Forschung mit einem Peeling

Neue Forschungsergebnisse der Florida State University werden Ihnen nicht nur dabei helfen, das richtige Timing für Ihr Bananenbrot zu finden - sie könnten auch dazu beitragen, Millionen von Tonnen an Lebensmittelabfällen aus der weit verbreiteten Frucht zu reduzieren.

Ein Team von FSU-Forschern untersuchte die Entstehung und Ausbreitung brauner Flecken auf Bananen, ein eindrucksvoller Fall von biologischer Musterbildung. In ihrer in der Zeitschrift Physical Biology veröffentlichten Forschungsarbeit beschreibt das Team, wie die Flecken innerhalb eines zweitägigen Zeitfensters erscheinen, sich rasch ausbreiten, dann aber auf mysteriöse Weise zum Stillstand kommen und einen scharfen Unterschied zwischen den braunen Flecken und der noch gelben Schale hinterlassen.

"Man kann ziemlich alte Bananen betrachten und diese braunen Flecken sehen, aber mit dunkelgelben Bereichen dazwischen", sagt Oliver Steinbock, Professor in der Abteilung für Chemie und Biochemie und Hauptautor der Studie. "Sie sind nie wirklich in diese Regionen eingedrungen. Sie haben einfach aufgehört. Das ist wissenschaftlich interessant, denn es könnte etwas über den Mechanismus aussagen, der die Braunfärbung verursacht.

Braune Flecken auf Bananen entstehen, wenn Sauerstoff mit einem Enzym in der Schale der Frucht reagiert und die Bildung dunkler Pigmente bewirkt. Steinbock und sein Team wollten verstehen, wie die Flecken entstehen und sich ausbreiten und warum sie die für dieses Grundnahrungsmittel so charakteristischen Punktmuster annehmen.

Mit Hilfe von Zeitraffervideos maßen die Forscher, wie oft sich braune Flecken bildeten und wie schnell sie sich über eine Woche ausbreiteten. Anhand dieser Informationen entwickelten sie ein Modell, das die Geschwindigkeit der Reaktion und die Bewegung des Sauerstoffs in der Schale beschreibt. Dieses Modell ist nun ein Hilfsmittel zum Verständnis des Bräunungsprozesses und für weitere Studien.

Frühere Forschungen ergaben, dass die Bräunung in der Nähe von winzigen Poren auf der Schale, den so genannten Spaltöffnungen, entsteht, durch die Sauerstoff eindringen kann, aber die Schalen enthalten viel mehr dieser Poren als braune Flecken. Die Forscher fragten sich, warum die Reaktion offenbar nur an bestimmten Stellen auftritt.

Sie vermuten, dass defekte Poren das Eindringen von Sauerstoff ermöglichen. Der Sauerstoff breitet sich von diesem Defekt aus, aber die Schale reagiert schnell, was zu dem scharfen Kontrast zwischen braun und gelb führt. Wenn kein Sauerstoff mehr in die Schale eindringt - möglicherweise weil die defekten Spaltöffnungen kollabieren -, hört die Fleckenausbreitung abrupt auf.

"Das ist das Bild, das wir auf der Grundlage unseres Modells und unserer Messungen entwickelt haben", so Steinbock. "Aber was genau muss geschehen, damit dies geschieht? Ist es eine einzelne Pore, die sich daneben benimmt? Ist es eine kleine Ansammlung von Spaltöffnungen? Diese Frage ist im Moment schwer zu beantworten.

Bananen gehören zu den beliebtesten Früchten der Welt. Nach Angaben des Internationalen Instituts für nachhaltige Entwicklung bauten die Landwirte im Jahr 2019 schätzungsweise 117 Millionen Tonnen an, aber etwa 50 Millionen Tonnen landeten im Abfall. Optisch unansehnliche Früchte tragen wesentlich zur Verschwendung bei, weshalb Bemühungen, den Bräunungsprozess zu verstehen und zu verhindern, wichtig sind. Anstatt überreife Früchte zu einer Zutat für Bananenbrot zu verarbeiten oder sie im Gefrierschrank aufzubewahren, meiden die Verbraucher braune Bananen oft in der Gemüseabteilung oder werfen sie zu Hause in den Müll.

Die Frucht ist für Länder auf der ganzen Welt eine wichtige Kulturpflanze, weshalb es umso wichtiger ist zu verstehen, wie sie reift.

"Es ist wirklich eine heikle Angelegenheit, denn Bananen sind ein sehr kompliziertes System", so Steinbock. "Wenn man sie kühlt, verlangsamt sich die Bräunung, aber der Geschmack wird beeinträchtigt. Man kann etwas auf die Oberfläche sprühen, um den Gasaustausch zu verringern, aber das verändert indirekt auch den Geschmack. Das ist kein einfaches Problem."

Die Postdoktorandin Qingpu Wang und die ehemalige Doktorandin Pamela Knoll waren Mitautoren dieser Studie. Diese Forschung wurde von der National Science Foundation unterstützt.