Wie beeinflussen Röstung und Genetik den bitteren Geschmack von Kaffee? Forscher des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München sind der Antwort nun nähergekommen. Hier im Bild: Coline Bichlmaier und Dr. Roman Lang im Labor. (Bild: G. Olias / Leibniz-LSB@TUM)
Forscher des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München haben neue Bitterstoffe in geröstetem Arabica-Kaffee identifiziert. Sie zeigen, dass neben bekannten Verbindungen wie Koffein auch genetische Faktoren die Wahrnehmung der Bitterkeit beeinflussen.
„In der Tat haben frühere Studien verschiedene Verbindungsklassen nachgewiesen, die beim Rösten entstehen und zur Bitterkeit beitragen. Während meiner Doktorarbeit habe ich nun eine weitere Klasse von bislang unbekannten Röststoffen identifiziert und eingehend analysiert“, sagt Coline Bichlmaier, Doktorandin am Leibniz-Institut.
Der Bitterstoff Koffein ist bekannt, doch auch entkoffeinierter Kaffee schmeckt bitter. Das deutet darauf hin, dass weitere Substanzen den Geschmack beeinflussen. In früheren Studien wurden verschiedene Verbindungsklassen identifiziert, die während der Röstung entstehen und zur Bitterkeit beitragen. Eine aktuelle Untersuchung hat nun eine bislang unbekannte Klasse von Röststoffen entdeckt.
Was passiert beim Rösten mit Mozambiosid?
Ein Fokus der Forschung lag auf Mozambiosid, einer Verbindung in Arabica-Bohnen, die etwa zehnmal bitterer als Koffein ist. Sie aktiviert zwei Bitterrezeptoren (TAS2R43 und TAS2R46). Allerdings zeigte sich, dass Mozambiosid beim Rösten größtenteils abgebaut wird. Dies führte zur Frage, ob Abbauprodukte des Stoffes ebenfalls zur Bitterkeit beitragen.
„Unsere Untersuchungen zeigten jedoch, dass die Konzentration von Mozambiosid durch das Rösten stark abnimmt, sodass es nur einen geringen Beitrag zur Bitterkeit des Kaffees leistet“, erklärt Studienleiter Roman Lang. „Das brachte uns auf die Idee, zu prüfen, ob beim Rösten Abbauprodukte von Mozambiosid entstehen, die ebenfalls bitter schmecken und den Kaffeegeschmack beeinflussen können.“
💡 Was ist Mozambiosid?
Arabica-Kaffee enthält bitter schmeckendes Mozambiosid (11-O-β-D-Glucosyl-cafestol-2-on). Es ist ein hydrophiles Derivat von Cafestol, das besonders häufig in koffeinfreien Kaffeearten vorkommt. Seine Wahrnehmungsschwelle liegt beim Menschen bei 60 ± 10 Mikromolar (Lang et al., 2015; Lang et al., 2020). Seine Konzentration in rohem Arabica-Kaffee beträgt etwa 0,4 bis 1,2 mikromol/g. Durch das Rösten wird die Substanz bis auf Rückstände unterhalb der Geschmacksschwelle im Endprodukt abgebaut.
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Welche Rolle spielt die Genetik bei der Geschmackswahrnehmung?
Beim Rösten entstehen sieben Abbauprodukte von Mozambiosid, die in unterschiedlicher Konzentration in den Kaffee übergehen. Tests mit einem zellulären System belegten, dass diese Verbindungen dieselben Bitterrezeptoren aktivieren wie Mozambiosid selbst. Manche Abbauprodukte hatten eine stärkere Wirkung als die Ausgangssubstanz.
Ein sensorischer Test mit elf Probanden zeigte, dass die Bitterkeit individuell wahrgenommen wurde. Während acht Testpersonen einen bitteren Geschmack bemerkten, empfanden zwei keinen Unterschied und eine Person beschrieb den Geschmack als adstringierend.
Ein Gentest ergab, dass die Geschmackswahrnehmung von der genetischen Ausstattung der Testpersonen abhing. „Bei zwei Personen waren beide Kopien der Genvariante TAS2R43 defekt. Sieben hatten eine intakte und eine defekte Variante des Rezeptors und nur bei zwei Personen waren beide Kopien des Gens intakt“, so die Studienergebnisse.
💡 Welche weiteren bitter schmeckende Röststoffe im Kaffee vorhanden sind
Zu den wichtigsten Bitterstoffen, die sich Berichten zufolge beim Rösten bilden, gehören Caffeoylchinide, die aus Chlorogensäuren entstehen, Diketopiperazine, deren Ursprung Kaffeeproteine sind und Oligomere von 4-Vinylcatecholen, die sich aus Kaffeesäuren bilden. Diese Verbindungsklassen verleihen zwar einen bitteren Geschmack, es ist jedoch bislang nicht bekannt, welche Bitterrezeptortypen ihre Wahrnehmung vermitteln.
💡 Was sind Bitterrezeptoren? Und welche Rolle spielen sie?
Beim Menschen sind etwa 25 verschiedene Geschmacksrezeptortypen für die Wahrnehmung von Bitterstoffen verantwortlich. Diese Bitterrezeptoren befinden sich nicht nur im Mund, sondern auch auf Zellen anderer Organe und Gewebe. Welche vielfältigen Funktionen sie dort erfüllen, ist Gegenstand zahlreicher Untersuchungen, auch am Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München. Verschiedene Studien weisen schon heute darauf hin, dass Bitterrezeptoren in den Atemwegen dabei helfen, Krankheitserreger abzuwehren und die Bewegung der Flimmerhärchen zu beschleunigen. Ebenso lassen sie annehmen, dass endogene Bitterrezeptoren von Darm- und Blutzellen Abwehrmechanismen unterstützen oder an der Regulation des Stoffwechsels beteiligt sind.
Welche Bedeutung haben die Ergebnisse für die Kaffeeindustrie?
Die Erkenntnisse vertiefen das Verständnis, wie der Röstprozess den Geschmack von Kaffee beeinflusst. Sie könnten dazu beitragen, Kaffeesorten mit gezielten Geschmacksprofilen zu entwickeln. Zudem haben Bitterstoffe physiologische Funktionen im Körper, die noch nicht vollständig erforscht sind.
„Die neuen Erkenntnisse vertiefen das Verständnis, wie der Röstprozess den Geschmack von Kaffee beeinflusst, und eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Kaffeesorten mit abgestimmten Geschmacksprofilen. Ebenso sind sie ein wichtiger Meilenstein in der Geschmacks-, aber auch der Gesundheitsforschung“, sagt Roman Lang.
Studien weisen darauf hin, dass Bitterrezeptoren unter anderem in Atemwegen und im Verdauungssystem aktiv sind. „Bitterstoffe und ihre Rezeptoren haben im Körper weitere physiologische Funktionen, die größtenteils noch unerforscht sind“, ergänzt Lang.
Zukünftige Untersuchungen könnten klären, welche weiteren Bitterstoffe in Kaffee enthalten sind und welche Rezeptoren sie aktivieren. Angesichts des weltweiten Kaffeekonsums ist dies nicht nur für die Lebensmittelindustrie, sondern auch für die Gesundheitsforschung von Interesse.
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