Struktur, Funktionalität und Bioaktivität pflanzlicher Proteine / Trendbericht Lebensmittelchemie 2026 2/4

Der Trendbericht Lebensmittelchemie 2026 behandelt die Forschungsschwerpunkte der letzten Jahre: von Struktur, Funktionalität und Bioaktivität pflanzlicher Proteine über die Verarbeitung und Verdauung von Lebensmittelallergenen sowie die Bewertung allergiebedingter Risiken bis hin zur präparativen Aufreinigung und Bioaktivität pflanzlicher Inhaltsstoffe.

Struktur, Funktionalität und Bioaktivität pflanzlicher Proteine

Unsere Gruppe erforscht die Wechselwirkungen von nahrungsmittelrelevanten pflanzlichen Proteinen und Peptiden. Konkret untersuchen wir, wie deren Struktur, Funktionalität sowie immunologische und chemosensorische Aktivität zusammenhängen. Dazu kombinieren wir Lebensmittelanalytik mit der Bestimmung von Proteinfunktionalität und -bioaktivität (Abbildung unten). Ziele sind eine sicherere Ernährung, sicherere Lebensmittel sowie bessere Lebensmittelqualität. Wir forschen an den folgenden drei zentralen Fragen.

Warum steigt die Prävalenz von Allergien und weizenbedingten Erkrankungen?

Um immunreaktive Peptide und Proteine im Kontext von Zöliakie, Weizenallergie und Nicht-Zöliakie-Weizensensitivität zu untersuchen, kombinieren wir proteinanalytische und immunassaybasierte Methoden mit Proteomik und Bioinformatik. Der Gehalt an Zöliakie-aktiven Peptiden und allergenen Amylase-Trypsin-Inhibitoren in Brotweizen blieb von 1891 bis 2010 trotz Züchtung gleich, wie wir mit den von uns entwickelten Targeted-Flüssigkeitschromatographie-Tandemmassenspektrometrie(LC-MS/MS)-Methoden gezeigt haben.^1,2) Komplementäre Untargeted-Proteomik-Untersuchungen führen die Peptidmuster der verschiedenen Weizenarten Brotweizen, Dinkel, Durum-Weizen, Emmer und Einkorn auf die Genetik zurück – wobei alle Arten ein immunreaktives Potenzial aufweisen.³⁾ Da bestimmte alte und moderne Weizensorten Immunzellen ähnlich stimulieren,⁴⁾ liegt die steigende Prävalenz dieser Erkrankungen vermutlich daran, wie Gluten als externes Antigen mit dem menschlichen Immunsystem wechselwirkt. Dies erforschen wir zusammen mit führenden klinischen Zentren.

Wie beeinflussen genetische und umweltbedingte Faktoren die Proteinzusammensetzung von Nahrungspflanzen?

Zusammen mit Forschungsinstituten der Agrar- und Pflanzenwissenschaften im In- und Ausland identifizieren wir Änderungen im Proteinexpressionsmuster abhängig von Umweltfaktoren. Das können zum Beispiel Wasser, Licht, Temperatur, CO₂ oder Bodennährstoffe sein. Ziel ist es, stressresistente, ertragreiche Sorten auszuwählen und weiterzuentwickeln, die die verfügbaren Ressourcen optimal nutzen und eine hohe Qualität aufweisen, wenn sie zu Lebensmitteln verarbeitet werden. Zudem sollten sie gut strukturbildende, ernährungsphysiologisch wertvolle Proteine liefern, deren Potenzial zur Auslösung von Immunreaktionen gering ist. Wir haben vielversprechende Sorten für verschiedene Anwendungen identifiziert.^5–7) Beispielsweise haben wir drei Gerstensorten identifiziert, die natürlicherweise einen geringen Gehalt an allergenen Amylase-Trypsin-Inhibitoren aufweisen.⁵⁾

Wie beeinflussen Faktoren die Proteineigenschaften von der Ernte bis zum Verzehr?

Wir erforschen, wie die Zusammensetzung des Rohstoffs die Verarbeitungsqualität, die Produkteigenschaften, den Verzehr und die Wirkung im Körper beeinflusst. Beispielsweise haben wir herausgefunden, welche Glutenproteine während der Teigherstellung und des Backens in das Glutennetzwerk eingebaut werden⁸⁾ und welche mit Qualitätsparametern korrelieren, beispielsweise dem Brotvolumen.⁹⁾ Dies zu verstehen ist besonders wichtig, um pflanzliche Alternativprodukte zu verbessern. Für Haferproteine in pflanzenbasierten Drinks haben wir untersucht und modelliert, wie sie sich während der thermischen Behandlung verhalten.¹⁰⁾ Je nach Molekülstruktur verringert sich die Löslichkeit der Proteine, sie entfalten sich und aggregieren teilweise. Dadurch ändern sich beispielsweise die Schäumungseigenschaften. Aktuell untersuchen wir dies für Erbsenproteine, und der entwickelte Workflow lässt sich auf verschiedenste Rohstoffe anwenden.

Unsere Arbeit trägt dazu bei, Lebensmittelverschwendung zu reduzieren und die globale Ernährung zu sichern sowie Innovationen in der Lebensmittelproduktion zu entwickeln. Sichere und schmackhafte Lebensmittel bereitzustellen und dabei die Grenzen des Planeten zu berücksichtigen ist ein Baustein zur Verwirklichung der One-Health-Mission, die sowohl das Wohlergehen des Menschen als auch des Planeten umfasst.

Katharina A. Scherf

Drei Fragen an die Autorin: Katharina A. Scherf

Was sind derzeit Ihre Hauptforschungsprojekte?

Mit meinem ERC Starting Grant Glutenomics möchte ich verstehen, wie immunreaktive Peptide aus Gluten in vitro und in vivo abgebaut und aufgenommen werden, um die Ursachen für weizenbedingte Erkrankungen zu klären. Außerdem erforschen wir, wie sich Hafer- und Erbsenproteine beim Erhitzen verhalten und ergründen die Mechanismen der Zöliakie.

Was brauchen Sie heute im Beruf, was Sie im Studium nicht gelernt haben?

Als Professorin und Arbeitsgruppenleitung übernimmt man Führungs-, Management- und Lehraufgaben. Dazu kommen administrative und organisatorische Aufgaben, für die man ein Grundverständnis zu rechtlichen Vorgaben benötigt. Neben persönlicher Resilienz, Freude am Recherchieren, Schreiben und Korrigieren und gutem Zeitmanagement sind Kommunikationstalent und Netzwerkpflege gefragt sowie Kreativität und Neugier.

Wie schaffen Sie es, Beruf und Familie unter einen Hut zu kriegen?

Dies gelingt nur durch gute Aufteilung der Familienaufgaben zwischen beiden Elternteilen, wechselseitige Unterstützung sowie zuverlässige und herzliche Kinderbetreuung und flexible Arbeitsmöglichkeiten. Außerdem lernt man schnell, klare Prioritäten zu setzen und zu manchen Anfragen auch einmal Nein zu sagen.

Katharina Scherf ist seit 2024 Professorin für Food Biopolymer Systems an der TUM und leitet dort die Gruppe Food Biopolymer Chemistry am Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie. Zuvor forschte sie vier Jahre lang als Professorin am Karlsruher Institut für Technologie. Sie habilitierte sich 2018 an der TU München, an der sie zuvor auch promoviert hatte.

• ¹ D. Pronin, A. Börner, K. A. Scherf, Food Chem. 2021, 339, 127952
• ² S. Geisslitz, D. Pronin, M. Neerukonda et al., npj Sci. Food 2023, 7, 43
• ³ M.-C. Norwig, S. Geisslitz, K. A. Scherf, J. Agric. Food Chem. 2024, 72, 15040
• ⁴ W. Dieterich, C. Schuster, P. Gundel et al., Nutrients 2022, 14, 4257
• ⁵ S. Joestl, D. Z. Alomari, A. M. Alqudah et al., Food Res. Int. 2025, 218, 116910
• ⁶ C. Hempel, C. F. H. Longin, K. A. Scherf, J. Food Compos. Anal. 2026, 152, 109007
• ⁷ M. Xhaferaj, G. Muskovics, E. Schall et al., Food Chem. 2023, 408, 135148
• ⁸ T. M. Schirmer, C. Ludwig, K. A. Scherf, J. Agric. Food Chem. 2023, 71, 12899
• ⁹ C. Kaemper, M. Geyer, L. Hartl et al., Food Res. Int. 2026, 227, 118228
• ¹⁰ Q. H. Le, F. Schmidt, V. Verma et al., Food Hydrocoll. 2026, 180, 112841

Wissenschaft + ForschungTrendberichte