DGQ-Tagung 2012

Omics-Techniken in der Qualitäts- und Sicherheitsforschung bei pflanzlichen Lebensmitteln

19.-20. März 2012Karlsruhe

Die DGQ bedankt sich bei den Sponsoren der 47. Vortragstagung

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Abstracts der Vorträge

K. Eggert, E. Pawelzik (Georg-August-Universität Göttingen) Wirkung von Fusarienbefall auf Proteome im Getreide .......................................................................................................7

C. Zörb, K.H. Mühling (Christian-Albrechts-Universität Kiel)Proteom- and Metabolomanalytik von Weizen nach einer variierten S-Ernährung .......................................................8

P. Köhler (Deutsche Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie, Freising)Massenspektrometrische Bestimmung des Weizenanteils in Dinkelprodukten ............................................................10

C. Schwake-Anduschus (MRI Detmold) Aktuelle Belastung pflanzlicher Lebensmittel mit Mykotoxinen mit Fokus auf Getreide ...........................................12

M. Schmidt-Heydt (MRI Karlsruhe)Molekulare Methoden in der Lebensmittelmykologie am Beispiel der Entwicklung eines Mykotoxin-Microarrays ............................................................................................................................................................14

R. Geisen (MRI Karlsruhe)Molekulares Monitoring der Mykotoxinbildung: Der Einfluss von Umweltfaktoren auf die Biosynthese ......................................................................................................16

M. Wiesner (Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau, Großbeeren)Klassifizierung von verschiedenen Pak Choi-Sorten anhand ihrer Glucosinolat-Profile .............................................17

A. Peil (Julius Kühn-Institut, Standort Dresden-Pillnitz)Anwendung von „-omics“ Technologien in der Apfelzüchtung .........................................................................................18

D. Ulrich (Julius Kühn-Institut, Standort Quedlinburg)Metabolomics-Techniken in der Züchtungsforschung ........................................................................................................19

B. Trierweiler (MRI Karlsruhe)Qualitätserhaltung bei Obst und Gemüse durch eine optimierte Lagerung ...................................................................20

I. Ernst (Christian-Albrechts-Universität Kiel)Isothiocyanates, indoles and anthocyanidins as putative modulators of Nrf2-dependent signal transduction pathways in skin - studies in cultured fibroblasts and keratinocytes ..................................................................................................................................................21

J. Kopka (MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam-Golm)Decision tree supported classification of metabolic markers monitored by GC/MS profiles ....................................23

T. Kuballa, D.W. Lachenmeier, Y.B. Monakhova, C. Skiera, T. Straub, C. Tschiersch (CVUA Karlsruhe)NMR-Lebensmittel-Profiling in der Lebensmittelüberwachung: Neue Maßstäbe in der Echtheits- und Herkunftsbewertung ............................................................................................24

T. Frank, K.H. Engel (TU München, Freising)Metabolite Profiling pflanzlicher Lebensmittel ...................................................................................................................27

C. Krems, T. Heuer, I. Hoffmann (MRI Karlsruhe)Was essen wir? Ergebnisse der NVS II mit Fokus auf pflanzlichen Lebensmitteln .....................................................28

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Abstracts der Vorträge

C. Gerhäuser (DKFZ Heidelberg)Nutri-Epigenetik als neuer Ansatz in der Krebs-Chemoprävention .................................................................................29

P. Huebbe, G. Rimbach (Christian-Albrechts-Universität Kiel)Impact of the apoE genotype and dietary plant bioactives on oxidant/antioxidant status, Nrf2 signalling, inflammation and disease risk – studies in cultured cells, mice, and humans ......................................................................................................................................................................31

C. Weinert, K. Neuhäuser, M. Rist, A. Bub, S.E. Kulling (MRI Karlsruhe)Einfluss einer kolloidalen Formulierung auf die Biokinetik von Zitrusflavonoiden : Ergebnisse einer Humaninterventionsstudie ........................................................................................................................33

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Abstracts der Poster

B. Bayram, I. M.A. Ernst, A.E. Wagner, J. Frank , G. RimbachA diet rich in olive oil phenolics reduces oxidative stress in the heart of SAMP8 mice byInduction of Nrf2-dependent gene expression ....................................................................................................................35

B. Becker und C. UllrichEinsatz molekularer Methode Pulsfeldgelelektrophorese zur Subtypisierung von Listeria monocytogenes-Isolaten unterschiedlicher Herkunft .........................................................................................36

B. Becker und S.KullingMikrobiologische Qualität und das Vorkommen von pathogenen Keimen bei geschnittenen Obstprodukten ...........................................................................................................................................37

A. Bork, M. Bloemen, S. Kulling, H.P.P. ButzHochdruckbehandlung (HPP) bei Obst und Obstprodukten ...............................................................................................38

A. Fiedler, H. Krüger, H. SchulzGood vibrations – Schwingungsspektroskopie im Dienste von Metabolomics ...........................................................39

M. Filz, E. PawelzikEinfluss von Fusarium-Befall auf ausgewählte verarbeitungstechnische und sensorische Qualitätsparameter von Winterweizen während der Lagerung .................................................................41

E. Graf, C. Lawrence, H.X. Dang, R. GeisenIdentifizierung von Genen zur Reduktion der Mykotoxinbildung durch Transkriptomics ...........................................43

C. A. C. Heyer, M. Reichelt, K. Witzel, A. E. Wagner, G. Rimbach, K. H. MühlingAnreicherung von Glucosinolat-Hydrolyseprodukten in Brassica pekinensis durch steigende S Ernährung und deren Einfluss auf die Nrf2-Transaktivierung in HT-29 Zellen .......................................44

I. Smit, M. Settelmeier, E. Pawelzik, B. HorneburgHigh genotypic variation of cocktail tomato chilling injury after different postharvest treatments ...........................................................................................................................................46

D.A. Stoll, M. Schmidt-Heydt, R. GeisenRegulation der Mykotoxinbiosynthese in Penicillium verrucosum als Adaption an Wachstum unter oxidativem Stress .................................................................................................................................48

H. Xuan und M. BücheleMolekulargenetische Identifizierung der Obstsorten am KOB .........................................................................................50

Abstracts der Vorträge

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Fusarien-Befall an Emmer und Nacktgerste : Abwehrstrategien der Pflanze und Einfluss auf die Qualität

K. Eggert*, E. Pawelzik*** Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Abteilung Molekulare Pflanzenernährung, Corrensstraße 3, 06466 Gatersleben ** Georg-August-Universität Göttingen, Department für Nutzpflanzenwissenschaften, Abteilung Qualität pflanzlicher Erzeugnisse, Carl-Sprengel-Weg 1

EinleitungPilzarten der Gattung Fusarium können Getreide während des Wachstums befallen und haben weltweite Bedeutung bei Weizen, Gerste und Mais. Fusarium-Arten sind Produzenten verschiedener Toxine, für die in der EU zum Teil gesetzliche Höchstmengen in Getreide und Getreideerzeugnissen festgelegt sind. Es sollen deshalb Analysenmögli-chkeiten vorgestellt werden, mit denen die Auswirkungen einer Fusarium-Infektion auf das Proteom von Getreiden (Emmer, Nacktgerste) im Allgemeinen und im Speziellen auf Speicherproteine untersucht werden kann.

Material und MethodenAbwehrstrategien der Pflanze wurden mittels 2D-Gelelektrophorese und anschließender Identifizierung der Proteine mittels MALDI-Tof-MS und

nanoLC-MS-MS untersucht. Auswirkungen des Fusarium-Befalls auf Speicheroproteine

wurden mit RP-HPLC und 1D-Gelelektrophorese geprüft.

Ergebnisse und DiskussionUntersuchungen des Proteoms zeigten die Veränderung von Proteinen, die eine Rolle in der Pathogenabwehr spielen können. Beide Kulturarten zeigten nach Fusarium-Infektion eine Hochregulierung von Serin-Protease-Inhibitoren der Serpin-Gruppe, welche Pilzproteasen hemmen und so den Infektionserfolg des Pilzes reduzieren können. Dane-ben zeigten sich „pathogenesis related proteins“ (thaumatin-like protein, NBS-LRR-disease-resistant protein) hoch reguliert. In Emmer konnte eine Abnahme spezifischer Speicherprotein-Fraktionen (ωb-Glutenin, HMW-GS, LMW-GS) nach künstlicher Fusarium-Infektion festgestellt werden. Weiterhin kann gezeigt werden, dass durch den Abbau der Glutenine Protein-Fragmente entstehen, die bei Extraktion nach Osborne aufgrund ihrer erhöhten Löslichkeit bereits mit der Gliadin-Fraktion extrahiert werden. Dadurch kann der eigentliche Abbau der Gliadine maskiert werden.

SchlussfolgerungDie Verwendung von „Omics-Techniken“ ermöglicht die Aufklärung von Abwehrstrategien in Pflanzen und damit die Identifizierung von Markern, die die Selektion wenig anfälliger Linien ermöglichen kann. Die Quantifizierung der Veränderung von Speicherproteinen nach Fusarium-Befall kann mit den vorgestellten Methoden zwar gezeigt werden, Überlagerungen durch den vom Pilz verursachten Abbau dieser Speicherproteine können aber nicht ausge-schlossen werden.

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Proteom- und Metabolomanalyse von Weizen nach einer variierten Schwefel-Ernährung

Christian Zörb*, Karsten Niehaus** und Karl H. Mühling**Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Hermann-Rodewald-Str. 2, 24118 Kiel**Universität Bielefeld, Fakultät für Biologie/Proteom- und Metabolomforschung, 33594 Bielefeld

Die Backqualität von Weizen wird in erster Linie von der genetischen Ausstattung einer Weizensorte bestimmt. Weit-erhin hat die Stickstoff- und Schwefel-Düngung der Weizenpflanze großen Einfluss auf die Zusammensetzung der Kleberproteine. Die Proteinsynthese im Weizenkorn beginnt nachweislich in den ersten zwölf Tagen nach der Blüte zunächst mit der Synthese der Gliadine und anschließend mit der Synthese der Glutenine. Es ist daher von beson-derem Interesse, nicht nur den Einfluss der Schwefel-Ernährung der Weizenpflanze auf die Proteinzusammensetzung des vollreifen Korns zu untersuchten, sondern vor allem auch Einflüsse auf Prozesse während der Proteinsynthese im milchreifen Korn zu analysieren. Weiterhin ist die Rolle translozierbarer Metabolite wie Sulfat, Glutathion und S-halti-ger Metabolite bei der Kornentwicklung und dem Speicherproteinaufbau nicht eindeutig geklärt. Metabolitenprofile können in erster Instanz darüber Auskunft geben, welche Verbindungen in den zu betrachtenden Stoffwechselprozes-sen einen maßgeblichen Einfluss haben. Im Falle der Verlagerung von S-reichen Verbindungen können molekulare und gelelektrophoretische Methoden weiterhin Aufschluss über die Expression und Synthese S-reicher Metaboliten im Korn sowie im Fahnenblatt geben.

Ein Gefäßversuch mit Winterweizen der Sorte Türkis wurde unter steigender S Düngung und einer zusätzlichen S-Spätdüngung angesetzt. Während der Pflanzenentwicklung wurden Fahnenblatt und milchreife Körner geerntet. Mit Hilfe eines GC-MS-Metabolitenprofils wurde das Vorkommen und die Konzentration S haltiger Metabolite zur Mil-chreife analysiert. Zusätzlich zum Profil von 72 S-haltigen Metaboliten wurden die Konzentrationen von elementarem Schwefel, Sulfat und Glutathion analysiert.

Im milchreifen Korn lagen alle S-haltigen Metabolite in vielfacher Konzentration im Vergleich zum Fahnenblatt vor. Während die elementare S-Konzentration im milchreifen Korn durch eine S-Düngung kaum variierte, wurde die Sulfat-Konzentration durch eine S-Düngung gesteigert. Im Fahnenblatt allerdings war ein klarer Zusammenhang zwischen S-Düngung und elementarer S- sowie Sulfat-Konzentration zu ermitteln. Die Summe aller S-haltigen Me-tabolite nahm im Fahnenblatt mit steigender S Düngung ab, im Korn war dieser Zusammenhang nicht zu erkennen. Jedoch wurden einige S-haltige Metabolite wie Cystein und Cystathionin mit steigender S-Düngung im Korn verstärkt synthetisiert, während bei Methionin und Homocystein kein Zusammenhang zum S-Angebot bestand. S Methylcystein und Cystin wurden mit steigender S-Düngung sogar verringert synthetisiert.

Im Fahnenblatt kommt es bei S-Mangel zur Anreicherung S-haltiger Metabolite, da die Synthese von proteinogenen Aminosäuren und Proteinen gestört ist. Bei guter S Versorgung tragen im Korn hauptsächlich Sulfat und Glutathion zur Deckung des S-Bedarfs für die Synthese von S-reichen Speicherproteinen bei. Sie liegen im Vergleich mit S-halti-gen Metabolite sowohl im Fahnenblatt als auch im Korn in erhöhter Konzentration vor. Zum Zeitpunkt der Milchreife war die elementare S Konzentration bei S-Mangel kaum von den hoch S ernährten Varianten zu unterscheiden. Zur Vollreife allerdings war ein klarer Zusammenhang zwischen S-Konzentration und S-Düngung im Korn nachzuweisen. Dieses zeigt, dass die Nachlieferung von S-haltigen Verbindungen bei zu geringer S-Düngung nicht ausreicht, um genügend S im Korn anzureichern. Die hohe S-Düngung während des vegetativen Stadiums der Weizenpflanze hinge-gen gewährleistet die Bereitstellung von S-haltigen Verbindungen zur kontinuierlichen Synthese S-reicher Speicher-proteine bis zur Vollreife.

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Durch die Proteomanalyse wurde gezeigt dass durch die S-Spätdüngung die Synthese von spezifischen HMW-Glute-ninen verstärkt wurde, was einen positiven Einfluss auf die Backqualität hatte.

Literatur[1] Zörb C., Steinfurth D., Gödde V., Niehaus K., Mühling K.H. (2012) Metabolite profiling of wheat flag leaf and grains during grain filling phase as affected by sulphur fertilization. Functional Plant Biology, http://dx.doi.org/10.1071FP11158[2] Steinfurth D., Mühling K.H., Zörb C. (2011) Impact of Nitrogen and Sulfur Fertilization on Gluten Composition, and Baking Quality of Wheat. Eds. Fellstone, D.S., In Gluten: Properties, Modificatioins and Dietary Intolerance, Nova Science Publishers, Inc, pp 27-47.

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Massenspektrometrische Bestimmung des Weizenanteils in Dinkelprodukten

Annette König, Herbert Wieser und Peter KöhlerDeutsche Forschungsanstalt für LebensmittelchemieLise-Meitner-Straße 34, 85354 Freising

EinleitungAus Dinkel hergestellte Produkte erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Als Gründe hierfür werden Schmackhaftig-keit und Bekömmlichkeit, bessere Verträglichkeit bei Weizenallergie und ein besonderer Gesundheitswert (Stichwort: Hl. Hildegard von Bingen) genannt. Dementsprechend werden Dinkelprodukte vom Handel ausgelobt und der Kunde nimmt im Vergleich zu gleichartigen Weizen- und Roggenprodukten deutlich höhere Preise in Kauf. Da Weizenmehl gegenüber Dinkelmehl wesentlich billiger und auch besser backfähig ist, besteht für die verarbeitenden Betriebe ein Anreiz, Dinkelmehl und Weizenmehl zu mischen. Nach den Leitsätzen für Brot und Kleingebäck ist diese Beimischung allerdings auf 10 % begrenzt [1]. Für den quantitativen Nachweis einer Beimischung fehlt jedoch bisher eine aner-kannte Methode. Somit war das Ziel der vorliegenden Arbeit die Entwicklung einer Methode zur Quantifizierung von Weizenanteilen in Dinkelmehlen. In vorangegangenen Arbeiten [2] wurde mit den ωb-Gliadinen erstmals ein Pro-teintyp identifiziert, der nur in Weizen, aber nicht in Dinkel enthalten ist. Ein nur in den ωb-Gliadinen vorkommender cysteinhaltiger Peptidabschnitt wurde als Grundlage für eine LC-MS-Methode ausgewählt.

Material und MethodenDer in ωb-Gliadinen vorkommende Peptidabschnitt mit der Aminosäuresequenz QQYPQQQPSGSDVISIC sowie der entsprechende stabilisotopenmarkierte interne Peptidstandard wurden mittels Merrifield-Festphasensynthese synthe-tisiert. Der interne Standard enthielt die zwei markierten Aminosäuren [13C

2]-Glycin und [13C

515N]-Valin (Massendif-

ferenz 8 amu). Die Peptide wurden über präparative RP-HPLC gereinigt. Zur Erstellung einer Kalibriergeraden wurden definierte Weizen-Dinkel-Mischungen (0 - 100 % Weizen; Dinkel: Sorte Franckenkorn; Weizen: Sorten Akteur/Dekan/Impression/Cubus 1/1/1/1) verwendet. Die Proteinextraktion aus den Dinkel/Weizen-Mischungen und den zu un-tersuchenden Handelsprodukten erfolgte mit einer modifizierten Osborne-Fraktionierung [3]. Die Albumin/Globulin-Fraktion sowie die Gliadinfraktion wurden verworfen. Nach der Gliadinextraktion wurde der stabilisotopenmarkierte Standard zugegeben; danach wurden die Glutenine extrahiert, wobei als Gluteninextraktionsmittel eine 15%ige n-Propanol/TRIS-HCl-Lösung unter Zusatz von 1 % (w/v) Dithioerythrit verwendet wurde. Die Gluteninfraktion wurde nach Gefriertrocknung chymotryptisch verdaut und die so erhaltenen Peptide wurden mittels LC-MS/MS analysiert. Die Nachweis- und Bestimmungsgrenzen wurden nach Hädrich und Vogelgesang [4] ermittelt. Nachfolgend wurden 39 Dinkelmehle aus dem Handel untersucht.

Ergebnisse und DiskussionDie chymotryptisch verdauten Gluteninextrakte der Weizen/Dinkel-Mischungen wurden mittels LC-MS/MS analysi-ert und die daraus erhaltenen Flächenverhältnisse gegen die enthaltene Weizenmenge aufgetragen. Die erhaltene Kalibriergerade hatte ein Bestimmtheitsmaß von 0,995 und war somit im Bereich von 0 - 100 % Weizenanteil linear. Die Kalibrierung über eine den Proben analog aufgearbeitete Dinkel/Weizen-Mischung hatte den Vorteil gegenüber einer aus reinem Analyt und Standard bestehenden Mischung, dass Aufarbeitungsfehler und Matrixeinflüsse ausge-schlossen werden konnten. Zur Validierung der Methode wurden die Nachweis- und Bestimmungsgrenze bestimmt. Erstere lag bei 0,4 % und letztere bei 1,6 % Weizenanteil. Diese Werte waren deutlich niedriger als die maximal erlaubte Zumischung von 10 % Weizen zu Dinkel [1]. Mit Hilfe der validierten Methode wurden 39 Dinkelmehle aus dem Handel analysiert. Diese Mehle aus ökologisch oder konventionell angebautem Dinkel wurden sowohl in Super-märkten als auch in Naturkost¬läden erworben. Die Ergebnisse sind in Abbildung 1 dargestellt. Acht der 39 unter-suchten Proben hatten Weizenanteile über 10 %; bei drei Mehlen lag der Weizenanteil sogar über 35 %. Die übrigen Mehle hatten Weizenanteile unter 5 %. Der Vergleich zwischen ökologisch und konventionell angebautem Dinkel ergab, dass bei den hier untersuchten Proben nur Mehle aus konventionell angebautem Dinkel Weizenanteile von über 10 % zeigten.

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Abbildung 1: Weizenanteile von 39 im Handel erworbenen Dinkelmehlen

Literatur[1] Leitsätze des Deutschen Lebensmittelbuchs für Brot und Kleingebäck (2005), Absatz II.17.[2] A König, H Wieser, P Köhler (2010) Isolierung und Charakterisierung weizentypischer ωb-Gliadine. In: Deutsche Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie; Bericht 2010, 112-115.[3] H Wieser, S Antes, W Seilmeier (1998) Quantitative determination of gluten protein types in wheat flour by reversed-phase high-performance liquid chromatography Cereal Chemistry 75, 644-650.[4] J Hädrich, J Vogelgesang (1998) Limits of detection, identification and determination: a statistical approach for practitioners. Accreditation and Quality Assurance 3, 242-255.

Das Forschungsvorhaben (AiF 15619N) wurde im „Programm zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsfor-schung (IGF)“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (via AiF) über den Forschungskreis der Ernäh-rungsindustrie e.V. (FEI) gefördert.

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Belastung pflanzlicher Lebensmittel mit Mykotoxinen

Christine Schwake-AnduschusMax Rubner-Institut, Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide,Schützenberg 12, 32756 Detmold

Mykotoxine sind Stoffe, die im Sekundärstoffwechsel von Pilzen gebildet werden, und eine Reihe von pflanzlichen Gütern und Produkten kontaminieren können. Durch Konsum der damit belasteten Lebensmittel können akut toxische als auch chronische Erkrankungen entstehen. Um das Risiko des Verbrauchers möglichst gering zu halten, werden gezielte Risikoabschätzungen und Management Empfehlungen weltweit etabliert.Dazu zählen auch die Einführung von Grenzwerten, deren Kontrollen und die Aufklärung der Verbraucher. Die FAO (Food and Agriculture Organisation of the United Nations) schätzt, dass weltweit bis zu 25 % aller Lebens-mittel mit Mykotoxinen belastet sind. Zu den am häufigsten weltweit vorkommenden Mykotoxinen in Lebensmitteln gehören• Aflatoxine in Nüssen, Trockenobst, Gewürzen und Getreide• Alternaria Toxine in Tomatenprodukten und Getreide• Fumonisine überwiegend in Mais• Ochratoxin A in Getreide, getr. Trauben, Wein und Gewürzen• Patulin in Äpfeln und Apfelprodukten, insbesondere Apfelsaft• Trichothecene in Getreide• Zearalenon in Getreide, u.a.

Zum Schutz des Verbrauchers wurden in vielen Ländern Höchstgehalte in landwirtschaftlichen Rohstoffen als auch in daraus hergestellten Lebensmitteln festgesetzt. In der Europäischen Union EU gelten Höchstgehalte für Aflatoxine, Fumonisine, Ochratoxin A, Patulin, das Trichothecen Deoxynivalenol und Zearalenon, die durch die EU Verordnungen 1881/2006, 1126/2007, 105/2010 und 165/2010 festgelegt worden sind. Darüber hinaus regelt die Deutsche Kon-taminanten Verordnung (KmV) zusätzlich Aflatoxin-Gehalte in anderen Lebensmitteln als in der VO 1881/2006 und Ochratoxin A-Gehalte in getrockneten Früchten und Feigen. Der Befall mit pilzlichen Erregern und damit die Gefahr einer Belastung der Erntegüter mit Mykotoxinen lässt sich durch die Anwendung einer guten landwirtschaftlichen Praxis GLP minimieren, wenn gleich ein Befall und eine Mykotoxin-Belastung dadurch nicht gänzlich ausgeschlossen werden können. Viele Faktoren wie die Wasserver-fügbarkeit, Bodenbeschaffenheit, Sortenwahl, Vorfrucht, Blütezeitpunkt, Trockenstress oder andere Klimafaktoren haben einen Einfluss auf die Entwicklung von Pilzen und auf die Mykotoxin-Bildung. Einmal im Erntegut vorhandene Mykotoxine lassen sich durch die sorgfältige Aussortierung von nicht einwandfreien oder beschädigten Gütern re-duzieren. Eine gute Lagerungspraxis unter trockenen Bedingungen verhindert zudem einen Verderb und die weitere Bildung von Mykotoxinen während der Lagerung. Des Weiteren kann eine gute Herstellungspraxis der Lebensmittel zu einer geringen Belastungssituation im verzehrsfertigen Lebensmittel führen und sollte möglichst in der gesamten Lebensmittelproduktionskette umgesetzt werden. Dazu gibt die Europäische Kommission Empfehlungen z.B. für die Reduzierung von Fusarientoxinen in Getreide und Getreideprodukten (Empfehlung der Kommission 2006/583/EG vom 17.August 2006) heraus.

Auskunft über die tatsächlichen Belastungen pflanzlicher Lebensmittel mit Mykotoxinen in Deutschland liefern die Ergebnisse der Lebensmittelüberwachung (Monitoring) sowie gezielte Forschungsprojekte und Reihenuntersuchun-gen zu einzelnen Kontaminanten. Darüber hinaus wird das jährliche Aufkommen von Mykotoxinen im deutschen Roggen und Weizen im Zuge der Besonderen Ernte- und Qualitätsermittlung des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz jährlich erfasst (http://www.bmelv-statistik.de).Auf Grundlage dieser nationalen Daten wird in dem Beitrag die Belastungssituation einzelner landwirtschaftlicher Produkte, als auch der aus ihnen hergestellten Lebensmittel, dargestellt.

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LiteraturEMPFEHLUNG DER KOMMISSION vom 17. August 2006 zur Prävention und Reduzierung von Fusarientoxinen in Ge-treide und Getreideprodukten (2006/583/EG), Amtsblatt der Europäischen Union, L234/35 vom 29.08.2006.Kontaminanten-Verordnung vom 19. März 2010, Verordnung zur Begrenzung von Kontaminanten in Lebensmitteln (Kontaminanten-Verordnung - KmV) BGBl. I S. 287.VERORDNUNG (EG) Nr. 1881/2006 DER KOMMISSION vom 19. Dezember 2006 zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln, Amtsblatt der Europäischen Union, L 364/5 vom 20.12.2006.VERORDNUNG (EG) Nr. 1126/2007 DER KOMMISSION vom 28. September 2007 zur Änderung der Verordnung (EG) Nr. 1881/2006 zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln hinsichtlich Fusarientoxinen in Mais und Maiserzeugnissen, Amtsblatt der Europäischen Union, L 255/14 vom 29.09.2007.VERORDNUNG (EU) Nr. 105/2010 DER KOMMISSION vom 5. Februar 2010 zur Änderung der Verordnung (EG) Nr. 1881/2006 zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln hinsichtlich Ochra-toxin A, Amtsblatt der Europäischen Union, L 35/7 vom 06.02.2010.VERORDNUNG (EU) Nr. 165/2010 DER KOMMISSION vom 26. Februar 2010 zur Änderung der Verordnung (EG) Nr. 1881/2006 zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln hinsichtlich Aflatox-inen, Amtsblatt der Europäischen Union, L 50/8 vom 27.02.2010.

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Molekulare Methoden in der Lebensmittelmykologie am Beispiel der Entwicklung eines Mykotoxin-Microarrays

Markus Schmidt-Heydt, Rolf GeisenMax Rubner-Institut, Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und GemüseHaid-und-Neu-Str. 9, 76131 Karlsruhe

EinleitungLebensmittel werden häufig durch filamentöse Pilze verdorben. Nach einer Schätzung der WHO sind bis zu 25% der jährlichen Welternte an getreidebasierten Produkten mit Schimmelpilzen bzw. deren Mykotoxinen belastet. Die chronische Ingestion schon geringer Mengen dieser, zu den Sekundärmetaboliten zählenden Toxine, kann zu Gesund-heitsschäden bei Mensch und Tier, bis hin zu malignen Erkrankungen wie Leber- und Nierenkrebs führen. Wegen der weitreichenden Problematik, auch aus ökonomischer Sicht, ist es von Bedeutung die molekularen Grundlagen von Wachstum und Mykotoxinbildung lebensmittelrelevanter Schimmelpilze zu verstehen. So können Präventionsstrat-egien entwickelt werden, um eine Kontamination im Lebensmittel zu vermeiden.

Aus vorherigen Forschungsergebnissen ist bekannt, dass über ein Monitoren der Expression von Mykotoxinbiosyn-thesegenen die Mykotoxinbildung prognostiziert werden kann, bzw. über bestimmte intrinsische und extrinsische Ein-flussfaktoren, oder Synergismen aus Kombinationen solcher Faktoren die negativ auf die Transkription sogenannter Key-Gene wirken, die nachfolgende Mykotoxinbildung im Lebensmittel signifikant vermindert werden kann. Zudem können neue Erkenntnisse über den temporären Verlauf der Mykotoxinbildung unter unterschiedlichen Bedingungen gewonnen werden.

Neben analytischen Methoden zur Identifikation und Quantifizierung der über 400 bekannten Mykotoxine in Le-bensmittelproben, haben molekulare Analysemethoden in neuerer Zeit immer mehr an Bedeutung gewonnen. Hierzu zählen beispielsweise Proteinanalysen mittels Westernblot, 2D-Gelelektrophorese, Immunopräzipitation wie ELISA, oder auch transkriptionelle Analysemethoden wie Real Time PCR und Microarray.

Material und MethodenDer DNA-Microarray „Mycochip“ beruht technisch auf einem Glasträgersystem, welcher mit einem Epoxy-Substrat beschichtet ist. Über die Ausbildung von Adukten zwischen DNA-Probe und Epoxygruppe, kann eine nahezu irrevers-ible Immobilisierung zwischen cDNA-Targets und Oligomeren erreicht werden, welche noch durch Behandlung mit UV-Licht (Crosslinking) verstärkt wird. Ultraviolettes Licht führt zur Bildung von Thymindimeren innerhalb der DNA. Für eine erfolgreiche Hybridisierung werden 40-80µg Gesamt RNA des Zielstammes benötigt. Üblicherweise wird hierbei vorrausgesetzt, dass ein Anteil von ca. 4% mRNA inkludiert ist. Mittels einer Direct-Labeling Reaktion wird die RNA in cDNA revers transkribiert. Während dieser Reaktion werden die entsprechenden Fluorophore Cyanin3 bzw. Cyanin5 eingebaut. Hybridisiert wird die markierte cDNA bei 42°C für 18 Stunden gegen den entsprechenden Array. Der Array kann dann mit einem konfokalen Laserscanner ausgelesen und die entsprechenden Spots visualisiert, der proportional zur Aktivität der Gene ermittelte Grauwert quantifiziert und gegen sogenannte Houskeeping-Gene softwareseitig normalisiert werden.

Ergebnisse und DiskussionDer entwickelte DNA-Microarray „Mycochip“, ist spezifisch bezüglich der jeweils zu untersuchenden Mykotoxinbio-synthesegene, es kommt nur zu geringen Kreuzhybridisierungen, vornehmlich mit wenig konservierten Genen der Biosynthesewege wie beispielsweise mit Efflux-Transportern oder Synthetasen. Die Sensitivität ist nicht vergleichbar mit Systemen wie Real Time PCR, die auf Amplifikation eines Targets beruhen, jedoch ausreichend um auch eine geringe Aktivierung der Clustergene detektieren zu können.

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SchlussfolgerungAnhand der Entwicklung und Implementierung eines Microarrays, welcher Oligomere der Biosynthesegene der wichtigsten Mykotoxine wie Aflatoxin, Ochratoxin, Trichothecene und Fumonisin enthält, wird deutlich wie es durch den Einsatz von Omics-Technologien in der Lebensmittelmykologie möglich wird, anhand beispielsweise der differ-entiellen Expression von Biosynthesegenen zum einen unterschiedliche Chemotypen zu identifizieren, oder zwischen starken und schwächeren Mykotoxinbildnern zu unterscheiden, als auch den zeitlichen Verlauf der Genexpression mit der aktiven Mykotoxinbiosynthese zu korrelieren.

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Molekulares Monitoring der Mykotoxinbildung: der Einfluss von Umweltfaktoren auf die Biosynthese

Rolf Geisen, Eva Graf und Markus Schmidt-HeydtMax Rubner-Institut, Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und GemüseHaid-und-Neu-Str. 9, 76131 Karlsruhe

EinleitungMykotoxine sind toxische Sekundärmetabolite von filamentösen Pilzen. Die Bildung dieser Sekundärmetabolite ist nicht konstitutiv, sondern hängt stark von den jeweiligen Umweltbedingungen, wie Substrat, Temperatur, Was-seraktivität oder pH-Wert ab. Veränderungen der Umwelt werden vom Pilz mit Hilfe verschiedener Signalkaskaden wahrgenommen, durch verschiedene Zwischenschritte auf die transkriptionelle Ebene weitergeleitet und führen hier zur Aktivierung oder Inaktivierung kontrollierter Gene, wie z. B. der Mykotoxingene. Signalwege die für die Regula-tion der Mykotoxinbildung eine Rolle spielen sind der HOG-Signalweg (high osmolarity glycerol) der vor allem auf Veränderungen des osmotischen Druckes reagiert, der pacC/palA-J- Signalweg, der Veränderungen des pH-Wertes wahrnimmt und G-Protein/cAMP/pka Signalkaskaden, die in viele Regulationswege eingreifen.

Material und MethodenZur Analyse der Expression relevanter Gene wurde die Real Time PCR oder eine Microarrayanalyse durchgeführt. Der Phosphorylierungsstatus von MAP Kinasen wurde durch Westerblotting nachgewiesen. Mutanten in den jeweiligen HOG- oder pacC Genen wurden mittels „Gene Disruption“ durch homologe Integration erzeugt. Die Methode des Substractive Hybridization wurde zur Analyse von Unterschieden im Transkriptom eingesetzt.

Ergebnisse und DiskussionDie Regulation der Ochratoxin A/Citrininbildung unter osmotischen, bzw. oxidativem Stress wurde untersucht. Dabei zeigte sich, dass in Penicillium die Ochratoxinbildung hauptsächlich durch den HOG-Kinase Signalweg reguliert ist, während die Citrinbildung offensichtlich durch GTP/cAMP/pka gesteuert wird. Beide Mykotoxine werden gegenseitig reguliert. Weitergehende Versuche haben gezeigt, dass die Bildung von Ochratoxin A in einer NaCl haltigen Umge-bung zu einem erhöhten Wachstum und damit Durchsetzungsfähigkeit führt. Citrinin besitzt dagegen antioxidative Eigenschaften und wird vermehrt unter oxidativen Bedingungen gebildet.Die Bildung von Alternariol durch A. alternata wird in einem komplexen Zusammenspiel zwischen den HOG- und pacC Signalwegen reguliert. Da führt dazu das A. alternata unter allen im Substrat (Tomate) zu erwartenden Bed-ingungen in der Lage ist Alternariol zu bilden. Weitergehende Untersuchungen haben gezeigt, dass die Bildung von Alternariol einen Kolonisierungsfaktor darstellt und die Kolonisierung der Pflanze durch den Pilz unterstützt.

SchlussfolgerungIn den hier untersuchten Modellen der Mykotoxinbildung durch Penicillium (Ochratoxin A/Citrinin) und Alternaria (Alternariol) konnte gezeigt werden, dass die Bildung der genannten Mykotoxine eine wichtige ökologische Bedeu-tung hat und für die Durchsetzungsfähigkeit, bzw. Kolonisierungsfähigkeit des Pilzes eine Rolle spielt. Erste Ansätze für eine Vermeidung der Mykotoxinbildung konnten aufgrund der neuen Daten entwickelt werden.

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Klassifizierung von verschiedenen Pak Choi-Sorten anhand ihrer Glucosinolat-Profile

Melanie Wiesner*, R. Zrenner*, H. Glatt**,A. Krumbein*, M. Schreiner** Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau Großbeeren/Erfurt e. V., Großbeeren** Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE), Nuthetal

HintergrundDie Glucosinolate (GS), für deren Hydrolyseprodukte sowohl protektive als auch genotoxische Wirkungen [1] nach-gewiesen wurden, sind charakteristische Sekundärmetabolite der Brassicales. In Pak Choi (Brassica rapa var. chinen-sis) als Brassica-Modellpflanze werden über die Beeinflussung der GS-Biosynthese die Konzentration von GS erhöht und die funktionellen Wirkungen in vivo und in vitro in Kooperation mit dem DIfE untersucht.

Methoden 13 Pak Choi-Sorten wurden im Kotyledonen-Stadium und im 9–11-Blattstadium geerntet. Die GS wurden als Desul-foglucosinolate aus lypholisiertem Pflanzenmaterial mittels HPLC bestimmt.

ErgebnisseDie 13 Sorten zeigten eine große Variabilität sowohl im morphologischen Erscheinungsbild als auch in der GS-Ges-amtkonzentration. Das GS-Profil variiert innerhalb der Sorten und der ontogenetischen Entwicklung. Die Alkenyl-GS und die Hydroxyalkenyl-GS bilden mit 95 % von der Gesamtkonzentration in Sprossen und mit 82 % in voll entwick-elten Pflanzen die zwei Hauptgruppen der aliphatischen GS. Indol-GS bilden in Sprossen nur 4 % der Gesamtkonzen-tration, in voll entwickelten Pflanzen dagegen 17 %. Beispielsweise wurde das Indol 1-Methoxy-indol-3-ylmethyl-GS in allen Sorten in den voll entwickelten Pflanzen im Vergleich zu den Sprossen mehr gebildet (z. B. „Speedy“ 0,32 vs. 6,49 μmol/g Trockengewicht). Im Hinblick auf einen möglichst protektiven Effekt von Brassica-Sprossen auf die menschliche Gesundheit sollten Sorten verwendet werden, die hohe Konzentrationen an 3-Butenyl-GS aufweisen. Pak Choi-Sprossen eignen sich aufgrund ihres geringen Gehaltes an Indol-GS und des relativ hohen prozentualen Anteils an gesundheitsfördernden Alkenyl-GS für eine Ernährung, die für gesundheitlich exponierte Personen zu empfehlen ist.

Literatur[1] Glatt, H. et al. (2011). 1-Methoxy-3-indolylmethyl glucosinolate; a potent genotoxicant in bacterial and mammalian cells: Mechanisms of bioactivation. Chemico-Biological Interactions, 192, 81–86.

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Anwendung von „-omics“ Technologien in der Apfelzüchtung

A. Peil, H. Flachowsky, M.-V. HankeJulius Kühn-Institut, Institut für Züchtungsforschung an gartenbaulichen Kulturen und ObstPillnitzer Platz 3a, 01326 Dresden

Die „-omics“ Technologien, Genomics, Metabolomics, Proteomics und Transcriptomics, sind aufgrund der sich stetig vorwärts entwickelnden Analysetechniken zu wertvollen Tools in der Züchtungs-forschung geworden. Die Anwend-ung dieser Technolgien bzw. deren Ergebnisse in der praktischen Obstzüchtung ist eine Herausforderung der Zukunft für den Züchter. So wurde ein Europäisches Projekt „Fruitbreedomics“ initiiert, welches sich mit der Integration von „-omics“ Technologien in die Entwicklung von Methoden für die Züchtung von Apfel und Pfirsich befasst.

In kleinerem Maßstab werden „-omics“ Technologien derzeit in der Apfelzüchtung bzw. Züchtungsforschung ge-nutzt, um z. B. Resistenzgene zu kartieren, isolieren und funktional zu beschreiben. Sie werden auch zur Aufklärung von Interaktionen in Host-Pathogen-Beziehungen oder um Metabolite im Aromastoffwechsel zu identifizieren und genetisch zu kartieren.

Die Veröffentlichung des Apfelgenoms im Jahr 2010 liefert einen wesentlichen Beitrag zur Weiterentwicklung und Anwendung von Genomics bei Apfel. So konnte durch Vergleich von Markersequenzen mit dem ‘Golden Delicious‘ Genom die Resistenz einer Wildart gegenüber Feuerbrand kartiert werden. Transcriptomics werden genutzt, um den Einfluss eines Gens des Pathogens Erwinia amylovora auf den Host Malus x robusta 5, einer Apelwildart, zu unter-suchen. Metabolomics in Kombination mit Genomics führten zur Identifizierung von Aromastoffen im Apfel und deren Kartierung.

„-omics“ Technologien sollen einerseits dazu beitragen biologische Prozesse Im Apfel aufzuklären und daraus Meth-oden zu entwickeln, die es erlauben in der Apfelzüchtung in einem möglichst frühen Stadium widerstandsfähige hochqualitative Apfelsorten zu selektieren.

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Metabolomics-Techniken in der Züchtungsforschung

D. UlrichJulius Kühn-Institut (JKI) - Bundesforschungsinstitut für KulturpflanzenInstitut für ökologische Chemie, Pflanzenanalytik und VorratsschutzErwin-Baur-Straße 27, D-06484 Quedlinburg, Deutschland

Sowohl im Prozess der Domestikation von Pflanzen als auch bei der Züchtung neuer Sorten unterliegen die Mus-ter der Sekundärmetabolite komplexen Veränderungen. Bei einigen Kulturarten (Erdbeere, Tomate, Melone) konnte beispielhaft gezeigt werden, dass durch die jahrzehntelange Konzentration der Selektionskriterien auf agronomisch wichtige Eigenschaften wie Ertrag und Habitus Aromaschlüsselkomponenten verloren gegangen sind. Ursache für diesen unerwünschten Effekt sind einerseits die lückenhafte Kenntnis der Heritabilität von Sekundärmetaboliten und andererseits fehlende effektive Analysenmethoden für den Selektionsprozess.

Zur Analyse der Muster flüchtiger Inhaltsstoffe in einer F1 Kreuzungspopulation der Erdbeere [1] und sechzehn Pe-tersilienherkünften [2] wurde die Headspace-SPME-GC eingesetzt. Die nicht-zielgerichtete Datenauswertung erfolgte mittels Mustererkennung mit dem Softwareprogramm ChomStat 6.9 von Analyt, Deutschland.

Im Vortrag wird am Beispiel des Aromas von Erdbeere dargestellt, wie geeignete Analysenstrategien zur Untersu-chung der Heritabilität von Aromastoffen genutzt werden können. Das Beispiel Petersilie zeigt den Zusammenhang zwischen sensorischer Qualität und Resistenz gegen pilzliche Schaderreger.

Literatur[1] K Olbricht, C Grafe, K Weiss and D Ulrich (2008) Inheritance of aroma compounds in a model population of Fragaria x ananassa Duch. Plant Breeding 127, 87-93. [2] D Ulrich, T Bruchmüller, H Krüger and F Marthe (2011) Sensory Characteristics and Volatile Profiles of Parsley (Petroselinum crispum [Mill.] Nym.) in Correlation to Resistance Properties against Septoria Blight (Septoria petroselini). J Agric Food Chem 59 (19), 10651-10656.

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Qualitätserhaltung bei Obst und Gemüse durch eine optimierte Lagerung

Bernhard TrierweilerMax Rubner-Institut, Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und Gemüse, Haid-und-Neu-Str. 9 , 76131 Karlsruhe

Obst und Gemüse ist auch nach der Ernte noch lebendes Pflanzengewebe mit einem aktiven Stoffwechsel. Auf Grund der Stoffwechselaktivität und Atmung werden Reservestoffe metabolisiert und Wasser an die Umgebung abgegeben, wodurch die Produktqualität negativ beeinflusst wird. Die Intensität der Atmung und Stoffwechselaktivität ist von der Temperatur, Luftfeuchte und Gasatmosphäre abhängig, in der das Obst und Gemüse gelagert wird. Generell sollte Obst und Gemüse bei Temperaturen zwischen 2 und 4 °C und einer relativen Luftfeuchte von 80 bis 90 % gelagert werden, allerdings immer unter Berücksichtigung der Empfindlichkeit der Produkte gegenüber tiefen Temperaturen. Daher sollten Südfrüchte nach Möglichkeit nicht unter 10 °C gelagert werden, um Kälteschäden zu vermeiden und eine gute Produktqualität zu erhalten. Zusätzlich zu den produktspezifischen Temperaturen kann durch eine Veränderung der Luftzusammensetzung – deutlich reduzierter Sauerstoffgehalt, erhöhter Kohlendioxidgehalt – eine Verlängerung der Lagerzeit von Wochen auf Monate erreicht werden, ohne dass die Produktqualität beeinflusst wird. Die produktspezifischen Bedingungen müssen für jede Obst- und Gemüsesorte entsprechend ermittelt werden. So kann z.B. Kernobst in Abhängigkeit von der Sorte in kontrollierter Atmosphäre mit 1-3% CO2 und 1-3% O2 gelagert werden. Für Stein- und Beerenobst können auch Atmosphären mit 5-25% CO2 und 1-6% O2 bei entsprechend niedri-gen Temperaturen zur Qualitätserhaltung eingesetzt werden. Besonders wichtig aus mikrobiologischer Sicht ist eine optimale Lagertemperatur bei der Lagerung von frisch ge-schnittenem Obst, sogenannten „fresh-cuts“. Bei einer Lagertemperatur von 10 °C kann nach zwei Tagen Lagerung eine Gesamtkeimzahl von ca. 8 log KbE/g nachgewiesen werden im Vergleich zu 4 log KbE/g bei einer Temperatur von 4 °C und ebenfalls zwei Tagen Lagerdauer.

Literatur[1] Schirmer, H.; Trierweiler, B. Lagerung der Apfelsorte/Clubsorte ‘Cameo’. Obstbau v. 31(10), p. 510-512, 2006.

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Isothiocyanates, indoles and anthocyanidins as putative modulators of Nrf2-dependent signal transduction pathways in skin-studies in cultured fibroblasts and keratinocytes

Insa ErnstChristian-Albrechts-Universität Kiel, Institut für Humanernährung und Lebensmittelkunde, Abteilung Lebensmittelwissenschaften

Ziel des Dissertationsvorhabens war es, in mechanistischen Studien den Einfluss von Anthocyanen und Hydrolyse-produkten von Glucosinolaten (Isothiocyanate und Indole) auf den Transkriptionsfaktor Nrf2 in Zellen der Haut zu untersuchen. Als repräsentative Zelllinien der Dermis und der Epidermis dienten hierbei Fibroblasten (NIH3T3) und Keratinozyten (HaCaT). Die Haut ist permanent einer Reihe exogener Stressoren wie UV-Strahlen und Schadstof-fen ausgesetzt. Daher benötigt dieses Organ ein ausgeprägtes endogenes Schutzsystem, um die Zellfunktionen zu erhalten. Der Transkriptionsfaktor Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2 (Nrf2) reguliert die Expression von antioxidativen und Phase-II-Enzymen, wie Hämoxygenase 1 (HO-1), NAD(P)H:Chinon Oxidoreduktase 1 (NQO1) undγ-Glutamylcysteine-Synthetase (γGCS), und spielt daher eine Schlüsselfunktion im endogenen zellulären Schutzsystem.

Ein potenter Induktor von Nrf2 ist das Isothiocyanat Suforaphan. Isothiocyanate, aber auch andere Produkte wie In-dole, entstehen bei der Verarbeitung von Brassica-Gemüsen aus der hydrolytischen Spaltung von Glucosinolaten. Sul-foraphan hat in der Haut bereits eine Nrf2-aktivierende Wirkung gezeigt. Eine Aktivierung von Nrf2 durch verwandte Isothiocyanate sowie zugrunde liegende, aktivierende Signalwege wurden bislang in der Haut kaum untersucht. In der Arbeit wurden daher die Effekte der Isothiocyanate Phenylethyl-, Allyl- und Butylisothiocyanat sowie der In-dole Indol-3-Carbinol und 3,3’-Diindolylmethan im Hinblick auf eine Nrf2-Aktivierung in Fibroblasten analysiert. Es wurde gezeigt, dass die genannten Isothiocyanate Nrf2 aktivieren und Nrf2-Zielgene auf Protein- und mRNA-Ebene induzieren. Indol-3-Carbinol hatte keinen Effekt auf Nrf2, jedoch wurde ein moderater Effekt seines Derivats 3,3’-Di-indolylmethan auf die Nrf2-Zielgenexpression gefunden. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit deuten darauf hin, dass die Elektrophilie der Isothiocyanate und Indol-Derivate die Aktivierung von Nrf2 bestimmen. Isothiocyanate und DIM aktivieren Nrf2, zum Teil, über MAPK/ERK-abhängige Signalwege. Eine Untersuchung der DNA-Methylierung der Nrf2-Zielgene HO-1 und γGCS gab hingegen keinen Hinweis auf epigenetische Regulationsmechanismen.

Frühere Studien deuten darauf hin, dass die Behandlung mit Anthocyanen oxidativem Stress und Entzündung-sprozessen in der Haut entgegen wirkt. Der Einfluss von Anthocyanen auf Nrf2 in Hautzellen ist bisher noch nicht systematisch untersucht worden. Es wurde mittels Fluoreszenzmikroskopie, Durchflusszytometrie und HPLC gezeigt, dass Cyanidin, ein verbreitetes Anthocyanidin in der Ernährung des Menschen, in Keratinozyten aufgenommen wird, jedoch unter Zellkulturbedingungen instabil ist. Auf genregulatorischer Ebene reduzierte Cyanidin die Expression des Nrf2-Zielgens MRP1. Es wurde kein Einfluss von Cyanidin auf Nrf2-Aktivität in Keratinozyten gefunden.

Insgesamt deuten die Daten der Dissertation darauf hin, dass ausgewählte Abbauprodukte aus Brassica-Gemüsen antioxidative und Phase-II-Enzyme in Zellen der Haut induzieren. Zudem wurden Signalwege einer solchen Nrf2-ver-mittelten Zellantwort aufgezeigt. Anthocyanidine hingegen, wie am Beispiel von Cyanidin untersucht, nehmen keinen Einfluss auf Nrf2-Signalwege in Hautzellen in vitro. Möglicherweise üben jedoch stabilere, glykosylierte, Anthocyane einen Einfluss auf die Nrf2-Aktivierung aus.

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Literatur[1] Ernst, I.M.A., Wagner, A.E., Lipinski, S., Skrbek, S., Ruefer, C.E., Desel, C., Rimbach, G. (2010): Cellular uptake, stability, visualization by ‘Naturstoff reagent A’, and multidrug resistance protein 1 gene regulatory activity of cyanidin in human keratinocytes. Pharmacological Research; 61:253-8[2] Ernst, I.M.A., Wagner, A.E., Schuemann, C., Storm, N., Höppner, W., Döring, F., Stocker, A., Rimbach, G. (2011): Allyl-, butyl- and phenylethyl-isothiocyanate activate Nrf2 in cultured fibroblasts. Pharmacological Research; 63:233-40 [3] Ernst, I.M.A., Schuemann, C., Wagner, A.E., Rimbach, G. (2011): 3,3’Diindolylmethane but not indol-3-carbinol activates Nrf2 and Nrf2 target gene expression in cultured murine fibroblasts. Free Radical Research; 45(8):941-9.[4] Ernst, I.M.A., Wagner, A.E., Huebbe, P., Rimbach, G. (2011): Cyanidin does not affect sulforaphane-mediated Nrf2-induction in cultured human keratinocytes. British Journal of Nutrition; 107(3):360-3.

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Decision tree supported classification of metabolic markers monitored by GC-MS profiles

Joachim KopkaMax Planck Institute of Molecular Plant Physiology (MPIMP)Am Mühlenberg 1, D-14476 Potsdam-Golm, Germany

IntroductionGas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) is a widely applied routine technology for the large scale screening and discovery of novel metabolic biomarkers. However, the majority of mass spectral tags (MSTs) recorded by this and other mass spectrometry-based metabolomic methods remains unidentified largely due to the lack of authenticated pure reference substances, which are required for unambiguous compound identification, e.g. [1,2].

Materials and MethodsFor details on decision tree (DT)-supported prediction of substructures, DT validation, and feature extraction from known structures refer to [3, 4].

Results and DiscussionWe accessed the information on identified reference compounds stored in the Golm Metabolome Database (GMD) and applied supervised machine learning approaches for the classification of yet unidentified MSTs [4]. We thereby extended conventional mass spectral and retention index library searches towards a more refined assessment of yet unknown MSTs. Structural feature extraction was applied to sub-divide the metabolite space contained in the GMD and to define frequently occurring substructures of metabolites which were suitable for our chemo-informatic ap-proach. DT-based prediction of the most frequent substructures was performed using mass spectral features and RI information. We established a highly sensitive and specific analysis of biologically relevant sub-structures contained within the GMD compendium which returns potential substructures for yet unknown MSTs from GC-MS profiles to-gether with probability criteria and the rules that led to the respective prediction.

ConclusionWe established a highly sensitive and specific analysis of biologically relevant sub-structures contained within the GMD compendium which returns potential substructures for yet unknown MSTs from GC-MS profiles together with probability criteria and the rules that led to the respective prediction.

References[1] Kopka J (2006) Current challenges and developments in GC-MS based metabolite profiling technology. Journal of Biotechnology 124: 312-322; (doi: 10.1016/j.jbiotec.2005.12.012).[2] Kopka J, Walther D, Allwood JW, Goodacre R (2011) Progress in chemometrics and biostatistics for plant applications: Or a good red wine is a bad white wine. In: Hall RD (ed) The biology of plant metabolomics. Annual Plant Reviews 43: 317–342, Blackwell-Wiley, London (ISBN: 978-1-4051-9954-4); (doi: 10.1002/9781405199544.ch10).[3] Feldman HJ, Dumontier M, Ling S, Haider N, Hogue CWV (2005). CO: A chemical ontology for identification of functional groups and semantic comparison of small molecules. FEBS Letters 579: 4685–4691.[4] Hummel J, Strehmel N, Selbig J, Walther D, Kopka J (2010) Decision tree supported substructure prediction of metabolites from GC-MS profiles. Metabolomics 6: 322-333; (doi: 10.1007/s11306-010-0198-7).

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NMR-Lebensmittel-Profiling in der Lebensmittelüberwachung: Neue Maßstäbe in der Echtheits- und Herkunftsbewertung

T. Kuballa, D.W. Lachenmeier, Y.B. Monakhova, C. Skiera, I. Straub, C. TschierschChemisches und Veterinäruntersuchungsamt Karlsruhe, Weißenburger Straße 3, 76187 Karlsruhe

EinleitungDie Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) ist eine der vielseitigsten Analysentechniken unserer Zeit. Die Bandbreite ihrer Anwendungen reicht von der Identifikation und Strukturaufklärung organischer und biochemischer Moleküle über die quantitative Erfassung einzelner Analyten und auch Multi-Analyt-Analysen bis hin zur „non target Analyse“ in Kombination mit chemometrischen Verfahren. Damit ist einerseits ein Quantifizierung von Inhaltsstoffen, die Echtheitsbewertung von Lebensmitteln und die Bestimmung der Herkunft und Sortencharakterisierung für bestim-mte Produkte möglich. Die „non target Analyse“ ist ein schnelles und selektives Probenscreening mit sehr hohem Informationsgewinn, das durch keine andere bisher eingesetzte Analysentechnik in diesem Ausmaß gegeben ist. Kennzeichnend für die Technik der Kernspinresonanz-Spektroskopie (engl. Nuclear Magnetic Resonance, kurz NMR-Technik) ist eine meist sehr geringe Probenvorbereitung verbunden mit einer kurzen Messzeit, die im Vergleich zu chromatographischen Messtechniken einen höheren Probendurchsatz erlaubt.

ErgebnisseAnhand der Beispiele Pflanzenöle, Fruchtsäfte, Bier, Spirituosen, Nahrungsergänzungsmittel, Pflanzenfette in Milch-produkten (Analogkäse, Eiskrem) und Kosmetika wird gezeigt, dass sich der Einsatz der NMR für Einzel- und Multi-analytbestimmung in der amtlichen Überwachung eignet. Darüber hinaus lassen sich über die gezielte Analyse von Analyten aufgenommene 1H- und 13C-Spektren in Kombination mit statistischen Verfahren bisher nicht oder kaum zugängliche schnelle Probenidentifikationen und -zuordnungen durchführen. Kennzeichnend für die NMR-Analysen sind häufig minimale Probenvorbereitungen.

Beispielhaft werden Ergebnisse aufgeführt, mit denen die Effektivität der Technik gezeigt werden kann. So kann etwa bei Geschmacksauffälligkeiten bei Pinienkernen wie z.B. bei dem sogenannten „Pine mouth-Syndrom“ oder „Pine Nut Syndrome“ (PNS) der sensorische Befund analytisch untermauert werden. Bei der NMR-Untersuchung der Fettfrak-tion von Pinienkernen können die erhaltenen 1H-Spektren mit Hilfe der Hauptkomponentenanalyse (HKA, engl. principal component analysis „PCA“) vergleichsweise schnell bzgl. Herkunft und einem PNS-Potenzial ausgewertet werden (s. Abbildung).

Abbildung: Statistische Auswertung (Hauptkomponentenanalyse) aus 1H-NMR-Messdaten von 73 untersuchten Pi-nienkernproben, blaue Punkte = kein PNS, schwarze Punkte = PNS, grüne Punkte = PNS nicht eindeutig. Im roten Kreis befinden sich Proben chinesischer, im blauen mediterraner, im grünen pakistanischer Herkunft.

PC2

PC1

scores PC1, PC2

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Bei der Autoxidation von Ölen und Fetten entstehen als primäre Produkte Hydroperoxide, die als analytische Marker eingesetzt werden, um den Oxidationsstatus von Ölen und Fetten zu beschreiben. Am CVUA Karlsruhe wurde eine 1H-NMR Methode zur quantitativen Bestimmung der Hydroperoxide in Ölen und Fetten entwickelt und die Ergebnisse mit der klassischen Fettkennzahl „Peroxidzahl nach Wheeler“ verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass beide Meth-oden eine vergleichbare analytische Leistungsfähigkeit besitzen. Insgesamt wurden 300 Speiseöle verschiedener Ölarten mit beiden Methoden vermessen und die Ergebnisse gra-phisch gegeneinander aufgetragen (siehe Abbildung). Für einige Ölarten traten starke Diskrepanzen zwischen beiden Methoden auf. Im Falle von Schwarzkümmelöl und Olivenöl konnten zwei natürlich im Öl vorkommende Substanzen identifiziert werden, die bei der POZ miterfasst werden und im Fall von Schwarzkümmelöl zu erhöhten, im Fall von Olivenöl zu verminderten Ergebnissen führen.

Abbildung: Vergleich der POZ nach Wheeler mit 1H-NMR

Pflanzliche Öle und Fette können als billiger Ersatz für Milchfett verwendet werden, um Imitat-Käse oder Imitat-Eis herzustellen. Der Verbraucher kann getäuscht werden, wenn solche Produkte ohne ausreichende Kenntlichmachung in den Verkehr gebracht werden. Mit 1H-und 13C-NMR in Kombination mit PCA kann der Fettanteil der Produkte charakterisiert und Imitat-Produkte sehr leicht erkannt werden. In den Produktgruppen Käse und Speiseeis ist eine Einteilung nach der Art des Rohmaterials (Milchfett, pflanzliches Fett) möglich.

Abbildung: Unterscheidung von Analogkäse (rote Punkte) von normalem Käse (Sterne markieren Proben, die sowohl Pflanzen- als auch Milchfett enthalten). A: 1H-NMR; B: 13C-NMR

0

5

10

15

20

25

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16NMR [mmol/kg]

POZ [

meq

/kg]

Sonnenblumenöl

Rapsöl

Distelöl

Nussöl

Maiskeimöl

Olivenöl

Schwarzkümmelöl

Kürbiskernöle

sonstige Öle

-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6-0.6

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0.6 plant fat milk fat

PC6

(1%

)

PC3 (2%)

-80000 -60000 -40000 -20000 0 20000-20000

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20000 plant fat milk fat

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Granatapfelkernöl wird als hochpreisiges Öl als solches über Apotheken, als Nahrungsergänzungsmittel vertrieben oder Kosmetika zugesetzt. Charakteristisch für Granatapfelkernöl ist die mehrfach ungesättigte Fettsäure (9Z, 11E, 13Z)-Octadeca-9,11,13-triensäure, kurz Punicinsäure. Wie Linolensäure besitzt Punicinsäure ein konjugiertes Doppel-bindungssystem, allerdings in cis-trans-cis-Form. Über 1H- und 13C-NMR mit ein- und zweidimensionalen Techniken kann Punicinsäure und insbesondere das konjugierte cis-trans-cis-Triensystem in Proben charakterisiert werden. Vor allem über das 2D-JRES-NMR-Spektrum kann die cis-Doppelbindungen von der trans-Doppelbindung unterschieden und Punicinsäure eindeutig charakterisiert werden (s. Abb.).

Abbildung: 1H-JRES-Spektrum, Überprüfung von Granatapfelkernöl als Zutat in kosmetischen Mitteln

FazitDie NMR-Technik wird in Baden-Württemberg in der amtlichen Überwachung von Lebensmitteln, Kosmetika, Bedarf-sgegenständen und pharmazeutischen Mitteln seit 2010 eingesetzt. Bereits im zweiten Jahr konnte eine Vielzahl von lebensmittelanalytischen Fragestellungen aufgegriffen und wie z.B. im Falle der Speiseeöle, Spirituosen, Fruchtsäfte oder Pinienkerne in die Routine übernommen werden. Dadurch, dass mit der NMR-Technik alle spektralen Eigen-schaften der in einer Probe vorhandenen organischen Stoffe erfasst werden, eignet sich die Technik in Kombination mit chemometrischen Verfahren hervorragend für Screening-Analysen mit hoher Durchsatzrate wie zum Beispiel die Kontrolle der Reinheit und Identität, der Prüfung auf Verfälschungen, der Echtheitsbewertung und der Bestimmung der geographischen Herkunft.

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Metabolite Profiling pflanzlicher Lebensmittel

Thomas Frank, Karl-Heinz EngelTechnische Universität München, Lehrstuhl für Allgemeine Lebensmitteltechnologie,Maximus-von-Imhof-Forum, 85350 Freising-Weihenstephan

EinleitungDer Einsatz Metabolomics-basierter Methoden zur Analytik pflanzlicher Lebensmittel hat in den vergangenen Jahren stark zugenommen. Die Metabolite eines biologischen Systems repräsentieren die Endprodukte aus den Interak-tionen zwischen Genom, Transkriptom und Proteom und umweltbedingten Einflüssen. Metabolite Profiling stellt eine Methode dar, welche erlaubt, ein umfangreiches Spektrum niedermolekularer Verbindungen in komplexen biologis-chen Systemen zu detektieren, identifizieren und zu quantifizieren. Dieser nicht-zielgerichtete Ansatz besitzt daher das Potential, umfangreiche und wertvolle Daten hinsichtlich der genotypischen und phänotypischen Variabilität in pflanzlichen Lebensmitteln zu liefern und dadurch Grundlagen zur Steigerung der agronomischen und ernährung-sphysiologischen Wertigkeit von Nutzpflanzen zu schaffen.

Ergebnisse und DiskussionZur Analytik von Cerealien (Reis, Mais, Gerste) und Leguminosen (Sojabohnen, Mungbohnen) wurde ein auf Gaschro-matographie-Massenspektrometrie basierender Metabolite Profiling Ansatz verwendet [1-6]. Ziele waren u. a. die Untersuchung des Einflusses von Genotyp und Phänotyp (Sorte, Farbe), Züchtungsstrategie (Gentechnik, Mutation-szüchtung), Umweltfaktoren (Anbauort, Anbaujahr), Anbaupraxis (organischer Anbau) und prozessgesteuerter Lebens-mittelverarbeitung (Keimung) auf die Metabolitenprofile der pflanzlichen Lebensmittel. Das eingesetzte Metabolite Profiling ermöglichte die Erfassung eines breiten Spektrums niedermolekularer lipophiler (Fettsäuremethylester, Kohlenwasserstoffe, freie Fettsäuren, Fettalkohole, Sterole, Tocopherole) und polarer (Zucker, Zuckeralkohole, Säuren, Aminosäuren, Amine) Inhaltsstoffe. Der Einsatz univariater und multivariater statistischer Methoden (z.B. PCA, HCA, ANOVA) erlaubte eine vergleichende Bewertung unterschiedlicher Einflussfaktoren auf die Metabolitenprofile vor dem Hintergrund biologischer Schwankungsbreiten und natürlicher Variabilitäten.

Literatur[1] T Frank, S Nörenberg, KH Engel (2009) Metabolite profiling of two novel low phytic acid (lpa) soybean mutants. Journal of Agricultural and Food Chemistry 57, 6408-6416.[2] RM Röhlig, J Eder, KH Engel (2009) Metabolite profiling of maize grain: differentiation due to genetics and environment. Metabolomics 5, 459-477.[3] RM Röhlig, KH Engel (2010) Influence of the input system (conventional versus organic farming) on metabolite profiles of maize (Zea mays) kernels. Journal of Agricultural and Food Chemistry 58, 3022-3030.[4] T Frank, B Scholz, S Peter, KH Engel (2011) Metabolite profiling of barley: influence of the malting process. Food Chemistry 124, 948-957.[5] T Frank, B Reichardt, QY Shu, KH Engel (2012) Metabolite profiling of red, black and non-colored indica and japonica rice (Oryza sativa L.) grains. Journal of Cereal Science 55, 112-119.[6] T Frank, RM Röhlig, HV Davies, E Barros, KH Engel (2012) Metabolite profiling of maize kernels – genetic modification vs. environmental influence. Journal of Agricultural and Food Chemistry, DOI: 10.1021/jf204167t.

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Was essen wir? Ergebnisse der Nationalen Verzehrsstudie II mit Fokus auf pflanzlichen Lebensmitteln

C. Krems, T. Heuer, I. HoffmannMax Rubner-Institut, Institut für ErnährungsverhaltenHaid-und-Neu-Str. 9, 76131 Karlsruhe

Die Nationale Verzehrsstudie II wurde durchgeführt, um repräsentative Daten zum Lebensmittel-verzehr und Er-nährungsverhalten der deutsch sprechenden Bevölkerung zu ermitteln. Der übliche Lebensmittelverzehr der letzten vier Wochen wurde mittels Diet-History-Interviews bei 15.371 Männern und Frauen im Alter von 14-80 Jahren von 2005 bis 2006 erfragt. Es zeigt sich, dass die Ernährung der in Deutschland lebenden Bevölkerung in einigen Bereichen Defizite aufweist. So essen die Deutschen im Vergleich zu den lebensmittelbasierten Empfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) zu wenig pflanzliche und zu viel tierische Lebensmittel. Männer und Frauen unterschreiten deutlich die Empfehlungen für Gemüse mit 400 g/Tag. Während Männer die Empfehlungen für kohlenhydratreiche Lebensmittel wie Brot, Getreide und Kartoffeln (350-560 g/Tag) knapp erreichen, liegen Frauen darunter. Im Gegensatz dazu erreichen Frauen im Mittel die Empfehlung für Obst mit 250 g/Tag, während Männer diese unterschreiten. Beim Verzehr von Fleisch und Wurst zeigt sich ein anderes Bild: Männer überschreiten die Empfehlung der DGE (300-600 g/Woche) fast um das Doppelte und auch Frauen liegen im oberen Bereich der Empfehlung. Die empfohlene Zufuhr an alkoholfreien Getränken von mindestens 1,5 Litern pro Tag wird von Män-nern und Frauen gut erreicht. Obwohl Männer von den meisten Lebensmitteln mehr essen als Frauen, ist es bei Obst, nicht erhitztem Gemüse sowie Kräuter- und Früchtetee umgekehrt. Daher zeigt sich bei den Frauen eine günstigere Lebensmittelauswahl.

Insgesamt wird deutlich, dass in Deutschland zu wenig pflanzliche Lebensmittel, insbesondere Gemüse und kohlen-hydratreiche Lebensmittel, und zu viel Fleisch und Wurstwaren gegessen werden.

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Nutri-Epigenetik als neuer Ansatz in der Krebs-Chemoprävention

Clarissa GerhäuserDeutsches Krebsforschungszentrum, Epigenomik und KrebsrisikofaktorenIm Neuenheimer Feld 280, 69120 Heidelberg (c.gerhauser@dkfz.de)

The term “epigenetics” refers to modifications in gene expression caused by heritable, but potentially reversible, changes in DNA methylation and chromatin structure. Given the fact that epigenetic modifications occur early in car-cinogenesis and represent potentially initiating events in cancer development, they have been identified as promising new targets for prevention strategies. Major epigenetic mechanisms of gene regulation include DNA methylation, histone acetylation and methylation, and non-coding (micro) RNAs. Fine-tuned DNA methylation patterns exist in every normal tissue and represent the gene expression patterns within each cell type at a given developmental stage. Post-translational histone modifications, including histone acetylation and methylation, contribute to epigenetic regulation of gene expression. MicroRNAs regulate the transformation of mRNA into proteins, either by imperfect base-pairing to the mRNA 3’-untranslated regions to repress protein synthesis, or by affecting mRNA stability.

Recent years have provided a wealth of information on the potential impact of bioactive food components on epige-netic mechanisms (reviewed in [1]). Food components with reported mechanisms targeting the epigenome include micronutrients (folate, selenium, retinoic acid, Vit. E), butyrate, polyphenols (from green tea, apples, coffee, and other dietary sources), genistein and soy isoflavones, curcumin from curry, indol-3-carbinol from broccoli, lycopene from tomatoes, and sulfur-containing compounds from Allium and cruciferous vegetables such as broccoli, cauliflow-er and watercress. Their effects on the epigenome have potential impact on multiple mechanisms relevant in health and disease, including detoxification, cell cycle progression, signal transduction mediated by nuclear receptors and transcription factors such as NF-κB, apoptosis induction, and others.

As an example, (-)-epigallocatechin gallate (EGCG) from green tea was the first natural product reported to inhibit DNA methyltransferase activity in vitro, and to reduce promoter hypermethylation of selected candidate genes in cell culture and animal models. EGCG treatment also decreased histone methylation and induced miRNA expression, thereby reducing cancer cell survival by modulating the expression of cell cycle and apoptosis-regulating proteins.

The soy isoflavone genistein affects DNA methylation, histone modifying enzymes and miRNA expression. In the Agouti mouse model, dietary intervention with genistein during pregnancy inactivated the mutant Agouti gene by af-fecting DNA methylation, changed the coat color indicative of mutant gene expression, and reduced signs of disease (obesity, risk for type 2 diabetes, and cancer).

Deficiency of folate, an essential B vitamin found for example in whole grain products, was associated with a global loss of DNA methylation and genetic instability. Folate plays an important role in so called “One carbon” metabolism and is involved in the synthesis of cofactors relevant for methylation reactions.

Inhibition of histone deacetylase (HDAC) activity by a metabolite of sulforaphane from broccoli or by kale sprout extract results in histone hyperacetylation, opening of the chromatin, and increased expression of genes regulating cell cycle progression and apoptosis, both in vitro and in animal and human pilot studies.

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OutlookNutri-Epigentics –the influence of dietary components on epigenetic mechanisms and their role in disease preven-tion – has emerged as an exciting new field in current epigenetic research. So far, data is still mainly derived from in vitro investigations, and in vivo studies that demonstrate the functional relevance of epigenetic mechanisms for health promoting or cancer preventive efficacy of natural products are limited. It is expected that future projects will identify best strategies for dietary intervention with natural products, taking into account the importance of epige-netic mechanisms for gene regulation.

Reference[1] Huang J, Plass C, Gerhäuser C. Cancer Chemoprevention by Targeting the Epigenome. Curr Drug Targets. 2011 Dec 1;12(13):1925-56

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Impact of the apoE genotype and dietary plant bioactives on oxidant/ antioxidant status, Nrf2 signalling, inflammation and disease risk – studies in cultured cells, mice, and humans

Patricia Huebbe, Gerald RimbachInstitute of Human Nutrition and Food ScienceChristian-Albrechts-University Kiel, Germany

The apoE4 genotype it is associated with increased morbidity and mortality, and represents a significant risk factor for cardiovascular disease (CVD), late-onset Alzheimer’s disease and other chronic age-related disorders. ApoE is an important modulator of many stages of lipoprotein metabolism and traditionally the increased risk was attributed to higher lipid levels in E4 carriers. However, more recent evidence in cultured cells, targeted gene replacement mice, and humans demonstrates the multifunctional nature of the apoE protein. The impact of the apoE genotype on dis-ease risk may be due to an impact on the oxidant/antioxidant status (e.g. paraoxonase-1 activity), the immunomodu-latory/anti-inflammatory as well as the gene-regulatory properties of apoE.

We have recently shown that Nrf2 dependent gene expression is affected by apoE genotype. ApoE4 vs. apoE3 mice exhibited lower hepatic Nrf2 nuclear protein levels. Furthermore mRNA and protein levels of Nrf2 target genes including glutathione-S-transferase, heme oxygenase-1 and NAD(P)H dehydrogenase, quinone 1 were significantly lower in apoE4 as compared to apoE3 mice (Graeser et al. 2011). Thus Nrf2 is differentially regulated in response to apoE genotype. We are currently investigating the effect of glucoinolates/isothiocyantes on Nrf2 signalling (Ernst et al. 2011) also in response to the ApoE genotype.

Flavonoids may counteract inflammatory processes in vitro as well as in vivo. Similarly, flavonoids are inductors of hepatic paraoxonase-1, an enzyme that prevents LDL oxidation. Interestingly, the apoE3 genotype is more responsive than the apoE4 genotype in terms of the potential health promoting effects of flavonoids as far as anti-inflammatory properties, inhibition of LDL oxidation (Boesch-Saadatmandi et al. 2011), and blood pressure lowering effects of flavonoids are concerned (Egert et al. 2010). Although the ApoE4 genotype is a risk factor factor for CVD, ApoE4 is associated with higher vitamin D levels both in targeted replacement mice and humans (Huebbe et al. 2011).Information regarding the impact of apoE genotype on disease risk is often derived from observational studies or small intervention trials in which retrospective genotyping of the cohort results in small group sizes in the rarer E2 and E4 subgroups. Either larger well-standardised intervention trials or smaller trials with prospective recruitment according to apoE genotype are needed to fully establish the impact of diet on genotype-CVD associations and to establish the potential of dietary strategies to counteract the increased CVD burden in apoE4 carriers.

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Literatur[1] Graeser, A.C., Boesch-Saadarmandi, C., Lippmann, J., Wagner, A., Huebbe, P., Strom, N., Hoeppner, W., Wiswedel, I., Gardemann, A., Minihane, A., Doering, F., Rimbach, G. (2011) Nrf2 dependent gene expression is affected by the proatherogenic apoE4 genotype – studies in targeted gene replacement mice. Journal of Molecular Medicine 89(10):1027-35.[2] Ernst I.A.M., Wagner A.E., Schuemann, C., Strom, N., Höppner, W., Döring, F., Stocker, A., Rimbach, G. (2010): Allyl-, butyl-, and penylethyl-isothiocyanate activate Nrf2 in cultured fibroblasts. Pharmacological Research (2011): 63(3):233-40.[3] Boesch-Saadatmandi, C., Niering, J., MINIHANE, A.M., WISWEDEL, I., Gardemann, A., Wolffram, S., Rimbach, G. (2010): Impact of apolipoprotein E genotype and dietary quercetin on paraoxonase 1 status in apoE3 and apoE4 transgenic mice. Atherosclerosis 211(1):110-113.[4] Egert, S., Boesch-Saadatmandi, C., Wolffram, S., Rimbach, G., Mueller, M.J. (2010): Serum lipid and blood pressure responses to quercetin vary in overweight patients by apolipoprotein genotype. Journal of Nutrition 140(2):278-84.[5] Huebbe, P., Nebel, A., Siegert, S., Moehring, J., Boesch-Saadatmandi, C., Most, E., Pallauf, J., Egert, S., Mueller, M.J., Schreiber, S. Noethlings, U., Rimbach, G. (2011): APOE ε4 is associated with higher vitamin D levels in targeted replacement mice and humans. FASEB Journal 25(9):3262-70.

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Einfluss einer kolloidalen Formulierung auf die Biokinetik von Zitrusflavonoi-den: Ergebnisse einer Humaninterventionsstudie

C.W. Weinert*, K. Neuhäuser*,M. Rist**, A. Bub**, S.E. Kulling** Max Rubner-Institut, Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und Gemüse** Max Rubner-Institut, Institut für Physiologie und Biochemie der Ernährung Haid-und-Neu-Str. 9, 76131 Karlsruhe

EinleitungViele Flavonoide werden langsam resorbiert und sind eingeschränkt bioverfügbar. Zur Verbesserung der Aufnahme bi-oaktiver Verbindungen werden zurzeit vermehrt Verkapselungs- und Formulierungstechniken eingesetzt. Im Rahmen einer doppelblinden, randomisierten Humaninterventionsstudie wurde der Einfluss eines kolloidalen Trägersystems auf die Biokinetik der polymethoxylierten Flavone (PMF) Tangeretin und Nobiletin aus Zitrusfrüchten untersucht.

Material und Methoden12 männliche Probanden erhielten nach dem Crossover-Verfahren einen nativen und einen formulierten Zitrusextrakt (1,5 mg Extrakt/kg KG, davon 92% Tangeretin und Nobiletin). In den folgenden 24 h wurden fünf Urinfraktionen ge-sammelt. Die Proben wurden nach enzymatischer Spaltung der Glucuronid- und Sulfat-Konjugate mittels Festphasen-extraktion gereinigt. Die Quantifizierung und Identifizierung der demethylierten und/oder hydroxylierten Phase-I-Metabolite erfolgte durch HPLC-UV bzw. HPLC-MS.

Ergebnisse und DiskussionDas untersuchte Trägersystem führte zu einer deutlich veränderten Biokinetik der PMF-Metabolite. Die Ausgangs-verbindungen waren nur in Spuren nachweisbar, jedoch wurden aufgrund der enzymatischen Dekonjugation mehrere Phase-I-Metabolite detektiert. Bei Aufnahme des formulierten Extrakts erfolgte die renale Ausscheidung des größten Teils der PMF-Metabolite bereits innerhalb der ersten vier Stunden. Bei Aufnahme des nichtformulierten Extrakts erfolgte die Elimination der PMF-Metabolite deutlich langsamer, wobei das Maximum zwischen 4 und 8 h erreicht wurde. Die während 24 h im Urin ausgeschiedene Menge an PMF war unabhängig von der Formulierung im Mittel aller Probanden gleich. Interessanterweise zeigten sich große interindividuelle Unterschiede hinsichtlich der Biover-fügbarkeit der PMF und der Geschwindigkeit der Elimination der PMF-Metabolite.

SchlussfolgerungFormulierungen können die Biokinetik von Flavonoiden und somit möglicherweise deren Wirkprofil verändern. Das Ausmaß des Effektes kann jedoch individuell unterschiedlich stark ausgeprägt sein.

Abstracts der Poster

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A diet rich in olive oil phenolics reduces oxidative stress in the heart of SAMP8 mice by induction of Nrf2-dependent gene expression

B. Bayram*, I.M.A. Ernst*, A.E.Wagner*, J. Frank**, G. Rimbach* * Institut für Humanernährung und Lebensmittelkunde, Abteilung Lebensmittelwissenschaften, Christian-Albrechts-Universität Kiel** Institut für Biologische Chemie und Ernährungswissenschaft, Biochemie der Ernährung, Universität Hohenheim

A Mediterranean diet rich in olive oil has been associated with health benefits in humans. It is unclear if and to what extend olive phenolics may mediate these health benefits. In this study we fed senescence accelerated mice (SAMP8, n=11 per group) semisynthetic diets with 10% olive oil containing either high (HP) or low amounts of olive oil phenolics (LP) for 4.5 months. Mice consuming the HP diet had significantly lower concentrations of the oxidative damage markers thiobarbituric acid reactive substances and protein carbonyls in the heart, while proteasomal activ-ity was similar in both groups. Nrf2-dependent gene expression may be impaired during the ageing process. There-fore we measured Nrf2 and its target genes glutathione-S-transferase (GST), γ-glutamyl-cysteine-synthetase (γ-GCS), NADPH:quinone oxidoreductase (NOQ1) and paraoxonase-2 (PON2) in the heart of our mice. Nrf2 as well GST, γ-GCS, NOQ1 and PON2 mRNA levels were significantly higher in heart tissue of the HP as compared to the LP group. The HP-fed mice had significantly higher PON1 activity in serum compared to those receiving the LP diet. HP-feeding furthermore increased relative SIRT1 mRNA levels. Additional mechanistic cell culture experiments were performed and suggest that of the olive olive phenolics present in the HP oil hydroxytyrosol may be responsible for the induc-tion of Nrf2-dependent gene expression and the increase in PON activity. In conclusion, a diet rich in olive oil pheno-lics may prevent oxidative stress in the heart of SAMP8 mice by modulating Nrf2-dependent gene expression.

Literatur[1] Bayram, B., Ozcelik, B., Grimm, S., Roeder, T., Schrader, C., Ernst, I.M.A., Wagner, A.E., Grune, T., Frank, J., Rimbach, G. (2011) Rejuvenation Research, 15(1):71-81.

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Einsatz molekularer Methode Pulsfeldgelelektrophorese zur Subtypisierung von Listeria monocytogenes-Isolaten unterschiedlicher Herkunft

B. Becker und C. UllrichMax Rubner-Institut, Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und Gemüse, Haid-und-Neu-Str. 9, D-76131 Karlsruhe

EinleitungListeria monocytogenes ist der Erreger der sogenannten Listeriose. Die Infektion mit diesem Keim erfolgt in erster Linie durch den Verzehr kontaminierter Lebensmittel, wie z.B. Rohmilchprodukten, roh geräuchertem Fisch oder Rohwürsten. Voraussetzung für manifeste Erkrankungen durch L. monocytogenes sind immunsuppressive Zustände, u.a. bedingt durch Erkrankungen, die Einnahme von Medikamenten wie Corticosteroide, Schwangerschaft oder bestimmtes Alter (Neugeborene und Personen über 60 Jahre). Bei diesen immungeschwächten Personen kann eine Infektion mit L. monocytogenes zu schweren Erkrankungen wie Meningitis, Sepsis, Enzephalitis, Endokarditis oder sogar zum Tode führen. Obwohl die Listeriose nicht häufig auftritt, sollte diese Erkrankung nicht unterschätzt werden, denn die Mortalitätsrate liegt trotz frühzeitiger Behandlung mit Antibiotika durchschnittlich bei 20 bis 30 %. Aufgrund des ubiquitären Vorkommens von L. monocytogenes in der Umwelt und der Verbreitung in vielen unter-schiedlichen Lebensmitteln sind Typisierungsmethoden mit einer hohen diskriminatorischen Fähigkeit für epidemi-ologische Untersuchungen zwingend notwendig.

Material und MethodenIn der vorliegenden Arbeit wurden 112 L. monocytogenes-Isolate unterschiedlicher Herkunft (Lebensmittel: Räu-cherlachs, Wurst, Blattsalat und Feinkostsalat, Oberflächenabstriche, klinisches Material vom Institut für medizinis-che Mikrobiologie und Hygiene des Universitätsklinikums Mannheim) sowie 16 Referenzstämme (14 L. monocy-togenes, 1 L. ivanovii ssp. ivanovii und 1 L. innocua) mittels Pulsfeldgelelektrophorese (PFGE) charakterisiert und feintypisiert. Für den Makrorestriktionsverdau wurden dabei die zwei Restriktionsenzyme AscI und ApaI verwendet. Die Normalisierung der Gele wurde anhand des Markers (Salmonella ser. Braenderup H9812), der drei Mal in jedes Gel aufgetragen wurde, durchgeführt.

Ergebnisse und DiskussionZwei der 128 Isolate (ATCC 19114, Serovar 4a und ATCC 19116, Serovar 4c) konnten mit ApaI nicht typisiert werden. Mit Hilfe des Computerprogramms BioNumerics konnten die L. monocytogenes-Isolate in 36 AscI-Typen und 40 ApaI-Typen unterteilt werden. Unter Berücksichtigung der Bandenmuster beider Enzyme wurden 53 verschiedene Pulsotypen gebildet, die wiederum in vier PFGE-Gruppen untergliedert werden konnten. Der berechnete diskrimi-natorische Index (DI) lag mit AscI bei 0,9337 und mit ApaI bei 0,9423. ApaI zeigte somit eine höhere Diskrimina-tionsfähigkeit als AscI. Bei der Kombination der Bandenmuster beider Enzyme konnte ein DI von 0,9578 berechnet werden. PFGE-Muster waren nicht produktspezifisch. Genotypisch identische L. monocytogenes-Isolate scheinen folglich in verschiedenen Lebensmittelgruppen verbreitet zu sein. 26 der 41 Räucherlachsisolate (63,4%) „clusterten“ in der PFGE-Gruppe II, während 15 der 28 Wurstisolate (53,6%) in der Gruppe I nachgewiesen wurden. In der PFGE-Gruppe III „clusterten“ meistens die klinischen Isolate und Stämme der Serovaren 4b, 4e, 1/2b, 3b und 7.

SchlussfolgerungDie PFGE stellte sich als zeitintensive und kostspielige Methode zur molekularen Feintypisierung von L. monocy-togenes heraus. Große Vorteile dieser Methode liegen jedoch in ihrer hohen Diskriminationsfähigkeit sowie in der Typisierbarkeit der untersuchten Isolate. Aufgrund der geringen Anzahl an Banden war die Auswertung der PFGE-Muster relativ einfach und konnte auch mit der Software gut durchgeführt werden.

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Mikrobiologische Qualität und das Vorkommen von pathogenen Keimen bei geschnittenen Obstprodukten

B. Becker und S. KullingMax Rubner-Institut, Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und Gemüse, Haid-und-Neu-Str. 9, 76131 Karlsruhe

EinleitungDie „fresh-cut“ Produkte in verschiedenen Schnittvarianten gehören zu den „Convenience-Food“ (vorgefertigte Nah-rungsmittel) und sind für Verbraucher entwickelt, die wenig Zeit für das Kochen haben, kleinere Verpackungsgrößen benötigen und „food-to-go“ bevorzugen. Da diese Trendprodukte häufig von Hand geschält und geschnitten werden ist die Einhaltung der Hygiene im Herstellungsprozess besonders wichtig. Durch Beschädigungen der natürlichen Kutikula, z.B. durch das Schneiden, wird das Eindringen von Mikroorganismen in das Innere der Früchte erleichtert und damit der mikrobielle Verderb gefördert. In den letzten Jahren wurden mehrere Lebensmittelinfektionen mit Salmonellen durch den Verzehr von „fresh-cut“ Cantaloupe- und anderen Melonen beobachtet. Auch andere Patho-gene, wie Listeria monocytogenes, Campylobacter jejuni oder E. coli O157:H7 waren für die Krankheitsausbrüche mit „fresh-cut“ Obstprodukten verantwortlich.

Material und MethodenInsgesamt 123 Obstproben verschiedener Hersteller (in Scheiben, gewürfelt, geviertelt oder halbiert) wurden aus dem Handel gezogen und mikrobiologisch untersucht. Die Probenaufarbeitung erfolgt gemäß den Vorgaben des § 64 des Lebensmittel- und Futtermittelgesetzbuches (LFGB). Folgende Parameter wurden untersucht: mesophile Gesa-mtkeimzahl, Enterobakteriaceae, Koagulase-positive Staphylokokken, Salmonella spp. (Anreicherungsverfahren) und Listeria monocytogenes (Anreicherungsverfahren). Bei der Beurteilung von mikrobiologischen Befunden wurden neben gesetzlichen mikrobiologischen Vorgaben auf EU-Ebene (EG (VO) 2073/2005) auch die Richt- und Warnwerte der Kommission Lebensmittelmikrobiologie und Hygiene der DGHM (Deutsche Gesellschaft für Hygiene und Mikrobi-ologie) berücksichtigt.

Ergebnisse und DiskussionDie Gesamtkeimzahlen der aeroben mesophilen Bakterien reichten von 7,3 x 102 bis zu 1,6 x 1010 KbE/g. Die höch-ste Keimbelastung wurde bei einer Kokosnussprobe beobachtet, während die niedrigste in einer gemischten Obst-schale mit Kiwi, Melone und Ananas gefunden wurde. Der Gehalt an Enterobakterien lag zwischen <100 (Obstsalat Zitrus, Früchtemix, Ananas mit Trauben, Ananas gewürfelt, Ananas Ringe) und 1,1x1010 KbE/g (Kokosnuss-Stücke). Obwohl Enterobakterien natürlicherweise auf Pflanzen vorkommen sind die Keimzahlen von über 107 KbE/g bei 19 Proben geschnittenem Obst (15,45%) als sehr hoch einzustufen. Staphylococcus spp. war in 16 (13 %) der 123 Proben auf einem Niveau zwischen 100 und 5 x103 KbE/g (Wassermelone) vorhanden. Koagulase-positive Spezies S. aureus wurde nur aus einer Probe (Galia-Melone mit Erdbeeren) isoliert, bei anderen Staphylokokken-Isolaten handelte es sich überwiegend um S. warneri und S. sciuri. E. coli wurde in 17 Proben (13,8 %) nachgewiesen, der maximale Keimgehalt lag bei 3,0 x 104 KbE/g (2 Proben von Kokosnuss-Stücken). Keine der von uns untersuchten Proben war positiv für Salmonellen. Listeria monocytogenes wurde nach der Anreicherung der Proben in 24 Fällen (19,5 %) bestätigt, in einer zusätzlichen Probe wurde auch nicht pathogene Art L. innocua isoliert.

SchlussfolgerungUnsere Ergebnisse zeigen, dass auf der Handelsebene diese Produktgruppe in Deutschland mikrobiologisch hoch belastet sein kann und mögliche Gefährdungen der menschlichen Gesundheit (besonders bei älteren und immunge-schwächten Verbrauchern) durch den Verzehr solcher Produkte entstehen können.

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Hochdruckbehandlung (HPP) bei Obst und Obstprodukten

A. Bork, M. Bloemen, S. Kulling, H.P.P. ButzMax Rubner-Institut, Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und GemüseHaid-und-Neu-Str. 9, 76131 Karlsruhe

EinleitungFür Convenience-Frischprodukte im Fruchtbereich sind ein geeignetes Verfahren zur Haltbarmachung, Sicherheit, eine handliche Verpackung und vor allem die sensorische Qualität sehr wichtig. Diese Produkte ermöglichen es den Verbrauchern, die Empfehlung „5 am Tag“, d. h. 5mal Obst oder Gemüse am Tag zu sich zu nehmen, leichter umzusetzen. Diese wissenschaftlich abgesicherte und von der DGE unterstützte Kampagne hat in den letzten Jah-ren tatsächlich zu erhöhtem Verzehr von Obst und Gemüse geführt, das gesteckte Ziel jedoch nicht erreicht. Viele Verbraucher wünschen sich hochqualitative, verzehrsfertig abgepackte Convenience-Frischprodukte. Solche Ob-stsäfte, Fresh-Cuts oder Smoothies sollen obendrein frisch, oder nur schonend behandelt sein und trotzdem über mehrere Tage oder sogar Wochen ohne Qualitätsverlust haltbar sein. In vielen Fällen können durch Hochdruckbehan-dlung (High Pressure Processing, HPP) [1] diese Ziele erreicht werden. Die Zahl und die Produktionsmengen solcher Frischprodukte mit verlängerter Haltbarkeit unter Kühlung steigen gegenwärtig weltweit fast exponentiell.

Material und MethodenUntersucht wurde der Einfluss von HHP auf Fruchtsäfte, Fresh-Cuts und Smoothies. Charakterisiert wurden sen-sorische Eigenschaften, antioxidatives Potential, HPLC- und Headspace GC -Profile, Polyphenolgehalte, Carotinoide, Vitamine B

1, B

2 und C, Anthocyane, Isoflavone und Matrixeinflüsse (verschiedene Zucker, Pektin) sowie Enzymaktiv-

itäten.

Ergebnisse und DiskussionHHP führt in der Regel zu beträchtlich verlängerter Haltbarkeit unter Kühlung bei diesen Produkten durch Inaktivier-ung der Verderbniserreger und unterstützt durch deren niedrigen pH-Wert. Die Wirkung auf unerwünschte Enzymak-tivitäten ist stark unterschiedlich ausgeprägt. Insbesondere Polyphenoloxidasen können sehr widerstandsfähig sein, was zu starken Qualitätseinbußen bei der Lagerung führt. Niedermolekulare Inhaltsstoffe verzeichnen je nach Bedin-gungen mäßige bis starke Verluste, jedoch weniger als bei Hitzebehandlung. Insgesamt gesehen hat der Produktent-wickler mit einer Fülle von Einflussfaktoren zu tun, die in der Regel wenig vorhersagbare Wirkung zeigen.

Literatur[1] HPP Butz, A Fernandez-Garcia, R Lindauer, S Dieterich, A Bognar, B Tauscher (2003) Influence of Ultra High Pressure Processing on Fruit and Vegetable Products. Journal of Food Engineering 56, 233-236.

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Good vibrations – Schwingungsspektroskopie im Dienste von Metabolomics

A. Fiedler*, H. Krüger**, H. Schulz ** Julius Kühn-Institut, Institut für Ökologische Chemie, Pflanzenanalytik und Vorratsschutz, Königin-Luise-Straße 19, 14195 Berlin** Julius Kühn-Institut, Institut für Ökologische Chemie, Pflanzenanalytik und Vorratsschutz, Erwin-Baur-Straße 27, 06484 Quedlinburg

In der Untersuchung von Stoffwechselprozessen, in der pflanzlichen Züchtungsforschung oder der Qualitätsbe-schreibung pflanzlicher Produkte erfolgt zunehmend ein Wandel weg von der Betrachtung einzelner Komponenten hin zu einem inhaltsstofflichen Gesamtbild, dem Metabolom. Da Umwandlungsprozesse in einem Organismus nur in seltenen Fällen an eine einzelne Schlüsselsubstanz gebunden sind, sondern Stress- oder Anpassungsprozesse sich oft in der Veränderung eines breiten inhaltstofflichen Profils zeigen, gewinnen analytische Techniken, die simultan ein breites Spektrum an Inhaltstoffen erfassen können, stetig an Bedeutung.Bis vor kurze Zeit noch führte die Schwingungsspektroskopie als Metabolomics-Technik eine zu Unrecht eher unter-geordnete Rolle. Dabei stellt sie eine schnelle und nicht-invasive Analytik dar, die mittels einer einzigen Probenmes-sung die Erfassung des gesamten inhaltsstofflichen Spektrums der Probe gestattet[1;2]. Bei der Zuordnung und Identifikation einzelner Komponenten dieses Metaboloms bedarf es zwar weiterführender, oft chromatografischer Methoden, aber besonders bei einem großen Probenumfang, einem schnellen Vorabscreening oder der gesamtheitlichen Betrachtung des pflanzlichen Metaboloms stellen Infrarot- und Raman-Spektroskopie eine schnelle, aussagekräftige und zerstörungsfreie Analytik mit geringen Anforderungen an die Probenbeschaffenheit dar[3;4].Im Rahmen dieser Arbeit soll der Einsatz von schwingungsspektroskopischen Techniken bei der Bewertung von Züch-tungserfolgen, der Analyse von Umwelteinflüssen und die regionale Herkunft als Einflussparameter auf das pflanzli-che Metabolom vorgestellt werden.So können beispielsweise mittels Fourier-Transform Nah-Infrarot(FT-NIR)- und Mittel-Infrarot(FT-MIR)-Spektroskop-ie an getrockneten und pulverisierten Rotklee-Blättern der Einfluß von klimatischer Veränderung (2 verschiedene Erntejahre), Erntezeitpunkt (4 verschiedene Schnitttermine), Genotyp des Rotklees oder mechanischer Stressbehand-lung auf den Gehalt an Isoflavonen und Phenolcarbonsäuren schnell und ohne weitere Probenvorbereitung bestimmt werden. Die Ergebnisse der Spektroskopie stehen dabei in sehr guter Übereinstimmung zu den entsprechenden Bestimmungen aus HPLC-MS, obwohl das gesamte pflanzliche Metabolom durch Analyse des getrockneten Pflanzen-pulvers und nicht nur extraktiv isolierte Substanzklassen betrachtet wurden.

Ein weiteres Beispiel ist die chemotaxonomische Bestimmung verschiedener Zitrusöle[5]. Mittels hierarchischer Clusteranalyse (Ward Algorithmus) können eindeutig die botanischen Verwandtschaftsgrade von Orangen, Zitronen, Limetten, Grapefruit und Mandarinen anhand der MIR-Spektren ihrer ätherischen Öle identifiziert werden, obwohl Hauptbestandteil aller Öle das Monoterpen (-)-Limonen darstellt. Die Unterschiede der Terpenzusammensetzung bzw. der teilweise nur im Spurenbereich sich unterscheidenden Nebenbestandteile (u.a. Aldehyde, Ester, Cumarine) im Öl-Spektrum können mit Hilfe chemometrischer Algorithmen sichtbar gemacht werden.Unter Verwendung der Clusteranalyse lassen sich aber nicht nur verschiedene Arten sondern auch innerhalb dersel-ben Spezies diverse Chemotypen unterscheiden. So können anhand des metabolischen Profils der ätherischen Öle verschiedene Basilikum-Spezies bereits anhand der Droge (getrocknetes Pflanzenmaterial) differenziert und auch kritische karzinogene Inhaltsstoffe wie Methyleugenol oder Estragol zuverlässig bestimmt werden[6].Einen besonderen Beitrag zu Metabolomics ist aber in den Methoden der Mikro-Spektroskopie zu sehen. Mithilfe eines an das Spektrometer gekoppelten Mikroskops kann dabei neben der qualitativen Analyse auch die Verteilung bestimmter Metabolite innerhalb der Probe sichtbar gemacht werden kann.So kann beispielsweise mittels Raman-Mapping die Verteilung von Carotinoiden, Polyacetylenen oder verschiedenen Kohlenhydraten in den unterschiedlichen Gewebearten von Möhrenwurzeln (Daucus carota L.) sichtbar gemacht werden[7].

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Literatur[1] Cherney, D. P., Ekman, D. R., Dix, D. J., Collette, T. W. (2007) Raman spectroscopy-based metabolomics for differentiating exposures to triazole fungicides using rat urine. Analytical Chemistry 79 (19), 7324-7332.[2] Ellis, D. I., Goodacre, R. (2006) Metabolic fingerprinting in disease diagnosis: biomedical applications of infrared and Raman spectroscopy. Analyst 131 (8), 875-885.[3] Ikeda, T., Kanaya, S., Yonetani, T., Kobayashi, A., Fukusaki, E. (2007) Prediction of Japanese green tea ranking by Fourier transform near-infrared reflectance spectroscopy. Journal of Agricultural and Food Chemistry 55 (24), 9908-9912.[4] Suzuki, M., Kusano, M., Takahashi, H., Nakamura, Y., Hayashi, N., Kobayashi, M., Ichikawa, T., Matsui, M., Hirochika, H., Saito, K. (2010) Rice-Arabidopsis FOX line screening with FT-NIR-based fingerprinting for GC- TOF/MS-based metabolite profiling. Metabolomics 6 (1), 137-145.[5] Schulz, H., Schrader, B., Quilitzsch, R., Steuer, B. (2002) Quantitative analysis of various citrus oils by ATR/FT-IR and NIR-FT Raman Spectroscopy. Applied Spectroscopy 56 (1), 117-124.[6] Schulz, H., Schrader, B., Quilitzsch, R., Pfeffer, S., Kruger, H. (2003) Rapid classification of basil chemotypes by various vibrational spectroscopy methods. Journal of Agricultural and Food Chemistry 51 (9), 2475-2481.[7] Baranska, M., Schulz, H., Baranski, R., Nothnagel, T., Christensen, L. P. (2005) In situ simultaneous analysis of polyacetylenes, carotenoids and polysaccharides in carrot roots. Journal of Agricultural and Food Chemistry 53 (17), 6565-6571.

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Einfluss von Fusarium-Befall auf ausgewählte verarbeitungstechnische und sensorische Qualitätsparameter von Winterweizen während der Lagerung

M. Filz, E. PawelzikGeorg-August-Universität Göttingen, Department für Nutzpflanzenwissenschaften,Abteilung Qualität pflanzlicher ErzeugnisseCarl-Sprengel-Weg 1, 37075 Göttingen

EinleitungDer Befall von Winterweizen mit Fusarium spp. und die Anreicherung von Mykotoxinen im Getreide, insbesondere mit Deoxynivalenol (DON), führen zu Qualitätsverlusten [1] und stellen für Mensch und Tier ein gesundheitliches Risiko dar [2]. In einem Feldversuch werden die Faktoren Vorfrucht, Anfälligkeit der Sorte gegenüber Fusarium spp. und Fungizideinsatz variiert und ihr Einfluss auf die Qualität des Backweizens untersucht. Ebenso werden die Aus-wirkungen einer natürlichen Feldinfektion mit Fusarium spp. in der Nacherntephase und somit die Lagerfähigkeit von Weizen untersucht. Eine visuelle Bewertung von aus dem Erntegut hergestellten Kleingebäcken soll Auskunft über die von Verbrauchern wahrgenommene Qualität geben.

Material und MethodenUntersucht wurden zwei B-Weizensorten (Ritmo und Centrum) mit unterschiedlicher Anfälligkeit gegenüber Ähren-fusariosen (Erntejahr 2010). Das Getreide wurde sechs Monate unter optimalen (15 °C, 60 % Luftfeuchte) bzw. sub-optimalen (20 °C, 70 % Luftfeuchte) Bedingungen gelagert. Die Mykotoxingehalte (DON, Zearalenon und 3-Acetylde-oxynivalenol) im Korn wurden durch den Kooperationspartner des Projektes (Abteilung Molekulare Phytopathologie und Mykotoxinforschung der Universität Göttingen) mittels HPLC-MS/MS bestimmt. Außerdem wurde der Einfluss der Lagerungsbedingungen auf ausgewählte verarbeitungstechnische Qualitätsparameter mit den jeweiligen ICC-Standardmethoden ermittelt. Die visuelle Bewertung der Kleingebäcke aus dem Mikrobackvesuch erfolgte durch einen Paarvergleichstest und in Anlehnung an das DLG-Prüfschema für Kleingebäck.

Ergebnisse und DiskussionDie bisherigen Ergebnisse zeigen, dass DON sowohl vor als auch nach der Lagerung hauptsächlich in Proben mit der Vorfrucht Mais nachgewiesen wurde und Zearalenon sowie 3-Acetyldeoxynivalenol quantitativ von geringer Bedeu-tung waren. Über den gesamten Lagerungszeitraum lag der DON-Gehalt in Proben der Sorte Ritmo höher als in Pro-ben der Sorte Centrum, wobei die Gehalte teilweise mehr als doppelt so hoch waren. Im Laufe der sechsmonatigen Lagerung stiegen die DON-Gehalte an, wobei vor allem eine suboptimale Lagerung zu höheren DON-Werten führte als optimale Lagerungsbedingungen. Die Untersuchungen der Qualitätsparameter zeigten, dass das Feuchtgluten, der Sedimentationswert und die Wasseraufnahmefähigkeit signifikant von der Lagerungsdauer und den Lagerungs-bedingungen beeinflusst wurden. Ein Einfluss der Lagerungsbedingungen und -dauer auf den Proteingehalt und die Fallzahl konnte statistisch nicht belegt werden. Ebenso konnte kein eindeutiger Effekt der Lagerungsdauer und -bed-ingungen auf das Gebäckvolumen nachgewiesen werden. Die visuelle Untersuchung der aus den Proben hergestellten Kleingebäcke hat eine Präferenz für helle Brötchen ergeben. Dieser Präferenz entsprachen die Gebäcke aus Proben der Sorte Centrum nach Vorfrucht Zuckerrübe und Fungizidbehandlung, welche durch einen geringen Fusarium-Befall und damit geringeren DON-Gehalt gekennzeichnet waren.

SchlussfolgerungDie Ergebnisse zeigen, dass der Fusarium-Befall der Pflanze während des Wachstums auch während der Lagerung des Erntegutes Einfluss auf eine weitere DON-Bildung und Inhaltsstoffveränderungen hat. Dabei bleibt insbesondere die Wirkung der Einflussfaktoren Vorfrucht und Sortenanfälligkeit erhalten.

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Literatur[1] Bottalico A. & G. Perrone (2002): Toxigenic Fusarium species and mycotoxins associated with head blight in small-grain cereals in Europe. Eur. J. Plant Pathol., 108 (7), 611 – 624. [2] Dexter J. E., R. M. Clear, K. R. Preston (1996): Fusarium head blight: effect on the milling and baking of some Canadian wheat. Cereal Chem. 73 (6), 695–701.

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Identifizierung von Genen zur Reduktion der Mykotoxinbildung durch Transkriptomics

E. Graf*, C. Lawrence**, H.X. Dang**, R. Geisen* * Max Rubner-Institut, Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und Gemüse Haid-und-Neu-Str. 9, 76131 Karlsruhe** Virginia Bioinformatics Institute, Facility I, Blacksburg, VA 24061-0477, USA

EinleitungAlternaria alternata kontaminiert häufig Obst und Gemüse und kann dabei eine Vielzahl von Mykotoxinen bilden, unter anderem Alternariol (AOH). Die Bildung der Mykotoxine ist von Umweltbedingungen und dem Habitat abhängig. Osmolyten haben einen starken Einfluss auf die Alternariolbiosynthese [1]; schon eine Konzentration von 0,5 % NaCl kann die Alternariolbiosynthese vollständig hemmen. Osmotischer Stress wird über den HOG-Signalweg durch eine Phosphorylierungskaskade übermittelt [2]. Die Regulation auf der Ebene der HOG-Phosphorylierung ist essentiell für die Alternariolbiosynthese.

Material und MethodenDas Transkriptom wurde durch eine suppression subtractive hybridization (SSH) mit dem PCR-Select cDNA Sub-traction Kit (Takara Bio Europe/ Clontech, Saint-Germain-en-Laye, FR) erfasst. Mit der SSH wurden die differenziell exprimierte Gene von YES-Medium (Alternariolbildung) und YES-Medium supplementiert mit 5 % NaCl (Alternariol-bildung inhibiert) angereichert. Die isolierten differentiell exprimierten Gene wurden anschließend sequenziert und mithilfe des BLAST Algorithmus mit homologen Sequenzen in der NCBI Datenbank verglichen.

Ergebnisse und DiskussionBei der SSH-Studie wurden 25 Expressed Sequence Tags (EST) bei AOH-Bildungsbedingungen erhalten. Darunter befanden sich Gene für die Zellzykluskontrolle, Mitose und Regulation des Zytoskeletts. Weiterhin wurden Trans-porter identifiziert, die für den Mykotoxinexport aus der Zelle geeignet sind sowie Enzyme für die Modifikation von Sekundärmetaboliten. Unter osmotischem Stress wurden 6 EST differentiell exprimiert, darunter einige Gene für die Stressantwort. Als Teil der Regulation wurde ein Gen der haloacid dehalogenase (HAD) Familie identifiziert, die antagonistisch zu Kinasen regulatorische Enzyme wie HOG dephosphorylieren.

SchlussfolgerungIn weiteren Untersuchungen konnte ein Anstieg der Genexpression von HAD bei steigendem NaCl-Gehalt in Korrela-tion zur Abnahme der HOG-Phosphorylierung und der AOH-Bildung festgestellt werden. Aktuell wird ein Knock-Down des HAD-Gens durchgeführt, um einen tieferen Einblick in die Funktion von HAD bei der AOH-Regulation zu erhalten. Im weiteren Verlauf sollen Einflussfaktoren erörtert werden, die die Genexpression von HAD verstärken und somit restriktiv auf die Biosynthese von AOH einwirken können.

Literatur[1] G Pose, A Patriarca, Y Kyanko, A Pardo, V Pinto (2010) Water activity and temperature effects on mycotoxin production by Alternaria alternata on a synthetic tomato medium. International Journal of Food Microbiology 142, 348-353.[2] MC Gustin, J Albertyn, M Alexander, K Davenport (1998) MAP kinase pathways in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Microbiology and Molecular Biology Review 62, 1264-1300.

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Anreicherung von Glucosinolat-Hydrolyseprodukten in Brassica pekinensis durch steigende S-Ernährung und deren Einfluss auf die Nrf2-Transaktivierung in HT-29 Zellen

C. A. C. Heyer*, M. Reichelt**, K. Witzel*1, A. E. Wagner***, G. Rimbach3, K. H. Mühling** Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde der Christian-Albrechts Universität zu Kiel, Hermann-Rodewald-Straße 2, D-24118 Kiel** Max-Planck-Institut für Chemische Ökologie, Hans-Knöll-Straße 8, D-07745 Jena *** Institut für Humanernährung und Lebensmittelkunde der Christian-Albrechts Universität zu Kiel, Hermann-Rodewald-Straße 6, D-24118 Kiel1aktuell: Leibniz Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau, Theodor-Echtermeyer-Weg 1, D-14979 Großbeeren

EinleitungDie sekundären Pflanzeninhaltsstoffe Glucosinolate (GLS) und deren Hydrolyseprodukte sind vorwiegend in Brassica-caea vertreten. Schwefel (S) und Stickstoff (N) sind bedeutende Bestandteile dieser Metabolite und stehen zur Dis-kussion sowohl deren Konzentration als auch Muster zu beeinflussen. Die Hydrolyseprodukte (GLS-HP), z.B. Isothio-cyanate (ITC), Nitrile und Thiocyanate, sind insbesondere für ihre antioxidative Wirkung bekannt. Diese kann mittels der Aktivität des Transkriptionsfaktors Nrf2 und der daraus resultierenden Genexpression antioxidativer Enzyme, wie Glutathion-S-Transferase, erfasst werden. Die Arbeit sollte klären, ab welchem S-Angebot es zu einer signifikanten Steigerung der GLS-HP-Konzentration kommt. Darüber hinaus wurde im Zellversuch die Nrf2-transaktivierende Wirkung des mit GLS-HP angereicherten Pflanzenmaterials analysiert.

Material und MethodenIm Versuch wurde Chinakohl (Brassica rapa L. ssp. pekinensis Yuki) mit steigender S- (0, 10, 30, 60, 100, 300, 600 mg/Gef.) und konstanter N-Düngung (1,52 g/Gef.) in Mitscherlich Gefäßen angezogen. S- und N-Konzentration wur-den mittels Elementaranalyse, Sulfat- und Nitrat-Konzentration mittels Ionenchromatographie, GLS-Konzentration und -Muster mittels HPLC, sowie Konzentration und Muster der GLS-HP mittels GC-MS/MS ermittelt. Das frische Pflanzenmaterial wurde mit phosphatgepufferter Salzlösung zerkleinert und auf Colonkarzinomzellen (HT-29) auf-getragen. Mittels Luciferase-Reportergenassay wurde die Nrf2-Transaktivierung erfasst.

Ergebnisse und DiskussionSteigende S-Ernährung resultierte in einer signifikanten Steigerung der FM, N, S, Nitrat, Sulfat und der GLS-Konzen-tration (0,186 zu 15,413 µmol/g TM). Die Konzentration der GLS-HP stieg ebenfalls an (~0,00 zu 0,71 µmol/g TM). Das GLS-Muster veränderte sich von indolischen GLS (Neoglucobrassicin, Glucobrassicin) und niedriger GLS-HP-Konzentration in S-limitierten Pflanzen hin zu vorwiegend indolischen GLS (Glucobrassicin), mit steigender Tendenz aliphatischer GLS (Glucobrassicanapin, Gluconapin) und GLS-HP (4-Pentenyl-ITC, 3-Butenyl-ITC, 2-methyl-propyl-ITC). Das Luciferase-Reportergenassay deckte eine teils signifikant gesteigerte Nrf2-Transaktivierung auf.

SchlussfolgerungEine steigende S-Ernährung führte zu einer signifikanten Erhöhung der S-Konzentration sowie auch der GLS- und GLS-HP-Konzentration. Das Muster konnte zudem deutlich von indolischen zu aliphatischen GLS und einem ger-ingem GLS-HP-Gehalt zu aliphatischen GLS-HP verschoben werden. Erste Ergebnisse mit Pflanzenextrakten zeigten, dass die durch S erhöhten Konzentrationen an GLS und GLS-HP die Transaktivierung des Transkriptionsfaktors Nrf2 signifikant induzieren konnten.

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Literatur[1] HOLST, B. und WILLIAMSON, G.: A critical review of the bioavailability of glucosinolates and related compounds. Natural Product Reports. 21:425-447 (2004)[2] NHO, C. W. und JEFFERY, E.: The Synergistic Upregulation of Phase II Detoxification Enzymes by Glucosinolate Breakdown Products in Cruciferous Vegetables. Toxicology and Applied Pharmacology 174:146–152 (2001)

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High genotypic variation of cocktail tomato chilling injury after different postharvest treatments

I. Smit*, M. Settelmeier*, E. Pawelzik*, B. Horneburg*** Georg-August-Universität Göttingen, Department of Crop Sciences, Section Quality of Plant Products, Carl-Sprengel-Weg 1, 37075 Göttingen** Georg-August-Universität Göttingen, Department of Crop Sciences, Section Plant Breeding, Von-Siebold-Str. 8, 37075 Göttingen

IntroductionAmong fresh vegetables tomatoes reach the highest per capita consumption in Germany in the last decade with an increasing market share of cocktail tomatoes. The majority of tomatoes have to be imported from other European countries like Spain, Italy and the Netherlands (Niehues 2005). Tomatoes belong to the chilling sensitive fruits which restricts storage and transport at cold temperatures. Immature harvested fruits that have a longer shelf life and less susceptibility against mechanical damage should be stored at temperatures above 13°C (Böttcher 1996). To increase chilling tolerance many investigations were conducted investigating postharvest treatments of fruits at high or low temperatures before storage (Sevillano et al. 2009, Wang 1993). The aim of our study was to test possibilities of postharvest treatments to increase chilling tolerance of new cocktail tomato genotypes and to explore if genotypic differences exist after the treatments.

Material and methodsFruits of three cocktail tomato genotypes genotypes selected in the Organic Outdoor Tomato Project (Horneburg and Becker 2011) were stored and treated at four temperature regimes: (1) control treatment at 21°C, (2) chilling at 2°C afterwards ripening at 21°C, (3) heat treatment (HT) for 2 d at 38°C and (4) low temperature conditioning (LTC) for 4 d at 12°C and subsequently 4 d at 8°C afterwards 2°C storage. As quality parameters colour, weight loss, texture and sugar-acid-ratio was measured and to determine chilling injury a visual evaluation of the severity of symptoms (mainly brown sunken areas and fungal infection) was conducted.

Results and discussionThe main effect on chilling susceptibility was related to the genotypes: At 2°C storage breeding line 226-11 devel-oped the highest score of chilling symptoms relative to fruit surface followed by cv. Primavera and cv. Resi with the lowest score (Tab. 1). Brown sunken areas and fungal infection were reduced after HT for the least susceptible cv. Resi and the medium susceptible cv. Primavera. HT can induce the formation of heat shock proteins in tomatoes which may have several positive effects during cold storage (Sevillano et al. 2009). To explore if the genotypes dif-fer in their protein formation after HT the analysis of the proteome with gel electrophoresis should be conducted in future studies. While chilling injury was reduced for two cvs. none of the postharvest treatments improved colour and sugar-acid-ratio, reduced weight loss and did not influence the texture in comparison to cold storage without treatment.

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Tab. 1: Evaluation of chilling symptoms of three genotypes harvested at breaker stage and stored under 4 different conditions. Each storage condition was compared with 2°C storage and with U-Test (ns not significant; significant at *p ≤ 0.05). n.d. not determined.

Storage conditionsGenotype 21°C 2°C HT LTC Chilling symptoms (% of fruit surface)Primavera 0* 37 61* n.d.226-11 0* 57 74* 62nsResi 0* 7 28* 33* Chilling symptoms (affected of fruits in %)Primavera 0* 100 100ns n.d.226-11 0* 100 100ns 100nsResi 0* 95 87ns 95ns Fungal infection (infected of fruits in %)Primavera 0* 100 87* n.d.226-11 0* 82 100* 100*Resi 0* 33 38ns 64* Brown sunken areas (affected of fruits in %)Primavera 0* 87 82ns n.d.226-11 0* 85 100* 74nsResi 0* 95 38* 82ns

ConclusionResults indicated a high genotypic variation among cocktail tomatoes. Postharvest treatments did not improve fruit quality in comparison to cold storage without previous treatments at high or low temperatures. Nevertheless, HT reduced formation of brown sunken areas and fungal infection for two of the three tested genotypes with lower susceptibility.

Literatur[1] H Böttcher (1996) Frischhaltung und Lagerung von Gemüse. Ulmer Verlag. [2] B Horneburg, HC Becker (2011) Selection for Phytophthora field resistance in the F2 generation of organic outdoor tomatoes. Euphytica 180, 357-367. [3] L Sevillano, MT Sanchez-Ballesta, F Romojaro, FB Flores (2009) Physiological, hormonal and molecular mechanisms regulating chilling injury in horticultural species. Postharvest technologies applied to reduce its impact. Journal of the Science of Food and Agriculture 89, 555-573. [4] R Niehues (2005) Die kleine Marktstudie: Tomaten. Gemüse 9/2005, 48-50.[5] CY Wang (1993) Approaches to reduce chilling injury of fruits and vegetables. Horticultural Reviews 15, 62-95

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Regulation der Mykotoxinbiosynthese in Penicillium verrucosum als Adaption an Wachstum unter oxidativem Stress

D.A. Stoll, M. Schmidt-Heydt, R. GeisenMax Rubner-Institut, Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und GemüseHaid-und-Neu-Str. 9, 76131 Karlsruhe

EinleitungNach Schätzungen der WHO sind bis zu 25 % der jährlichen Welternte durch Schimmelpilze und deren Mykotoxine belastet. Aus diesem Grund ist es notwendig die Regulation der Mykotoxin-biosynthese auf molekularer Ebene zu verstehen, um Vermeidungsstrategien entwickeln zu können, die es ermöglichen die Kontamination von Lebensmit-teln mit Schimmelpilzen und deren Mykotoxine zu verringern. Verschiedene Umweltparameter, insbesondere Param-eter die den oxidativen Status verändern, können einen starken Einfluss auf die Mykotoxinbiosynthese haben.Im Folgenden wurde der Einfluss von oxidativem Stress auf die Regulation der Mykotoxine Ochratoxin A und Citrinin untersucht, die beide von P. verrucosum gebildet werden können. Oxidativer Stress wurde durch Wachstum auf un-terschiedlichen Konzentrationen an Kupfersulfat, Kaliumnitrit oder durch Bestrahlung mit kurzwelligem Licht erzeugt, was zu einer erhöhten Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) führte. Analysiert wurden die Parameter Wachstum, Mykotoxin-biosynthese und intrazelluläre Konzentration an ROS in Penicillium verrucosum.

Material und MethodenP. verrucosum BFE 808, ein typischer Ochratoxin- und Citrininbildner, sowie P. verrucosum BFE 613, ein Stamm der kein Toxin bildet, wurden unter den folgenden Bedingungen wachsen gelassen: 7 Tage Inkubation bei 25°C auf MG-Nährmedium welches mit 0-40 mg/l CuSO

4 substituiert wurde, bzw. auf YES-Nährmedium mit 0-6 g/l KNO

2.

Zur Induktion des oxidativen Stresses durch Licht, wurde der entsprechende Stamm auf YES Medium inokuliert und 7 Tage bei 20°C unter Blaulicht der Wellenlänge 455 nm bzw. im Dunkeln inkubiert. Anschließend wurde die Wach-stumszunahme des Myzels ermittelt. Die Bestimmung der Mykotoxin-biosynthese erfolgte mittels HPLC. Die Konzen-tration an ROS wurde mit dem OxiSelectTM In Vitro ROS/RNS Assay Kit von CELL BIOLABS, INC. bestimmt.

Ergebnisse und DiskussionAuf kupfersulfathaltigem Medium war mit steigender Konzentration an Cu2+ bei beiden Stämmen von P. verrucosum keine Veränderung im Wachstum zu erkennen, das Wachstum auf kaliumnitrit-haltigem Medium war hingegen mit steigender NO

2- Konzentration eingeschränkt. Auch bei einer Inkubation unter Blaulicht war das Wachstum im Ver-

gleich zur Dunkelkontrolle signifikant gehemmt. Im toxinbildenden Stamm, BFE 808, kommt es bei einer Zunahme an Cu2+ und NO

2-, aber auch unter Blaulicht, zu einer mutuellen Verschiebung der Mykotoxinbiosynthese von Ochratoxin

A zu Citrinin. Im Nicht-Toxinbildner nimmt der oxidative Stress sowohl unter Blaulicht, als auch unter steigenden Cu2+ und NO

2- -Konzentrationen zu, während er im Toxinbildner mit zunehmender Citrininbiosynthese jeweils abnimmt.

SchlussfolgerungEs konnte gezeigt werden, dass eine steigende Konzentration an Cu2+ und NO

2- im Medium und Wachstum unter

Blaulicht zu einer Induktion des oxidativen Stresses in Penicillium verrucosum führt. In Penicillium verrucosum erfolgt eine Adaptation an oxidativen Stress durch mutuelle Regulation der Mykotoxinbiosynthese, indem vermehrt Citrinin gebildet und die Bildung von Ochratoxin A verringert wird. Citrinin, ein Coumarinderivat, hat antioxidative Eigenschaften [1] und führt daher wie gezeigt zu einer Verringerung des oxidativen Stresses. Darüber hinaus fungi-ert Citrinin als Lichtprotektans wie vorher in eigenen Arbeiten und durch Arbeiten anderer Arbeitsgruppen gezeigt werden konnte [2]. Die Biosynthese von Ochratoxin A wird unter den gezeigten Bedingungen verringert.

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Literatur[1] EM Heider, JK Harper, DM Grant, A Hoffman, F Dugan, DP Tomer, KL O’Neill (2005) Exploring unusual antioxidant activity in a benzoic acid derivative: a proposed mechanism for citrinin. Tetrahedron 62, 1199-1208[2] FC Størmer, P Sandven, HS Huitfeldt, W Eduard, A Skogstad (1998) Does the mycotoxin Citrinin function as a sun protectant in conidia from Penicillium verrucosum? Mycopathologia 142, 43-47

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Molekulargenetische Identifizierung der Obstsorten am KOB

H. Xuan und M. BücheleKompetenzzentrum Obstbau-Bodensee (KOB), Schuhmacherhof 6, 88213 Ravensburg

Bisher wurden und werden zur pomologischen Sortenidentifizierung fast ausschließlich phänotypische Merkmale herangezogen. Allerdings unterliegen phänotypische Ausprägungen oftmals modifizierenden Einflüssen durch den Standort, die Unterlage, die Pflegemaßnahmen und die Witterung, was eine zuverlässige Sortenidentifizierung erhe-blich erschwert. Auch vor dem Hintergrund zunehmender Variabilität von Mutanten stößt die traditionelle Sorten-bestimmung immer wieder an ihre Grenzen. Als Konsequenz daraus wird Verstößen gegen Lizenznutzungsbestim-mungen oder in der Qualitätskontrolle von Obst im Lebensmitteleinzelhandel häufig nicht nachgegangen.Mit genetischen Markern können durch DNA-Fingerprints unbekannte Sorten erkannt werden. Desweiteren sind durch DNA-Fingerprints bereits identifizierte Sorten mit den Fingerprints unbekannter Proben vergleichbar, falls die Sorten in der Datenbank bereits hinterlegt sind. Die Vaterschaft, Geschwisterschaft oder Verwandtschaft bei Obst-sorten kann dadurch festgestellt werden. Die Methoden zur Sortenidentifizierung wurden am KOB bei Apfel (Xuan, 2007; Xuan et al. 2010), Birne (Xuan, 2008), Quitte (Spann et al. 2011), Zwetschge (Xuan et al. 2010), Himbeere und Brombeere (Fritzmann et al. 2011), Erdbeere (Fritzmann et al. 2012), Süß-, und Sauerkirsche (Xuan et al. 2009) etabliert.Zur Analyse wurden gesunde, junge und frische Blätter entnommen. Die Proben wurden sofort verarbeitet oder gefriergetrocknet und bei -32°C bis zur Analyse aufbewahrt. Zur Charakterisierung der Obstsorten wurden 12 SSR-Marker für Apfel, 15 SSR-Marker für Süß- und Sauerkirschen, 17 SSR-Marker für Quitten, 7 SSR-Marker für Zwetschgen, 11 SSR-Marker für Himbeere und Brombeere, 6 SSR-Marker für Erdbeere aus der Literatur und interna-tionalen Genbank ausgewählt. Die Gewinnung der genomischen DNA erfolgt mittels ein Mini-Pflanzen-Kits der Firma Qiagen. Die PCR-Produkte wurden durch ein 8-Kapillarsequenzierer (CEQ 8000, Beckman & Coulter) detektiert. Die ausgewählten SSR-Marker wurden nach Menge, Länge und Frequenz der Allele sowie Genvielfältigkeit (PIC) evaluiert. Mit molekulargenetischer Verfahren wurden bei unterschiedlichen Obstarten anhand von molekularen Markern die verschiedenen Sorten genetisch identifiziert. Das KOB stellt die Sortenidentifizierung der Praxis als Dienstleistung zur Verfügung.

Literatur[1] Fritzmann, C., Muster, G. und Xuan, H. 2011. A genetic method to identify raspberry (Rubus idaeus) and blackberry (R. fruticosus) cultivars by microsatellites (SSR). XIII Eucarpia Symposium on Fruit Breeding and Genetics. Warsaw, Poland. Sept. 11-15, 2011. (submitted).[2] Fritzmann, C., Schilling, K. und Xuan, H. 2012. A microsatellite (SSR)-based genetic method to identify strawberry (Fragaria x ananassa) cultivars. 7th International Strawberry Symposium. 18th-22th Feb. 2012, Beijing, P. R. China. (submitted).[3] Spann, D., Neumueller, M und Xuan, H. 2011. Identifying quince (Cydonia oblonga) cultivars by means of apple- and pear microsatellites. XIII Eucarpia Symposium on Fruit Breeding and Genetics. Warsaw, Poland. Sept. 11- 15, 2011. (submitted)[4] Xuan, H. 2007. Identifying of old apple varieties by SSR primers. Acta Hort. No. 760: 149-156.[5] Xuan, H. 2008. Identifying European pear (Pyrus communis L.) cultivars by using apple SSRs. Acta Hort. No. 800: 439-446.[6] Xuan, H., Ding, Y., Neumueller, M., Moeller, O. und Buechele, M. 2010. Microsatellite markers (SSR) as a tool to assist in identification of European plum (Prunus domestica). 28th IHC Lisboa 2010. Acta Hort (in print).[7] Xuan, H., Mayr, U. und Buechele, M. 2010. Fingerprinting practices applied to the KOB heritage apple cultivars using SSRs as proposed by the ECPGR_FN. Acta Hort. No. 859. 183-190[8] Xuan, H., Wang, R., Möller, O., Büchele, M. und Hartmann, W. 2009. Microsatellite markers (SSR) as a tool to assist in identification of sweet (Prunus avium) and sour cherry (Prunus cerasus) cultivars. Acta Hort. No. 839: 507-514.

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Max Rubner-InstitutBundesforschungsinstitut für Ernährung und Lebensmittel

Adresse Haid-und-Neu-Straße 9, 76131 Karlsruhe Telefon +49 (0)721 6625 451/452 Fax +49 (0)721 6625 453 E-Mail institut.og@mri.bund.de Internet www.mri.bund.de

Deutsche Gesellschaft für Qualitätsforschung (Pflanzliche Nahrungsmittel) e.V.

Adresse Hermann-Rodewald-Strasse 2, 24118 Kiel Telefon +49 (0)431-880-3189 Fax +49 (0)431-880-1625 E-Mail khmuehling@plantnutrition.uni-kiel.de Internet www.dgq.jki.bund.de