Qualität und Sicherheit durch instrumentelle Elementaranalytik

Die Reinheit von Arzneimitteln und Anlagen hat in der Pharmaindustrie oberste Priorität, da bereits geringste Qualitätsabweichungen die Gesundheit der Verbraucher gefährden. Deshalb gelten in der Branche strenge Anforderungen an Qualität und Sicherheit, die mithilfe der Elementaranalytik gewährleistet werden können. Auch die Lebensmittelbranche nutzt die Technologie. Hier dient sie vor allem zur Qualitätssicherung, Weiterentwicklung und Authentizitätsprüfung von Lebensmitteln.

Damit die Herstellung reiner, wirksamer und sicherer Medikamente gewährleistet ist, muss regelmäßig belegt werden, dass nach der Reinigung der Produktionsanlagen die Rückstandsmengen zuvor produzierter Medikamente in einem unbedenklichen Bereich liegen. Dies kann besonders für Unternehmen, die verschiedene Produkte in derselben Anlage produzieren, eine Herausforderung sein, denn Kreuzkontaminationen zwischen Produktchargen sind auszuschließen.

Stößt die Prüfung auf spezielle Produkt- bzw. Reinigungsmittelrückstände, z.B. mittels HPLC, an ihre Grenzen, kann die Analyse des gesamten organischen Kohlenstoffs (Total Organic Carbon, TOC) genutzt werden. Diese Analysenmethode zeigt deutliche Vorteile, da sie nicht inhaltsstoffspezifisch ist und quantitative, schnelle Ergebnisse mit einer niedrigen Nachweisgrenze liefert. Die TOC-Analytik wird im EU-GMP-Leitfaden Annex 15 erwähnt, von der FDA anerkannt und ist arzneibuchbeschrieben. Durch eine kurze Analysendauer und einen hohen Automatisierungsgrad erhält man schnelle und präzise Ergebnisse. Bei Nutzung eines modularen TOC-Analysators für die Bestimmung von Flüssig- und Feststoffproben können sowohl „Final Rinse“- als auch „Swab“-Proben zuverlässig mit einem einzigen Analysator bestimmt werden.

Peptidanalytik auf höchstem Niveau

Neben der Kontrolle der Sauberkeit von Anlagen geht es auch um den Reinheitscheck von Arzneimitteln selbst, etwa von Peptiden. Diese Stoffklasse gilt als zukunftsweisend, weil unser Körper die Substanzen zu hundert Prozent recyceln kann, wenn sie ihre Aufgabe erfüllt haben. Derzeit befinden sich weltweit rund 500 Peptid-basierte Medikamente in klinischen Tests. Da sie sehr teuer sind und typischerweise in kleinsten Mengen hergestellt werden, muss auch die Methode der Qualitätskontrolle höchsten Ansprüchen genügen, aus analytischer wie aus regulatorischer Sicht. Für Qualitätsprüfungen nutzen Anwender vorzugsweise die CHNS-Elementaranalyse; nach optionaler Konfiguration können auch die Elemente Sauerstoff und Chlor bestimmt werden. Diese Analysentechnik ist die einzige, die sowohl im europäischen als auch im amerikanischen Arzneibuch beschrieben ist. Zertifizierte GMP-Labors sind verpflichtet, diese Normen zu erfüllen.

Die Performance der Methode basiert auf der exakten Bestimmung des Stickstoffgehalts. Da das Peptidmaterial die einzige Stickstoffquelle in der Probe ist, lässt sich der Nettopeptidgehalt (net peptide content, NPC) berechnen, sobald die absolute Stickstoffmenge im Pulver bestimmt wurde.

Eine Stärke dieser Methode ist die geringe Probeneinwaage, die benötigt wird. Mitunter sind 20 Mikrogramm Stickstoff in einer gefriergetrockneten Probe ausreichend, um präzise NPC-Daten zu erhalten. Hervorzuheben sind ferner die Einfachheit und Effizienz der Methode. Die Probenvorbereitung ist unkompliziert und dauert nur drei Minuten. Die Analyse selbst erfolgt vollautomatisch, und ein Analysenlauf dauert etwa fünf Minuten.

Schlüssel für die Lebensmittelproduktion

Eine exakte Stickstoff- und Proteinbestimmung ist auch die Basis für die Qualitätssicherung in der Lebensmittelindustrie entlang der gesamten Produktionskette, einschließlich Wareneingangskontrolle, Forschung & Entwicklung, Produktionskontrolle/-steuerung, Warenausgangskontrolle und Kennzeichnung von Lebensmitteln.

Eine besondere Bedeutung hat die Analyse auch für die Entwicklung innovativer alternativer Proteine. Das US-amerikanisches Lebensmitteltechnologieunternehmen Plantible Foods nutzt die Methode etwa zur Herstellung gesunder, umweltfreundlicher und hochfunktionaler Proteine auf Wasserlinsenbasis (Lemna), die frei von Hauptallergenen sind und das Potenzial haben, herkömmliche Proteine tierischer Herkunft zu ersetzen.

Zum einen können die Produktentwickler mithilfe der Elementaranalyse einfach und effizient die Proteinmenge in den verschiedenen Extraktionsprozessen verfolgen, um das Verfahren und die Proteinausbeute zu verbessern. Zum anderen lässt sich auf diese Weise auch rasch die Proteinmenge unter verschiedenen Wachstumsbedingungen für die Wasserlinse bestimmen, um den Anbau zu optimieren.

Diese Entwicklungsarbeit meistert das Unternehmen mit einem Stickstoff-/Proteinanalysator, der einen hohen Automatisierungsgrad hat und deshalb hohen Probendurchsatz mit höchster Präzision und Richtigkeit in den Messungen kombiniert. Mit rund 12.000 Analysen pro Jahr rückt damit das Ziel des Unternehmens, die Versorgung mit pflanzlicher Nahrung zu revolutionieren, in greifbare Nähe.

Lebensmittelfälschern auf der Spur

Hochwertige Lebensmittel, die eine hohe Gewinnmarge versprechen, geraten mehr und mehr in den Fokus von Lebensmittelfälschern. Für Betrugsfälle besonders beliebte Produkte sind Olivenöl, Honig, Kaffee, Tee, Vanille und Wein. Entsprechend wichtig sind Analysenverfahren, die verlässlich über Authentizität und Herkunft der Lebensmittel Auskunft geben.

Ein chinesischer Anwender prüft mithilfe unserer Analysentechnik beispielsweise die Authentizität von grünem Tee und kann anhand der Messdaten die Herkunft ermitteln. Gleichzeitig ist er in der Lage, festzustellen, ob die Lebensmittel biologisch oder konventionell angebaut wurden.

Dies erreicht das Team durch die Kopplung eines Elementaranalysators mit einem Isotopenverhältnis-Massenspektrometer. Anhand der Messwerte kann das Labor die isotopischen Fingerabdrücke von δ13C, δ15N, δ2H, δ18O und δ34S in den Teeproben charakterisieren. Die Messergebnisse unbekannter Produkte werden dabei mit den Inhalten einer vom Institut erstellten Datenbank abgeglichen, in die das Fachwissen der Forscher zur Charakterisierung dieser authentischen Tees einfloss. So lassen sich Sorte und Herkunft der einzelnen Teesorten sicher bestimmen.