BEI EXPERTEN NACHGEFRAGT

Pflanzen speichern Fett mit Fleiß - Qualität und Quantität im Visier

UNSER EXPERTE: Prof. em. Dr. Dr. Gerhard Röbbelen, langjähriger Inhaber des Lehrstuhls für Pflanzenzüchtung der Universität Göttingen, bekannt als Rapsprofessor, Präsident (1989-1991) der Deutschen Gesellschaft für Fettwissenschaft (DGF) und Gründungspräsident (1991-1996) der Gesellschaft für Pflanzenzüchtung.

Wie funktioniert die Fettproduktion in Pflanzen?

Röbbelen: Pflanzen synthetisieren Fett vor allem in ihren Samen. Es dient dort als Speicherstoff, um nach der Samenruhe für die Keimung und das erste Wachstum des Sämlings Kohlenstoffbausteine und vor allem auch Energie zur Verfügung zu stellen. Bei den Samenfetten oder -ölen handelt es sich um "Triglyceride", bei denen jeweils ein Glycerinmolekül mit drei Fettsäuren verestert ist. Es gibt auch andere Pflanzenfette, bei denen eine oder zwei Positionen des Glycerins mit Zucker-, Phosphat- oder anderen Molekülen verestert sind - diese "Lipide" finden sich in hoher Menge in den Membranen aller Lebewesen, wo sie im Stoffwechsel wichtige Funktionen erfüllen. Die Fettbildung beginnt in den grünen Chloroplasten der Blätter.

Röbbelen: Die Blattgrünträger, kleine, linsenförmige Gebilde im Inneren einer jeden grünen Pflanzenzelle. Sie enthalten, z.T. in Stapeln, die Membranen, die das Chlorophyll tragen, mit denen die Pflanze Sonnenenergie einfängt und in denen die Photosynthese beginnt.

Röbbelen: Mit Hilfe der Sonnenenergie werden aus anorganischen Stoffen organische gebildet. Kurz gefaßt funktioniert die Photosynthese wie folgt: In einem ersten Schritt, der Lichtreaktion, wird mittels der chemisch gebundenen Lichtenergie Wasser (H2O) in reduzierenden Wasserstoff (2H) und Sauerstoff (O) gespalten. In der folgenden Dunkelreaktion wird mit der so gebildeten Reduktionskraft das CO2 aus der Luft zu einem ersten organischen Molekül (CH2O) "assimiliert". Das überzählige Sauerstoffatom aus dem CO2 wird zu Wasser gebunden, während der aus der Wasserspaltung freigewordene Sauerstoff aus dem System als Gas entweicht. Der mit der Reduktion des Kohlendioxids verbundene Energieaufwand wird bei Verbrennung, d.h. bei einer erneuten Oxidation dieses organischen Moleküls, wieder frei. Im Bereich der organischen Chemie sind Fettmoleküle am stärksten reduziert, d.h. sie sind am sauerstoffärmsten und deshalb gleichzeitig am energiereichsten. Sie sind somit im Samen als Speicherstoffe am besten geeignet.

Röbbelen: Der in der Photosynthese fixierte Kohlenstoff ist das Ausgangsmaterial für alle weiteren Stoffsynthesen. Während jedoch die Produktion von Kohlenhydraten und Aminosäuren durch die Blattmesophyllzellen zumeist für den Export in andere Teile der Pflanze bestimmt ist, erfolgt die Synthese der Fettsäuren vorwiegend für den Energiebedarf der Zellen. Pflanzen können Fettsäuren nicht über weite Strecken transportieren.

Röbbelen: Ja natürlich, denn sonst könnten sich dort keine Pflanzen erhalten. Aber bei wenig Sonne bleiben die Pflanzen relativ klein und wachsen langsamer. Jedoch sind die Ertragsleistungen von Kulturpflanzen nicht allein durch ihre Photosynthese bestimmt. Ebenso wichtig ist die Effizienz weiterer Stoffumsetzungen und -synthesen sowie ihre Anpassung an die vorherrschenden Klima- und Bodenverhältnisse. Deshalb kann z.B. ein in nördlichen Breiten angebauter Raps in seinen Samen ähnliche Fettmengen speichern wie eine Sonnenblume, die unter südlicherer Sonne wächst, oder wie viele tropische Pflanzen.

Röbbelen: Das primäre Photosyntheseprodukt für die Fettsäurebildung ist ein C2-Molekül (Azetat), das enzymatisch aktiviert und durch serielle Addition zu einer Kohlenstoffkette verlängert wird. Die dafür notwendigen Enzyme sind in allen höheren Lebewesen im wesentlichen die gleichen. Aber dieses relativ komplizierte Geschehen kann je nach Stellung einzelner Stoffwechsel-"Schalter" im einzelnen doch recht verschieden ablaufen, so daß ein sehr vielgestaltiges Spektrum von Endprodukten entstehen kann, also Fettsäuren aus nur 8 oder 10 Kohlenstoffatomen oder solche aus 22 oder 24, mit Doppelbindungen im Kohlenstoffgerüst oder weiteren chemisch funktionellen, z.B. OH-, O- oder Azetylengruppen.

Röbbelen: Ein überwiegender Anteil dieser Variabilität bedeutet nicht mehr als ein Spielen der Natur. Während die Fettsäurezusammensetzung der Zellmembranen für deren Funktionsfähigkeit sehr wichtig ist, dienen Speicherfette im Samen nur als Substrat oder Energiespender für die spätere Keimung. Ob die Fettsäuren hier kürzer, länger oder chemisch modifiziert sind, ist für die Samenkeimung ziemlich belanglos. Das eröffnet Pflanzenzüchtern die Möglichkeit, Pflanzen züchterisch so zu verändern, daß sie z.B. in ihren Samen Fett mit überwiegend nur einer einzigen erwünschten Fettsäure synthetisieren. Eine derart "maßgeschneiderte" Fettsäuresynthese gelingt jedoch nur für das Speicherfett und ist auch hier nicht völlig unabhängig von den verschiedenen Umweltbedingungen. Wünscht man z.B. einen hohen Gehalt an mehrfach ungesättigten Fettsäuren, so sind niedrige Temperaturen besonders hilfreich. Leinöl von hoher Qualität stammt daher aus dem kühlen Norden und nicht aus wärmeren Gebieten.

Röbbelen: Da die Triglyceridsynthese in den Samen von der Synthese der verschiedenartigen Lipide für die Membranausstattung der anderen Pflanzenorgane nicht vollständig abgekoppelt ist, wirken Umwelteinflüsse häufig gleichsinnig auf mehrere Lipidsynthesewege ein. In ihren Zellmembranen benötigen Pflanzen, wie Tiere, bei niedriger Umgebungstemperatur einen höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren, weil die Lipide sonst steif würden und die Zellmembranen ihre Flexibilität verlören. Pflanzen sind darauf stärker angewiesen als Tiere, die dieses Problem der physikalischen Rigidität ihrer Lipidmembranen durch die Körpertemperatur kontrollieren.

Röbbelen: Sehr viel Fett enthalten Rapssamen und auch Mohn, Erdnuß und Sesam mit einem Fettgehalt bis zur Hälfte ihrer Samentrockenmasse und mehr. Im Unterschied zur Sojabohne mit kaum mehr als 25% Fett, bezeichnet man die hochölhaltigen als "Weichsaaten". Bei der Verarbeitung werden sie zunächst vorgepreßt, wobei man bereits mehr als die Hälfte des Öls gewinnt, und dann die Preßrückstände (Expeller) mittels Hexan extrahiert. Sojabohnen werden demgegenüber als Hartsaat nach Konditionierung direkt extrahiert. Die Rückstände der Ölextraktion enthalten durchweg ein hochwertiges Eiweiß: Soja etwa 40% und Raps etwa 20 bis 25%. Diese Ölsaaten stellen deshalb ein wertvolles Futtermittel für Haustiere dar.

Röbbelen: In der Tat wecken in der Natur wertvolle Nahrungsstoffe allseits Begehr. Wildlebende Pflanzen haben sich deshalb vor solchem Raub nicht selten durch Repellentien oder Giftstoffe geschützt; d.h. die Bildung derartiger Sekundärstoffe durch Mutation verschaffte in der Evolution dem Träger einen merklichen Überlebensvorteil. So entstanden in Rapssamen bitter schmeckende Glucosinolate oder in Lupinen giftige Alkaloide, die den Verzehr der Samen durch Tiere verhinderten. Der Mensch hat früher, um diesem Problem zu entgehen, die Lupinen vor dem Verzehr gekocht und das Brühwasser weggegossen. Inzwischen züchtete er "Süßlupinen" als Kulturpflanze und glucosinolatarme Rapssorten, für deren Vermehrung er selbst die Sorge übernahm. Kulturpflanzen, in denen der Züchter die Synthese der natürlichen Schutz- oder "Schad"-stoffe genetisch unterbunden hat, erfordern die erhöhte Aufmerksamkeit des anbauenden Landwirts, damit ihm das wertvolle Erntegut nicht vorzeitig abhanden kommt.

Röbbelen: Seit Jahrhunderten verändert der Pflanzenzüchter die stoffliche Zusammensetzung der Kulturpflanzen, indem er solche Individuen für den weiteren Anbau auswählt, die seinen Wünschen an die Qualität des Ernteguts besser entsprechen. Derartige Einzelpflanzen entstehen, wenngleich selten, immer wieder durch Mutation. Handelt es sich dabei um eine für das Überleben der Pflanze unbedeutende Veränderung in der Fettsäurebildung, hat sie auch in natürlichen Pflanzenpopulationen weiterhin Bestand.

Redaktion der Stichwortsammlung "Bei Experten nachgefragt":
Maria Hacks, Wissenschaftsverlag Wellingsbüttel GmbH, Hamburg

WEITERFÜHRENDE LITERATUR:

• Stichwortserie: Nahrungsfette und -öle, Hrsg.: Margarine-Institut für gesunde Ernährung, 1996.

• Stichwortserie: Fett und Ernährung, Hrsg.: Margarine-Institut für gesunde Ernährung, 1995.

• Bockisch, M.: Handbuch der Lebensmittel-Technologie - Nahrungsfette und -öle, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart, 1993.

• Ölpflanzen, Pflanzenöle, Margarine, Hrsg.: Margarine-Institut für gesunde Ernährung, 1987.

• Rohwedder, D., Hacks, M.: Chemie und Physik in Küche und Ernährung, Wissenschaftsverlag Wellingsbüttel, 1993.

• Fett in der Ernährung, Hrsg.: Lehrmittelverlag Wilhelm Hagemann und Margarine-Institut für gesunde Ernährung, 5. Auflage, 1991.