Mehr Textur: Fava-Bohnen-Proteine für pflanzliche Lebensmittel
Forscher entdecken neue Wege zur Verbesserung von Produkten auf Pflanzenbasis
Forscher des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München haben erstmals untersucht, wie Proteinstrukturen aus Favabohnen ein zelluläres Modell der menschlichen oralen Tastzellen beeinflussen. Diese Sinneszellen reagieren auf mechanische Reize wie Druck und spielen eine Schlüsselrolle bei der Wahrnehmung der Textur und des Mundgefühls von Lebensmitteln und Getränken. Die neuen Erkenntnisse könnten dazu beitragen, unser Verständnis zu verbessern und letztlich die sensorische Akzeptanz pflanzlicher Lebensmittel zu optimieren, um eine nachhaltigere und gesündere Ernährung zu fördern.
Dr. Sanjai Karanth, Wissenschaftlerin am Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München, arbeitet mit dem Rasterkraftmikroskop, Foto: G. Olias / Leibniz-LSB@TUM
G. Olias / Leibniz-LSB@TUM
Für viele Verbraucher sind Aspekte der ökologischen Nachhaltigkeit, der Gesundheit und/oder des Tierschutzes wichtige Gründe, sich zunehmend für eine pflanzliche Ernährung zu entscheiden. Nach Angaben von Statista erreichte der weltweite Umsatz mit pflanzlichen Lebensmitteln im Jahr 2020 bereits 29,4 Milliarden US-Dollar. Bis 2030 soll dieser Wert sogar auf 161,9 Milliarden US-Dollar ansteigen.
"Es ist daher nicht verwunderlich, dass es eine starke Nachfrage nach Biomaterialien gibt, die das Mundgefühl von pflanzlichen Nahrungsalternativen verbessern können", sagt Sanjai Karanth, Erstautor und wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Nachwuchsgruppe Mechanorezeptoren am Leibniz-Institut. Protein-Nanofibrillen aus Favabohnen sind ein solches Biomaterial.
Besondere Eiweißmoleküle
Protein-Nanofibrillen sind spezielle Eiweißmoleküle, die in winzigen Strukturen organisiert sind. Sie haben einzigartige physikochemische Eigenschaften, die die Textur und damit das Mundgefühl von Lebensmitteln nachhaltig beeinflussen können.
Während viel über ihre Bildung und ihre physikalischen Eigenschaften in flüssigen Medien bekannt ist, wurde bisher nur wenig darüber geforscht, wie diese Fibrillen Zellen unter physiologischen Bedingungen beeinflussen. So fehlen zum Beispiel Studien an zellulären Modellsystemen, die zukünftige Rückschlüsse auf die Texturwahrnehmung von Protein-Nanofibrillen zulassen.
Genau hier setzt die Forschung des Leibniz-Teams um die Nachwuchsgruppenleiterin Melanie Köhler an. Ihr Team beschäftigt sich mit dem Mundgefühl von Lebensmitteln. Mit Hilfe modernster Technologien hat die Forschergruppe erstmals untersucht, wie Protein-Nanofibrillen aus Favabohnen auf Zellen einer menschlichen Zelllinie von sogenannten Mechanorezeptorzellen wirken.
Unter physiologischen Bedingungen untersucht
Bei der Untersuchung der Modellzellen unter physiologischen Bedingungen stellten die Forscher zunächst mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie fest, dass die Nanofibrillen die Oberflächenstruktur der Zellen aufrauen, ohne deren Gesamtelastizität zu verändern. "Da der biophysikalische Effekt nicht sehr ausgeprägt war, haben wir weiter untersucht, was auf molekularer Ebene passiert", erklärt Studienleiterin Melanie Köhler.
Die Tests zeigten, dass die Zugabe der Nanofibrillen zum Kulturmedium der Zellen die Aktivität von Rezeptorgenen veränderte, die bei der Wahrnehmung der Lebensmitteltextur eine Rolle spielen. Dazu gehören mechanosensitive Ionenkanäle wie Piezorezeptoren sowie Rezeptoren, die Fettsäuren erkennen. Weitere Untersuchungen an künstlichen Zellmembranen zeigten außerdem, dass die Fibrillen über Lipide mit den Membranen interagieren, was die Elastizität der Membranen in diesem Testsystem beeinflusst.
"Obwohl unsere Forschung noch in den Kinderschuhen steckt, deuten unsere biophysikalischen und biochemischen Ergebnisse bereits darauf hin, wie Nanofibrillen die Wahrnehmung von Textur und Fett beeinflussen können", sagt Melanie Köhler. "Deshalb wollen wir unsere neuen Erkenntnisse in zukünftigen Experimenten und sensorischen Studien vertiefen. Langfristig wollen wir neue Anwendungen für pflanzliche Nanofibrillen finden, um sensorisch ansprechende Lebensmittel mit verbesserter Textur zu entwickeln."
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