Determination of the optimal ripeness stage of apples for juice production

An jedem Verarbeitungstermin wurden vor der Saftherstellung von jeder Wiederholung zehn Äpfel den nachfolgend beschriebenen Reifeuntersuchungen unterzogen.

Die Respirationsraten wurden, wie bei Schnürer et al. (2014) beschrieben, mit einer CO2-Sonde (Almemo FY A600-CO2 H & Almemo 2590-3S; Ahlborn, Holzkirchen, Deutschland) bestimmt und als mg CO₂/(h*kg) berechnet.

Zur Bestimmung des Chlorophyll-Gehaltes, der als Indikator für die Vitalität der Pflanze hinzugezogen werden kann (Rutkowski et al., 2008), wurde mit einem Photodiode Array Spectrophotometer (CP Pigment Analyzer PA 1101, Control in Applied Physiology, Berlin-Falkensee, Germany) der Normalized Difference Vegetation Index [-1 bis 1] (NDVI) = (I₇₈₀ -I₆₆₀)/(I₇₈₀ + I₆₆₀) gemessen. Der Normalized Anthocyanin Index [-1 bis 1] (NAI) gibt Aufschluss über den Anthocyangehalt in der Schale, also über den Rotanteil der Farbe, und berechnet sich aus NAI = (I₇₈₀-I₅₅₀)/(I₇₈₀+I₅₅₀) (Zude et al., 2007; Solomakhin and Blanke, 2007; Kuckenberg et al., 2008). NDVI und NAI wurden beide mit demselben Gerät jeweils einmal auf der Sonnen- und einmal auf der Schattenseite der Frucht gemessen.

Die Farbe der Früchte wurde mit einem Farbmessgerät (Spectrophotometer CM-3500d; Fa. Konica Minolta, Langenhagen, Deutschland) im L*a*b*- und L*C*h°-Farbraum ermittelt (Reflexionsmessung, Lichtquelle D65, Bestrahlungswinkel 10°, 8 mm Blende). Im CIELAB System L*a*b* kann jede Farbe in einer Horizontalebene (gleiche Helligkeitsstufe) exakt durch a und b Koordinaten beschrieben werden (+a*=rot, -a*=grün, +b*= gelb, +b*= blau). Im CIELAB System L*C*h° kann jede Farbe in einer Horizontalebene (gleiche Helligkeit) durch C und h exakt beschrieben werden. C* entspricht der Buntheit (Entfernung vom Mittelpunkt) und h° dem Winkel auf dem Kreis. Grund- und Deckfarbe der Äpfel wurden getrennt voneinander gemessen.

Die Festigkeit wurde mit Hilfe eines Standpenetrometers (AFG 500 N, Fa. Mecmesin, Slinfold, Großbritannien) analysiert. Dazu wurden an beiden Seiten 1,5 cm² Schale entfernt, ein Stempel von 1 cm² Fläche 8 mm tief in das Fruchtfleisch gedrückt und die dafür notwendige Kraft gemessen. Die Festigkeit wurde in kg/cm² angegeben.

Zur Bestimmung des Stärkeabbauwertes wurden die Äpfel horizontal halbiert und die Schnittfläche in eine Jod-Lösung getaucht. Die entstehende Blaufärbung wurde nach einer Ctifl Stärkeabbautabelle (Centre Technique Interprofessionnel des Fruits et Legumes, Paris, France) von 1-10 beurteilt. Dabei wurde abwechselnd die obere und untere Apfelhälfte verwendet.

Die jeweils andere Apfelhälfte wurde entsaftet (Juicer HR 1861, Fa. Philips, Amsterdam, Niederlande). Im gewonnenen Saft wurde mit einem Handrefraktometer (REF 711gB, Fa. Arcarda, Cuxhaven, Deutschland) die lösliche Trockensubstanz (°Bx) bestimmt (BLE 2013). Durch Berechnung von Fruchtfleischfestigkeit/(Stärkeabbauwert x lösliche Trockensubstanz) konnte der Streif-Index, eine gängige Methode zur Reifebestimmung, ermittelt werden (Streif, 1996).

Weiters wurden 10 ml Saft zur Bestimmung der titrierbaren Säuren mit 0,1 N NaOH auf pH-Wert 8,1 titriert. Nach Multiplikation des Verbrauchs mit dem Faktor 0,75 konnte der Gehalt an titrierbaren Säuren in g/L berechnet als Weinsäure angegeben werden.

Die Äpfel wurden zu klarem Saft verarbeitet. Dazu wurden die Früchte gewaschen, mittels Schleuderfräse (Fa. Kreuzmayr, Wallern an der Trattnach, Österreich) zerkleinert und mit einer Bandpresse (Fa. Stossier, Pörtschach, Österreich) gepresst. Der gewonnene Saft wurde mit Fructozym P (2 ml/hl, Fa. Erbslöh, Geisenheim, Deutschland) enzymiert. Nach 15 Minuten wurde das am Tag zuvor angesetzte Bentonit (2 g/l) eingerührt (NaCalit, Fa. Erbslöh). Nach jeweils weiteren 15 Minuten wurden dem Saft Kieselsol (50 ml/hl, Klarsol Super, Fa. Erbslöh) und Gelatine (50 ml/hl, Erbigel liquid, Fa. Erbslöh) zugesetzt. Nach einer Einwirk- und Absetzzeit von rund 24 Stunden wurde der blanke Saft abgezogen. Daraus wurden Proben gezogen und für die chemischen Analysen (Zucker- und Säurespektrum) bei -18°C tiefgefroren. Lag die titrierbare Säure unter 5 g/L, so wurde der Saft mit Zitronensäure (Fa. Jungbunzlauer Austria AG, Wulzeshofen, Österreich) auf diesen Wert aufgesäuert. Im Anschluss wurde der Saft in 1-Liter-Glasflaschen abgefüllt und 20 Minuten bei 80°C in einem Berieselungspasteur (Fa. Kreuzmayr) pasteurisiert. Die Lagerung der Säfte erfolgte bis zur Verkostung bei 17-20°C.

Das Zucker- und Säurespektrum wurde anhand der tiefgefrorenen Proben bestimmt. Die Analysen der organischen Säuren (Äpfelsäure, Bernsteinsäure, Chinasäure, Citronensäure, Fumarsäure, Galacturonsäure, Isocitronensäure, Oxalsäure, Phosphat, Shikimisäure) erfolgten auf AG 11 und AS 11 Säulen mit Ionenchromatographie Dionex Serie ICS 3000 (Fa. Thermo Fisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA). Die Analysen der enthaltenen Zucker (Arabinose, Fructose, Galactose, Gesamtzucker, Glucose, Glycerol, Myoinositol, Rhamnose, Rutinose, Saccharose, Sorbit, Xylitol, Xylose) wurden auf einer Carbo Pac PA10 (4x250/4x50) Säule, ebenfalls mit lonenchromatographie Dionex Serie ICS 3000, wie bei Weiss (1995) beschrieben, modifiziert nach den Arbeitsanweisungen Dionox AN122, durchgeführt.

Zu jedem Verarbeitungstermin wurden zwei Äpfel und der frisch produzierte und pasteurisierte Saft von 2 bis 4 geschulten Kostern verkostet und verbal beschrieben. Zur weiteren sensorischen Beurteilung der Säfte und zum Vergleich der Verarbeitungstermine wurden mit sechs geschulten Kostern Verkostungen durchgeführt. Erst wurde mit Hilfe von Dreieckstests die Gleichheit der Wiederholungen überprüft. Im Anschluss wurden mittels unstrukturierter Skala verschiedene Parameter beurteilt (Weiss, 1981): Diese umfassten Geruchsintensität und -typizität, Geschmacksintensität und – typizität, Mundgefühl und Gesamturteil.

Alle Messungen wurden in Doppelbestimmung durchgeführt. Die statistische Auswertung der Daten erfolgte mittels SPSS 26 und Microsoft Excel. Die Ergebnisse wurden auf Normalverteilung und Varianzhomogenität geprüft. Signifikante Unterschiede wurden mittels einfaktorieller ANOVA mit dem unabhängigen Faktor Erntetermin und anschließendem Tukey-Test oder Dunnett T3 für jedes Erntejahr ermittelt und auf dem Niveau α = 0,05 angegeben. Für die Verkostungsdaten wurde der LSD-Test angewendet.

Die Sorte ‘Jonagold’ wurde in allen drei Versuchsjahren untersucht. Um Sorten- und Jahrgangsunterschiede der anderen untersuchten Sorten auszuschließen, wurden in erster Linie die Daten dieser Sorte zur Interpretation herangezogen.

Bei der Verkostung der Äpfel zeigte sich, dass beim ersten Verarbeitungstermin, direkt nach der Ernte (zwischen Ende September und Mitte Oktober, Tab. 1), die Früchte knackig und saftig waren, ein gutes Zucker-Säure-Verhältnis aufwiesen und das Aroma wenig ausgeprägt war. Bei den späteren Verarbeitungsterminen (mit Abständen von drei bis sieben Wochen, Tab. 1) waren die Äpfel bezogen auf die Textur „gerade richtig zum Essen“, sehr fruchtig und aromatisch, sowie die Säure deutlich milder als beim ersten Termin. Beim letzten Verarbeitungstermin (zwischen Ende Dezember und Ende Februar, Tab. 1) wurden die Äpfel als leicht mehlig, mit schwachem, reifem Aroma und fehlender Säure beschrieben. Diese Beschreibung und die Tendenz, dass die Säfte der „mittleren Verarbeitungstermine“ bevorzugt wurden, fand sich auch in der Verkostung der Säfte mit verbaler Beurteilung unmittelbar nach der Verarbeitung wieder.

Bei der Beurteilung mittels unstrukturierter Skala (Tab. 2 a) wurden die Säfte des 1. Verarbeitungstermins in allen 3 Untersuchungsjahren in fast allen Kategorien am schlechtesten beurteilt. Im Jahr 2015 konnte zwischen 1. und 2. Verarbeitungstermin eine signifikante Verbesserung bei Geschmackstypizität und Gesamturteil gezeigt werden. Im Jahr 2016 war ein Unterschied bei Geruchsintensität, Geruchstypizität und Geschmacksintensität signifikant erkennbar. In Geruchs- und Geschmacksintensität konnte in diesem Jahr beim letzten Verarbeitungstermin wieder eine signifikante Verschlechterung gezeigt werden. Grundsätzlich war diese Verbesserung nach dem 1. Termin und Verschlechterung bis zum letzten Termin in den Gesamturteilen in allen 3 Untersuchungsjahren erkennbar, allerdings nicht immer signifikant nachweisbar. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass bei ‘Jonagold’ die Lagerung der Früchte vor der Verarbeitung zu einer Geschmacksverbesserung des Saftes führt. Dauert diese Lagerung zu lange, kommt es wieder zu Qualitätseinbußen.

Die Messung der Respiration zeigte, dass die CO₂-Abgaberaten von Jahr zu Jahr in ihrer Intensität variieren (Tab. 3 b). In allen drei Untersuchungsjahren gab es einen signifikanten Anstieg der CO₂-Abgabe vom ersten zum zweiten Verarbeitungstermin mit anschließendem signifikantem Abfall bis zum letzten Verarbeitungstermin. Bei ‘Jonagold’ decken sich die Verkostungsergebnisse sehr gut mit den CO₂-Messungen und zeigen, dass die Verarbeitung erst zum respiratorischen Maximum stattfinden sollte.

Bei Betrachtung der weiteren Analysenergebnisse fällt auf, dass der Streif-Index, der wie erwartet im Laufe der Lagerung abnahm, jeweils beim ersten Termin über 0,05 lag, bei den weiteren Terminen darunter (Tab. 3 b, Abb. 1). Die Autoren schlagen vor, hier eine „Qualitätsgrenze“ zur Saftherstellung zu definieren. Da sich der Streif-Index aus Festigkeit, °Brix und Stärkeabbauwert zusammensetzt, konnte dieser Trend auch in der Festigkeit abgelesen werden. Hier lässt sich die Grenze bei etwa 6,5 kg/cm² festlegen. Laut Wurm et al. (2010) sollte bei ‘Jonagold’ die Fruchtfleischfestigkeit bei der Einlagerung der Äpfel bei 6,5-7,0 kg/cm² liegen. Die Ergebnisse dieses Versuchs zeigen, dass die Äpfel für die Saftherstellung eine geringere Festigkeit aufweisen sollen als für die Einlagerung.

Abb.1:

Streif-Index Jonagold

Bei den Farbwerten zeigte sich ein gegenläufiger Trend beim C*-Wert der Grundfarbe und der Deckfarbe: Dieser stieg während der Lagerung an. In der Grundfarbe lag die Grenze bei etwa 43, in der Deckfarbe bei etwa 37. Sobald die Äpfel einen höheren C*-Wert aufwiesen, wurde der Saft besser beurteilt. Diese Grenzen für die Verarbeitungsqualität sind jedoch nicht so eindeutig wie bei Streif-Index und Festigkeit.

Beim 3. (letzten) Verarbeitungstermin im Jahr 2016, wo die Säfte in Geruchsintensität und Geschmacksintensität signifikant schlechter beurteilt wurden als beim 2. Termin, fiel auf, dass die Äpfel einen signifikant höheren b*-, °h- und L*-Wert in der Deckfarbe aufwiesen (Tab. 3 a+b). Sie lagen auch deutlich über den Werten der Jahre 2014 und 2015, bei denen die Verschlechterung beim letzten Termin nur als Tendenz, jedoch nicht signifikant gezeigt werden konnte. Es wird vermutet, dass sich hier durch die Farbe ein Indikator für den richtigen Verarbeitungszeitpunkt ablesen lässt.

Im Jahr 2016 fiel bei den ‘Jonagold’ Säften außerdem auf, dass im Saft des 3. Termins (der wie erwähnt etwas schlechter beurteilt wurde als der 2. Termin) der niedrigste Wert an Oxalsäure gemessen wurde (24,3 ± 0,5 mg/l)(Tab. 4 a).

Bei den restlichen Reife-, Säure- und Zuckeranalysen konnten bei ‘Jonagold’ keine weiteren Zusammenhänge mit der sensorischen Beurteilung gefunden werden.

Bei ‘Ilzer Rosenapfel’ konnte das Erreichen des respiratorischen Maximums am 2. Verarbeitungstermin gut dargestellt werden (Tab. 6 c). Das deckte sich mit den Verkostungsergebnissen, auch wenn diese nicht signifikant unterschiedlich waren. Bei ‘Red Topaz’ wurde die maximale CO₂-Abgabe an den ersten beiden Terminen gemessen. Auch das deckte sich mit den Verkostungsergebnissen. Bei ‘Golden Delicious’ und ‘Pinova’ schwankten die Werte und zeigten bei ‘Pinova’ eine große Standardabweichung. Das könnte auf inhomogenes Probenmaterial zurückgeführt werden. So lässt sich auch erklären, warum bei ‘Pinova’ keine signifikanten Verkostungsergebnisse erzielt werden konnten.

Es zeigte sich, dass der NDVI auf der Schattenseite (Tab. 3 a und 6 a) mit Ausnahme von ‘Golden Delicious’ bei allen Sorten signifikant mit der Lagerung abnahm. ‘Golden Delicious’ war auch die einzige Sorte, bei der die Werte fast ausschließlich im positiven Bereich lagen (0,29 ± 0,41). Auch auf der Sonnenseite nahm mit Ausnahme von ‘Golden Delicious’ der NDVI Wert signifikant ab (Tab. 3 a und 6 a). Bei den Sorten ‘Pinova’, ‘Ilzer Rosenapfel’ und ‘Red Topaz’ konnte beim letzten Verarbeitungstermin jedoch wieder ein signifikanter Anstieg beobachtet werden.

Die NAI-Werte zeigten zwar immer wieder signifikante Unterschiede, es wurden aber keine Trends oder Zusammenhänge festgestellt (Tab. 3 a und 6 a).

Der L*-Wert der Grundfarbe zeigte je nach Sorte unterschiedliche Verläufe. Bei ‘Jonagold’ wurde in allen drei Untersuchungsjahren ein signifikanter Anstieg im Laufe der Lagerung festgestellt. Bei ‘Pinova’ fiel der L*-Wert der Grundfarbe bei den ersten drei Terminen signifikant ab und stieg beim letzten Termin wieder an. Bei den anderen Sorten konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden.

Der a*-Wert der Grundfarbe stieg bei allen Sorten während der Lagerung tendenziell an, war jedoch nicht immer signifikant und zeigte leichte Schwankungen. Der Grünanteil nahm also wie erwartet ab, während der Rotanteil anstieg. Bei ‘Pinova’ lagen die Werte am höchsten und der Anstieg war am deutlichsten zu beobachten (von 8,3 ± 11,7 auf 31,4 ± 13,2). Der b*-Wert der Grundfarbe stieg mit Ausnahme von ‘Pinova’ und ‘Red Topaz’ bei allen Sorten signifikant an, der Gelbanteil nahm also zu. Ebenso stieg der C*-Wert der Grundfarbe signifikant bei allen Sorten an. °h Grundfarbe nahm im Laufe der Lagerung tendenziell ab. Dieser Trend war aber nur zum Teil signifikant nachweisbar.

Der L*-Wert der Deckfarbe zeigte keinen eindeutigen Trend. Auffallend war, dass die Werte von ‘Golden Delicious’ (73,2 ± 3,1) deutlich höher waren als von den anderen Sorten (39,7 ± 7,1) und damit im Bereich der L*-Werte der Grundfarbe lagen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass ‘Golden Delicious’ typischerweise keine Deckfarbe besitzt, sondern grünlich bis gelblich ausgefärbt ist.

Die a*-Werte der Deckfarbe schwankten im Laufe der Lagerung.

Bei den b*-Werten der Deckfarbe war bei ‘Golden Delicious’ ein signifikanter Anstieg zu beobachten (von 44,4±2,6 auf 51,9±1,9). Auch hier lagen die Werte deutlich höher als bei den anderen Sorten und damit in einem ähnlichen Bereich wie die b*-Werte der Grundfarbe, zurückzuführen auf die flächendeckende grünlich/gelblich-Färbung. Bei ‘Pinova’ lagen die Werte beim 3. Termin signifikant höher (31,9±9,5) als bei den anderen Terminen (23,0±4,8). Die Werte von ‘Red Topaz’ schwankten und bei ‘Ilzer Rosenapfel’ gab es keine signifikanten Unterschiede.

Der C*-Wert der Deckfarbe stieg bei ‘Golden Delicious’, wie bei ‘Jonagold’, signifikant an. Die Werte ‘Pinova’ und ‘Red Topaz’ schwankten. Bei ‘Ilzer Rosenapfel’ wurden keine signifikanten Unterschiede verzeichnet.

°h Deckfarbe zeigte nur bei ‘Jonagold’ im dritten Untersuchungsjahr und bei ‘Ilzer Rosenapfel’ einen signifikanten Anstieg zwischen 2. und 3. Verarbeitungstermin, bei allen anderen Sorten gab es keine signifikanten Unterschiede. Auffallend war hier wieder die Sorte ‘Golden Delicious’ (92,9±6,5), wo die Werte deutlich über den Werten der anderen Sorten (zwischen 25,6±4,3 ‘Red Topaz’ und 33,6±11,4 ‘Jonagold’) lagen.

Die Fruchtfleischfestigkeit nahm bei allen Apfelsorten signifikant ab (Tab. 3 b und 6 c). Dabei fiel auf, dass die Äpfel der Sorten ‘Ilzer Rosenapfel’ und ‘Red Topaz’ trotz späterer Verarbeitung die höchste Festigkeit aufwiesen (‘Ilzer Rosenapfel’: Abfall von 9,6±1,1 (1. Termin) auf 5,3±0,7 kg/cm² (3./letzter Termin), ‘Red Topaz’: Abfall von 8,5±0,7 (1. Termin) auf 5,4±0,4 kg/cm² (letzter Termin)).

Die Stärkeabbauwerte stiegen bei allen Sorten im Zuge der Lagerung signifikant an. Bei allen Sorten war spätestens beim letzten Verarbeitungstermin die gesamte Stärke abgebaut.

Die Werte für die lösliche Trockensubstanz lagen bei 13,3±0,7 °Bx. Es waren leichte Schwankungen zwischen den Verarbeitungsterminen der einzelnen Sorten zu beobachten, aber kaum signifikante Unterschiede oder Trends zu erkennen.

Der Streif-Index nahm wie erwartet bei jeder Apfelsorte während der Lagerung signifikant ab (Tab. 3 b und 6 c). Wie schon bei der Festigkeit zeigte ‘Ilzer Rosenapfel’ dabei die höchsten Werte (0,111 ± 0,024 beim 1. Termin bis 0,039 ± 0,006 beim letzten Termin).

Die titrierbare Säure nahm ebenfalls wie erwartet bei jeder Apfelsorte signifikant während der Lagerung ab.

Es zeigte sich, dass die Gehalte an Äpfelsäure und Oxalsäure während der Lagerung signifikant abnahmen (Tab. 4 a+b). Nur bei ‘Golden Delicious’ und ‘Ilzer Rosenapfel’ war die Abnahme an Äpfelsäure, sowie bei ‘Ilzer Rosenapfel’ die Abnahme von Oxalsäure nicht signifikant nachweisbar.

Die Gehalte an Bernsteinsäure und Galacturonsäure nahmen, sofern diese nachweisbar waren, mit der Lagerung signifikant zu. Nur bei ‘Jonagold’ im Jahr 2016 war kein signifikanter Unterschied bei Galacturonsäure nachweisbar.

Alle anderen Säuren unterlagen einigen Schwankungen, es konnten jedoch keine eindeutigen Trends festgestellt werden.

Bei den analysierten Zuckern (Tab. 5 a, b, c) zeigte sich, dass Xylose während der Lagerung tendenziell anstieg. Bei allen Apfelsorten konnte ein signifikanter Anstieg beobachtet werden. Nur bei ‘Jonagold’ (im Jahr 2014) und bei ‘Ilzer Rosenapfel’ war der Gehalt beim ersten Verarbeitungstermin höher als beim zweiten. Alle anderen Zucker unterlagen Schwankungen, es konnten jedoch keine eindeutigen Trends identifiziert werden.