Süßer Geschmack und gesunde Inhaltsstoffe machen Erdbeeren zu einer der beliebtesten Beeren weltweit. Die komplexen biochemischen Verbindungen, die Geschmack und Nährwert einer Erdbeere bestimmen – sogenannte Biomarker – können nur Experten mit modernen Analysen im Detail bestimmen.
Ein Team der TU Bergakademie Freiberg hat nun gemeinsam mit serbischen Forschern erstmals unterschiedliche Erdbeersorten mittels ultrahochauflösender Massenspektrometrie analysiert und untersucht, wie die Biomarker in den Früchten verteilt sind. Dabei stellten die Chemiker fest, dass sich die meisten Biomarker in der roten Schale der Erdbeeren befinden.
Das Team veröffentlichte die Ergebnisse in den Zeitschriften Wiley Analytical Science Und Pflanzen.
In der Erdbeerschale identifizierte das Forscherteam um Dr. Jan Zuber von der TU Bergakademie Freiberg beispielsweise den Biomarker Pelargonidin-3-O-Malonyglucosid.
„Dieses Molekül wirkt antioxidativ. Im menschlichen Körper können diese chemischen Verbindungen freie Radikale binden und wirken so entzündungshemmend und gefäßschützend“, erklärt die wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Analytische Chemie.
Die untersuchten Erdbeersorten enthalten zudem weitere Biomarkermoleküle wie organische Säuren, zum Beispiel Zitronensäure, oder Zucker wie Glukose. Je nach Konzentration und Verhältnis dieser Biomarker werden der Geschmack der jeweiligen Erdbeersorte und ihre ernährungsphysiologische Qualität bestimmt. Die Mehrzahl dieser Biomarker findet sich auch in der Schale der Erdbeere.
Dünne Erdbeerscheiben für detaillierte Analysen
Dass das Team die Konzentration der Biomarker in den Früchten so präzise bestimmen konnte, liegt an dem Hightech-Analysegerät, mit dem die Forscher die dünnen Erdbeerscheiben untersuchten: dem ultrahochauflösenden Massenspektrometer. Dabei werden die Biomarker zunächst durch einen Laser in geladene Teilchen, sogenannte Ionen, umgewandelt und anschließend nach Masse und Ladungszahl getrennt.
„Unsere Analysen haben es erstmals ermöglicht, zwischen verschiedenen Biomarkern zu unterscheiden, deren Masse sich nur auf die sechste Dezimalstelle unterscheidet.“ Dargestellt werden die Biomarker durch eine farbkodierte Abbildung der gemessenen Signale der hauchdünnen Erdbeerscheibe.
„Das zeigt deutlich, dass die für den Geschmack und die Qualität der Frucht relevanten Biomarker in besonders hoher Konzentration in der Schale der Erdbeere vorkommen“, sagt Zuber.
Gezielte Züchtung von Erdbeeren
Gemeinsam mit Forschern der Serbischen Universität Belgrad untersuchte das Team um Dr. Jan Zuber mit dieser Methode insgesamt 25 neue Erdbeersorten. „Da diese Biomarker entscheidend für den Geschmack und auch die Qualität von Erdbeeren sind, ist es für die Züchtung von Erdbeersorten interessant zu wissen, wo genau sich die Biomarker befinden und in welcher Konzentration“, so der Chemiker.
„Diese Erkenntnisse können zum einen dazu genutzt werden, möglichst ertragreiche und nährstoffreiche Obstsorten für den Anbau auszuwählen. Zum anderen helfen die Ergebnisse auch dabei abzuschätzen, wie neue Obstsorten beim Endkonsumenten ankommen.“
Probenanalyse mit dem Massenspektrometer
Die für die Analyse verwendete Probe ist nur wenige Mikrometer dick. Sie wird mit einem speziellen Schneidegerät (Kryomikrotom) für die Messung im Massenspektrometer vorbereitet. Anschließend wird die hauchdünne Scheibe mit einer UV-aktiven Matrix beschichtet, die für die Umwandlung der verschiedenen Biomarker in die entsprechenden Ionen notwendig ist.
Über dieses Präparat legen die Forscher dann ein Messgitter. Jeder Punkt dieses Gitters wird nun mit dem Laser des Massenspektrometers angeregt und die entstehenden Ionen detektiert. Dank des ultrahochauflösenden Massenspektrometers lassen sich selbst kleinste Massenunterschiede zwischen den Biomarker-Ionen erkennen und zur Unterscheidung nutzen.
Die gewonnenen Informationen werden anschließend ausgewertet und mithilfe von Verteilungsbildern visualisiert, um zu zeigen, welche Biomarker in welchen Bereichen der Dünnschliffe nachweisbar sind.
Mehr Informationen:
Jan Zuber et al., Charakterisierung von Biomarkern von Erdbeeren durch MS-Bildgebung. Wiley Analytical Science (2024). analyticalscience.wiley.com/co … awberries-ms-imaging
Dragica Milosavljević et al, Zucker und organische Säuren in 25 Erdbeersorten: Qualitative und quantitative Bewertung, Pflanzen (2023). DOI: 10.3390/pflanzen12122238