Wie die Physik das Essen erforscht

Sojamilch mit Nanopartikeln

Diese Oleosome erforschen die Mainzer Wissenschaftler. Im Fokus stehen Sojabohnen, deren Oleosome mit 360 Nanometern Durchmesser (das sind Milliardstel Meter) besonders klein sind. „Mit Sojamilch trinkt man also Nanopartikel“, scherzt Vilgis. Um Oleosome dauerhaft stabil zu machen, wendet die Natur zwei Tricks an. Trick eins: Sie sorgt für eine Emulsion, in dem sich die feinen Öltröpfchen im wässrigen Zellinneren verteilen und nicht zusammenklumpen. Das ist wichtig, denn nur fein verteilte Oleosome bilden gemeinsam eine große Oberfläche. Darüber kommt der Samen beim Keimen schnell an die gespeicherte Energie heran. Für die Emulsion benötigen Oleosome eine wasserfreundliche Hülle. Dafür sorgen Moleküle, die auch die Membranwände aller lebenden Zellen formen, die Phospholipide. Sie sind starke Emulgatoren. Warum? Phospholipide besitzen ein wasserliebendes (hydrophilen) Köpfchen, an dem zwei fettliebende (lipophile) Molekülbeinchen hängen. Wenn sie die Hülle der Oleosome bilden, dann stecken sie diese Beinchen ins Öltröpfchen, während sie ihre wasserfreundlichen Köpfchen ins wässrige Zellinnere recken (Abb. A).

<p><strong>Abb. A:</strong> Oleosome sind die Fettkörperchen, in denen Samen ihren Energievorrat viele Jahre lang sicher aufbewahren. In Soja sind diese kugelförmigen Fett-Tröpfchen nur etwa 360 Nanometer (Millardstel Meter) klein. Stabilisiert werden sie von einer neun Nanometer dünnen Hülle. Diese besteht aus Phospholipiden und Proteinen. Als Emulgatoren sorgen Erstere dafür, dass die Oleosome sich im wässrigen Zellinneren fein verteilen. Für die hohe Stabilität sind Oleosin-Moleküle verantwortlich, die wie kleine Regenschirme in den Ölkörperchen stecken.</p> Bild vergrößern

Abb. A: Oleosome sind die Fettkörperchen, in denen Samen ihren Energievorrat viele Jahre lang sicher aufbewahren. In Soja sind diese kugelförmigen Fett-Tröpfchen nur etwa 360 Nanometer (Millardstel Meter) klein. Stabilisiert werden sie von einer neun Nanometer dünnen Hülle. Diese besteht aus Phospholipiden und Proteinen. Als Emulgatoren sorgen Erstere dafür, dass die Oleosome sich im wässrigen Zellinneren fein verteilen. Für die hohe Stabilität sind Oleosin-Moleküle verantwortlich, die wie kleine Regenschirme in den Ölkörperchen stecken.

„Oleosome sind bis fast hundert Grad Celsius stabil!“, sagt Vilgis. Für diese Stabilität sorgt Trick zwei: besondere Moleküle in der Oleosomhülle, sogenannte Oleosine. Birgitta Zielbauer vergleicht sie mit Regenschirmen. Der „Schirmstiel“ ist aus einer Molekülschlaufe geformt und lipophil, wird also ins Öl gezogen. Der schirmförmige Teil ist dagegen hydrophil und wendet sich zur wässrigen Umgebung der Zelle. Er ist elektrisch geladen, und die gleiche Ladung sorgt dafür, dass benachbarte Oleosome sich gegenseitig abstoßen. Das verhindert ein gefährliches Verklumpen. Die Mainzer konnten zeigen, dass eine nur neun Nanometer dünne Schale genügt, um die Soja-Oleosome so stabil zu machen.

„Das Wechselspiel zwischen hydrophil und lipophil ist ein ganz wesentlicher Ordnungsfaktor in der Biopyhsik und damit in Nahrungsmitteln“, erklärt Vilgis. Viele große Biomoleküle finden ihre biologisch korrekte Struktur, weil einige ihrer Abschnitte gerne Kontakt zum wässrigen Zellinneren haben, andere nicht. Wassermoleküle sind „polar“, das heißt, dass sie Bereiche mit positiver und negativer Ladung haben. Passend dazu besitzen viele Biomoleküle elektrisch geladene Abschnitte, die zum Wasser hingezogen werden. Andere Teile sind „nichtpolar“ und mögen eher ein fettiges Umfeld. Sie suchen im Inneren des Proteins Schutz vor dem wässrigen Zellinneren. Das ist einer der Mechanismen, der Proteine in genau die richtige Form faltet. Nur damit können viele Proteine in der Zelle ihre Aufgaben korrekt ausführen.

Die Form der Proteine bestimmt auch, wie sich Fleisch beim Garen verhält. Das Mainzer Team hat erforscht, was in Schweinefilets beim Vakuumgaren passiert. Dieses „Sous-vide-Garen“ ist derzeit im Trend und wird gerne von Caterern eingesetzt. Dazu schweißt man das Fleischstück in einen luftleer gepumpten Plastikbeutel ein. In diesem gart man es in einem Wasserbad bei niedrigen Temperaturen zwischen 50 und 80 Grad Celsius. Der Vorteil: Das Fleisch wird zart und „saugt“ die Aromen der zugegebenen Gewürze in sich auf. Zudem soll es auch zart bleiben, wenn es länger bei niedriger Gartemperatur gelagert wird. Aber stimmt das?

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