Von präparativer Aufreinigung zur Bioaktivität / Trendbericht Lebensmittelchemie 2026 3/4

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.

Bioaktive Pflanzeninhaltsstoffe: Von präparativer Aufreinigung zur Bioaktivität

Targeted Isolation

Nie ließ sich die chemische Vielfalt pflanzlicher Extrakte so umfassend erfassen wie heute. Ultrahochleistungs-Flüssigchromatographie gekoppelt mit hochauflösender Massenspektrometrie (UHPLC-HRMS) und Metabolomics-Methoden detektieren tausende Metaboliten in einem einzigen Extrakt (Abbildung unten). Schwierig ist nicht nur, neue Verbindungen zu erfassen und zu identifizieren, sondern sie zu isolieren, um ihre Struktur aufzuklären und ihre Bioaktivität zu prüfen.

Wo bislang mehrere Aufreinigungsschritte hintereinander folgten, werden inzwischen schon vor der Trennung die interessantesten Zielverbindungen identifiziert. Das erfolgt per Dereplikation, molekularem Networking und LC-MS-basierter Priorisierung.¹⁾

Um reine Zielsubstanzen zu isolieren, werden komplementäre Trennstrategien mit unterschiedlichen Selektivitäten kombiniert. Dazu gehören Adsorberharze, Größenausschlusschromatographie, Membranchromatographie, Countercurrent Separation (CCS) und präparative HPLC, kombiniert mit bioaktivitätsgeleiteten Ansätzen.²⁾

Anders als festphasengestützte Trennverfahren werden bei der CCS Stoffe getrennt, da sie sich unterschiedlich auf zwei nicht miteinander mischbare Flüssigphasen verteilen. Eine Flüssigphase dient als stationäre, die andere als mobile Phase. Besonders CCS wird wichtiger, da sie skalierbar ist, mit viel Probe beladen werden kann, verlustarm trennt und keine feste stationäre Phase hat. Dadurch lassen sich auch schwer zugängliche Stoffe in geringer Konzentration isolieren, beispielsweise semisynthetisch erzeugte Proanthocyanidine und Procyanidin-Oxidationsprodukte aus agroindustriellen Nebenströmen.³⁾

Proanthocyanidine: Semisynthese aus Nebenströmen

A-Typ-Proanthocyanidine hemmen Harnwegsinfekte sowie Entzündungen und wirken antibakteriell, kommen jedoch häufig in geringen Konzentrationen vor.

Um sie stattdessen aus Vorläuferverbindungen herzustellen, werden zwei Nebenströme verknüpft. Beispielsweise werden Anthocyane aus Aronia-Trester und Flavan-3-ole aus entkoffeiniertem Grüntee-Extrakt mit Adsorberharz und CCS in Reaktion gebracht. Im Sauren greift das Flavan-3-ol nukleophil an C-4 des Flavyliumkations an; dadurch bildet sich die für den A-Typ charakteristische zusätzliche Etherbrücke zwischen C-2 und O-7 (Abbildung S. 72).⁴⁾

Klassische Totalsynthesen von Proanthocyanidinen erfordern aufwendige Schutzgruppenstrategien und aktivierte Kupplungen.⁵⁾ Auch für die Semisynthese aus Extrakten sind bislang keine einheitlichen Reaktionsbedingungen etabliert. Die Literatur reicht von vier Monaten bei 30 °C⁶⁾ über mehrere Tage bei Raumtemperatur bis zu einer Stunde bei 100 °C⁷⁾, wobei die Ausbeuten je nach Syntheseführung stark variieren. Welche Kombination aus Zeit, Temperatur und Stöchiometrie optimal ist, bleibt offen; Klarheit schaffen sollen hier eine systematische Herangehensweise und statistisch basiertes Versuchsdesign (DoE).

Die analytische Zuordnung von Stoffgemischen anhand von Massenspektrometrie bleibt aufgrund vieler isobarer Verbindungen schwierig und wird erst durch weitere Methoden wie NMR-Spektroskopie möglich. UPLC-ESI-QTOF-MS im negativen Ionisierungsmodus und charakteristische MS/MS-Fragmente aus Chinonmethid-Spaltung, Retro-Diels-Alder-Reaktion und heterocyclischer Ringspaltung stützen die Strukturzuordnung.⁸⁾

Lebensmittel nicht thermisch haltbar machen

Verbraucher:innen erwarten zunehmend sichere, haltbare und möglichst wenig verarbeitete Lebensmittel. Konventionelle thermische Verfahren wie Pasteurisierung und Sterilisation hemmen zwar das Mikrobenwachstum, beeinträchtigen jedoch Farbe, Textur, Aroma und hitzeempfindliche Inhaltsstoffe.

Wichtiger werden daher nichtthermische Verfahren wie Hochdruckbehandlung (HPP), gepulste elektrische Felder (PEF) und kaltes Plasma (CP). Sie inaktivieren Mikroorganismen bei niedriger Temperatur und erhalten so besser die sensorische sowie ernährungsphysiologische Qualität. Unterschiedliche Techniken und Prozessbedingungen ändern die Zell- und Gewebestrukturen und beeinflussen so Stofftransport, Freisetzung und Extrahierbarkeit pflanzlicher Inhaltsstoffe.^9,10) Besonders relevant ist dies für bioaktive Verbindungen wie Polyphenole, denn durch chemische oder enzymatische Umwandlungen ändern sich ihre Gehalte und Zusammensetzung.^10,11)

Rote Früchte modulieren Prozesse des Körpers

Zu den polyphenolreichen Früchten gehört die Schwarze Apfelbeere (Aronia melanocarpa). Wie klinische Untersuchungen zeigen, senkt der Konsum von Aronia postprandiale (nach einer Mahlzeit gemessene) und nüchterne Blutzuckerwerte sowie Blutfettwerte bei Personen mit Typ-2-Diabetes und gesunden Individuen.¹²⁾ Zudem fördern Aroniaextrakte die myogene Differenzierung, also die Entwicklung von Vorläufer- zu Muskelzellen, und verbessern Muskelmasse und -funktion.¹³⁾ Wir untersuchen aktuell, ob sich bei (prä-)diabetischen Personen Körperzusammensetzung und Stoffwechselgesundheit verbessern, wenn sie Aroniabeerentrester-Extrakt einnehmen und Krafttraining betreiben. In Zellkulturen testen wir dazu Effekte auf Darmfunktion, anabole Prozesse und Insulinsensitivität. Um darzustellen, wie polyphenolreiche Extrakte auf intestinale Signalübertragung sowie die Regulation von Entzündungs- und Schutzmechanismen wirken, verfolgt meine Gruppe mehrere Wege: Wir untersuchen molekulare Mechanismen sowie funktionelle Auswirkungen polyphenolreicher Pflanzenextrakte und nutzen komplexe In-vitro-Modelle wie das Transwell-System.

Tuba Esatbeyoglu

Drei Fragen an die Autorin: Tuba Esatbeyoglu

Welche Erkenntnis der letzten zwölf Monate war für Ihre Forschung besonders wichtig?

Nebenströme und Reststoffe der Lebensmittelproduktion sind wichtiger für die Entwicklung hochwertiger Lebensmittel, als viele dachten. Im Jahr 2006 wurde ich noch belächelt und gefragt, was ich mit dem Abfall denn möchte. Wie wir aber jetzt sehen, enthalten viele dieser Rohstoffe wertvolle Inhaltsstoffe, darunter Proteine, Ballaststoffe und sekundäre Pflanzenstoffe. Außerdem verbessern Fermentationsprozesse die Funktionalität, Sensorik und ernährungsphysiologische Qualität solcher Rohstoffe.

Was würden Sie gerne entdecken oder herausfinden?

Mich interessiert besonders, wie einzelne Inhaltsstoffe tatsächlich im menschlichen Körper wirken. Langfristig ließen sich mit diesem Wissen Lebensmittel so entwickeln, dass sie nicht nur schmecken und sättigen, sondern auch nachweisbar gesund sind. Das Gleiche gilt für alternative Proteinquellen, sodass Verbraucherinnen und Verbraucher sie akzeptieren.

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

Führungskompetenz, Personalmanagement und strategische Entscheidungen. Als Professorin und Institutsleiterin führe ich Teams, begleite Karrieren, koordiniere Projekte und verantworte Budgets. Ebenso wichtig sind Kommunikationsfähigkeiten und die Fähigkeit, komplexe wissenschaftliche Inhalte verständlich zu vermitteln – sowohl im Austausch mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern anderer Disziplinen als auch mit Industriepartnern, Förderorganisationen und der Öffentlichkeit. Offenheit, Organisationstalent und Neugier sind mindestens so wichtig wie Fachwissen.

Tuba Esatbeyoglu, staatlich geprüfte Lebensmittelchemikerin, ist seit 2019 Professorin für Lebensmittelchemie und -entwicklung und Leiterin des Institute of Food and One Health an der Universität Hannover. Zuvor arbeitete sie am Max-Rubner-Institut in Karlsruhe und an der Universität Würzburg als Privatdozentin. Im Jahr 2017 habilitierte sie sich in der Lebensmittelwissenschaft an der Universität Kiel. Promoviert hat sie im Jahr 2010 an der TU Braunschweig.

• ¹ E. F. Queiroz, D. Guillarme, J. L. Wolfender, Phytochem. Rev. 2024, 23, 1415
• ² W. Saeed, T. Ismail, M. Qamar, T. Esatbeyoglu, Antioxidants 2024, 13, 1037
• ³ A. Fischer, R. Gök, G. Jerz, T. Esatbeyoglu, J. Chromatogr. A 2025, 1757, 466111
• ⁴ T. Esatbeyoglu, P. Winterhalter, J. Agric. Food Chem. 2010, 58, 5147
• ⁵ F. Nie, L. Liu, J. Cui et al., Antioxidants 2023, 12, 1004
• ⁶ M. Dueñas, H. Fulcrand, V. Cheynier, Anal. Chim. Acta 2006, 563, 15
• ⁷ W. Li, J. Yu, J. Zhang, L. Zhang, LWT Food Sci. Technol. 2021, 146, 111475
• ⁸ E. A. Rue, M. D. Rush, R. B. van Breemen, Phytochem. Rev. 2018, 17, 1
• ⁹ H. B. Jadhav, U. S. Annapure, R. R. Deshmukh, Front. Nutr. 2021, 8, 657090
• ¹⁰ M. E. Gonzalez, D. M. Barrett, J. Food Sci. 2010, 75, R121
• ¹¹ S. Kumar, S. Pipliya, P. P. Srivastav, J. Food Process Eng. 2023, 46, 14203
• ¹² D. Song, C. Fang, Food Sci. Nutr. 2024, 12, 7620
• ¹³ C.-E. Yun, H.-K. So, T. A. Vuong et al., Front. Nutr. 2021, 8, 753643

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