Weiterentwicklung von Profiling Methodenzur Unterscheidung von ökologischem und
konventionellem Weizen
Georg Langenkämper1, Anja Bonte1,2 und Karsten Niehaus2
1Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide, Detmold2Universität Bielefeld, Abteilung für Proteom- und Metabolomforschung
60. Tagung für Getreidechemie 24./25. Juni 2009 in Detmold
24.06.2009 2MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
Umsatzentwicklung bei Bio-Lebensmitteln in Deutschland 2000 – 2008 in Milliarden Euro
24.06.2009 3MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
24.06.2009 4MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
Verbundforschungsprojekt
Weiterentwicklung und Nutzungsempfehlungen ausgewählterMethoden zur Unterscheidung von ökologischen
und konventionellen Produkten
Projektlaufzeit: 01. Februar 2009 bis 31. Dezember 2011
Förderung im Bundesprogramm Ökologischer Landbau
Projektträger: BMELV (BLE)
24.06.2009 5MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
Zielsetzung des Projekts
Entwicklung von analytischen Methoden zur Prüfung der Authentizität von ökologischen Produkten
24.06.2009 6MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
ForschungsinstituteMax Rubner-InstitutUniversität BielefeldFiBL
Partnerinstitutionen
Projektträger
BMELV /BLE
Privatwirtschaftliche Forschung AgroisolabKWALIS
KontrollstellenGesellschaft für Ressourcenschutz mbH
KoordinationFiBLLebensmittelindustrie
Naturland Marktgesellschaft
24.06.2009 7MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
Evaluation Methodenspektrum
Weiterentwicklung IRMS und FAS
Praxistests
Wissenstransfer und Erstellung Leitfaden
Weiterentwicklung von Profiling-Techniken
Workshop mit Bioakteuren
AB 1
Proj
ektk
oord
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und
Mana
gem
ent
AB 2
AB 3 AB 4
AB 5
AB 6
FiBl.org Merkblätter Tagungen, Konferenzen
Fachartikel
AB = Arbeitsblock
24.06.2009 8MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
Arbeitsblock 4Weiterentwicklung von Profiling-Techniken
Entwicklung einer analytische Methode zur Prüfung der Authentizität von Weizen
Unterschiede in der ernährungsphysiologischen Wertigkeit des Weizens?
Zielsetzung
Fragestellung
Hat die Anbauform, ökologisch oder konventionell einen Einfluss auf Inhaltsstoffe von Weizen?
Sind Unterschiede analytisch nachweisbar?
24.06.2009 9MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
Lebensmittelinhaltsstoffe
gezielte Analytikvon Einzelverbindungen
Analytisches Konzept
Profiling - Screeningvon Verbindungsklassen
• Proteom• Metabolom
24.06.2009 10MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
Forschungsinstitut für biologischen Landbau (FiBL) undForschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon,Schweiz
einzige Variable ist die unterschiedliche Landbauform, ökologisch und konventionell
Weizen aus dem D O K Feldversuch
24.06.2009 11MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
Ökologisch und konventionell angebauter Weizen (Titlis) aus dem DOK-Versuch
Ione
nstr
om(x
106 )
0
5
10
Zeit (min)
Valin
Fumarat
Malat
Ribitol (IS)
Citrat
GlukoseSaccharose Raffinose
orgIo
nens
trom
(x10
6 )0
5
10
Zeit (min)
Valin
Fumarat
Malat
Ribitol (IS)
Citrat
GlukoseSaccharose Raffinose
Valin
Fumarat
Malat
Ribitol (IS)
Citrat
GlukoseSaccharose Raffinose
org
METABOLOM
Mol
ekul
arge
wic
ht
Isoelektrischer Punkt
Mol
ekul
arge
wic
ht
Isoelektrischer Punkt
PROTEOM
Einzelinhaltsstoffe
Ergebnisse und Schlussfolgerungen
Proteom: über 1000 Proteine detektiert, Gehalte von 16 Proteinen in 2 Anbaujahren verschieden; Ansatz für Differenzierung
J. Agri. Food Chem. 2009, 57, 2932-2937
Metabolom: über 250 Metabolite detektiert, 52 Metabolite identifiziert, 8 signifikant unter-schiedlich; jedoch keine Differenzierung
J. Agri. Food Chem. 2006, 54, 8301-8306
Charakterisierung von Getreide aus ökologischem und konventionellem Anbau –Anwendung von „Protein-Profiling-Techniques“ und Inhaltsstoffanalysen
Forschungsprojekt im BÖL von Nov. 2005 – Okt. 2007
24.06.2009 12MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
Mw[kDa
pH 3 pH 10
78,066,3
42,7
30,0
pH 10pH 3 konventionell
Profiling ProteomZweidimensionale Gelelektrophorese von Weizenproteinen
16,9
ökologisch
24.06.2009 13MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
Computergestützte Auswertung digitalisierter Gele liefertrelative Menge individueller Proteine
Massenspektrometrische Identifizierung von Proteinen(MALDI-TOF-MS/MS)
Profiling Proteom: Daten-Generierung
Proteinverdau
1000 1500 2000 m/z
Peptid-Massen-Fingerabdruck
Datenbank-suche
2D-Gel Proteinverdau
1000 1500 2000 m/z
Peptid-Massen-Fingerabdruck
Datenbank-suche
2D-Gel
24.06.2009 14MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
Jahr
LMW Glutenin
0.1
0.2
0.3
0.4
Prote
in-Sp
ot Int
ensit
ät
200520030.0
Protein (nicht identifiziert)
0.01
0.02
0.03
0.00
Prote
in-Sp
ot Int
ensit
ät
20052003Jahr
Xylanase
0.2
0.4
0.6
0.0
Prote
in-Sp
ot Int
ensit
ät
20052003Jahr
Aldolase-Reduktase
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0.0
Prote
in-Sp
ot Int
ensit
ät
20052003Jahr
konventionellökologisch
Profiling Proteom: Ergebnisse
24.06.2009 15MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
• Grundmetabolite: Aminosäuren, einfache Zucker, Carbonsäuren,
Nukleotide
• sekundäre Inhaltsstoffe: Phenolsäuren, Ferulasäure, Flavonoide;
zusätzlich von Interesse: Carotinoide (Lutein, Zeaxanthin); Vitamine
(B-Vitamine, Folsäure, Vitamin E); Lignane; Phytosterole
Profiling Metabolom
Metabolite
• GC-MS
• GCxGC-TOF MS
• HPLC-DAD
• HPLC-ESI MS
Instrumentelle Analytik
Universität Bielefeld
16
DOK Weizen
Probe
GC-MS
GCxGC-TOF-MS
HPLC-ESI-MS
Target analysis
Metabolom
Probenmaterial Daten
References(13C & 15N)
WEB basierter Zugriff
WEB basierter Zugriff
NISTGDBNISTGDB
Metabolomics @ CeBiTec - Universität Bielefeld
Zerkleinerung (Ganzkorn)
methanolischeExtrakte
24.06.2009 17MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
Weizenproben im Arbeitsblock 4
2 Anbauformen: biologisch-dynamisch (D) und mineralisch (M)
Sorte Runal 3 Anbaujahre
10 verschiedene Sorten• breites genetisches Spektrum• ein Anbaujahr
aus der landwirtschaftlichen Praxis
aus dem DOK Versuch
24.06.2009 18MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
Methodenvergleich an ausgewählten Proben
• FAS• IRMS• Metabolit-Profiling • Protein-Profiling
Experimentelle Vernetzung im Projekt
24.06.2009 19MRI – Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide
MRIChristian Zörb (jetzt Universität Kiel)Thomas BetscheAnnette Meyer-WienekeBirgit NierleMonika Null Greulich
FiBLPaul MäderUrs Niggli
Universität BielefeldAiko Barsch
DANK
