Das Geheimnis der Sojabohne: Mainzer Forscher untersuchen Ölkörperchen in Sojabohnen

Neues aus der Forschung

Meldung vom 20.06.2018

Mainzer Forscherinnen und Forscher des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben mit Hilfe von Neutronenstreuung kleine Ölkörper in Sojabohnen untersucht. Diese dienen der Bohne beim Keimen und Wachsen als Energielieferant, werden aber auch bei der Herstellung von Sojaölen verwendet. Mit ihren Untersuchungen haben die Wissenschaftler um Prof. Thomas Vilgis (MPI-P, Abteilung von Prof. Kurt Kremer) die Struktur und damit die mechanische Stabilität dieser Ölkörperchen näher untersucht. Eine mögliche Anwendung ihrer Forschungsergebnisse liegt in der Herstellung neuer und innovativer Lebensmittel auf natürlicher Basis.


180629-1912_medium.jpg
 
Ölkörperchen bei Sojabonen. Im Inneren einer nanometergroßen Kugel befindet sich Öl, umrandet von Phospholipiden (blau). Das Protein Oleosin (pink) bildet eine zusätzliche Schutzschicht, welche für die hohe mechanische Stabilität des Oleosoms sorgt indem es mit seinem Anker tief in das Öl eindringt.
Birgitta I. Zielbauer, Andrew J. Jackson, Sania Maurer, Gustav Waschatko, Marta Ghebremedhin, Sarah E. Rogers, Richard K. Heenan, Lionel Porcare, Thomas A.Vilgis
Soybean oleosomes studied by small angle neutron scattering (SANS)
Journal of Colloid and Interface Science, Volume 529, 2018, Pages 197-204
DOI: 10.1016/j.jcis.2018.05.080


Wasser und Öl vermischen sich nicht – dies ist eine Erfahrung des täglichen Lebens. Um Wasser mit Öl zu mischen bedarf es sogenannter „Emulgatoren“. Ein solcher ist das ebenfalls in der Sojapflanze vorliegende Molekül „Lecithin“ (ein Phospholipid): Das langkettige Molekül besitzt einen wasserliebenden sowie einen wasserabweisenden (und damit fettliebenden) Teil. Das Molekül ordnet sich um Öltröpfchen herum an und schließt diese im Inneren einer Kugel ein. Der fettliebende Teil schaut hierbei nach innen zum Öl. Da das Molekül nach außen hin wasserliebend ist, können also kleine Ölkörperchen – bestehend aus der Emulgatorhülle sowie dem öligen Inneren – in Wasser gelöst werden. Diese Ölkörperchen nennen sich Oleosome.

Rein über das Vorhandensein des Emulgators Phospholecitin ist jedoch nicht erklärbar, warum Oleosome eine lange Zeit stabil in der Sojapflanze vorliegen können. „Schon kleine Temperaturschwankungen und Erschütterungen müssten Oleosome eigentlich zerstören – und die Pflanze würde sterben“, so Vilgis.


 
Schematische Darstellung eines Oleosoms. Im Inneren einer Hülle, bestehend aus Phospholipiden (blau) befindet sich Öl. Die Stabilität wird durch das Protein „Oleosin“ gewährleistet.

Daher schafft die Natur durch spezielle Proteine, sogenannter Oleosine, einen Stabilitätsbonus. Diese Oleosine ragen mit ihrem langgestreckten und eng-haarnadelförmigen Mittelteil wie Anker tief in die Ölphase, während sich zwei wasserliebende Ärmchen schützend über die Phospholipide ausbreiten.

Zudem sind diese wasserliebenden Ärmchen elektrisch geladen. Damit ergibt sich für die nur wenige hundert Nanometer großen Oleosome eine zwiebelartige Schichtstruktur, die aus den Enden der ins Wasser ragenden Proteinärmchen, den darunterliegenden Phospholipiden, den ins Öl ragenden Proteinankern und dem Ölkern selbst besteht.

Für die Wissenschaftler der Mainzer „soft matter food physics“-Gruppe standen diese in der Natur vorkommenden Nanopartikel schon seit längerem im Fokus der Forschung, aber die genaue Struktur der Oleosome war bisher unbekannt. Aufklärung brachte erst eine genaue Analyse über Kleinwinkelneutronenstreuung. Dazu wurden an den Forschungsreaktoren in Grenoble und Oxford Neutronen auf die Nanopartikel geschossen und aus deren Ablenkung Rückschlüsse über die Struktur der Partikel geschlossen.



Möglich wird dies durch Kontrastvariationsverfahren mit Mischungen von unterschiedlichen Konzentrationen aus „schwerem Wasser“ (dessen Wasserstoffatome durch Deuterium ersetzt wurden) und „normalem Wasser“. Die Neutronen werden von Deuterium und Wasserstoff vollkommen unterschiedlich abgelenkt, was mit der sogenannten Streulänge beschrieben wird. Diese hat sogar für Deuterium und Wasserstoff ein unterschiedliches Vorzeichen. Somit lassen sich, ähnlich wie bei der Wahl entsprechender Brechungsindizes in der Optik, verschiedene Schichten des Oleosoms selektiv für die Neutronen aus- und einblenden. Aus den Mustern der gestreuten Neutronen lassen sich damit Struktur und Größe der Olkörperchen bestimmen.

Die Forscherinnen und Forscher konnten den Durchmesser der Oleosome auf 278 Nanometer bestimmt werden. Die äußere Schicht, der ins Wasser ragenden Proteinärmchen zeigt sich mit 9 Nanometern dabei dicker als bisher angenommen. Grund dafür sind die darauf vorhandenen positiv elektrischen Ladungen: wegen deren Abstoßung bleibt nur der Ausweg in die wässrige Umgebung der Zelle und damit weg vom Oleosom. Auch die Temperaturstabilität der Ölkörperchen bis zu 90 °C konnte über die Neutronenstreumessungen direkt verifiziert werden.



Aus der genauen Kenntnis der Struktur der Nanopartikel aus der Sojabohne ergeben sich eine ganze Reihe gezielter Anwendungen: Mit derartigem natürlichen Nanopartikeln lassen sich gezielt wasser- und fettlösliche Nährstoffe platzieren und transportieren. Während öllösliche Nährstoffe (z.B. Vitamine) in das Innere der Partikel geschleust werden können, lassen sich wasserlösliche Stoffe an deren Oberfläche haften. Möglich wird dies durch die elektrisch geladenen Oleosine, deren Ladung sich über den pH-Wert steuern lässt. Die Oleosome sind in saurer Umgebung positiv, im basischer Umgebung negativ geladen. Damit lassen sich die Nanopartikel auch auf eine vielfältige Weise mit Biopolymeren jeweils gegensätzlicher Ladung „verkapseln“. Dies wurde in der Vergangenheit z. B. bereits mit Pektin – einem bekannten Zucker und Geliermittel – durchgeführt. Auch hier konnte die Schichtdicke des Pektins mit Neutronenstreuung gemessen werden. Damit sind neue Formen von pflanzlichen Lebensmitteln auf Oleosombasis denkbar. Des Weitern beschränken sich die Erkenntnisse nicht auf Sojabohnen, sie lassen sich auf die Oleosome anderer Ölsaaten (Haselnüsse, Leinsamen, …) erweitern.. Neue Ansätze, z.B. für die geriatrische Ernährung lassen sich damit ebenfalls realisieren.


Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw-online


News der letzten 2 Wochen


Meldung vom 17.01.2019 13:47

Mieser Fraß: Wie Mesozooplankton auf Blaualgenblüten reagiert

Warnemünder MeeresforscherInnen ist es mithilfe der Analyse von stabilen Stickstoff-Isotopen in Aminosäuren ...

Meldung vom 17.01.2019 13:41

Einblicke in das Wachstum einer tropischen Koralle

Kalkbildung in Korallen: Ein doppelter Blick und dreifache Messungen erlauben neue Einblicke in das Wachstum e ...

Meldung vom 17.01.2019 13:31

Plötzlich gealtert

Coralline Rotalgen gibt es seit 130 Millionen Jahren, also seit der Kreidezeit, dem Zeitalter der Dinosaurier. ...

Meldung vom 17.01.2019 13:19

Mehr Platz für Vögel und Schmetterlinge in der Landwirtschaft

Um den schwindenden Bestand von Vögeln und Schmetterlingen im Schweizer Kulturland wieder zu erhöhen, müsse ...

Meldung vom 17.01.2019 13:14

Ernst Haeckel als Erzieher

Biologiedidaktiker der Uni Jena geben Reprint der Dodel-Schrift „Ernst Haeckel als Erzieher“ mit heraus.

Meldung vom 17.01.2019 13:10

Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken d ...

Meldung vom 17.01.2019 13:04

Menschliche Darmflora durch Nanopartikel in der Nahrung beeinflussbar

Neue Studie der Universitätsmedizin Mainz über die (patho)biologischen Auswirkungen von Nanopartikeln auf da ...

Meldung vom 10.01.2019 19:47

Erster direkter Nachweis eines Wal jagt Wal - Szenarios in früheren Ozeanen

In einer im open-access Journal PLOS ONE publizierten Studie, liefern Manja Voss, Paläontologin am Museum fü ...

Meldung vom 10.01.2019 19:33

Zahnwechsel sorgt bei Elefanten für Jojo-Effekt

Das Gewicht von Zoo-Elefanten schwankt im Laufe ihres erwachsenen Lebens in einem Zyklus von etwa hundert Mona ...

Meldung vom 10.01.2019 19:24

Intensives Licht macht schläfrig

Insekten und Säugetiere besitzen spezielle Sensoren für unterschiedliche Lichtintensitäten. Diese nehmen ge ...

Meldung vom 10.01.2019 19:11

Alpenwanderung mit Folgen: Forscher verifizieren fast 70 Jahre alte genetische Hypothese

An einer Orchideen-Population in Südtirol belegen Forscher der Universitäten Hohenheim, Zürich und Wien die ...

Meldung vom 08.01.2019 17:54

Clevere Tiere upgraden ihr Genom

Puzzlestein in der Evolution der Tintenfische entschlüsselt - Kopffüßer wie Tintenfisch, Oktopus oder Nauti ...

Meldung vom 08.01.2019 17:45

Gekommen, um zu bleiben: Drachenwels aus Ostasien in der bayerischen Donau

Die bayerische Donau ist inzwischen Heimat für viele Fisch- und andere Tierarten, die ursprünglich nie dort ...

Meldung vom 08.01.2019 17:37

Entwicklung eines grösseren Gehirns

Ein Gen, das nur der Mensch besitzt und das in der Großhirnrinde aktiv ist, kann das Gehirn eines Frettchens ...

Meldung vom 07.01.2019 16:31

Bei Blaumeisen beeinflusst das Alter der Weibchen und die Legefolge die Qualität der Eier

Brütende Blaumeisen-Weibchen stimmen die Zusammensetzung ihrer Eier auf die Bedürfnisse der aus ihnen schlü ...

Meldung vom 07.01.2019 16:03

Phytolith- und Wassergehalt von Futterpflanzen beeinflussen Zahnschmelzabrieb von Wirbeltieren

Verschiedene Futterpflanzen reiben den Zahnschmelz von Wirbeltieren unterschiedlich stark ab, was unter andere ...



26.12.2018:
Baum der Schrecken
24.11.2018:
Wenn das Meer blüht
24.11.2018:
Durchsichtige Fliegen
15.11.2018:
Plastik im Fisch
03.10.2018:
Gestresste Pflanzen

13.08.2018:
Wie Vögel lernen
20.07.2018:
Magie im Reagenzglas

18.06.2018:
Primaten in Gefahr
28.05.2018:
Störche im Aufwind
07.05.2018:
Misteln atmen anders

27.03.2018:
Kenne Deinen Fisch!
01.09.2016:
Elefanten im Sinkflug
13.12.2015:
Leben ohne Altern
22.05.2014:
Lebensraum Käse
22.05.2014:
Domino im Urwald
04.04.2014:
Nationalpark Asinara
13.03.2014:
Trend-Hobby Imker
04.09.2013:
Harmloser Terrorvogel
07.02.2013:
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung