Zeitschrift Ffir

Lebensmittel-Untersuchung und-Forschung 136. B A N D / H E F T 2 A B G E S C t t L O S S E N A M 15. J A N U A R 1968

Untersuchungen tiber Weizenproteine I I . Mitteilung

Einf luB d c r S t a n d o r t b e d i n g u n g e n a u f d a s e l e k t r o p h o r e t i s c h e Y e r h a h e n y o n G l i a d i n , G l u t e n i n u n d G e s a m t k l e b e r

(L KLoos*

Mitteilung au8 der Deutschen Forschungsanstalt ]i~r Lebensmittelchemle Mi~nchen

Eingegangen am 14. August 1967

In der ersten Mitteilung dieser Untersuehungsreihe (1) waren die Beziehungen zwischen Gliadin, Glutenin und Gesamtkleber yon vier Sorten Winterweizen hinsichtlich ihrer Zusammen- setzung bei elektrophoretiseher Auftrermung untersueht und die Bausteinanalysen dieser EiweiB- stoffe durchgeffihrt worden. In allen drei Proteinen traten Komponenten mit gleicher bzw. sehr ~hnlieher elektrophoretiseher Bewegliehkeit auf, wobei Gliadin die beste Differenzierung zeigte, bei Glutenin in der Regel fiber die H~lfte der Ges~mtsubstanz auf die ce-Komponente entfiel und beim Gesamtkleber eine zusKtzliehe schnellwandernde Komponente auftrat, die vermutlieh dem Albumin oder Globulin entstammt. Signifikante Sortenunterschiede konnten nur bei Gliadin fest- gestellt werden. In einer neueren Arbeit fiber Weizenproteine (2) wurde die ~ypothese aufgestellt, Glntenin sei im wesentliehen Anteil durch intermolekulare S-S Bindungen aus Gliadinkomponen- ten aufgebaut. Diese Ansicht wir4 gestfitzt dureh Befunde an reduziertem Glutenin und Gliadin (3), die bei Stiirkegel-Elektrophorese Komponenten gleieher oder ~hnlicher Bewegllchkeit auf- wiesen. Aneh immunologische Tests haben ergeben, dab Gliadin und Glugenin die gleiche Antigen- struktur besitzen (4), wenn auch naeh diesen Untersuchungen letzteres nieht als einfaches Poly- meres dureh S-S Bindungen aus ersterem entstanden sein kann. In die gleiche Richtung deuten Fingerprintanalysen yon Gliadin und Glutinin (5) nach enzymatisehem Abbau der beiden EiweiB- stoffe mit Proteasen (Papain, Pepsin und Chymotrypsin), die in allen Fi~llen eine groSe ~hnlich- kei$ zeigten und darauf sehlieBen lassen, dab eine weitgehende Identit~t in der Aminos~ure- sequenz yon wesent]ichen Teilen der Polypeptidketten in Gliadin und Glutenin besteht.

I n der vorhegenden Arbe i t soll te un te r such t werden, in welchem AusmaB der EinfluB der S t andor tbed ingungen d. h. des Anbaugeb ie tes bei gleiehen Sof ten sieh auf das e lek t rophore t i sche Verha l ten der Weizenpro te ine auswirkt . Dabe i war yon In teresse , ob dem Staador te in f lu$ oder dem SorteneinfluB eine dominierende Rolle zuzuschreiben is t oder ob beide unabh~ngig vone inander im e lek t rophore t i sehen Komponen tenve rh~ l tn i s zum Ausdruck kommen. Unte r suehungen fiber den Stand- orteinfluB auf die Zusammense tzung des Hordeins , des Pro lamins der Gerste (6), b a t t e n ergeben, dab bei 22 Gers tensor ten, die jeweils an drei versehiedenen S tand- o r ten in B a y e r n im J a h r e 1959 angebau t wurden, eine ausgepr~gte S tandor tabh~ngig- ke i t zu verzeichnen war und daneben sich keine oder n u t geringe Sor~eneinflfisse er- kennen lieSen.

Experimenteller Teil A. Untersuchungsmaterial

Zur Darstellung der Proteiue des Weizenglutens wurden die beiden Sorten ,,Jubilar" und ,,Markus" der Ernte 1965 verwendet, die an folgenden drei Standorten Bayerns angebaut waren:

* Frau I~G~,LORn BO~YS danke ich fiir technische Assistenz bei der Durchffihrung der Analysen. 5 Z. Lebensmitt.-Untersuch., Band 136

66 G. KLoos:

1. Pulling bei Freising (Oberbayern) ; 2. Klosterzimmern bei NSrdlingen (Schwaben) ; 3. W611ers- hof bei Neustadt a. d. Waldnaab (Oberpfalz). 1

Die klimatischen Verhiiltnisse und Bodenbesehaffenheitsfaktoren dieser Anbaugebiete sind in Tab. 1 zusammengefal~t:

Tabelle 1. Klimatische Faktoren und Bodenbescha#enheit der Anbaugebiete

Faktoren Pulling Klosterzimmern W611ershof

ItShe fiber NN (m) durehschnit$1, gahresniederschl~ge (mm) durehsehn. Temp. 1965 (° C)

Bodenart pt{ Bodenwertzahl

450 433 420 770 634 828

7,7 7,2 6,6

humoserAuenboden boniger Lehm lehmiger Sand 7,2 6,9 6,1

62 68 32

B. Versuchsanordnung und Methodik Die Darstellung des Glladins, Glutenins und Gesamtklebers erfolgte naoh den in Mitt. I (1)

beschriebenen Verfahren. Zur elektrophoretisehen Auftrennung dienten LSsungen yon Gliadin (2,5%), Glutenin (1,0%) und Gesamtkleber (1,5%) in n-Essigs~ure. :Naeh 48 stfindiger Dialyse gegen das LSsungsmittel wurden die elektrophoretischen Analysen in einer Tiselius-Elektro- phoreseapparatur der Fa. Phywe, GSttingen bei einem Spannungsgef~lle yon 6,4--7,9 V/era und einer Laufzeit yon 60--90 rain durchgefiihrt.

Ergebnisse und Diskussion

I n Tab. 2, 3 und 4 s ind die r c la t iven K o m p o n e n t e n v e r M l t n i s s e nach e]ektro- phore t i scher Auf t r ennung yon Gliadin, Glu ten in und Gesam~kleber zusammenges te l l t .

Tabelle 2. Elektrophoretische A u/trennung des Gllacllns

Weizensorte Standort

,,Jubilar" Pulling Klosterzimmern WSllershoi

,,Markus" Pulling Klosterzimmem WSllershof

Komponent enverh~ltnis

i n% in% i n % in%

20 45 21 14 25 39 22 14 38 32 17 13

30 35 27 8 23 39 30 8 34 38 19 9

Tabelle 3. Elektrophoretische Au/trennung des Glutenius

Weizensorte Standort

,,Jubilar" Pulling Klosterzimmern WSllershof

,,Markus" Pulling Klos~erzimmern

Komponentenve~tn i s a ~ y

m % m % m % m %

53 19 18 10 45 28 16 11 49 24 16 11

49 20 20 11 42 31 11 16

1 Die Weizenproben wurden uns yon der Saatzuehtwirtschaft Walter Engelen, Bfichling, durch Vermittlung fiber die Bayerische LandessaaSzuehtanstalt, Weihenstephan, freundlieherweise zur Verfiigung gestellt, woffir wir Herrn OI~R tto~sE~ zu besonderem Dan]~ verpfiichte~ sind.

Un~ersuchungen fiber Weizenproteh~e. II 67

Die Ergebnisse der Tab. 2 zeigen, dab bei Gliadin der Sorte ,,Jubilar" signifi- kante Unterschiede in einer gegenl~ufigen Absttffung der ~- und fl-Komponente zum Ausdruck kamen, w~hrend die y- und eo-Komponenten sich nicht wesentlich untersehieden. So ist beim Standort Pulling der niedrigste Gehalt an ~-Komponente und der hSchste an/~-Komponente zu verzeiehnen, wi~hrend beim Standort WS1]ers- hof umgekehrt einem hSchsten ~.-Gehalt der niedrigste fl-Gehalt gegen/ibersteht. Der Standor~ Klosterzimmern nimmt dabei eine Mittelstellung im Gehalt beider Komponenten ein. Bei der Sorte ,,Markus" war eine ithnliche Abstufung in geringerem AusmaB zwisehen ~- und y-Komponenten feststellbar, wobei jedoeh Klosterzimmern und WSllershof die Extremwerte zeigten nnd Pulling die Mittelstellung bildete. Dagegen erschienen bier die /~- und co-Komponen- ten ohne wesentliche ¥eri~nderungen bei allen 3 Standorten. Als charakteristi- seher Sortenuntersehied erwies sich der Gehalt an ~o-Komponente, der bei ,,Jubilar" bei allen 3 Standorten in konstantem Verh~ltnis betr~chtlich hSher lag als bei ,,M~xkus". Die Verh~ltnisse bei Glutenin sind nach Tab. 3 nieht so deutlich aus- gepr/igt wie bei Gliadin. Lediglieh bei ,,Jubilar" war eine /~hnliehe Absttffung der ~- und fl-Komponenten festznstellen, wobei jedoch Pulling und Klosterzimmern die Extremwerte bildeten. Bei der Sorte ,,Markus" (yon der wegen Materialmangels yore Standort WSllershof keine Elektrophorese durehgef/ihrt werden konnte) ist eine gegenl/~ufige Abstufung zwisehen ~- und y-Komponente einerseits gegenfiber der /~- und w-Komponente andererseits ersichtlieh. Eine sortenabh~ngige Differen- zierung lieB sieh bei Glutenin nicht erkennen.

Tabelle 4. Elektrophoretische A u/trennung des Gesamtklebers

Weizensorte Standor~

,,Jubilar" Pulling Klosterzimmern W61lershof

,,lV[arkus" Pulling Klosterzimmern WSllershof

Komloonentenverh~ltnis

6 37 50 7 8 36 46 10 9 45 39 7

16 26 44 14 6 21 65 8

12 41 31 16

Im Gesamtkleber nach Tab. 4 konnte auf Grund der apparenten Bewegliehkeit, wie bereits in Mitt. I beriehtet, keine co-Komponente mehr festgestellt werden. Daffir t ra t eine sehnellwandernde Fraktion auf, die wahrseheinlieh den salzl6slichen Pro- teinen entstammt, und mit ~o bezeiehnet wurde. Bei , Jubf lar" war im Vergleieh zu G]iadin eine analoge ]edoch weniger ausgepr~gte Abstufung zwisehen ~0- und ~- einerseits und ~-Komponente andererseits bei gleiehen Standortextremwerten ~est- zustellen. , ,~arkus" zeigte wieder in Analogie zu Gliadin eine Abstufung zwisehen den gleiehen Standorten jedoeh zwisehen ~- und y-Komponente auf der einen und der fl-Komponente auf der anderen Seite. Aueh bei Gesam~kleber sind keine sorten- m~Big bedingten Untersehiede vorhanden.

Der Vergleieh des elektrophoretisehen Verhaltens der drei Weizenproteine ~fihrt zu dem SehluB, dab der EinfluB des Anbaugebiets auf das elektrophoretisehe Kom- ponentenverh/iltnis bei Gliadin am deutlichsten ausgepr~gt ist, wobei der Sorten- einfluB unabh~ngig davon zum Ausdruck kommt. Bei Glutenin nnd Gesamtkleber 5*

68 G. KLOOS: Untersuchungen fiber Weizenproteine. II

kann neben der weniger deutlichen standortbedingten Diffcrenzierung keine Sorten- abh/~ngigkeit festgestellt werden. Der Gesamtkleber 1/il~t eine J~hnlichkeit in der Komponentenabstufung zu der des Gliadins naeh Standort und Sorte erkennen.

Verschiedene Ergebnisse neuerer Untersuchungen lassen sich in gleicher Rich- tung deuten. Dutch St/irkegelelektrophorese der wasserlSsliehen Proteine yon einer gr6Beren Anzahl yon Weizenmehlen war festgestellt worden (7), dab wesentliche Sortenunterschiede nur in den Komponenten mit niedriger elektrophoretischer Be- wegliehkeit (Gliadin) auftauehten, w/ihrend die Komponenten mittlerer Beweglich- keit (Albumin) bei allen Sorten gleich waren und wahrscheinlich sin genetisches Gattungsmerkmal des Weizens darsteUen. Andere Befunde der gleiehen Arbeit kSnnen so gedeutet werden, dal~ einige Fraktionen, die die morphologisehen Eigen- schaften des Weizens widerspiegeln, in gewissem AusmaB dureh Umweltfaktoren be- einfluBt werden kSnnen.

KOESIG u. Mitarb. (8) tanden bei elektrophoretischer Untersuchung de rmi t 0,1 n- Essigs/iure extrahierbaren Proteine yon 5 Weizensorten aus 6 verschiedenen Anbau- gebieten der Vereinigten Staaten neben Sortenunterschieden cbenfalls standort- bedingte Abweichungen in kleinerem Ausmal~. Die sortenbedingten Unterschiede waren dabei haupts~chlich ira Bereich der ~o-Komponenten zu finden, w£hrend standortabh/ingige Differenzierungen im Bereich der ~-, fl- und y-Komponenten auftauchten. Diese Abweichungen wurden jedoch ffir die verschiedenen Standorte nicht immer fibereinstimmend gefunden.

Interessant sind in diesem Zusammenhang Untersuehungen fiber den Thiamin- gehalt yon Weizen (dessen HShe in konstantem Verh£1tnis zum Proteingehalt steht) in Abh/~ngigkeit yon Sorte, Anbauort und Anbaujahr (9). Eine statistische Auswer- tung ergab n/imlieh, dab nieht die Sortenmerkmale, sondern der Anbauort einen dominierenden Einflul~ auf dis tIShe des Vitamin B1-Gehalts unter deutschen Ver- h/~ltnissen ausfibt. Eine varianzanalytische Auswertung des Thiamingehalts von 16 verschiedenen Weizensorten aus 5 Anbaugebieten zeigte, dab nur zwisehen Anbau- orten charakteristische Untersehiede vorlagen. Dem Einflu[3 yon Sorte und Anbau- gebiet fiberlagert sich schlieBlich noeh der des Anbaujahres, d .h . des j/~hrliehen Witterungsablaufs, der hinsiehtlich des Thiamingehalts fiber die beiden andcren dominieren kann. So lassen sich auch im elektrophoretischen Verhalten der Weizen- proteine gesieherte Schlfisse nur ziehen, wenn Untersuchungen an einer grSl3eren Anzahl yon Weizensortcn yon mehreren Standorten fiber mehrere Anbaujahre vor- liegen.

Zusammen/assung Gliadin, Glutenin und Gesamtkleber yon 2 Weizensorten, dis an 3 verschiedenen

Standorten in Bayern angebaut wurden, zeigten untersehiedliche standortbedingte Differenzierungen bei elektrophoretiseher Auftrennung. Am deutliehsten ausgepriigt war der Einflul~ des Anbaugebiets auf das Komponentenverhgltnis bei Gliadin, das unabhgngig davon aueh einen SorteneinfiuB im Gehalt der Komponenten mit der kleinsten Beweglichkeit erkennen lieB. Dagegen konnten bei Glutenin und Gesamt- kleber keine spezifisehen Sortenuntersehiede festgestellt werden. Im Komponenten- verh/iltrris des Gesamtklebers war eine ~hnlichkeit mit dem des Gliadins in der quantitativen Abstufung nach Standort und Sorte vorhanden.

Literatur 1. KLOOS, G.: Dicse Z. 188, 8 (1966). 2. WoYc~lx, J. It., F. R. tIuEBNE~ U. t~. J. Dr~LE~: Arch. Biochem. 10~, 151 (1964). 3. ELTO~, G. A. It., u. J. A. D. EW~T: J. Sci. Food Agric. 17, 84 (1966).

W. BALT~S : Fleischextrakte von Rind, Schaf, Wal u. Spermwal in Brfihwiirfelmassen 69

4. EscP~ANo, M. J., H. K~ILOVA u. P. G R A ~ : Biochim. biophys. Act~ 127, 94 (1966). 5. EwA~% J. A. D. : J. Sei. Food Agric. 17, 30 (1966). 6. ~VALDSC~IIDT-LEITZ, E., u. G. KLOOS: ttoppe-Seyler's Z. physiol. Chem. 321, 114 (1960). 7. CouLso~, C. B., u. A. K. SI~: J. Sci. Food Agric. 16, 458 (1965). 8. K o ~ G , V. L., A. OGRr~s, H. B. TRr~mo u. B. S. 1VIInLER: J. Sei. Food Agric. 15, 492 (1964). 9. Tu~a~R, L., u. B. THO~As: Ern~hrungsforsch. 12, 273 (1967).

Bestimmung der Fleischextrakte von Rind, Schaf, Wal und Spermwal in Briihwiirfelmassen

WERNER BALTES

Mitteilung aus dem Chemischen Staatsinstitut, Institut /i~r Organische Chemie, Universitgt Hamburg

Eingegangen am 7. Juli 1967

Die Unte r sehe idung yon Rind- und Wal f le i sehex t rak t war in den le tz ten J a h r e n hgufig Gegens tand ausf i ihr l icher Untersuchungen. Wi~hrend eine E rkennung yon Walfleiseh neben g indf le i seh du tch serologische Tests aueh nach Behand lung der P r o d u k t e im A u t o k l a v e n mSglieh sein soil (1, 2), i s t tier sichere Naehweis der E x t r a k t e wegen ihrer grol~en J thnl ichkei t problemat iseh . Wie wir zeigen konn ten (3), weisen auch die Ext rak~e yon Spermwal und Schaf eine dem R i n d e x t r a k t ~hnliehe Zusam- mensetzung auf.

Die einzigen, bisher bekannten Merkmale zu ihrer Unterseheidung ergeben sieh aus den I~onzentrationen yon Carnosin, Anserin und Balenin. Wie wir sehon vor i/~ngerer Zeit feststellen konnten (4), is~ Walextrakt neben Rindextrakt dutch seinen wesentlieh gr613eren Gehalt an/~-Alanylhistidin-])iloeptiden erkennbar.

Werden gr61~ere ~'lengen Carnosin, Anserin oder ]3alenin auf dem P~pierehromatogr~mm mit Xinhydrin besprfih~, so entwiekeln sie bei Zimmertemperatur einen gelbgrauen Farbstoff, wghrend geringe Mengen dieser Peptide die fibliehen, blauviolett gef~rbten Flecken ergeben. I)ureh Nor- mierung der aui das Chromatogramm aufgetragenen Konzentrationen an Fleisehextrakt war eine Erkennung yon Walfleisehextrakt mSg]ich, indem hier der gemeinsame Fleck yon Carnosin, Balenin und Anserin naeh Entwiekinng mit Ninhych'in gelbgrau gefarbt war, wahrend bei Be- handlung gleicher Mengen Rindfleisehextrakt die fl-Alanylhistidin-Dipeptide aaf Grund ihrer geringeren Konzentration einen violetten Fleck zeigten.

Die M5glichkeit einer quantitativen Abschatzung derartiger fl-Alanylhistidin-Dipeptide er- gibt sich aus ihrer Eigensehaft, in jeder Konzentration auf dem mit Ninhydrin besprfihten Chro- matagramm bei 110 ° C blaugrfine Farbstoffe zu bilden, die sich deutlich yon den fibrigen ~Nin- hydrin-positiven Substanzen in Fleischextrakten abheben.

Durch Ausmessen der Ansdehnung dieser Fleeken war eine Absch~tzung fiber den Gehalt an /~-Alanylhistidin-Dipeptiden mit einer Fehlerbreite yon etwa ±10% m5glieh. Ein weiteres Ver- fahren zur papierehromatographischen Unterscheidung yon Rind- und Walextrakten wurde yon CRvs~ (5) vorgesehlagen.

Dera r t ige Un te r sehe idungsmethoden sehienen uns jedoch unbef r ied igend zu sein, da sie eine E r k e n n u n g z . B . yon Spermwal- neben Rindf l e i sehex t rak t p rak t i seh n icht ge s t a t t en und vor al lem die Ana lyse yon E x t r a k t g e m i s e h e n in Fle ischbr i ih- wfirfeln unzuver l~ss ig ist.

Von CARISA~O u. Mitarb. wurden Methoden zur Erkennung yon Walfleischextrakt besehrie- ben (6--8), bei denen die Auswertung fiber eine quantitative Bestimmung des #-Alanins naeh Isolierung und Hydrolyse der fl-Alanylhistidin-Dipeptide verNiuft. Da hier nur ihre Snmme be- stimmt werden kann, diirfte sich auch dieses Verfahren fiir eine Unterscheidung yon Schaf-, Rind. und Spermwalfleischextrakt nieht eignen. Ein Zusatz yon Wal- bzw. Spermwalfleiseh- extrakt ist dagegen qualit~tiv durch chromatographisehe Abtrennung yon 3-~Iethylhistidin nach Hydrolyse eines Extraktgemisehes mSglieh (9).