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Bestimmung der Qualität von Apfelsäften

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07.11.2012 Um bei der Produktion von Obstsäften eine hohe Qualität zu erreichen und dabei den gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich Reinheit zu entsprechen, ist eine aussagekräftige Analysemethode notwendig. Mithilfe eines geeigneten Kartuschen-Aufsatzes für Festphasenextraktion lässt sich die Laboranalyse präzise und mit einem hohem Probendurchsatz vornehmen.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Zur Überprüfung der Einhaltung von rechtlichen Vorschriften lassen sich unter Zuhilfenahme analysierter Birnenproben aufgrund der Arbutingehalte Birnenanteile in Obstsäften quantitativ ermitteln.
  • Durch den Einsatz des SPE-Aufsatzes lässt sich der Probendurchsatz in der Routineanalytik verdreifachen.
  • Durch das Verfahren lassen sich bei der Analyse Kreuzkontaminationen vermeiden.

Da Mostbirnen den günstigeren Marktwert haben als Mostäpfel, steht Apfelsaft immer wieder im Verdacht, mit Birnensaft gestreckt zu werden. Nach Schweizer Recht darf beispielsweise Apfelsaft höchstens zehn Prozent Birnensaft und Birnensaft höchstens zehn Prozent Apfelsaft enthalten. Bei anderen Mischverhältnissen muss der Produzent eine andere Sachbezeichnung wie Süßmost oder Obstsaft wählen. Bei Mischungen muss er die einzelnen Zutaten deklarieren, so dass die Zusammensetzung für den Konsumenten erkennbar ist.

Es stellt sich die Frage, wie sich das Einhalten solcher Regelungen überprüfen lässt. Im Falle der Schweizer Gesetzgebung empfiehlt das Schweizerische Lebensmittelbuch (SLMB) für die Untersuchung der Reinheit eines Fruchtsaftes die Analyse der Aminosäure Prolin. Demnach enthält ein reiner Apfelsaft <15 mg/l Prolin, während Birnensaft Prolingehalte von 30 bis 250 mg/l aufweist. Desweiteren enthält Birnen- gegenüber Apfelsaft gemäß SLMB höhere Anteile des Zuckeralkohols Sorbit (im Mittel 15 vs. 4 g/l) und höhere Anteile an Zitronensäure (0,1 bis 4 vs. 0,05 bis 0,2 g/l). Eigene Untersuchungen von Apfelsäften zeigten aber, dass erhöhte Prolin-, Sorbit- und Zitronensäuregehalte wohl auf die Gegenwart von Birnensaft hinweisen, jedoch unzureichende Parameter für eine quantitative Abschätzung der Mengenanteile darstellen.

Der Grund dafür ist, dass diese Verbindungen zwar in größeren Konzentrationen in Birnen als in Äpfeln vorkommen, dies allerdings in relativ hohen natürlichen Schwankungen. Dadurch ist mit diesen Parametern lediglich eine mehr oder weniger qualitative Aussage in Bezug auf den Birnenanteil möglich.

Eine weitere Gruppe von Verbindungen, die zur Charakterisierung von Fruchtprodukten herangezogen wird, ist die der phenolischen Glykoside. Zum Beispiel lässt sich der Zusatz von Birnen durch die Gegenwart von Isorhamnetin-3-Glukosid nachweisen. Zudem unterscheiden sich die phenolischen Profile von Apfel- und Birnensaft am deutlichsten durch ein Glukopyranosid mit dem Trivialnamen Arbutin. Für den analytischen Nachweis hat Arbutin gegenüber anderen phenolischen Glykosiden den Vorteil, dass das Molekül säureresistent ist.

Präzise Analyse und Kalkulation

Das im Apfelsaft enthaltene Arbutin wird mittels Festphasenextraktion, genannt SPE (Solid Phase Extraction), angereichert, weiter aufbereitet und schließlich in ein HPLC-System injiziert, wo das Arbutin mittels Dioden Array Detektor detektiert wird. Das UV-Absorptionsspektrum (Maxima bei 220 und 282 nm) dient zur Verifizierung. Die Nachweisgrenze dieser Methode liegt bei 1 mg/l, die Bestimmungsgrenze bei 3 mg/l Fruchtsaft und die Wiederfindungsraten bewegen sich im Bereich von 92 bis 101 Prozent. Die berechnete erweiterte Messunsicherheit beträgt sieben Prozent.

Aufgrund der ermittelten Arbutingehalte lässt sich der Birnenanteil eines Obst- oder Apfelsaftes berechnen. Dazu wird der Gehalt an Arbutin in einer Birne benötigt. Für die zumindest in der Schweiz am häufigsten verwendeten Gelbmöstler beträgt der durchschnittliche Arbutingehalt rund 100 mg/kg. Zudem muss der Aufkonzentrierungsfaktor durch das Mosten miteinbezogen werden, da für die Produktion von einem Liter Obstsaft rund 1,4 kg Obst nötig sind. Außerdem ist zu beachten, dass ein Teil des Arbutins im Trester verbleibt, sodass der für die Kalkulation zu verwendende Aufkonzentrierungsfaktor 14 Prozent beträgt. Ob tatsächlich der Gelbmöstler verwendet wurde, kann durch die weitere Analyse von Prolin und Sorbit ermittelt werden.

Probenanreicherung mit parallelem Verdampfer

Für die Festphasenextraktion stehen bei konventionellen Methoden üblicherweise Vakuumkammern mit 12 Kartuschenplätzen zur Verfügung. Diese Anordnung bringt es mit sich, dass nach der Probenaufgabe und etwaigen Spülschritten die Vakuumkammer belüftet werden muss, um die einzelnen Auffanggefäße unter die Kartuschen zu platzieren. Das bringt jedoch immer die Gefahr von Querkontaminationen mit sich. Für die folgende Elution liegt ein schwaches Vakuum an. Die so aufgefangenen Eluate werden einzeln am Rotationsverdampfer eingeengt und der Rückstand in einer definierten Menge Lösungsmittel gelöst. Die erhaltene Lösung kommt für die HPLC-Analyse zum Einsatz.

Um den Aufwand für die Probenaufarbeitung zu reduzieren, wurde ein SPE-Aufsatz für den parallelen Verdampfer Syncore Analyst entwickelt. Die Anforderungen an das System waren folgende:

  • Die Arbeitsschritte für die SPE-Anreicherung (Konditionieren, Probenaufgabe, Waschen, Eluieren) sollen ohne Unterbruch möglich sein.
  • Die Handhabung ist so zu bewerkstelligen, dass Querkontaminationen auszuschließen sind.
  • Der Auslass jeder SPE-Kartusche muss individuell auf die Positionen „stop“, „waste“ und „eluieren“ eingestellt werden können.

Passend zum 12-er Rack des Verdampfers wurde ein SPE-Aufsatz mit 12 Kartuschenplätzen entwickelt. Mit dem Aufsatz ist es möglich, 12 Apfelsaftproben parallel anzureichern, Arbutin zu eluieren und auf 1 ml einzuengen, was dazu führt, dass der Probendurchsatz sich erheblich vergrößert. Mithilfe des Dreiweghahns, der die SPE-Kartusche mit dem Glas des parallelen Verdampfers verbindet, lässt sich zwischen den Positionen wählen. Diese Anordnung macht es möglich, alle Schritte von der Festphasenextraktion bis zum vollständigen Eindampfen des Eluates ohne apparative Änderungen vorzunehmen. Dies bringt eine große Zeitersparnis mit sich, da sich die Proben parallel bearbeiten lassen, was sich speziell beim Eindampfen des Lösungsmittels auszahlt. Alles in allem kann ein geübter Laborant mit dieser Anordnung drei mal 12 Aufarbeitungen an einem Arbeitstag ausführen. Bei der herkömmlichen SPE-Anreicherung waren dies jeweils zwölf Proben pro Tag.n

 

Heftausgabe: Oktober 2012

Über den Autor

Mevio Heierli, Büchi
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