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. Nun hat ein Team der TU Bergakademie Freiberg gemeinsam mit serbischen Forschenden 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. Die Ergebnisse veröffentlichte das Team aktuell in den Fachjournalen „Analytical Science“ sowie „Plants“.
In der Erdbeer-Haut identifizierten die Forschenden um 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 Erdbeer-Sorten 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 Erdbeer-Scheiben für detaillierte Analysen
Dass das Team die Konzentration der Biomarker in der Frucht so genau nachweisen konnte, liegt an dem High-Tech-Analysengerät, mit dem die Forschenden die Erdbeerdünnschnitte untersuchten, dem ultrahochauflösenden Massenspektrometer. 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.“ Dargestellt werden die Biomarker mit einem farb-kodierten 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“, so Zuber.
Hintergrund: Proben mit dem Massenspektrometer analysieren
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 Mess-Raster 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.
Original Paper:
Characterization of biomarkers of strawberries by MS imaging - 2024 - Wiley Analytical Science
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