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Bevor wir uns ansehen, wie man die Fruchtreife kontrolliert, lassen Sie uns sehen, wie Früchte reifen

Während fruchttragende Pflanzen wachsen, sammeln die Früchte Wasser und Nährstoffe von der Pflanze an, und sie verwenden diese Nährstoffe, um ihr Fruchtfleisch und ihre Samen zu bilden. Die meisten wachsenden Früchte bieten den sich entwickelnden Samen zunächst Schutz. In diesem Stadium sind die Früchte im Allgemeinen hart und unattraktiv für Fressfeinde – uns eingeschlossen! Nach der Samenentwicklung und dem Fruchtwachstum verändern sich die Eigenschaften der Frucht, um sie für potenzielle Konsumenten wie Tiere, Vögel und Menschen attraktiver zu machen. Zu diesen Veränderungen gehören die gängigsten Methoden, anhand derer wir beurteilen, ob eine Frucht reif ist oder nicht, einschließlich äußerer Merkmale, wie z. B. die Weichheit beim Anfassen, und innerer Merkmale, wie z. B. die Süße. Früchte ändern auch ihre Farbe, wenn sie reif werden. Dies geschieht durch den Abbau eines grünen Pigments namens Chlorophyll, zusammen mit der Bildung und Anhäufung anderer Pigmente, die für rote, violette oder blaue Farbtöne (Anthocyane) oder leuchtend rote, gelbe und orangefarbene Farbtöne (Carotinoide) verantwortlich sind, um nur einige zu nennen.

Erstens, wie wird die Weichheit einer Frucht reguliert? Die Weichheit oder Festigkeit einer Frucht wird durch den Zustand ihrer Zellwände bestimmt. Zellwände umgeben jede Pflanzenzelle und bestehen aus einer starren Schicht aus Zuckern, den sogenannten Polysacchariden, die die Plasmamembran jeder Zelle umhüllen (Abbildung 1). Die drei Hauptpolysaccharide der Zellwand sind Cellulose, Hemicellulose und Pektin. Zellulose besteht aus Hunderten von Glukosezuckern, die zu einer langen Kette verbunden sind; Hemizellulosen sind ebenfalls lange Zuckerketten, aber im Gegensatz zu Zellulose können diese viele verschiedene Zuckerarten enthalten, wie z. B. Glukose, Xylose, Galaktose und Mannose, und anstatt linear zu sein, sind sie verzweigte Strukturen; Pektine sind ebenfalls lange verzweigte Zuckerketten, aber in diesem Fall sind die Zucker Galakturonsäure, Rhamnose, Galaktose und Arabinose. Wenn die Zellwand beginnt, sich aufzulösen, wird die Frucht weicher. Der Zellwandabbau geschieht, wenn Proteine, sogenannte Enzyme, diese wichtigen Zellwandpolysaccharide auflösen. Die Aktivität dieser Enzyme steht in direktem Zusammenhang mit der Haltbarkeit und Textur der Frucht. Die Weichheit der Frucht wird auch durch den Flüssigkeitsdruck innerhalb der Plasmamembran (Turgordruck genannt) beeinflusst. Der Turgordruck hält die Frucht fest, so wie der Luftdruck im Inneren eines Ballons den Ballon festhält. Nach der Reifung oder Ernte verlieren die Früchte Flüssigkeit (Wasser), wodurch der Turgordruck abnimmt und die Früchte schrumpfen. Bei Früchten wie Erdbeeren sieht die Frucht nicht mehr gut aus, wenn sie 6-10% ihrer Flüssigkeit verloren hat, und wird vom Verbraucher möglicherweise nicht mehr gekauft.

Lassen Sie uns nun erörtern, wie die Reifung von Früchten den Geschmack von Früchten hervorbringt – insbesondere die Süße einer Frucht. Während der Reifung kommt es zu einem verstärkten Abbau von Stärke im Inneren der Frucht und zu einem entsprechenden Anstieg der Menge an einfachen Zuckern, die süß schmecken, wie Saccharose, Glucose und Fructose. Dieser Prozess ist bei Bananen während der Reifung besonders deutlich. Grüne Bananen schmecken überhaupt nicht süß, und je reifer sie werden, desto süßer schmecken sie. Mit zunehmender Reife nimmt auch der Säuregehalt der Frucht ab, und es werden weniger bittere Pflanzenstoffe, wie z. B. Alkaloide, gebildet. Schließlich produzieren die Früchte während der Reifung komplexe Verbindungen, die an die Umgebungsluft abgegeben werden und einer reifen Frucht ihr angenehmes Aroma verleihen.

Durch diese Veränderungen reifen die Früchte und werden süß, farbig, weich und wohlschmeckend. Es ist gut für die Pflanze, ihre Ressourcen in die Frucht und ihre Reifung zu investieren, denn eine reife Frucht zieht die Konsumenten an, die dazu beitragen, dass sich die Samen weit und breit verbreiten, was für das Überleben und das Nachwachsen der Pflanze wichtig ist.

Wie können wir verhindern, dass Früchte während der Lagerung und des Transports reifen?

Ein großes Problem bei reifen Früchten ist, dass sie nicht sehr lange halten, bevor sie anfangen zu verderben. Der mit der Reifung einhergehende Verlust der Festigkeit und die Produktion von Zucker können die Früchte auch anfällig für Krankheitserreger wie Bakterien und Verderb machen. Übermäßiges Aufweichen von Früchten ist eine der Hauptursachen für Verderb während des Transports, insbesondere bei tropischen Früchten wie Mangos und Bananen. Der Verderb kann durch den schnellen Transport von frischen Früchten oder durch die Verlangsamung der Fruchtreifung reduziert werden. Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Reifung von Früchten zu verlangsamen. Eine Möglichkeit, die Reifung zu verlangsamen, ist die Senkung der Temperatur. In der Regel werden kalte Temperaturen über dem Gefrierpunkt verwendet. Obwohl alle Früchte eingefroren werden können, verlieren viele Früchte beim Auftauen ihren Geschmack und ihre Textur und werden sehr matschig. Himbeeren sind eine mögliche Ausnahme – sie können oft gefroren im Supermarkt gefunden werden. Normalerweise werden Früchte zum Einfrieren zunächst in kleine Stücke geschnitten, die dann nach dem Auftauen für die Zubereitung von Pürees oder Smoothies verwendet werden können. Die gute Nachricht ist, dass beim Einfrieren der Nährwert der Frucht erhalten bleibt. Einige Früchte, wie z. B. Bananen, können durch das Kühlen beschädigt werden, was diesen Ansatz einschränkt. Aus diesem Grund legen wir Bananen nicht in den Kühlschrank! Eine weitere Möglichkeit, die Reifung zu verlangsamen, besteht darin, die Atmosphäre um die Frucht herum zu kontrollieren, vor allem durch Erhöhung des Kohlendioxidgehalts und Verringerung des Sauerstoffgehalts. Früchte brauchen Sauerstoff, um zu reifen. Wenn also weniger Sauerstoff in der Atmosphäre vorhanden ist, reifen die Früchte langsamer. Eine letzte Möglichkeit, die Reifung zu verlangsamen, besteht darin, die Wirkung von Ethylen zu blockieren. Ethylen ist ein Hormon, das benötigt wird, um die Reifung von Früchten auszulösen, und es kann durch die Verwendung von synthetischen Verbindungen, wie 1-Methyl-Cyclo-Propen (1-MCP), blockiert werden. 1-MCP wird auch verwendet, um die Frische von Schnittblumen zu erhalten.

Ethylen-Gas kann verwendet werden, um die Fruchtreifung zu regulieren

Ethylen ist ein Gas und wird als „Fruchtreifungshormon“ bezeichnet. Jede Frucht hat ein bestimmtes Maß an Ethylenproduktion während ihres Lebenszyklus. Bei einigen Früchten schießt der Ethylenspiegel jedoch in die Höhe, wenn die Frucht zu reifen beginnt. Basierend auf ihrer Reaktion auf Ethylen während der Reifung, können Früchte in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden. Die erste Gruppe wird als klimakterische Früchte bezeichnet, bei denen die Reifung von einem Ausbruch von Ethylen begleitet wird. Diese Früchte können auch auf externes Ethylen reagieren, indem sie ihre Reifungsrate erhöhen. Dazu gehören fleischige Früchte, wie Tomate, Avocado, Apfel, Melone, Pfirsich, Kiwi und Banane. Die zweite Gruppe wird als nicht-klimakterische Früchte bezeichnet, bei denen die Ethylenproduktion während der Reifung nicht zunimmt. Diese Früchte können jedoch trotzdem reifen, wenn sie einer externen Ethylenquelle ausgesetzt werden, wie z.B. einer reifenden klimakterischen Frucht. Dazu gehören Erdbeeren, Trauben und Zitrusfrüchte. Wir werden uns auf die Reifung von klimakterischen Früchten konzentrieren, die durch Ethylen beeinflusst werden.

Bei klimakterischen Früchten führt die Exposition gegenüber einer anfänglichen, geringen Ethylenkonzentration dazu, dass die Frucht größere Mengen an Ethylen produziert, bis eine Spitzenkonzentration erreicht wird. Dieser Anstieg der Ethylenkonzentration löst einen Anstieg im Stoffwechsel der Frucht aus und verursacht die Veränderungen an der Frucht, die während der Reifung auftreten. Die Reifung von klimakterischen Früchten kann daher verlangsamt werden, indem man die Ethylenmenge der Früchte reduziert oder die Wirkung des Ethylens blockiert. Die oben beschriebenen Methoden zur Verlangsamung der Reifung funktionieren auf diese Weise, weil niedrige Temperaturen im Allgemeinen den Stoffwechsel der Früchte reduzieren. Kontrollierte Atmosphären begrenzen die Sauerstoffmenge um die Frucht herum, und Sauerstoff wird benötigt, um Ethylen zu bilden. Die Ethylenwirkung wird durch Kohlendioxid und durch 1-MCP gehemmt. Eine weitere Methode zur Verlangsamung der Reifung besteht darin, Ethylen aus der Lagerumgebung zu entfernen, indem Materialien verwendet werden, die Ethylen absorbieren, wie z. B. Kaliumpermanganat. Sobald die Früchte ihren Bestimmungsort erreicht haben, können sie durch Einwirkung von Ethylengas gereift werden.

Die Wirkung von Ethylen auf die Reifung ist von vielen Faktoren abhängig. Die Früchte müssen reif genug sein, um effektiv auf Ethylen reagieren zu können. Bei sehr empfindlichen Arten, wie z.B. Cantaloupes oder Bananen, wird die Reifung sofort durch Ethylen stimuliert, aber je unreifer die Frucht ist, desto größer ist die Konzentration von Ethylen, die benötigt wird, um die Reifung auszulösen. Bei den weniger empfindlichen Arten, wie Tomaten oder Äpfeln, verkürzt die Ethylenbehandlung die Zeit, bevor die Reifung einsetzt. Einige Früchte, wie z. B. Avocados, reifen nicht, während sie am Baum hängen und erhöhen ihre Empfindlichkeit gegenüber Ethylen allmählich mit der Zeit nach der Ernte.

Warum verdirbt ein fauler Apfel den ganzen Korb? Wie kann uns dieses Wissen helfen?

Alle Pflanzen produzieren während ihres Lebenszyklus etwas Ethylen. Die Ethylenproduktion kann in bestimmten Phasen bis zum 100-fachen oder mehr ansteigen – zum Beispiel als Reaktion auf eine Wunde. Die alten Ägypter schnitten Feigen an, um ihre Reifung zu fördern, da das vom verletzten Fruchtgewebe produzierte Ethylen die Reifungsreaktion auslöste. Ähnlich pflegten die alten Chinesen in geschlossenen Räumen mit gelagerten Birnen Weihrauch zu verbrennen, da Ethylen als Nebenprodukt des brennenden Weihrauchs freigesetzt wurde. Das Sprichwort „ein fauler Apfel kann den ganzen Korb verderben“ basiert auf der Freisetzung von Ethylen aus faulenden Äpfeln, das die Reifung anderer Äpfel in der Umgebung des faulenden Apfels beschleunigt.

Ethylengas wird kommerziell genutzt, um Früchte zu reifen, nachdem sie gepflückt wurden. Früchte wie Tomaten, Bananen und Birnen werden geerntet, kurz bevor die Reifung begonnen hat (typischerweise in einem harten, grünen, aber reifen Stadium). So bleibt genug Zeit, um die Früchte zu lagern und an entfernte Orte zu transportieren. Sobald die Früchte ihren Bestimmungsort erreicht haben, wird die Reifung unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt. Dies geschieht in der Regel in speziell konstruierten Reifungsräumen mit optimaler Reifungstemperatur, Luftfeuchtigkeit und Ethylenkonzentration. Diese speziellen Bedingungen bewirken, dass die Früchte in einem gleichmäßigen Tempo reifen. In Supermärkten finden Sie diese Früchte vielleicht als „Ripe ’n‘ Ready“. Gewöhnlich werden niedrige Ethylenkonzentrationen für die Fruchtreifung kommerziell verwendet, weil das alles ist, was nötig ist, um die natürliche Reifungsreaktion der Frucht zu stimulieren. Zu dem Zeitpunkt, an dem die mit Ethylen behandelte Frucht den Verbraucher erreicht, ist das kommerziell eingesetzte Ethylen verschwunden, und die Frucht produziert ihr eigenes Ethylen. Sowohl Ethylen als auch ein anderes weit verbreitetes Reifungsmittel, Methyljasmonat, sind Berichten zufolge für den Menschen ungiftig; sie sind jedoch relativ teuer.

Versuchen Sie es zu Hause!

Das Verständnis der Auswirkungen von Ethylen auf Frischwaren kann hilfreich sein, um Früchte in unserer eigenen Küche reifen zu lassen.

• Wenn Sie eine unreife Avocado oder andere Früchte zu Hause haben, versuchen Sie, sie zusammen mit einer reifenden Banane in eine Papiertüte zu stecken. Dies wird die Reifung der Avocado beschleunigen, da das von der reifenden Banane abgegebene Ethylen die klimakterische Reaktion in der Avocado auslöst. Diese Strategie funktioniert am besten, wenn die reifende Frucht eine ist, die eine hohe Konzentration von Ethylen abgibt, wie z.B. ein Apfel, eine Birne, eine Banane oder eine Passionsfrucht.
• Versuchen Sie, eine grüne Zitrone mit einer reifenden Banane in eine Papiertüte zu stecken, wie oben beschrieben, und sehen Sie, was mit der Farbe der Zitrone passiert. Ethylen wird auch zum „Entgrünen“ von Zitrusfrüchten verwendet, indem es den Abbau des grünen Pigments (Chlorophyll) auslöst, was zu einer Orange- und Gelbfärbung der Schale führt. Dabei entsteht kein Geschmacksverlust, da es sich lediglich um eine Fortsetzung des natürlichen Pflanzenprozesses handelt.

Wenn Sie diese Dinge ausprobieren, denken Sie daran, dass die Reifung am besten bei Raumtemperatur, etwa 20°C, durchgeführt wird, da niedrige Temperaturen wichtige Enzyme der Fruchtreifung inaktivieren können. Versuchen Sie dies also am besten außerhalb des Kühlschranks.

Glossar

Zellwand: Eine komplexe Struktur, die hauptsächlich aus Polysacchariden besteht, die Pflanzenzellen umgibt und ihnen Struktur und Steifigkeit verleiht.

Polysaccharid: Ein Molekül, das aus langen Ketten von Zuckern wie Glukose besteht, die miteinander verbunden sind, um entweder lineare oder verzweigte Ketten zu bilden.

Cellulose: Ein Polysaccharid, das in der Zellwand vorkommt und aus langen linearen Ketten von Glukose besteht.

Hemicellulosen: Eine Gruppe von Polysacchariden, die in der Zellwand vorkommen. Es handelt sich um lange verzweigte Zuckerketten, die häufig Glukose, Xylose, Arabinose, Galaktose und Mannose enthalten.

Pektin: Eine Gruppe von Polysacchariden, die in der Zellwand vorkommen. Sie sind lange verzweigte Ketten von Zuckern, die häufig Galakturonsäure, Rhamnose, Galaktose und Arabinose enthalten.

Ethylen: Ein Gas (C2H4), das von Pflanzen produziert wird und als „Reifungshormon“ bekannt ist, das die Reifung von Früchten stimuliert.

Conflict of Interest Statement

Die Autoren erklären, dass die Forschung in Abwesenheit jeglicher kommerzieller oder finanzieller Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.

Brady, C. J. 1987. Fruit ripening. Annu. Rev. Plant Physiol. 38, 155-178. doi:10.1146/annurev.pp.38.060187.001103