Abwehr von Kakaopflanzen gegen giftiges Cadmium aufgeklärt

Forscher der Université Grenoble Alpes (UGA), Frankreich, nutzten in Zusammenarbeit mit der ESRF, dem europäischen Synchrotron mit Sitz in Grenoble, Frankreich, die brillanten Röntgenstrahlen der ESRF, um aufzudecken, wie Kakaobäume sich vor Cadmium, einem giftigen Metall, schützen. Dieses Wissen ist relevant, da neue europäische Vorschriften die Cadmiumkonzentration in Schokolade beschränken. Ihre Ergebnisse werden in veröffentlicht Umwelt- und experimentelle Botanik.

Cadmium reichert sich häufig in Lebensmitteln an, ist jedoch laut der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation ein hochgiftiges Metall, das bei chronischer Exposition schädlich für Menschen sein kann. Die EU hat Grenzwerte für die maximale Cadmiumkonzentration in Lebensmitteln wie Reis, Weizen, Kartoffeln und neuerdings auch Schokolade festgelegt.

Obwohl es Studien darüber gibt, wie Cadmium vom Boden auf den essbaren Teil stabiler Nutzpflanzen übertragen wird, gibt es praktisch keine Forschung zu Cadmium in Kakaosorten. „Es ist wichtig zu verstehen, wie sich Cadmium in Kakaobäumen ansammelt, um dann Strategien zu finden, um die Anreicherung dieses Metalls im Endprodukt zu verringern“, erklärt Géraldine Sarret, Forscherin an der Universität Grenoble Alpes (UGA) und Co-Autorin der Veröffentlichung . .

Die UGA-Wissenschaftler reisten zur Internationalen Kakao-Genbank in Trinidad und Tobago, die eine Kakao-Feldsammlung mit etwa 2.400 Kakao-Genotypen beherbergt, um in Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Kakaoforschung ihre Proben zu sammeln.

Anschließend reisten 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 – Röntgennanofluoreszenz an der ESRF-Beamline ID16B und Röntgenabsorption an ID21 – untersuchten sie die mikro- und nanoskalige Zusammensetzung verschiedener Pflanzenteile.

„Dank der ESRF konnten wir das Vorhandensein von Cadmium und anderen Elementen mit beispielloser Auflösung kartieren, was es uns ermöglichte, das Gesamtbild zu sehen, aber auch bis ins kleinste Detail zu gehen“, erklärt Hester Blommaert, PhD. 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“, erklärt Hiram Castillo-Michel, Forscher an der ID21-Linie des 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 sind überraschend: „Wir entdeckten, dass ein Teil des Cadmiums in den Calciumoxalatkristallen gespeichert ist, die in den Wurzeln und Zweigen des Kakaobaums vorhanden sind, was unerwartet war“, erklärt Blommaert. Insbesondere in den Zweigen waren Kristalle häufiger anzutreffen. Obwohl Kristalle in den Blättern vorhanden waren, schienen sie interessanterweise nicht zur Entgiftung des Cadmiums in diesem Teil der Pflanze beizutragen. „Wir glauben, dass die Calciumoxalatkristalle einen Entgiftungsmechanismus für die Pflanze gegenüber dem Metall darstellen.“

Darüber hinaus entdeckten sie, dass sich Cadmium in bestimmten Wurzelzellen mit Schwefel verbindet. Dieser Mechanismus ist bei Getreidewurzeln gut bekannt, wo Cadmium in 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 Kakaobäumen entwickelte Strategie zum Umgang mit Cadmium von der von Getreide hinsichtlich der Wurzelsprossenübertragung, der Lagerfächer und der Lagerformen.

„Diese neuen Erkenntnisse sind eine Voraussetzung für die Züchtung bzw. 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.“