Erdbeeren unter der Hightech-Lupe

Erdbeeren gehören aufgrund ihres süßen Geschmacks und ihrer gesunden Inhaltsstoffe zu den beliebtesten Beeren der Welt. Die komplexen biochemischen Verbindungen, die den Geschmack und Nährwert einer Erdbeere bestimmen, sogenannte Biomarker, können von Experten nur mit modernen Analysen im Detail bestimmt werden.

Ein Team der TU Bergakademie Freiberg und serbische Forscher analysierten erstmals verschiedene Erdbeersorten mittels sehr hochauflösender Massenspektrometrie und untersuchten die Verteilung von Biomarkern in der Frucht. Chemiker haben herausgefunden, dass sich die meisten Biomarker in der roten Schale von Erdbeeren befinden.

Die Ergebnisse veröffentlichte das Team in Fachzeitschriften Analytische Wissenschaften Wiley und Pflanzen.

In der Erdbeerschale beispielsweise identifizierte das Forscherteam um Dr. Jan Zuber von der TU Bergakademie Freiberg den Biomarker Pelargonidin-3-O-malonyglucosid.

„Dieses Molekül hat eine antioxidative Wirkung. Im menschlichen Körper können diese chemischen Verbindungen freie Radikale binden und so entzündungshemmend und gefäßschützend wirken“, erklärt der assoziierte Forscher am Institut für Analytische Chemie.

Die analysierten Erdbeersorten enthalten auch andere Biomarkermoleküle wie organische Säuren, zum Beispiel Zitronensäure, oder Zucker wie Glukose. Abhängig von der Konzentration und dem Verhältnis dieser Biomarker werden der Geschmack der jeweiligen Erdbeersorte und ihre Nährwertqualität bestimmt. Der Großteil dieser Biomarker findet sich auch in der Erdbeerschale.

Dünne Erdbeerscheiben für detaillierte Analysen

Dank des High-Tech-Analysegeräts, mit dem die Forscher die dünnen Erdbeerscheiben untersuchten, dem Massenspektrometer mit ultrahoher Auflösung, konnte das Team die Konzentration von Biomarkern in der Frucht so genau bestimmen. Dabei werden Biomarker zunächst durch einen Laser in geladene Teilchen, sogenannte Ionen, umgewandelt und anschließend anhand ihrer Masse und Ladungszahl getrennt.

„Unsere Analysen ermöglichten es erstmals, verschiedene Biomarker zu unterscheiden, deren Massen sich nur bis zur sechsten Dezimalstelle unterscheiden. » Biomarker werden durch ein Farbbild der gemessenen Signale der ultradünnen Erdbeerscheibe dargestellt.

„Das zeigt deutlich, dass für den Geschmack und die Qualität der Frucht relevante Biomarker in besonders hoher Konzentration in der Erdbeerschale vorkommen“, erklärt Zuber.

Gezielte Auswahl an Erdbeeren

In Zusammenarbeit 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 die Qualität von Erdbeeren sind, ist es für die Auswahl der Erdbeersorten interessant, genau zu wissen, wo und in welcher Konzentration die Biomarker vorkommen“, erklärt der Chemiker.

„Diese Ergebnisse können zur Auswahl ertragsstarker und nährstoffreicher Obstsorten genutzt werden. Andererseits helfen die Ergebnisse auch abzuschätzen, wie neue Obstsorten von den Endverbrauchern angenommen werden. »

Analyse von Proben mit dem Massenspektrometer

Die für die Analyse verwendete Probe ist nur wenige Mikrometer dick. Mit einem speziellen Schneidgerät (Kryomikrotom) wird es für die Messung im Massenspektrometer vorbereitet. Die ultradünne Scheibe wird dann mit einer UV-aktiven Matrix bedeckt, die für die Umwandlung der verschiedenen Biomarker in entsprechende Ionen notwendig ist.

Auf diesem Präparat platzieren die Forscher dann ein Messgitter. Jeder Punkt auf diesem Gitter wird dann vom Laser des Massenspektrometers angeregt und die resultierenden Ionen werden detektiert. Mit dem ultrahochauflösenden Massenspektrometer können selbst kleinste Massenunterschiede zwischen Biomarker-Ionen erfasst und zur Differenzierung genutzt werden.

Die gewonnenen Informationen werden anschließend ausgewertet und anhand von Verteilungsbildern visualisiert, um zu zeigen, welche Biomarker in welchen Bereichen der Dünnschnitte nachweisbar sind.