Germany
January 31, 2019
Rapeseed blossoms, TU Muenchen’s research station Roggenstein. (Image: A. Heddergott / TUM)
Blühende Rapspflanze, Versuchsgut Roggenstein der TU München. (Bild: A. Heddergott / TUM)
Rapeseed doesn't just contain oil but high-quality protein, too. However, protein extracts from rapeseed have an intense, bitter off-taste. A team led by food chemist Thomas Hofmann has now identified the substance that is pivotal for the bitter taste. This is a first step towards developing rapeseed for the human protein supply.
According to the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), the demand for food will approximately double by 2050 due to the growing world population. "Bottlenecks are to be expected in this context, particularly in protein supply," says Thomas Hofmann, who heads the Chair of Food Chemistry and Molecular Sensory Science at the Technical University of Munich (TUM).
According to Hofmann, who is also Director of the Leibniz-Institute for Food Systems Biology, it is therefore important to develop new plant protein sources for human nutrition. And rapeseed is a good local source.
Kaempferol-3-O-(2'''-O-sinapoyl-β-sophorosid)
Rapeseed contains high-quality protein
Rapeseed doesn't just contain oil but high-quality protein too, which contains many essential amino acids. Worldwide around 1.12 million tons of crude protein are produced annually from rapeseed oil. Although farmers have long used this so-called rapeseed cake as a protein feed for animals, it has not played a role as a protein source in human nutrition so far.
One reason is that the accompanying substances contained in rapeseed strongly impair the taste of the obtained protein isolates. These substances include, for example, very bitter-tasting secondary plant constituents. Hofmann and his team therefore looked into the issue of which bitter substances cause the rapeseed protein's unpleasant bad taste.
The key substance that makes rapeseed protein taste bitter
The researchers investigated three different protein isolates using mass spectrometric analysis methods and taste tests. The first isolate was an extract of all the proteins contained in rapeseed meal. The second isolate predominantly contained cruciferin and the third napin, which are the rapeseed's two main storage proteins. All three isolates had a protein content of 80 to 90 percent.
As the investigations show for the first time, a compound called kaempferol 3-O-(2‘‘‘-O-sinapoyl-ß-sophoroside) is the key substance that makes protein extracts from rapeseed inedible. The cruciferin isolate in particular contained a large amount of this bitter substance with 390 milligrams per kilogramme. The rapeseed meal and napin isolate had less than a tenth of the quantity, but still tasted bitter in the sensory test.
Starting point for new processes
"Since we now know the cause of the bitter off-taste, it is much easier to develop suitable technological processes or breeding strategies that can be used to produce tasty, protein-rich foods from rapeseed," said co-author Corinna Dawid, who heads the Phytometabolomics research group at TUM.
Corinna Dawid and Christoph Hald presenting a glass beaker with rapeseed in their laboratory. (Image: Sabrina Schalk / TUM)
Corinna Dawid und Christoph Hald präsentieren in ihrem Labor ein Becherglas mit Rapssaat. (Bild: Sabrina Schalk / TUM)
Publication:
C. Hald, C. Dawid, R. Tressel, T. Hofmann:
Kaempferol 3-O-(2'''-O-sinapoyl-ß-sophoroside) causes the undesired bitter taste of canola/rapeseed protein isolates
J Agric Food Chem, 67: 372–378, DOI: 10.1021/acs.jafc.8b06260
Further information:
The research project was funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) as part of the RaPEQ project (031B0198D). The project partner was the Pilot Pflanzenöltechnologie e.V. research institute in Magdeburg.
Wie Raps als Eiweißquelle für die menschliche Ernährung genutzt werden könnte
Rapssaat enthält nicht nur Öl, sondern auch hochwertiges Eiweiß. Doch Proteinextrakte aus Raps besitzen eine intensive, bittere Fehlnote. Ein Team um den Lebensmittelchemiker Thomas Hofmann hat nun die für den bitteren Geschmack entscheidende Substanz identifiziert. Ein erster Schritt, um Raps für die menschliche Eiweißversorgung zu erschließen.
Laut Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) wird sich der Nahrungsmittelbedarf aufgrund der wachsenden Weltbevölkerung bis zum Jahr 2050 in etwa verdoppeln. „In diesem Zusammenhang sind insbesondere bei der Eiweißversorgung Engpässe zu erwarten“, sagt Thomas Hofmann, Leiter des Lehrstuhls für Lebensmittelchemie und Molekulare Sensorik an der Technischen Universität München (TUM).
Daher sei es wichtig, neue pflanzliche Proteinquellen für die menschliche Ernährung zu erschließen. Eine gute einheimische Quelle sei die Rapssaat, so Hofmann weiter, der auch Direktor des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie ist.
Rapssaat enthält hochwertiges Protein
Rapssaat enthält nicht nur Öl, sondern auch hochwertiges Eiweiß, das viele lebensnotwendige Aminosäuren enthält. Weltweit fallen pro Jahr etwa 1,12 Millionen Tonnen Rohprotein bei der Rapsölproduktion an. Obwohl Landwirte den bei der Ölgewinnung anfallenden Rapskuchen seit langem als Eiweißfuttermittel in der Tiermast verwenden, spielt Raps als Proteinquelle in der menschlichen Ernährung bislang keine Rolle.
Ein Grund ist, dass in der Rapssaat enthaltene Begleitsubstanzen den Geschmack der aus Raps gewonnen Eiweißisolate stark beeinträchtigen. Zu diesen Substanzen zählen zum Beispiel sehr bitter schmeckende, sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe. Hofmann und sein Team gingen daher der Frage nach, welche Bitterstoffe genau den unangenehmen Fehlgeschmack von Rapsprotein verursachen.
Die Schlüsselsubstanz, die Rapseiweiß bitter schmecken lässt
Die Forschenden untersuchten drei verschiedene Eiweißisolate mit Hilfe massenspektrometrischer Analysemethoden sowie mit Geschmackstests. Beim ersten Isolat handelte es sich um einen Extrakt aller im Rapsschrot enthaltenen Proteine. Das zweite Isolat enthielt überwiegend Cruciferin und das dritte Napin, wobei es sich um die beiden Hauptspeichereiweiße der Rapssaat handelt. Alle drei Eiweißextrakte wiesen einen Proteingehalt von 80 bis 90 Prozent auf.
Wie die Untersuchungen erstmals zeigen, ist eine Verbindung mit dem Namen Kaempferol-3-O-(2‘‘‘-O-sinapoyl-ß-sophorosid) die Schlüsselsubstanz, die Proteinextrakte aus Raps bislang ungenießbar macht. Insbesondere das Cruciferin-Isolat enthielt mit 390 Milligramm pro Kilogramm sehr viel von diesem Bitterstoff. Das Rapsschrot- und das Napin-Isolat wiesen zwar weniger als ein Zehntel der Menge auf, schmeckten im Sensoriktest aber immer noch bitter.
Ausgangspunkt für neue Verfahren
„Da wir den Verursacher der bitteren Fehlnote nun kennen, lassen sich sehr viel leichter geeignete technologische Verfahren oder züchterische Strategien entwickeln, mit denen sich aus Rapssaat wohlschmeckende, eiweißreiche Lebensmittel herstellen lassen“, sagt Co-Autorin Corinna Dawid, die an der TUM die Arbeitsgruppe Phytometabolomics leitet.
Publikation:
C. Hald, C. Dawid, R. Tressel, T. Hofmann:
Kaempferol 3-O-(2'''-O-sinapoyl-ß-sophoroside) causes the undesired bitter taste of canola/rapeseed protein isolates
J Agric Food Chem, 67: 372–378, DOI: 10.1021/acs.jafc.8b06260.
Weitere Informationen:
Das Forschungsvorhaben wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des RaPEQ-Projekts (031B0198D) gefördert. Projektpartner war das Forschungsinstitut Pilot Pflanzenöltechnologie e.V. in Magdeburg.
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