Ein aus einem Cerrado-Frosch isoliertes Peptid verlängert die Haltbarkeit von Erdbeeren
Eine Studie zeigt, dass das Molekül die Festigkeit der Frucht bewahrt, ohne ihren Geschmack zu beeinträchtigen, und Potenzial als Nacherntebehandlung hat
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Fünf Minuten. So lange standen Oso-Grande-Erdbeeren in Kontakt mit dem Ctx(Ile21)-Ha-Peptid – einem Molekül, das aus einem im brasilianischen Cerrado heimischen Frosch isoliert wurde – in Experimenten, die in Brasilien von Wissenschaftlern am Tupã-Campus der Staatlichen Universität von São Paulo (UNESP) durchgeführt wurden. Das reichte aus, um das Potenzial des Moleküls zur Verlängerung der Haltbarkeit der äußerst leicht verderblichen Frucht nachzuweisen.
„Das Peptid allein, ohne weitere Bestandteile, bewahrte die Eigenschaften reifer Früchte auch nach fünf Tagen – was für eine Erdbeere eine lange Lagerzeit ist. Damit hatten wir nicht gerechnet“, erklärt Eduardo Festozo Vicente, der das Labor für gemeinsam genutzte Geräte an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Naturwissenschaften der UNESP (LEMU-FCE) leitet, wo die Studie mit finanzieller Unterstützung der FAPESP durchgeführt wurde.
Peptide sind proteinähnliche Moleküle (wenn auch einfacher und kleiner), die im Organismus verschiedene Funktionen erfüllen. Vicente beschäftigt sich bereits seit seinem Masterstudium vor fast zwanzig Jahren mit dem Peptid. Er merkt an, dass das Team noch keine mikrobiologischen Untersuchungen durchgeführt hat, um den Wirkmechanismus des Moleküls, das antimikrobiell wirkt, zu verstehen.
In einem in der Fachzeitschrift „Applied Food Research“ veröffentlichten Artikel konzentrierte sich das Team ausschließlich auf die physikalisch-chemischen Parameter der mit dem Molekül behandelten Früchte. Es stellte fest, dass die Peptidbehandlungen den Geschmack der Früchte nicht beeinträchtigten und weder die phenolischen Verbindungen noch den Gesamtgehalt an löslichen Feststoffen signifikant beeinflussten. Dies deutet darauf hin, dass das Molekül die chemische Zusammensetzung der Früchte bewahrte.
„Wenn Erdbeeren eine Zeit lang im Kühlschrank gelagert werden, zerfallen sie auf natürliche Weise. Die Studie zeigt, dass das Peptid diesen Zerfall verlangsamt, wodurch die Haltbarkeit relativ verlängert und die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Erdbeeren erhalten bleiben. Die Auswertung des Experiments ergab, dass die löslichen Feststoffe – bei denen es sich um Zucker handelt, die von Mikroorganismen leicht abgebaut werden können – in den Früchten, die mit dem Peptid in Kontakt kamen, erhalten blieben. Auch die Textur blieb erhalten“, erklärte Vicente gegenüber der Agência FAPESP. „Wir können noch nicht in mikrobiologischer Hinsicht sprechen, da wir diese Tests nicht durchgeführt haben. Eine Hypothese, die die Gruppe für zukünftige Arbeiten untersucht, ist jedoch, dass es [aufgrund der antimikrobiellen Eigenschaften des Peptids] möglicherweise zu einer Verringerung der Mikroorganismen gekommen ist.“
Für das Experiment löste das Team das Peptid in Wasser in drei verschiedenen Konzentrationen auf. Anschließend tauchten sie 300 Gramm Erdbeeren fünf Minuten lang in die Lösungen ein. Als Kontrollgruppe dienten Erdbeeren, die lediglich in Wasser eingetaucht wurden. „Anschließend ließen wir die Erdbeeren trocknen und lagerten sie in desinfizierten PET-Schalen, die mit Frischhaltefolie abgedeckt waren, bei 5 °C in einem Inkubator mit präziser Temperaturregelung. Wir simulierten damit, wie ein Erdbeerverkäufer bei der Lagerung im Kühlschrank vorgehen würde.“
Die Proben wurden sechs Tage lang im Inkubator aufbewahrt. An den Tagen 0, 1, 2, 3, 4 und 5 wurden physikalisch-chemische Parameter (pH-Wert, lösliche Feststoffe, Textur und Atmungsrate) sowie biochemische Parameter (Ascorbinsäure, Gesamtphenole, Zucker und Enzymaktivität) bewertet. Die Versuche wurden in dreifacher Wiederholung durchgeführt, was die Variabilität und die Fehlerquote verringert, in Zusammenarbeit mit Professorin Angela Vacaro de Souza, ebenfalls von der FCE-UNESP.
Die Professoren Luís Roberto Almeida Gabriel Filho und Camila Pires Cremasco aus dem Bereich Statistik und prädiktive Modellierung an der FCE wirkten ebenfalls an der Studie mit.
Vicente erklärt, dass das Peptid Ctx(Ile21)-Ha im Jahr 2006 von der Gruppe unter der Leitung von Professorin Mariana de Souza Castro an der Universität von Brasília (UnB) aus einem im brasilianischen Cerrado heimischen Frosch (Boana albopunctata) isoliert und extrahiert wurde. „Diese Substanz ist Teil des Abwehrsystems des Amphibiums. Da es über die Haut atmet, verfügt es über ein Arsenal an Molekülen, die ein effizientes Abwehrsystem bilden, da es in direktem Kontakt mit Krankheitserregern in der Umwelt steht. Ctx(Ile21)-Ha ist nur eines der Moleküle, die zu Forschungszwecken isoliert wurden. Und es ist aus antimikrobieller Sicht hochwirksam.“
Ihm zufolge plante die Gruppe ursprünglich, das Peptid als zootechnischen Zusatzstoff in Tierfutter einzusetzen, um herkömmliche Antibiotika zu ersetzen, deren übermäßiger Einsatz zu einer weit verbreiteten Antibiotikaresistenz geführt hat. „Das ursprüngliche Projekt umfasste drei Hauptstränge: erstens, das Peptid biophysikalisch zu untersuchen und Analoga herzustellen, die wirksamer sind als das Ausgangsmolekül selbst; zweitens, den Versuch zu unternehmen, es – oder seine Analoga – in der Tierernährung einzusetzen, unter anderem bei Wiederkäuern, Milchvieh [zur Behandlung von Mastitis], Legehennen, Masthühnern und Schweinen. Der letzte Schwerpunkt bestand darin, es in Lebensmitteln einzusetzen, mit dem Ziel, deren Haltbarkeit zu verlängern.“
Vicente hebt die Unterstützung durch die FAPESP hervor, einschließlich der Hilfe bei der Beschaffung des Peptids. „Wir sind eines der wenigen Labore in Brasilien, die in der Lage sind, dieses Peptid und jedes andere von biologischem Interesse zu synthetisieren, zu reinigen und zu charakterisieren.“
„Bei der Synthese des aus Aminosäuren bestehenden Moleküls haben wir einen Reinheitsgrad von über 95 % erreicht. Es kann oral eingenommen werden, da es als Proteinderivat im Magen auf normale Weise abgebaut wird. Natürlich befinden wir uns noch in der Proof-of-Concept-Phase, auch was die Verwendung als Futtermittelzusatzstoff betrifft. Aber wir wissen nun, dass das Peptid großes Potenzial für den Einsatz als Nacherntebehandlung für leicht verderbliche Früchte wie Erdbeeren hat.“
Nächste Schritte
Ctx(Ile21)-Ha ist in Brasilien noch nicht für den Einsatz zugelassen. Vicente geht jedoch davon aus, dass der Zulassungsprozess unproblematisch verlaufen wird, da andere kommerzielle Peptide in dem Land bereits zugelassen sind und verwendet werden. Die Gruppe hat bereits eine Patentanmeldung für den Einsatz bei Legehennen eingereicht und eine weitere für den Einsatz bei Wiederkäuern ist anhängig.
„Wir müssen noch an den mikrobiologischen Aspekten arbeiten und die notwendigen Tests durchführen – das wird sicherlich der nächste Schritt sein“, erklärt Vicente. „Außerdem streben wir an, das Peptid in großem Maßstab unter Verwendung von in der Fachliteratur gut etablierten Modellen wie Hefe herzustellen. Ein weiterer Ansatz wäre die Entwicklung einer Folie oder Beschichtung zum Umhüllen von Früchten mit Schale, da die geltenden Vorschriften verbieten, dass Früchte, die ohne Schale verzehrt werden, in essbare Folien eingewickelt werden.“
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