Gertrud Morlock und Wolfgang Schwack

Analytische Detektivarbeit gibt es auch in der Lebensmittelchemie. Denn mittels der Lebensmittelanalytik findet man die Zusammensetzung der Lebensmittel und deren Veränderung bei Herstellung, Lagerung und Zubereitung heraus. Weist man dabei Bestandteile des Lebensmittels - natürlich auch unerwünschte - im Spurenbereich nach, ist es mühevolle Detektivarbeit, um aus einer Million bis Milliarde von Verbindungen die Gesuchte zu finden. Eine wichtige Rolle spielen dabei analytische Trennmethoden wie die Chromatographie (griechisch "Farbe" "schreiben"). Die Planar-Chromatographie umfasst davon alle Methoden, die ein planares Trennmedium einsetzen. Nachfolgend zeigen 2 Beispiele wie bildlich (und damit verständlich) Lebensmittelanalytik sein kann.

Lebensmittelfarbstoffe zugesetzt in den unterschiedlichsten Lebensmitteln, nicht nur in Eierfarben oder auf Tortenbildern (siehe Wochen 17 und 19), kann man effektiv, schnell und kostengünstig mit der Planar-Chromatographie bestimmen [1]. Bis zu 40 Proben oder Standardmischungen werden gleichzeitig unter identischen Bedingungen in nur 12 min getrennt (40 Läufe auf einen Streich!) und der Blick auf das planare Chromatogramm (Abb. 1) spricht für sich: Man sieht das Ergebnis!

Abbildung 1: Bestimmung wasserlöslicher Lebensmittelfarbstoffe (25 Farbstoffe aufgeteilt in 3 Mischungen (Mix 1-3), zum Teil nur zu 85 % rein) in Lebensmitteln (ED = Energy drink, Jog = Joghurt, FD = Fruchtgetränk, BT = Bäckereitinte)

Die Trennung erfolgt auf einem trennleistungsstarken, planaren Trennmaterial mit nur 8 mL Lösungsmittel in einer anti-parallelen Entwicklung. Die Chromatographiezeit berechnet pro Lauf sind 20 s und der Lösungsmittelverbrauch 200 µL. Die Lösungsmittel-Entsorgungskosten sind deutlich unter 0,01 Cent/Lauf. Insgesamt dauert die Analytik aber schon ein bisschen länger, denn die Probenvorbereitung (entsprechende Verdünnung und bei Bedarf Entgasung der Probe), das Auftragen und die digitale Bildauswertung kommen noch hinzu (Abb. 2). Die Analysenzeit beläuft sich schließlich auf 1.5 min/Lauf - im Zeitalter ultraschneller chromatographischer Methoden wohl platziert.

Abbildung 2: Digitale Bildauswertung unter Einsatz von elektronischen Filtern (B - D) zur verbesserten Differenzierung von Farbzonen (Mix 1)

Zudem ist die Planar-Chromatographie tolerant und robust gegenüber Matrix (Bestandteile eines Lebensmittels, die gerade nicht im Fokus der Untersuchung liegen) und man spart dadurch umfangreiche Probenvorbereitung. Bei hoher Matrixbelastung sind, neben dem Verdünnen der Probe, die flächenförmige Probenauftragung auf das planare Trennmedium samt einer guten digitalen Bildauswertung Voraussetzung. Die Quantifizierung der in Lebensmitteln gefundenen Farbstoffe erfolgt durch Absorptionsmessung mit dem Mehrwellenlängenscan im ultravioletten (UV) und sichtbaren (Vis) Bereich oder über die digitale Quantifizierung des Chromtogramms (Abb. 3).

Abbildung 3: Quantifizierung der verdünnten Energy Drink-Probe ED2, die den roten Farbstoff E122 (Mix 1) enthält; Überlagerung der digitalen Analogkurven von Probe (rot) und Standardmischung Mix 1 (grün) sowie Kalibrierfunktion

Zur Absicherung des Befundes können punktuell Vis-Spektren oder Massenspektren aufgenommen und verglichen werden. Da dies nach der Auswertung gezielt nur bei Unklarheit erfolgt, wird die Farbstoff-Analytik so kostensparend und effektiv wie nur möglich durchgeführt.

Die Planar-Chromatographie ist als offenes Verfahren sehr gut geeignet, um mit wirkungsbezogenen Testsystemen gekoppelt zu werden. Meist werden biologische oder biochemische Assays eingesetzt. Man detektiert eine gezielte Wirkung und hat den Vorteil neben Zielanalyten zusätzliche Verbindungen zu erfassen, wie Kontaminanten, Rückstände, Metaboliten oder Abbauprodukte, die oftmals nicht bekannt sind und außerhalb des Fokus von Multimethoden liegen, dennoch aber gesundheitlich höchst relevant sein können. Bedenkt man, dass heutzutage ca. 100.000 Chemikalien im täglichen Gebrauch sind und potentielle Kontaminationsquellen darstellen können, gewinnt dieser Ansatz zunehmend an Bedeutung. Zum Beispiel sind Lebensmittelkontaminationen durch Verpackungsmaterialien bis dato nur spärlich untersucht. Ein Migrationsextrakt aus Lebensmittel-Folienverpackung zeigt im Vergleich zu herkömmlichen Detektionsmethoden (UV/Vis/Fluoreszenz/Primulin-Derivatisierung) im wirkungsbezogenen Testsystem mit Vibrio Fischeri-Leuchtbakterien zwei zusätzliche bioaktive Substanzen (Abb. 4, [2]), die bisher nicht in der Analytik berücksichtigt wurden.

Abbildung 4: Zwei zusätzliche bioaktive Lebensmittelkontaminanten (unten rechts; Bahn 1-10 Standardsubstanzen, die bekannt sind) werden im Migrationsextrakt aus Lebensmittel-Folienverpackung mit Vibrio Fischeri-Leuchtbakterien detektiert, jedoch nicht mit herkömmlichen Detektionsmethoden (oben und Mitte)

Kombiniert man die Analytik von Pflanzenschutzmittelrückständen mit wirkungsbezogenen Testsystemen, kann man Lebensmittel sehr gut auf potentielle Metaboliten oder Abbauprodukte prüfen bzw. kontrollieren, die nicht im aktuellen Fokus der Analytik liegen, jedoch eine Wirkung zeigen. Hervorzuheben sind die sehr spezifische (Apfelmatrix stört nicht) und nachweisstarke Wirkungsdetektion mit Kaninchenleberesterase im pg-Bereich pro Zone (Abb. 5, [3]).

Abbildung 5: Analytik von Pflanzenschutzmittelrückständen in einem Apfelextrakt aufgearbeitet nach Quechers Bahn 1: Standardbahn (Parathion 30 ng/Band, Paraoxon 5 pg/Band) Bahn 2-3: Apfelextrakt dotiert mit 300 µg/kg Parathion und 0,05 µg/kg Paraoxon und Bahn 4: Apfelextrakt-Blindprobe

Von Vorteil ist die wirkungsbezogene Analytik aber nicht nur bei der Schadstoffsuche, sondern auch im positiven Sinne bei der lukrativen Suche nach neuen Arzneistoffen, wie komplexen bioaktiven Naturstoffen in Meeresschwämmen [4].

Anhand der zwei Beispiele kann man erahnen, dass die Planar-Chromatographie in der Lebensmittelanalytik weitere Vorteile aufweist [5, 6].

• Die Probenvorbereitung kann vereinfacht werden und eine komplexe Matrix auf dem Trennmedium liegen bleiben, da es nur einmal verwendet wird.
• Allein beim Auftragen können unbekannte Proben in einer Spannweite von 10.000 (0,1 µL bis 1 mL) aufgetragen werden, ohne einen erneuten Probenvorbereitungsschritt zu fordern.
• Man sieht auch das, was auf dem Trennmaterial im Startbereich sitzen bleibt. Dies ist bei säulenchromatographischen Methoden nicht detektierbar, da es den Detektor nicht erreicht.
• Die parallele Chromatographie ermöglicht einen hohen Probendurchsatz, der bei Bedarf auf 1000 Läufe pro 8 h-Tag erhöht werden kann.
• Das planare Format ermöglicht die Mehrfachauswertung derselben Platte, z. B. UV/Vis/Fluoreszenz  →  Massenspektren  →  Derivatisierung  →  Vis.
• Dabei löst die selektive Derivatisierung analytische Aufgaben, die ansonsten nur mit teuren oder speziellen Detektoren zu lösen sind. Sie ermöglicht post-chromatographisch einen enormen Gewinn an Trennleistung, indem man, um das Gesuchte zu detektieren, die selektive Brille aufsetzt (z. B. derivatisiert).
• Durch die dem Bedarf angepasste, graduelle Auswertung werden Kosten gespart, z. B. werden Massenspektren nicht a priori von jedem Lauf samt Matrix und Hintergrund aufgenommen.
• Mit wenigen Mausklicks erfolgt die schnelle digitale Bildauswertung.
• Ob die Trennleistung ausreicht, kann man durch die Reinheit von Massenspektren und durch die Reinheit von UV/Vis-Spektren prüfen.
• Die Nachweisgrenze kann um den Faktor 10 und mehr verbessert werden durch Flächenauftragung, automatisierte Mehrfachentwicklung sowie dem Einsatz von sphärischem Trennmaterial mit reduzierter Schichtdicke.

Die Planar-Chromatographie ist in der Lebensmittelanalytik weitverbreitet, meist als einfache qualitative Methode (Dünnschicht-Chromatographie, thin-layer chromatography). Für gute Detektivarbeit und ein quantitatives Ergebnis setzt man die hier vorgestellte instrumentelle HPTLC (high performance thin-layer chromatography) ein. Nur mit dieser überzeugt das sichtbare Ergebnis - zudem äußerst kostengünstig!

Schlauer Fuchs

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	Kontakt PD Dr. rer. nat. habil. Gertrud (Gerda) Morlock Assistant Professor University of Hohenheim Institute of Food Chemistry Director: Prof. Dr. W. Schwack Garbenstrasse 28 70599 Stuttgart Tel.: +49 (0)711 459-24094 Fax: +49 (0)711 459-24096 E-Mail: gmorlock@uni-hohenheim.de	Literaturhinweise [1] G. Morlock, C. Oellig, J. AOAC Int. 92 (2009) in Druck [2] Dissertation E. Dytkiewitz, Universität Hohenheim, in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Thomas Simat, Universität Dresden [3] R. Akkad, W. Schwack, J. Planar Chromatogr. 21 (2008) 411-415 [4] A. Klöppel, W. Gasse, F. Brümmer, G. Morlock, J. Planar Chromatogr. 21 (2008) 431-436 oder CAMAG Bibliography Service CBS 102 (2009) 4-7 [5] G. Morlock, W. Schwack, J. Planar Chromatogr 2007, 20, 399-406 Mehr dazu [6] G. Morlock, W. Schwack, LCGC Eur 2008, July, 366-371 Mehr dazu
	Kontakt Prof. Dr. Wolfgang Schwack Universität Hohenheim Institut für Lebensmittelchemie Garbenstrasse 28 70599 Stuttgart Tel.: +49 (0)711 4592-3978 Fax: +49 (0)711 4592-4096 E-Mail: wschwack@uni-hohenheim.de