Forscher der Universität Grenoble Alpes (UGA), Frankreich, nutzten zusammen mit dem ESRF, dem europäischen Synchrotron mit Sitz in Grenoble, Frankreich, die hellen Röntgenstrahlen des ESRF, um aufzudecken, wie Kakaobäume sich vor dem giftigen Metall Cadmium schützen. Dieses Wissen ist relevant, da neue EU-Vorschriften die Cadmiumkonzentration in Schokolade beschränken. Ihre Ergebnisse sind veröffentlicht In Umwelt- und experimentelle Botanik.
Cadmium reichert sich häufig in Lebensmitteln an, ist jedoch ein hochgiftiges Metall, das bei chronischer Exposition für Menschen schädlich sein kann, so die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation. Die EU hat Grenzwerte für die maximale Cadmiumkonzentration in Lebensmitteln wie Reis, Weizen, Kartoffeln und neuerdings auch Schokolade festgelegt.
Während es Studien darüber gibt, wie Cadmium vom Boden in den essbaren Teil stabiler Nutzpflanzen gelangt, gibt es kaum Untersuchungen zu Cadmium in Kakaosorten. „Zu verstehen, wie sich Cadmium in Kakaobäumen ansammelt, ist von größter Bedeutung, um anschließend Strategien zu finden, um die Anreicherung dieses Metalls im Endprodukt zu verringern“, erklärt Geraldine Sarret, Forscherin an der Universität Grenoble Alpes (UGA) und Mitautorin der Veröffentlichung .
Die UGA-Wissenschaftler reisten zur Internationalen Kakao-Genbank in Trinidad und Tobago, die eine Feldkakaosammlung mit etwa 2400 Kakao-Genotypen beherbergt, um in Zusammenarbeit mit dem Kakao-Forschungszentrum ihre Proben zu sammeln.
Dann kamen sie zum ESRF, dem Europäischen Synchrotron in Grenoble, Frankreich, um eine bestimmte Kakaosorte/-sorte zu untersuchen, die mehr Cadmium absorbiert als andere. Mithilfe von Synchrotrontechniken – Nano-Röntgenfluoreszenz an der ESRF-Beamline ID16B und Röntgenabsorption an ID21 – untersuchten sie die mikro- und nanoskalige Zusammensetzung der verschiedenen Teile der Pflanze.
„Dank der ESRF konnten wir das Vorhandensein von Cadmium und anderen Elementen in einer beispiellosen Auflösung kartieren, sodass wir das Gesamtbild sehen, aber auch bis ins kleinste Detail gehen konnten“, sagt Hester Blommaert, Doktorandin. Student an der UGA und Mitautor der Publikation.
„Die Cadmiumkonzentration in den verschiedenen Teilen der Pflanze ist so niedrig, dass wir diese Forschung vor EBS nicht hätten durchführen können“, sagt Hiram Castillo-Michel, Forscher an der ID21-Strahllinie am ESRF. „In naher Zukunft werden wir am ID21 eine zunehmende Anzahl von Studien zu ähnlichen Themen der Lebensmittelsicherheit sehen, wo unser kürzlich installiertes neues Mikroskop eine verbesserte Auflösung und Nachweisgrenzen bieten wird“, fügt er hinzu.
Die Ergebnisse bringen eine Überraschung: „Wir fanden heraus, dass ein Teil des Cadmiums in Calciumoxalatkristallen in Wurzeln und Zweigen der Kakaopflanze gespeichert ist, was unerwartet war“, erklärt Blommaert. Insbesondere in den Zweigen waren die Kristalle am häufigsten anzutreffen. Interessanterweise waren zwar Kristalle in den Blättern vorhanden, diese schienen jedoch nicht zur Entgiftung von Cadmium in diesem Teil der Pflanze beizutragen. „Wir glauben, dass die Calciumoxalatkristalle ein Mechanismus zur Entgiftung der Pflanze gegenüber dem Metall sind.“
Darüber hinaus entdeckten sie, dass sich Cadmium in bestimmten Zellen der Wurzeln mit Schwefel verbindet. Dieser Mechanismus ist in den Wurzeln von Getreide gut bekannt, wo Cadmium in den Vakuolen zurückgehalten und an thiolhaltige Moleküle gebunden wird. Bei Kakao ist dieser Mechanismus weniger ausgeprägt und es wird mehr Cadmium in die oberirdischen Teile übertragen.
Insgesamt unterscheidet sich die von Kakaopflanzen entwickelte Strategie zum Umgang mit Cadmium von der von Getreide in Bezug auf die Übertragung von der Wurzel zum Spross, die Lagerfächer und die Lagerformen.
„Diese neuen Erkenntnisse sind eine Voraussetzung für die Auswahl oder Züchtung von Kakaosorten, die weniger Cadmium anreichern und eine sichere Kakaoproduktion in Südamerika unterstützen“, sagt Sarret. „Allerdings müssen wir unsere Studien mit anderen Arten von Kakaopflanzen und unter anderen Umweltbedingungen fortsetzen, um präzisere Strategien entwickeln zu können.“
Mehr Informationen:
Hester Blommaert et al., Ca-Oxalatkristalle sind an der Cadmiumspeicherung in einer Kakaosorte mit hoher Cd-Anreicherung beteiligt. Umwelt- und experimentelle Botanik (2024). DOI: 10.1016/j.envexpbot.2024.105713