„Pigmentierte Kartoffeln: alte Kartoffelsorten neu entdeckt?“

Silke Hillebrand und Peter Winterhalter

Die Kartoffel (Solanum tuberosum L.) gehört zur Familie der Nachtschattengewächse (Solanaceae) und stammt ursprünglich aus den südamerikanischen Anden, wo sie auch heute noch in einer enormen Sortenvielfalt angebaut wird. Die ersten Knollen wurden bereits vor gut 8.000 Jahren in Peru kultiviert und im 16. Jahrhundert von Spanischen Eroberern nach Europa gebracht. Lange Zeit wurde die Kartoffelpflanze aufgrund ihrer schönen Blüte lediglich als Zierpflanze verwendet. Erst ca. 200 Jahre später gelang der Kartoffelknolle der Durchbruch als Nahrungsmittel. In Deutschland hat sich der jährliche Pro-Kopf-Verbrauch an Kartoffeln in den letzten Jahren bei ca. 60 kg eingependelt, wobei der Anteil an veredelten Kartoffelprodukten wie Chips, Pommes oder Püreepulver eine immer größere Rolle spielt.

Alte Sorten - neu entdeckt

Unter den verschiedenen Kartoffelsorten, die ursprünglich nach Europa kamen, waren wahrscheinlich auch zahlreiche pigmentierte Sorten vertreten. Im Zuge eines wachsenden Ernährungsbewusstseins des Verbrauchers gewinnen diese alten farbfleischigen Sorten heute wieder zunehmend an Interesse. Verantwortlich für die Farbe von pigmentierten Kartoffeln sind die Anthocyane. Hierbei handelt es sich um natürliche, wasserlösliche Farbpigmente, welche die rote, blaue oder violette Färbung von Obst und Gemüse bewirken. Anthocyane gehören zu den sekundären Pflanzenstoffen und werden zur großen Gruppe der Polyphenole gezählt. Diese dienen in erster Linie der Pflanze zur Kommunikation mit der Umwelt, so zum Beispiel zur Abwehr von Schädlingen oder zum Schutz gegen widrige Umwelteinflüsse. Zahlreiche Studien weisen aber auch auf die positiven Eigenschaften dieser Verbindungen für die Gesundheit des Menschen hin. Hierbei sind vor allem die Prävention von kardiovaskulären Störungen sowie Tumorerkrankungen aufgrund der außerordentlich guten Radikalfängereigenschaften der Anthocyane zu nennen.

Abbildung 1: Blau- und rotfleischige Kartoffelsorten

Die bunte Vielfalt

Bei bunten bzw. pigmentierten Knollen unterscheidet man je nach Farbe zwischen rot- und blaufleischigen Kartoffeln (Abb. 1). Verantwortlich für die Farbgebung ist die jeweilige Anthocyanzusammensetzung. Während blaufleischige Kartoffelsorten als Hauptpigmente die 3-p-Cumaroylrutinosid-5-glucoside des Petunidins, Malvidins sowie Peonidins enthalten, dominiert in rotfleischigen Sorten Pelargonidin-3-p-cumaroylrutinosid-5-glucosid. Abbildung 2 zeigt die Strukturen der vier Hauptpigmente. Bisher wurden blau- und rotfleischige Kartoffelsorten nur vereinzelt in Nischenbereichen angebaut und somit nur von einer kleinen Verbrauchergruppe wahrgenommen und konsumiert. Jedoch spätestens durch die Auszeichnung der Kartoffelsorte "Blauer Schwede" zur Kartoffel des Jahres 2006 sind bunte Kartoffeln sprichwörtlich in aller Munde. So landen die farbigen Knollen, die so klangvolle Namen wie Hermanns Blaue, Blauer Schwede, Vitelotte oder Blue Salad Potato tragen, nicht nur immer öfter als dekorative Beilage auf den Gourmettellern der Kochprofis und Co., sie können inzwischen auch auf vielen Wochenmärkten, in Hofläden und in Reformhäusern von Hobbyköchen problemlos bezogen werden.

Abbildung 2: Strukturen der Hauptanthocyane farbfleischiger Kartoffelsorten: Pelargonidin-3-p-cumaroylrutinosid-5-glucosid (R1, R2 = H), Petunidin-3-p-cumaroyl-rutinosid-5-glucosid (R1 = OCH3, R2 = OH), Peonidin-3-p-cumaroylrutinosid-5-glucosid (R1 = OCH3, R2 = H), Malvidin-3-p-cumaroylrutinosid-5-glucosid (R1, R2 = OCH3)

Je bunter, desto besser

Pigmentierte Kartoffeln unterscheiden sich nicht nur in Form und Farbe, sie besitzen ebenfalls einen stark variierenden Gehalt an Anthocyanen. Im Rahmen eines Screenings wurden von uns erstmals die Anthocyangehalte von 17 farbfleischigen Sorten untersucht. Es zeigte sich, dass der Gehalt an Pigmenten sortenabhängig ist und mit dem Grad der Färbung korreliert. Demnach hat die blaufleischige Sorte Shetland Black, die lediglich einen kleinen Anthocyanring im Inneren enthält, einen sehr niedrigen Gehalt von ca. 7 mg Anthocyane pro 100 g frische Kartoffelmasse. Andere Sorten wie die rotfleischige Kartoffel Red Cardinal oder die blaufleischige Sorte Vitelotte, die stark durchgefärbt sind, zeigen einen wesentlich höheren Wert von ca. 100 mg/100 g frische Kartoffelmasse. Der Großteil der untersuchten Varietäten besitzt einen Anthocyangehalt zwischen 10 und 20 mg/100 g Kartoffeln. Abbildung 3 stellt die erhaltenen Ergebnisse graphisch dar. Vergleiche mit anderem Obst und Gemüse belegen, dass der Anthocyangehalt von farbfleischigen Kartoffeln durchaus mit dem anthocyanhaltiger Obst- und Gemüsesorten wie Himbeeren, Erdbeeren oder Auberginen konkurrieren kann. Weiterhin konnte bereits in vielen Studien gezeigt werden, dass die Höhe des Anthocyangehaltes einen direkten Einfluss auf die antioxidative Kapazität ausübt. Diese gilt als Maß für die Wirksamkeit gegen zellschädigende oxidative Prozesse, welche im Körper durch "Freie Radikale" hervorgerufen werden können. Zur in vitro Bestimmung wird häufig der sogenannte TEAC-Test (Trolox Equivalent Antioxidative Capacity) verwendet. Pigmentierte Kartoffeln besitzen im Vergleich zu den gelbfleischigen Sorten eine 2-3 fach höhere antioxidative Aktivität.

Abbildung 3: Anthocyangehalte verschiedener pigmentierter Kartoffelsorten

Isolierung von Anthocyanen mittels Countercurrent Chromatographie

Die Trenntechnik der Gegenstromverteilungschromatographie (engl. Countercurrent Chromatography bzw. CCC) ist bereits seit den 70er Jahren bekannt. Es handelt sich hierbei um ein Verfahren, bei dem die Trennung des Analyten aufgrund von Verteilungsvorgängen zwischen zwei nicht mischbaren Lösungsmittelphasen erfolgt. Eine CCC-Anlage besteht aus folgenden Bausteinen: HPLC-Pumpe, Dosierschleife, Detektor, Fraktionensammler sowie dem eigentlichen Herzstück der Trennung, dem sogenannten "Coil", der aus einem offenen Teflonschlauch besteht, der in mehreren Lagen um einen Metallhalter gewickelt ist. Dadurch, dass der Coil in Rotation versetzt wird, kommt es im Verlauf der Bahnbewegung des Coils zu ständigen Mischungs- und Entmischungsvorgängen, was einer Vielzahl an Ausschüttelvorgängen entspricht und letztlich zur Trennung von Stoffgemischen führt. In den letzten Jahren wurde diese Trenntechnik stetig weiterentwickelt. Sie konnte bereits zur präparativen Isolierung einer Vielzahl von Naturstoffen erfolgreich eingesetzt werden. Es existiert heute neben der bereits seit mehreren Jahren etablierten High-Speed Countercurrent Chromatography (HSCCC) eine weitere artverwandte Trenntechnik, die ein großes Potential zur Isolierung von Naturstoffen im Gramm-Maßstab besitzt. Hierbei handelt es sich um die Low Speed Rotary Countercurrent Chromatography (LSRCCC). Bei dieser Technik arbeitet man mit einem einachsigen Multilayercoil, welcher um seine Zentralachse und mit Rotationsgeschwindigkeiten von 60-80 U/min rotiert. Durch die Vergrößerung des Coilvolumens (ca. 5,5 Liter) können bei der LSRCCC im Gegensatz zur HSCCC wesentlich größere Probenmengen aufgegeben werden. Abbildung 4 (oben) zeigt die Trennvorrichtung (Coil) während der LSRCCC-Trennung einer rotfleischigen Kartoffelsorte, Abbildung 4 (unten) zeigt das dazugehörige Chromatogramm bei 520 nm. Die Fraktion 9 bildet mit einer Menge von ca. 1,5 g die Hauptfraktion, welche das Hauptanthocyan Pelargonidin-3-p-cumaroylrutinosid-5-glucosid in einer Reinheit > 95 % enthält. Auch die Isolierung des Hauptpigmentes Petunidin-3-p-cumaroylrutinosid-5-glucosid aus der blaufleischigen Kartoffelsorte Herrmanns Blaue konnte bereits in guten Ausbeuten (2,5 g) und hoher Reinheit für nachfolgende Bioaktivitäts- und Bioverfügbarkeitsstudien durchgeführt werden.

Abbildung 4: Trennvorrichtung der LSRCCC-Fraktionierung während der Trennung eines XAD-7 Extraktes einer rotfleischigen Kartoffelsorte (oben), Chromatogramm der LSRCCC-Trennung des XAD-7 Extraktes der Sorte Highland Burgundy Red bei 520 nm (unten)

Dieses Forschungsprojekt ist Teil des Verbundprojektes "Netzwerk Lebensmittel" (Teilprojekt 3) und wird über das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur im Rahmen der zusätzlichen Förderung von Wissenschaft und Technik in Forschung und Lehre aus Mitteln des Niedersächsischen Vorab der Volkswagenstiftung gefördert. Weitere Informationen zu diesem Thema können unter http://www.verbundprojekt1-faen.de/ erhalten werden.

Schlauer Fuchs

Unser Schlauer Fuchs diese Woche ist Frank H. aus Sankt Augustin. Zur Frage:

Welche Stoffe sorgen für die Farbe in pigmentierten Kartoffeln?

Schickte er uns die erste richtige Antwort.
Bitte sehen Sie bis zur Veröffentlichung des nächsten Beitrags mit einer neuen Frage von einer E-Mail-Antwort an schlauerfuchs@gdch.de ab.


Kontakt

Dr. Silke Hillebrand
Institut für Lebensmittelchemie
TU Braunschweig
Schleinitzstr. 20
38106 Braunschweig
Tel.: +49 (0)531 39172-38
E-Mail: silke.hillebrand@tu-bs.de
 
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Prof. Dr. Peter Winterhalter
Institut für Lebensmittelchemie
TU Braunschweig
Schleinitzstr. 20
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E-Mail: p.winterhalter@tu-bs.de