Alkaloide: Theobromin und Coffein

Theobromin und Coffein stellen 99% der Alkaloide der Kakaos dar. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass durch das Verhältnis dieser beiden Alkaloide zueinander Rückschlüsse auf Herkunft und Qualität des Kakaos möglich sind.
Der Alkaloid-Begriff
Der Begriff „Alkaloid“ setzt sich aus dem arabischen Wort al-qalya („die Pflanzenasche“) und dem griechischen -oides („ähnlich“) zusammen und bezeichnet organische, stickstoffhaltige Verbindungen natürlichen Ursprungs mit mehr oder weniger ausgeprägtem basischem Charakter. Erstmals wurde der Terminus „Alkaloid“ im Jahre 1819 von W. Meissner vorgeschlagen. Er definierte Alkaloide als alkalisch reagierende Pflanzenstoffe. In den darauffolgenden Jahrzehnten wurde diese Begriffserklärung bis zur heutigen Definition vielfältig abgewandelt und verändert. Zur Nomenklatur der Alkaloide werden häufig Trivialnamen verwendet, die sich oftmals vom systematischen Pflanzennamen der Pflanze ableiten, aus der sie zuerst extrahiert wurden. Ein Beispiel dafür ist das aus Papaver-Arten (Mohn) isolierte Papaverin. Eine andere Möglichkeit zur Benennung ist die systematische IUPAC-Nomenklatur.

Eine vielfältige Substanzgruppe
Groben Schätzungen zufolge existieren rund 10.000 verschiedene Alkaloide. Sie wurden nicht nur aus höheren Pflanzen isoliert, sondern finden sich auch in Mikroorganismen, Pilzen und Tieren wie z.B. Salamandern, Kröten und Fischen. Oftmals findet man strukturverwandte Alkaloide in sich nahestehenden Pflanzen. Ein Beispiel dafür sind Atropin und Scopolamin, die in Nachtschattengewächsen nachgewiesen wurden. Im Gegensatz dazu existieren auch Alkaloide, wie z.B. Nicotin, die in weit entfernten Pflanzenfamilien vorkommen. Alkaloide können in unterschiedlichen Teilen der Pflanze gebildet und akkumuliert werden. Bisher ist weitgehend unbekannt, wieso Pflanzen Alkaloide bilden. Sie stellen für die Pflanze selbst keine lebensnotwendigen Verbindungen dar; ein Züchten der Alkaloid-freien Form ist somit mittlerweile möglich. Jedoch scheinen die Alkaloide einigen Pflanzen als wirksames Mittel vor Fraßschutz oder als Vorstufe der Nicotinsäure, die in Form des NAD als Coenzym an zahlreichen Redoxreaktionen des Zellstoffwechsels beteiligt ist, zu dienen. Für den Menschen sind Alkaloide von vielfältiger Bedeutung. Zum einen haben viele Alkaloide toxische Wirkung auf den Menschen. Ein Beispiel dafür ist das in Kartoffeln enthaltene Solanin, welches ab einer Dosis von 400 mg tödlich ist. Zum anderen werden bestimmte Alkaloide auch aufgrund ihrer anregenden Wirkung genutzt, wie beispielsweise das in Kaffee, Kakao oder Guarana enthaltene Coffein. Missbräuchliche Verwendung finden Alkaloide auch in Form von Rauschmitteln, wie Morphin, Cocain oder den halluzinogenen Lysergsäure-Derivaten.




Kakaorelevante Alkaloide
Die Alkaloide des Kakaos (Theobroma cacao L.) setzen sich zu 99 % aus Theobromin und Coffein zusammen, wobei die Menge an Coffein im Kakao im Mittel nur ein Zehntel der Theobromin-Menge ausmacht. Die beiden Alkaloide gehören – wie das im grünen Tee enthaltene Theophyllin – zur Gruppe der Methylxanthine und unterscheiden sich lediglich in Anzahl und Position der Methylgruppen. Bei den Verbindungen handelt es sich um wasserlösliche Stoffe, die leicht bitter schmecken. Kakao wirkt im Vergleich zu Kaffee in geringerem Maße anregend, da die Menge an enthaltenem Coffein deutlich geringer ist. In einem LCI-Projekt konnte kürzlich gezeigt werden, dass durch das Verhältnis von Theobromin zu Coffein (T/C-Verhältnis) Rückschlüsse auf die Herkunft und die Qualität des Kakaos gezogen werden können. Bei sortenreinen Schokoladen kann somit festgestellt werden, ob es sich um ein Produkt aus Edelkakao oder aus Konsumkakao handelt. Das T/C-Verhältnis bietet damit eine gute Abschätzungsmöglichkeit zur Frage „Edel- oder Konsumkakao“ (s. Abbildung 2) [1].

Im LCI findet ein hochleistungschromatographisches (HPLC) Verfahren zur Bestimmung von Theobromin und Coffein in Kakao und Kakaoerzeugnissen Anwendung. Die Detektion erfolgt mittels UV-Detektor. Durch dieses Verfahren können Theobromin und Coffein selektiv quantifiziert und nicht nur, wie bei photometrischen Verfahren, als Summe der Methylxanthin-Derivate bestimmt werden. Der Gehalt an Coffein und Theobromin gilt als Bewertungsgrundlage für die Abschätzung des Kakaogehaltes von kakaohaltigen Erzeugnissen.

Literatur
[1] Raters M, Schnapka J, Heeger R, Matissek R (2013) Edel- oder Konsumkakao? Eine Zuordnung anhand des T/C-Verhältnisses. Lebensmittelchemie 67: 165
[2] Lieberei R, Rohsius C, Elwers S (2010) “Kakaoatlas 2010”, http://www.infozentrum-schoko.de/cocoa-atlas.html
[3] Lieberei R, Rohsius C, Elwers S (2002) “Kakaoatlas 2002”, http://www.infozentrum-schoko.de/cocoa-atlas.html