An der TU Bergakademie Freiberg wurden 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.
Süsse Noten und gesunde Inhaltsstoffe machen die Erdbeere weltweit zu einer der beliebtesten Beerenfrüchte. 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. Eine internationale Forschungsgruppe hat jetzt erstmals geprüft, wie die Biomarker in der Frucht verteilt vorliegen.
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 Erdbeersorten 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 Scheiben
Dass die Forschenden die Konzentration der Biomarker in der Frucht so genau nachweisen konnte, liegt an dem ultrahochauflösenden Massenspektrometer, mit dem die Erdbeerdünnschnitte untersucht wurden. 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», fährt Zuber fort. Dargestellt werden die Biomarker mit einem farbkodierten 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.»
Gezielt züchten
Gemeinsam mit Forschenden der Universität Belgrad untersuchte das Team 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 Zuber. «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.»
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 Messraster 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 Ergebnisse wurden in der Fachzeitschriften Wiley Analytical Science und Plants publiziert.
