Analyseverfahren für Lebensmittelsicherheit
  • Das Sicherstellen hoher Qualitätsstandards bei Nahrungsmitteln ist eine (lebens)wichtige Aufgabe. Leistungsfähige Analyseverfahren sind deshalb unerlässlich. Technische Gase spielen dabei eine zentrale Rolle.
  • Grundsätzlich gibt es zwei Fragestellungen bei der Analyse von Lebensmitteln: „Was ist in der Probe?" gefolgt von „Wie viel von einem Stoff ist in der Probe?"
  • Neben dem Aufspüren von Gefahrstoffen spielt auch immer häufiger die Kontrolle eine Rolle, ob sich der Inhalt einer Packung mit den aufgedruckten Angaben deckt.

Ungesunde Nahrungsmittel verursachen viele akute und chronische Erkrankungen. Angefangen von Durchfallerkrankungen bis hin zu verschiedenen Arten von Krebs. Auch in stark reglementierten Märkten der Industrie- und Schwellenländer darf das Thema nicht unterschätzt werden. Ein Beispiel ist der Dioxin-Skandal in Europa im Jahr 2011, als Importverbote für mehrere deutsche Agrarprodukte erlassen wurden. Die genaue Kontrolle aller Produkte von Nahrungsmittel- und Getränkeherstellern ist daher unabdingbar.

Das GC-MS-Verfahren
Ein chemisches Verfahren mit der Bezeichnung Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS), zu Deutsch Gaschromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung, hat sich als exzellente Analysemethode für die forensische Lebensmittelkontrolle herausgestellt. GC-MS als einfaches, exaktes und effizientes Verfahren zum Trennen und Bestimmen der Inhaltsstoffe von Lebensmitteln gilt inzwischen als eines der grundlegendsten Untersuchungsverfahren der analytischen Chemie. Als wichtigste Eigenschaft ermöglicht es GC-MS festzustellen, welche chemischen Substanzen in einer Lebensmittelprobe enthalten sind. Die qualitativen Ergebnisse beantworten also die Frage: Welche Moleküle liegen genau vor? Darüber hinaus gibt das Verfahren auch Auskunft darüber, wie viel von den einzelnen Inhaltsstoffen in der Probe vorhanden ist. Bei vielen Analyseaufgaben ist die Frage nach dem „Was ist in der Probe?“ zunächst viel wichtiger als „Wie viel von einem Stoff ist in der Probe?“. Die qualitative Methode ist bei der Analyse von Lebensmitteln die korrekte Herangehensweise. Nur wenn bekannt ist, welche Inhaltsstoffe in einer Lebensmittelcharge enthalten sind, hat die quantitative Analyse ihre Berechtigung. Das Grundprinzip der Gaschromatographie funktioniert folgendermaßen: Die Moleküle einer Probe scheiden sich in der Trennsäule – einem langen Kapillarröhrchen – aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften voneinander. Die Probe gelangt dabei in ein sogenanntes Trägergas, das sie durch die Trennsäule transportiert. Als Trägergas dient hochreines Helium. Das Massenspektrometer bricht die Verbindungen auf, wodurch diese ionisierte Teilchen freisetzen. Diese werden anschließend nach ihrer Masse in Bezug auf das Gewicht der Gesamtcharge bestimmt. Damit ist der große Vorteil dieser Kombination zweier Verfahren beschrieben: Gaschromatographie als erster Schritt zum Aufspalten und nachfolgende Massenspektrometrie zum qualitativen Messen als zweiter Schritt.

Inhaltsstoffe von Getränken
Die zulässigen Grenzwerte von Benzol im Trinkwasser sind auf nationaler und internationaler Ebene vorgegeben. In den USA gibt es genaue Grenzwerte für in Flaschen abgefülltes Wasser, für Softdrinks hingegen gelten nur Richtlinien. Krebserregendes Benzol in Softdrinks stellt unbestritten eine Gesundheitsgefahr dar und hat immer wieder Umwelt- und Verbraucherschützer in Aufruhr versetzt. Es entsteht durch Decarboxylierung des Konservierungsstoffs Benzoesäure mit Ascorbinsäure unter Wärme- und Lichteinfluss. Neben der Getränkeproduktion nach gesetzlichen Normen und Vorschriften verdient in diesem Zusammenhang auch die weltweite illegale Produktion von Destillaten in Schwarzbrennereien Beachtung. Wie bei allen Destillaten wird Frucht- oder Malzzucker mittels Hefe vergoren, um Ethanol zu gewinnen. Daraus extrahieren die Brenner dann den Alkohol. In illegalen Brennereien reifen diese Destillate anders als konventionelle Spirituosen nur selten in Fässern, enthalten im Gegensatz dazu aber Verunreinigungen und Geschmacksverstärker. Gelegentlich können diese Destillate toxische Alkohole enthalten, etwa Methanol, das zu Erblindung und zum Tod führen kann. Anwender können Ethanol und Methanol mit Gaschromatographen mit nachgeschaltetem Flammen-ionisationsdetektor (GC-FID) qualitativ und quantitativ bestimmen. Bei diesem Verfahren kommen Helium, Stickstoff, Wasserstoff und Synthetische Luft in hohen Reinheiten zum Einsatz.

Neue Risiken
Neben den Gefahren durch Krankheitserreger und Schimmelpilze in Lebensmitteln ist in den vergangenen Jahren die Aufmerksamkeit für eine Vielzahl von weiteren Gesundheitsrisiken gestiegen. Hierzu gehören Pestizide, Schwermetalle, Antibiotika und andere Verunreinigungen in Lebensmitteln. Mehr als 500.000 t Pestizide kommen jedes Jahr allein in den USA zum Einsatz. Mit dem Ausbringen der Giftstoffe sollen Unkräuter, Insekten und andere Organismen bekämpft werden, die für die Landwirtschaft schädlich sind. Obwohl der Pestizid-Einsatz viele Vorteile bringt, zeigen Studien: Pestizide sind Giftstoffe, die eine Bedrohung für die Gesundheit darstellen. Gelangen sie in Lebensmittel, können sie zu Geburtsfehlern, Nervenschäden und Krebserkrankungen führen. Analysentechnisch kommen Labortechniker vielen Pestiziden durch den Einsatz von GC-MS-Systemen auf die Spur. Damit können sie auch geringe Rückstände nachweisen.

Zusammen mit lebenswichtigen Nährstoffen nehmen Pflanzen und Tiere auch kleine Mengen von Schwermetallen auf, die sich über die Zeit anreichern. Das kann zu einer ernsten Gefahr werden: Schon winzige Mengen einzelner Schwermetalle wie Blei, Kadmium und Quecksilber können bei Menschen eine toxische Wirkung haben. Die Aufnahme von Quecksilber durch die Nahrung geschieht meist durch quecksilberhaltige Meeresfrüchte. Die Quecksilberaufnahme über einen längeren Zeitraum hinweg kann zu schweren gesundheitlichen Problemen führen: Hierzu zählen Methylquecksilbervergiftungen, Augenleiden und neurologische Störungen im menschlichen Fötus und bei Kleinkindern. Ein etabliertes Messverfahren zum Ermitteln von Schwermetall-Verunreinigungen ist die Atomabsorptionsspektrometrie (AAS). Mithilfe der Betriebsgase Acetylen, Wasserstoff, Distickstoffmonoxid, Synthetischer Luft und Argon lassen sich mit ihr Schwermetallspuren im ppt-Bereich ermitteln. Alle diese Gesundheitsrisiken, denen erst seit einigen Jahrzehnten verstärkte Beachtung zukommt, lassen sich unter Zuhilfenahme wissenschaftlicher Lebensmittelanalytik in Schach halten. Dafür müssen Hersteller und Einzelhandel innerhalb der Lieferkette immer wieder auf Lebensmittelsicherheit achten, sodass sie ungewollte, aber auch möglicherweise absichtliche Verunreinigungen frühzeitig erkennen können.

Authentifizierung von Lebensmitteln
Hält der Inhalt, was die Verpackung verspricht? Fehlerhafte Angaben treten in verschiedenen Ausprägungen auf: Sie reichen vom nicht deklarierten Hinzufügen von Wasser oder anderen billigen Inhaltsstoffen, über falsche Mengenangaben im Produkt, bis hin zu falschen Informationen über die Herkunft der Inhaltsstoffe. Stammt die Ingredienz tatsächlich aus der genannten geografischen Region? Entspricht die den Angaben? Ein Beispiel: Französischer Champagner sollte aus Frankreich stammen und natives Olivenöl sollte nicht minderwertiges Öl enthalten. Spezialgase kommen überall auf der Welt zur Lebensmittelanalyse zum Einsatz. Prüfer ziehen Gase auch für GC-MS-Verfahren heran, um verschiedene Inhaltsstoffe in Lebensmitteln nachzuweisen: Süßstoffe, Farbstoffe, Aromen, verbotenerweise hinzugefügtes Glycerin und jedwede andere unlautere Zusätze. Der Einsatz von Gasen ermöglicht mittels Isotopenanalyse sogar das Bestimmen der regionalen und klimatischen Herkunft von Lebensmitteln und klärt die Frage, ob Aromen natürlichen Ursprungs sind. Gase spielen ebenfalls eine wichtige Rolle, um Eigenschaften von Fetten zu bestimmen: Liegen gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren vor? Wie hoch ist der Butterfett-Gehalt in einem Brotaufstrich? Zusätzlich trägt der Einsatz von Gasen dazu bei, aufwendige chemische Testverfahren im Bereich der Olfaktometrie, also der Riechprüfung zur Analyse von Geschmacks- und Geruchsstoffen, zu unterstützen.

Wegweisende Analysetechniken
Zum Messen von Metall-Spuren in Lebensmitteln findet die Spektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) Anwendung. Um es zu ermöglichen, dass Nahrungsmittel keinerlei unzulässige Zusatzstoffe enthalten, greifen Labore auch auf die Atomabsorptionsspektrometrie zurück. Durch dieses sehr schnelle und genaue Verfahren können schon kleine Spuren unterschiedlicher Metalle, etwa im Verhältnis von 1:1 Mrd. entdeckt werden. Labore kontrollieren die Herkunft und Authentizität von Lebensmitteln auch mittels der Kernspinresonanzspektroskopie (NMR): Dabei wird eine möglicherweise verunreinigte Lebensmittelprobe mit einer unbedenklichen Probe der gleichen Art verglichen. Für den Einsatz von NMR bedarf es Flüssig-Heliums, welches die Supraleitung der Spule ermöglicht. Die Kernspinresonanzspektroskopie ermöglicht die Aufklärung der Struktur und der Dynamik von Molekülen sowie deren Konzentrationsbestimmung.?

Anuga Foodtec Halle 07.1 – D090

 

 

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