Auch nach der Ernte vieler Nutzpflanzen bleiben die meisten Pflanzenteile lebendig. Die Stoffwechselprozesse, die z.B. während der Lagerung oder Trocknung ablaufen, haben einen großen Einfluss auf die Qualität der aus diesen Pflanzenteilen hergestellten Lebensmittel. Neben den unerwünschten Alterungs- und Seneszenz-Vorgängen, die zu massiven Qualitätseinbußen führen, gibt es eine Vielzahl von Prozessen, die eine erhebliche Erhöhung der Qualität bewirken bzw. erst das gewünschte Lebensmittel erzeugen. In diesem Zusammenhang sind vor allem Reife-, Fermentations-, Trocknungs- oder Mälz-Prozesse von besonderem Interesse.
Ein wichtiger Forschungsschwerpunkt in unserer Arbeitsgruppe war lange Zeit die Aufklärung der Stoffwechselvorgänge, die im Zuge der Nachernte-Prozesse in Kaffeesamen stattfinden. Für die Produktion von Rohkaffee ist es notwendig, das Fruchtfleisch der Kaffeekirschen zu entfernen und die Bohnen zu trocknen. Traditionell gibt es zwei unterschiedliche Verfahren der Nacherntebehandlung des Arabica-Kaffees, die "trockene" und die "nasse" Aufbereitung.
Die ursprüngliche "trockene" Aufbereitung wird vor allem dort verwendet, wo große Kaffee-Ernten schnell verarbeitet werden müssen und nur wenig Wasser für einen nassen Prozess zur Verfügung steht. Der so produzierte Rohkaffee wird als "ungewaschener Arabica" bezeichnet und dem nass aufbereiteten Rohkaffee, dem "gewaschenen Arabica", gegenübergestellt. Bei der nassen Aufbereitung wird zunächst mit mechanischen "Pulpern" der Großteil des Fruchtfleisches (Pulpa) entfernt, anschließend werden auch die klebrigen Pulpa-Reste mithilfe einer Fermentation entfernt.
Die unterschiedlich hergestellten Kaffees unterscheiden sich deutlich: nass aufbereitete Arabicas sind durch ein intensives Aroma gekennzeichnet und haben eine angenehme Säure. Im Gegensatz dazu zeichnen sich ungewaschene Arabicas vor allem durch ihre ausgeprägte Vollmundigkeit und eine angenehme Süße aus.
Die biologischen Ursachen dieser unterschiedlichen Qualitätsausprägung waren zu Beginn unserer Arbeiten weitgehend unbekannt. Durch unsere Forschungsarbeiten konnten wir zeigen, dass im Zuge der Rohkaffeeaufbereitung verschiedene Stoffwechselprozesse in den noch lebenden Kaffeebohnen ablaufen. Mit biochemischen und molekularbiologischen Methoden konnten wir nachweisen, dass im Zuge der unterschiedlichen Nachernteverfahren sowohl Keimungsprozesse als auch stressinduzierte Reaktionen in unterschiedlicher Ausprägung ablaufen und so für die charakteristischen Unterschiede der Qualitätsausprägung nass und trocken aufbereiteter Rohkaffees verantwortlich sind.
Als Marker für diese Stoffwechselprozesse dienten vor allem Expressionsanalysen keimungs- und stressspezifischer Proteine (u.a. Isocitrat-Lyase, Dehydrine) und die Analyse der Zellzyklusaktivität. Diese sehr erfolgreichen Forschungen zur Rohkaffeeaufbereitung haben letztendlich ein Umdenken (Paradigmenwechsel) in der Kaffeeindustrie bewirkt und dazu geführt, neue Verfahren einzusetzen bzw. zu optimieren. Aufbauend auf diesen Erfahrungen wird zurzeit der Stoffwechsel in Gerstensamen untersucht, um durch Modifikation des Mälzprozesses auch die Malzqualität verbessern zu können.
Aufbauend auf den Erfahrungen bei der Aufklärung der Stoffwechselprozesse, die während der Rohkaffeeaufbereitung stattfinden, untersuchen wir zurzeit den Metabolismus keimender Gerstensamen. Obwohl das Mälzen seit vielen Jahrhunderten zum Zwecke des Bierbrauens praktiziert wird und inzwischen unzählige wissenschaftliche Untersuchungen zu dieser Thematik vorliegen, sind dennoch einige wesentliche Fragen ungeklärt. Im Zentrum der Aufmerksamkeit steht der Wunsch, durch gezielte Modifikation des Mälzprozesses die Malzqualität zu verbessern zu können. Neben sensorischen Modifikationen sind vor allem verfahrenstechnische Probleme von besonderer Bedeutung. Beim Brauen von Bier treten regelmäßig Schwierigkeiten beim Läutern und Filtrieren der Maische auf, die auf einen unzureichenden Abbau der Zellwand-Glucane der Gerstensamen zurückzuführen sind. Als Folge dieses unvollständigen β-Glucan-Abbaus bilden sich schleimig-gallertige Glucan-Gele, die zur vorzeitigen Verblockung der Filter führen können. Da die zellwandabbauenden Glucanasen erst beim Mälzen im Zuge der einsetzenden Keimung gebildet werden, führt ein längerer Keimprozess zu einem stärkeren Glucan- und damit Zellwandabbau und folglich zu besseren Läuter- und Filtrier-Eigenschaften. Es hat sich gezeigt, dass vor allem die Versorgung des Keimguts mit Sauerstoff und die Anwesenheit von Kohlendioxid einen wesentlichen Einfluss auf die Keimung insgesamt und besonders auf den Reservestoff-Abbau hat. Diese Thematik wird zurzeit mit Hilfe biochemischer und molekularbiologischer Methoden grundsätzlich untersucht.
Bytof, Gerhard (2003): Einfluss der Nacherntebehandlung auf die Qualitätsausprägung bei Arabica Kaffees (Coffea arabica L.)
Knopp, Sven-Erik (2005): Veränderungen von Rohkaffees während der Aufbereitung und Lagerung: Physiologische Hintergründe der Qualitätsausprägung von Rohkaffees
AiF 14 950 N: "Optimierung der Trocknung von Arabica-Kaffees in Hinblick auf die Aromaqualität des Kaffeegetränks"
(Projektzeitraum: 2006 bis 2008)
Kurzbericht (pdf, 185kb)
AiF 13 234 N: "Veränderungen im Kohlenhydrat-Metabolismus von Kaffeesamen während der Aufbereitung und Lagerung von Arabica-Rohkaffee"
(Projektzeitraum: 2002 bis 2004)
Kurzbericht (pdf, 78kb) (english)
Bericht, Vollversion (pdf, 1890kb)
AiF 12 181 N: "Beeinflussung der Kaffeearomaqualität durch die Aufbereitung: Physiologische und biochemische Aspekte der Qualitätsausprägung und deren technologische Umsetzung"
(Projektzeitraum: 1999 bis 2002)
Kurzbericht (pdf, 13kb)
AiF 16 299 N: "Heterogenitäten beim Mälzen - ein chronisches Problem für die Bierbrauerei: Erfassung der Ursachen und Erarbeitung von Strategien zu deren Vermeidung"
(Projektzeitraum: 2000 bis 20012
Kurzbericht (pdf, 289kb)
Bericht, Vollversion (pdf, 4525kb)