In Chiloé-Kartoffeln schlummern wertvolle Inhaltsstoffe

Die Kartoffelpflanzen auf der chilenischen Insel Chiloé unterscheiden sich untereinander nicht nur äußerlich enorm, sondern auch im Gehalt ernährungsrelevanter Inhaltsstoffe, wie eine Metabolomanalyse jetzt gezeigt hat. Das eröffnet Züchtern die Möglichkeit, ihre modernen Sorten zu optimieren. Die Zusammenhänge sind jedoch komplex.

Kartoffeln sind heute die viertwichtigste Ackerpflanze der Welt. Ihren Ursprung haben sie in Amerika. Auf der chilenischen Insel Chiloé existiert eine große ursprüngliche Vielfalt der Nachtschattengewächse, deren Knollen sich in Größe, Form, Farbe und Geschmack unterscheiden. Sie variieren auch stark in der Zusammensetzung ihrer Metabolite in Schale und Mark, wie eine internationale Forschungsgruppe unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam jetzt nachgewiesen hat.

Elf Akzessionen im Vergleich

Die Pflanzenforscher bauten zehn Varianten von Chiloé-Kartoffeln, eine chilenische Festlandakzession sowie zwei kommerzielle Sorten (Desirée und Yagana) unter einheitlichen Bedingungen an. Nach der Ernte lagerten sie die Knollen für drei Monate im Halbdunkeln bei acht Grad Celsius und analysierten dann Schale und Mark auf deren Metabolite. Zum Einsatz kamen dabei insbesondere die Hochleistungsflüssigkeitschromatografie (HPLC) und die Gaschromatografie-Flugzeitmassenspektrometrie (GC-TOF-MS).

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Der Stärkeanteil des Marks war erwartungsgemäß höher als in der Schale, insbesondere bei Desirée und Michuñe negro. Bei fünf Akzessionen war das Verhältnis jedoch fast ausgeglichen, was vor allem auf den höheren Stärkegehalt in der Schale zurückzuführen ist.

Hohe Variation bei Glukose, Fruktose und Saccharose

Ausgeprägter war die Variabilität bei den Zuckern. In der Schale unterschieden sich die getesteten Kartoffeln beim Glukosegehalt bis um den Faktor vier, im Mark bis um den Faktor acht. Neben Desirée stachen zwei Akzessionen durch besonders hohe Glukosekonzentrationen hervor (Guadacho Colorado und Lengua de Vaca).

Bei der Fruktose waren die Unterschiede noch deutlicher. In der Schale von Guicoña war die Fruktose-Konzentration gegenüber den Durchschnittswerten aller untersuchten Kartoffelsorten doppelt so hoch, während Cauchau im Mark nahezu fruktosefrei war. Insgesamt lag der Fruktoseanteil in der Schale höher als im Mark, mit Ausnahme der Sorte Lengua de Vaca. Während Desirée den mit Abstand niedrigsten Gehalt an Saccharose in Schale und Mark aufwies, lagen alle chilenischen Akzessionen deutlich höher, variierten dabei aber um den Faktor drei bis vier.

Große Variabilität fanden die Forscher auch beim Aminosäuregehalt. Während Michune Azul und Tonta ähnliche Werte für Schale und Mark aufwiesen, hatten manche Akzessionen höhere Werte in der Schale, andere im Mark. Der gesamte Aminosäuregehalt der Knollen variierte stark. Desirée enthält kaum Aminosäuren, während als Spitzenreiter Michune Azul im Vergleich zum Durchschnittswert einen dreifach höheren Gehalt aufweist.

Einheitlicher zeigten sich die Werte beim Proteingehalt. Alle Knollen wiesen in der Schale höhere Konzentrationen auf als im Mark. Und wenngleich es zwischen den Akzessionen signifikante Unterschiede insbesondere im Mark gab, so wich doch keine mehr als 30 Prozent vom Mittelwert ab.

Weit mehr gesunde sekundäre Pflanzenstoffe in der Schale

Anthocyane waren bei allen Knollen in der Schale deutlich stärker vorhanden als im Mark. In absoluten Zahlen übertrafen die chilenischen Varianten Guicoña, Clavela morada und Tonta die anderen in der Schale um das Zwei- bis Zwangzigfache. Aber auch im Mark variierten die Akzessionen stark. Ähnlich sah das Bild für Phenolsäuren aus.

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Etwas einheitlicher zeigten sich die Werte für Flavonoide. Ihre Konzentration betrug in der Schale durchweg mindestens das Zehnfache im Vergleich zum Mark. Die Schwankungen zwischen den Akzessionen blieben meist unter dem Faktor zwei. Umso ausgeprägter war die Vielfalt der antioxidativen Aktivität. Auch hier übertraf die Schale das Mark durchschnittlich etwa um den Faktor zehn. Zwischen den Akzessionen gab es jedoch in beiden Gewebearten teils Unterschiede bis zum Faktor vier. Herausragend waren dabei Knollen mit lilafarbener Schale und schwarzem Mark.

Korrelationen der Metabolite gefunden

Als komplex erwiesen sich die Zusammenhänge zwischen den Metaboliten. So ergab sich eine negative Korrelation zwischen Flavonoiden und Anthocyanen sowie eine positive Korrelation zwischen Phenolkonzentrationen in der Schale und der antioxidativen Aktivität. Im Mark hingegen war die antioxidative Aktivität negativ korreliert mit dem Stärkegehalt und positiv korreliert mit Aminosäuren- und Proteingehalt. Allerdings raten die Forscher zunächst zu weiteren Untersuchungen, da die Konzentrationen von Phenolen und Flavonoiden ebenso wie die antioxidative Aktivität in Kartoffelknollen mit Jahreszeit und Bodenbeschaffenheit stark variieren können.

Die Studie gibt auch wertvolle Hinweise für Züchter. So eignen sich die untersuchten Akzessionen mit niedrigem Gehalt an Glukose und Fruktose als neues Zuchtmaterial zur Entwicklung frittierbarer Kartoffeln. Denn diese beiden Zucker sind dafür verantwortlich, dass sich beim Frittieren karzinogenes Acrylamid bildet. Außerdem quantifizierten die Forscher den Gehalt jener Aminosäuren, die Kartoffeln besonders anfällig für die Schwarzfleckigkeit machen. Nicht zuletzt zeigt die Studie, welche Akzessionen die kommerzielle Sorte Desirée bei der Alaninkonzentration übertreffen. Diese Aminosäure wird benötigt, um Vitamin B5 und weitere Metabolite zu bilden, die für die pflanzliche Entwicklung essenziell sind.

Ausweitung auf globale Diversität empfohlen

„In Summe hat die Charakterisierung der Metabolitzusammensetzung der nativen Kartoffelakzessionen von Chiloé aufgezeigt, dass deren Genotypen nützlich sein können, um die metabolischen Prozesse zu verstehen, die mit erstrebenswerten phänotypischen Merkmalen zusammenhängen“, resümieren die Autoren der Studie. Sie empfehlen, diese Arbeit nun auf umfangreichere Sammlungen auszuweiten, um die globale Diversität der Kartoffel besser nutzen und die beschriebenen Korrelationen bestätigen zu können.