06.12.2021 - Cornell University

Wildes blaues Wunder: Röntgenstrahl erforscht Lebensmittelfarbe Protein

In Lebensmitteln sind die natürlichen Blautöne eher launisch

Ein lustiger Lebensmittelfarbstoff mit einem wissenschaftlichen Namen - Phycocyanin - liefert ein lebhaftes blaues Pigment, das von Lebensmittelherstellern begehrt ist, aber es kann instabil sein, wenn es in Softdrinks und Sportgetränken eingesetzt wird, und dann unter fluoreszierendem Licht in den Lebensmittelregalen seinen Farbton verlieren.

Mit Hilfe der Physik und der hellen Röntgenstrahlen des Synchrotrons der Cornell University haben Lebensmittelwissenschaftler von Cornell das Rezept für das einzigartige Verhalten von Phycocyanin gefunden und haben nun die Möglichkeit, es zu stabilisieren. Dies geht aus einer neuen Forschungsarbeit hervor, die am 12. November in der Zeitschrift BioMacromolecules der American Chemical Society veröffentlicht wurde.

"Phycocyanin hat eine leuchtend blaue Farbe", sagte Alireza Abbaspourrad, Assistenzprofessor für Lebensmittelchemie und Ingredient Technology an der Hochschule für Landwirtschaft und Biowissenschaften. "Wenn man Phycocyanin jedoch in gesäuerte Getränke geben will, verblasst die blaue Farbe aufgrund der thermischen Behandlung schnell."

Die Forschungsarbeit mit dem Titel "Tuning C-Phycocyanin Photoactivity via pH-Mediated Assembly-Disassembly" (Abstimmung der C-Phycocyanin-Photoaktivität über pH-vermittelte Assemblierung-Demontage) wurde von Ying Li, einer Doktorandin der Lebensmittelwissenschaften , Richard Gillilan, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Makromolekularen Röntgenforschung an der Cornell High Energy Synchrotron Source, und Abbaspourrad verfasst.

Die meisten Lebensmittelfirmen , die blaue Farben in ihren Lebensmitteln suchen, verwenden synthetische Farbstoffe , sagte Abbaspourrad. Phycocyanin ist ein natürliches und nahrhafteres Protein, das aus Algen gewonnen wird. Es ist der Hauptbestandteil von Spirulina, das meist in Pulverform in Reformhäusern verkauft wird. Die Lebensmittelwissenschaftler wollten seine Farbeigenschaften und seine Funktionsweise verstehen.

Lebensmittelwissenschaft trifft auf Physik. Die Forscher arbeiteten mit der Macromolecular Diffraction Facility der Cornell High Energy Synchrotron Source (MacCHESS) zusammen und nutzten die Größenausschlusschromatographie gekoppelt mit der Röntgenkleinwinkelstreuung (SEC-SAXS) an einer Beamline.

Phycocyanin wurde in eine biologische Flüssigkeit gegeben und in das MacCHESS-Labor gebracht. Dort wurde intensive Röntgenstrahlung in winzige Tropfen der Flüssigkeit geleitet. Die Röntgenkleinwinkelstreuung zeigte, dass sich die Molekülstränge je nach pH-Wert in verschiedene Formen, Falten und Anordnungen verwandelten.

"Wenn sich also der pH-Wert ändert, bilden sich die Phycocyanin-Moleküle auf unterschiedliche Weise", sagte Li. "Wenn der pH-Wert ansteigt, schließen sich die Moleküle zusammen, und wenn der pH-Wert sinkt, lösen sich die Moleküle auf.

"Als wir den Umweltreiz für das Phycocyanin veränderten, modifizierten die Moleküle ihr Verhalten in Bezug auf die Interaktion mit Licht", sagte sie. "Es ist eine Beziehung zwischen der Proteinstruktur und der Farbstabilität."

Der Säuregehalt der Umgebung kann im Wesentlichen einen Weg zwischen Aufbau und Abbau vermitteln, so Abbaspourrad. "Durch die Röntgenstreuung konnten wir die Proteine sehen und erkennen, wie ihre Monomere zusammengebaut werden und wie die Oligomere zerfallen", sagte er. "Das ist die Ursache dafür, wie die blaue Farbe verblasst".

Diese Forschung wurde vom US-Landwirtschaftsministerium (National Institute of Food and Agriculture) finanziert, und CHESS wird von der National Science Foundation, dem Staat New York und den National Institutes of Health und deren National Institute of General Medical Sciences unterstützt.

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