmiddel. Zo worden zwakke organische zuren bij lage pH geprotoneerd en zijn aldus minder oplosbaar en vluchtiger, wat de vrijstelling bevordert.

Tabel 1. Overzicht van enkele vluchtige verbindingen voorkomend in levensmiddelen met hun geurdrempelwaarde en geurkarakter (uitgedrukt in ppb en bepaald in water).

• de aanwezigheid van geconjugeerde bindingen in de molecule. De geurkracht van een onverzadigde vluchtige verbinding is groter dan deze van een verzadigde verbinding. Zo is bv. 2-nonenal geurkrachtiger dan nonanal omdat 2-nonenal een lagere geurdrempelwaarde heeft dan nonanal (Tabel 1). Lineaire aldehyden worden gekenmerkt door een ‘groene’ tot ‘grasachtige’ geur.
• de aanwezigheid van vertakkingen in de molecule. Zo zijn bv. methylvertakte esters geurkrachtiger dan lineaire esters. Tevens zijn ethylesters geurkrachtiger dan acetaatesters (Tabel 1). Esters vertonen een ‘fruitig’ geurkarakter.
• de aanwezigheid van heterogene atomen in de molecule. Zuurstofhoudende terpenen (terpenoïden) zijn geurkrachtiger dan mono- en sesquiterpenen. Zwavelverbindingen zijn verbindingen met een lage geurdrempelwaarde en hebben dus een grote impact op de geur en/of het aroma van een levensmiddel. Pyrazines, als stikstofhoudende heterocyclische verbindingen, hebben een belangrijke bijdrage tot de geur en/of aroma van gebrande of gebakken voedingsproducten (koffie, chocolade, brood, gebakken vlees, …) (Tabel 1).
• Isomerie. Optische isomeren of enantiomeren kunnen een verschillend fysiologisch gedrag vertonen waardoor ze bijdragen tot een verschillend geurkarakter (bv. R-carvone: groene munt; S-carvone: karwij).

Bronnen

1. Volatile Compounds in Foods and Beverages, H. Maarse ed. (1st edition), Marcel Dekker Inc., New York, 1991 (ISBN 0-8247-8390-5).
2. Coffee Flavor Chemistry, I. Flament (ed.), John Wiley & Sons, Ltd., England, 2002 (ISBN 0-471-72038-0).
3. Flavor Lexicons, M.A. Drake and G.V. Civille, Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, Vol. 2, p. 33-40, 2002.