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Der Klimawandel macht auch vor Weinreben nicht halt. Zu viel Sonne führt dazu, dass das Bouquet von deutschen Riesling-Weinen immer stärker von einer Petrolnote geprägt ist, die nicht jedem mundet. Ein Forschungsteam des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München hat nun erstmals den menschlichen Geruchsrezeptor identifiziert, der für die Wahrnehmung dieser speziellen Aromanote verantwortlich ist.
Die Weinrebe (Vitis vinifera) ist eine der wirtschaftlich bedeutsamsten Obstpflanzen, wobei der Riesling zu den klassischen Rebsorten zählt. Das Bouquet dieses Weißweins präsentiert sich durch blumige, fruchtige und honigartige Nuancen, begleitet von einer mehr oder weniger ausgeprägten Petrolnote. Letztere ist auf einen Geruchsstoff mit dem chemischen Namen 1,1,6-Trimethyl-1,2-dihydronaphthalin (TDN) zurückzuführen. Geringe und moderate Konzentrationen dieses Duftstoffs tragen zur Komplexität des Weinbouquets bei. Jedoch stoßen Weine mit höheren Gehalten bei hiesigen Verbraucherinnen und Verbraucher häufig auf Ablehnung.
Höhere UV-Belastung verstärkt Petrolnote
Im Vergleich zu deutschem Riesling weisen Riesling-Weine aus Südafrika oder Australien generell deutlich höhere Konzentrationen der Geruchskomponente auf. Der Grund dafür scheint die in der südlichen Hemisphäre höhere UV-Belastung der Trauben zu sein, die zu einer erhöhten Carotinoid-Produktion in den Pflanzen führt. Diese natürlichen Farbstoffe dienen ähnlich wie Pigmente in menschlicher Haut als Sonnenschutz. Sie sind jedoch auch molekulare Vorstufen des Geruchsstoffs TDN.
Verschiedene Studien weisen darauf hin, dass die Geruchswahrnehmungsschwelle der olfaktorisch an Petroleum und Kerosin erinnernden Substanz zwischen ca. 2 und 20 Mikrogramm pro Liter liegt. Dennoch war der menschliche Geruchsrezeptor für den Duftstoff bislang unbekannt. Wie das Forschungsteam um Dietmar Krautwurst nun erstmals zeigt, handelt es sich um den Rezeptor OR8H1.
Rezeptor mit spezifischem Erkennungsprofil
Das Team identifizierte den Geruchsrezeptor mithilfe eines bidirektionalen Rezeptor-Screenings. In diesem prüfte es mithilfe eines zellulären Testsystems, welche von insgesamt 766 menschlichen Geruchsrezeptorvarianten auf die Petrolnote reagieren. Der Rezeptor OR8H1 sprach dabei als einziger auf physiologisch bedeutsame Konzentrationen des kerosinartig riechenden Duftstoffs an. Anschließend untersuchte das Team, ob der identifizierte Rezeptor auch noch auf weitere lebensmittelrelevante Geruchsstoffe reagiert. Von den 180 getesteten Substanzen waren lediglich sieben, vorwiegend aromatische Verbindungen, in der Lage, den Rezeptor signifikant zu aktivieren.
„Das Erkennungsspektrum des Rezeptors ist somit sehr spezifisch. Es ergänzt jedoch das Spektrum eines anderen Geruchsrezeptors, der eine sehr breite Palette nahrungsrelevanter Geruchsstoffe erkennt“, berichtet Erstautorin Franziska Haag. Studienleiter Dietmar Krautwurst fügt hinzu: „Unsere neuen Erkenntnisse helfen uns, die molekularen Mechanismen besser zu verstehen, die zum olfaktorischen Gesamtbild eines Lebensmittels beitragen, zum Beispiel zum komplexen Bouquet eines Weines.“
Die Forschenden gehen davon aus, dass ein vertieftes Verständnis der molekularen Hintergründe langfristig dazu führen wird, neue Sensortechnologien für Lebensmittelaromen zu entwickeln. Mit diesen ließe sich dann nicht nur die Petrolnote in Weinen besser kontrollieren, sondern auch das Auftreten von (Fehl)aromen in anderen Lebensmitteln.
Publikation: Haag, F., Frey, T., Ball, L., Hoffmann, S., and Krautwurst, D. (2024). Petrol Note in Riesling - 1,1,6-Trimethyl-1,2-dihydronaphthalene (TDN) Selectively Activates Human Odorant Receptor OR8H1. J Agric Food Chem. 10.1021/acs.jafc.3c08230. https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acs.jafc.3c08230
Hintergrundinformationen
Zu 1,1,6-Trimethyl-1,2-dihydronaphthalin (TDN)
Die TDN-Konzentration im Wein steigt während der Flaschenreifung durch die Umwandlung von Carotinoid-Vorstufen an, die in den Trauben bzw. im Most enthalten sind. Die Menge der Vorstufen hängt dabei von den Weinbaupraktiken wie der Entblätterung der Trauben, der Bodendüngung, der Bewässerung und der Auswahl der Rebenklone ab. Davon abgesehen, tragen höhere Temperaturen und eine intensive Sonneneinstrahlung dazu bei, die Bildung des nach Benzin riechenden Geruchsstoffs zu verstärken. Auch die Hefestämme und die Wahl der Flaschenverschlüsse beeinflussen die Geruchsstoffkonzentration im Wein. Lagerungsbedingungen, insbesondere erhöhte Temperaturen, beschleunigen nachweislich die TDN-Bildung.
Der typische Gehalt an TDN in europäischen Rieslingweinen liegt in der Regel zwischen 1 und 50 Mikrogramm pro Liter, während er in australischen Weinen bis zu 250 Mikrogramm pro Liter und mehr erreichen kann.
Quelle: Tarasov A et al. 1,1,6-Trimethyl-1,2-dihydronaphthalene (TDN) Sensory Thresholds in Riesling Wine. Foods. 2020 May 9;9(5):606. doi: 10.3390/foods9050606. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7278680/
Menschliche Geruchsrezeptoren
Der Mensch besitzt insgesamt etwa 400 verschiedene Geruchsrezeptorgene, die wiederum bis zu 600 verschiedene, allelische Rezeptorvarianten in der Nasenschleimhaut kodieren. Letztere sind für die Wahrnehmung und Unterscheidung verschiedener Gerüche verantwortlich. Es besteht jedoch noch Forschungsbedarf, um die genaue Anzahl und Funktion aller Rezeptorvarianten zu ermitteln. Gegenwärtig ist lediglich für etwa 20 Prozent der menschlichen Geruchsrezeptoren bekannt, welche Geruchsstoffe sie erkennen können.
Quelle: Olender T et al. Personal receptor repertoires: olfaction as a model. BMC Genomics. 2012; 13:414; Haag F & Krautwurst D. Olfaction and the complex interaction between odourant ligands and their receptors. In: Comprehensive Analytical Chemistry (Elsevier Series, Ed.: Barcelo D). 2021; 96:1-40.
Zum Screening verwendetes Testsystem
Das von den Leibniz-Forschenden entwickelte zelluläre Testsystem ist laut Dietmar Krautwurst weltweit einzigartig. Er und sein Team haben die Testzellen genetisch so verändert, dass sie wie kleine Biosensoren für Geruchsstoffe fungieren. Dabei legen die Forschenden genau fest, welche Geruchsrezeptorvariante die Testzellen auf ihrer Oberfläche präsentieren. Auf diese Weise können die Forschenden gezielt untersuchen, welcher Rezeptor wie stark auf welchen Geruchsstoff reagiert. Das Leibniz-Institut verfügt über umfangreiche Geruchsstoff- und Rezeptorsammlungen, die es für seine Forschungsarbeit nutzt.
Kontakte:
Experten-Kontakte:
PD Dr. Dietmar Krautwurst
Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie
an der Technischen Universität München (Leibniz-LSB@TUM)
Lise-Meitner-Str. 34
85354 Freising
Tel.: +49 8161 71-2634
E-Mail: d.krautwurst.leibniz-lsb@tum.de
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Informationen zum Institut:
Das Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München besitzt ein einzigartiges Forschungsprofil an der Schnittstelle zwischen Lebensmittelchemie & Biologie, Chemosensoren & Technologie sowie Bioinformatik & Maschinellem Lernen. Weit über die bisherige Kerndisziplin der klassischen Lebensmittelchemie hinausgewachsen, leitet das Institut die Entwicklung einer Systembiologie der Lebensmittel ein. Sein Ziel ist es, neue Ansätze für die nachhaltige Produktion ausreichender Mengen an Lebensmitteln zu entwickeln, deren Inhaltsstoff- und Funktionsprofile an den gesundheitlichen und nutritiven Bedürfnissen, aber auch den Präferenzen der Verbraucherinnen und Verbraucher ausgerichtet sind. Hierzu erforscht es die komplexen Netzwerke sensorisch relevanter Lebensmittelinhaltsstoffe entlang der gesamten Wertschöpfungskette mit dem Fokus, deren physiologische Wirkungen systemisch verständlich und langfristig vorhersagbar zu machen.
Das Leibniz-Institut ist ein Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft (https://www.leibniz-gemeinschaft.de/), die 97 selbständige Forschungseinrichtungen verbindet. Ihre Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute widmen sich gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevanten Fragen. Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Forschung, auch in den übergreifenden Leibniz-Forschungsverbünden, sind oder unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer, vor allem mit den Leibniz-Forschungsmuseen. Sie berät und informiert Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit. Leibniz-Einrichtungen pflegen enge Kooperationen mit den Hochschulen - u.a. in Form der Leibniz-WissenschaftsCampi, mit der Industrie und anderen Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem transparenten und unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 20.000 Personen, darunter 10.000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Der Gesamtetat der Institute liegt bei mehr als 1,9 Milliarden Euro.
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Publikation: Haag, F., Frey, T., Ball, L., Hoffmann, S., and Krautwurst, D. (2024). Petrol Note in Riesling - 1,1,6-Trimethyl-1,2-dihydronaphthalene (TDN) Selectively Activates Human Odorant Receptor OR8H1. J Agric Food Chem. 10.1021/acs.jafc.3c08230. https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acs.jafc.3c08230
Arbeiten mit dem Hochdurchsatz-Pipettier- und Messroboter (TECAN Fluent®). Mit dem Gerät untersuchen ...
J. Krpelan
Leibniz-LSB@TUM
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler, jedermann
Biologie, Chemie, Ernährung / Gesundheit / Pflege, Tier / Land / Forst, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
Arbeiten mit dem Hochdurchsatz-Pipettier- und Messroboter (TECAN Fluent®). Mit dem Gerät untersuchen ...
J. Krpelan
Leibniz-LSB@TUM
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