Erdbeeren unter der High-Tech-Lupe
Süße Noten und gesunde Inhaltsstoffe machen die Erdbeere weltweit zu einer der beliebtesten Früchte. Die komplexen biochemischen Verbindungen, die den Geschmack und den Nährwert einer Erdbeere bestimmen – sogenannte Biomarker – können von Fachleuten nur mit modernen Analysen detailliert bestimmt werden. Nun hat ein Team der TU Bergakademie Freiberg gemeinsam mit serbischen Forschenden erstmals verschiedene Erdbeersorten mittels ultrahochauflösender Massenspektrometrie untersucht und geprüft, wie die Biomarker in der Frucht verteilt vorliegen. Die Chemikerinnen und Chemiker stellten fest: Die meisten Biomarker befinden sich in der roten Haut der Erdbeeren. Die Ergebnisse veröffentlichte das Team aktuell in den Fachjournalen „Wiley Analytical Science“ sowie „Plants“.
Darstellung eines Erdbeerdünnschnittes und der innerhalb der Analyse nachgewiesenen Gesamtionenmenge. Bereiche mit hohen Biomarkerkonzentrationen weisen dabei eine hohe Intensität im Massenspektrum auf und sind daher rot illustriert.
Technische Universität Bergakademie Freiberg
In der Erdbeer-Haut identifizierten die Forschenden um Dr. Jan Zuber von der TU Bergakademie Freiberg zum Beispiel den Biomarker Pelargonidin-3-O-malonyglucosid. „Dieses Molekül hat eine antioxidative Wirkung. Im menschlichen Körper können diese chemischen Verbindungen freie Radikale binden und somit entzündungshemmend und gefäßschützend wirken“, erklärt der wissenschaftliche Mitarbeiter am Institut für Analytische Chemie. Außerdem enthalten die untersuchten Erdbeer-Sorten weitere Biomarker-Moleküle wie organische Säuren, zum Beispiel Zitronensäure, oder Zucker, wie Glukose. Je nach Konzentration und Verhältnis dieser Biomarker wird der Geschmack der jeweiligen Erdbeersorte sowie deren Ernährungsqualität bestimmt. Auch diese Biomarker befinden sich zum Großteil in der Erdbeerhaut.
Hauchdünne Erdbeer-Scheiben für detaillierte Analysen
Dass das Team die Konzentration der Biomarker in der Frucht so genau nachweisen konnte, liegt an dem High-Tech-Analysengerät, mit dem die Forschenden die Erdbeerdünnschnitte untersuchten, dem ultrahochauflösenden Massenspektrometer. Dort werden die Biomarker zunächst durch einen Laser in geladene Teilchen, sogenannte Ionen, überführt und anschließend anhand ihrer Masse und Ladungszahl aufgetrennt. „Unsere Analysen ermöglichten es erstmals, verschiedene Biomarker zu unterscheiden, deren Massen sich lediglich in der sechsten Nachkommastelle voneinander unterscheiden.“ Dargestellt werden die Biomarker mit einem farb-kodierten Abbild der gemessenen Signale der hauchdünnen Erdbeer-Scheibe. „So wird eindeutig sichtbar, dass sich die für den Geschmack und die Qualität der Frucht relevanten Biomarker in besonders hoher Konzentration in der Haut der Erdbeere befinden“, so Zuber.
Erdbeeren gezielt züchten
Gemeinsam mit Forschenden der serbischen Universität Belgrad untersuchte das Team um Dr. Jan Zuber insgesamt 25 neuartige Erdbeersorten mit dieser Methode. „Da diese Biomarker für den Geschmack aber auch die Qualität von Erdbeeren entscheidend sind, ist es für die Züchtung von Erdbeersorten interessant zu wissen, wo genau sich die Biomarker in welcher Konzentration befinden“, urteilt der Chemiker. „Durch diese Erkenntnisse können möglichst ertrags- und inhaltsstoffreiche Fruchtsorten für die Produktion ausgewählt werden. Zum anderen helfen die Ergebnisse auch dabei, einzuschätzen, wie neue Fruchtsorten von Endverbrauchern angenommen werden.“
Hintergrund: Proben mit dem Massenspektrometer analysieren
Die für die Analyse genutzte Probe selbst ist dabei nur einige Mikrometer dick. Ihre Präparation für die Messung im Massenspektrometer erfolgt mit Hilfe eines speziellen Schneidegerätes (Kryo-Mikrotom). Die hauchdünne Scheibe wird danach mit einer UV-aktiven Matrix beschichtet, die für die Überführung der verschiedenen Biomarker in die entsprechenden Ionen notwendig ist. Anschließend legen die Forschenden ein Mess-Raster über dieses Präparat. Jeder Punkt dieses Rasters wird nun mit dem Laser des Massenspektrometers angeregt und die dabei entstehenden Ionen detektiert. Durch das ultrahochauflösende Massenspektrometer können hierbei bereits kleinste Masseunterschiede zwischen den Biomarker-Ionen aufgeklärt und zur Unterscheidung genutzt werden. Die erhaltenen Informationen werden abschließend ausgewertet und anhand von Verteilungsbildern visualisiert, um darzustellen, in welchen Bereichen der Dünnschnitte welche Biomarker nachweisbar sind.
Die ultrahochauflösenden Messungen führte das deutsch-serbische Team im Rahmen eines vom Deutschen Akademischen Austauschdienst DAAD geförderten Projektes durch (Geschäftszeichen: 57602001).
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