Methoden der Lebensmittelanalytik
Die sieben wichtigsten Lebensmittelanalytik-Methoden im Überblick
Ist der Kopfsalat mit Quecksilber belastet? Versteckt sich im Babybrei Blei? Und ist der teure Wein in Wirklichkeit eine Fälschung mit Süßungsmitteln? Wir stellen Ihnen die sieben wichtigsten Lebensmittelanalytik-Methoden vor.
Zu den bekanntesten Lebensmittelanalytik-Methoden zählt die Chromatographie. Das Verfahren analysiert Zusammensetzungen von Lebensmitteln und spürt Zusatzstoffe und gefährliche Rückstände wie Pestizide auf. Diese Analyse basiert darauf, dass die Chromatographie ein Stoffgemisch in einzelne Bestandteile auftrennt.
Inhalt
- Gaschromatographie (GC) – hohe Empfindlichkeit bei verdampfbaren Proben
- Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) – geeignet für nicht-verdampfbare Substanzen
- Massenspektrometrie (MS) – Schimmelpilzen auf die Spur kommen
- Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) – schnelle Identifikation von Metallen und Halbmetallen
- Photometrie – Nitritgehalt in Wurstwaren bestimmen
- Nuclear Magnetic Resonance (NMR)-Spektroskopie – Lebensmittelfälschungen auf die Schliche kommen
- NIR-Spektroskopie – Zusammensetzung von Lebensmitteln kontrollieren
Gaschromatographie (GC) – hohe Empfindlichkeit bei verdampfbaren Proben
In der Gaschromatographie (GC) besteht die mobile Phase aus einem Gas, die stationäre in der Regel aus einem Feststoff. Das Verfahren funktioniert wie folgt: ein Injektor verdampft das Gemisch, sodass es sich in seine Bestandteile trennt. Diese „fliegen“ anschließend mit einem Gas unterschiedlich schnell durch eine dünne Kapillare als stationäre Phase. Wie zügig die Bestandteile die Kapillare passieren, das analysiert ein Detektor am Ende des Trennsystems. Anhand dieser spezifischen Retentionszeit lassen sich nicht nur Rückstände wie Pestizide und andere Kontaminanten identifizieren, sondern auch Aromastoffe, Zuckeraustauschstoffe, Fette und Öle.
Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) – geeignet für nicht-verdampfbare Substanzen
Die Chromatographie funktioniert auch für Substanzen, die sich nicht verdampfen lassen. Hier kommt eine weitere Lebensmittelanalytik-Methode ins Spiel: die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (High Performance Liquid Chromatography, HPLC). Anders als bei der GC besteht die mobile Phase dabei nicht aus Gas, sondern aus einer Flüssigkeit – in der Regel einem Elutionsmittel.
Zu Beginn gibt eine Injektionsspritze mit einem vorgeschalteten Ventil das Stoffgemisch auf eine Säule mit der stationären Phase. Über das Elutionsmittel leisten sich die Bestandteile anschließend ein Wettrennen Richtung Detektor. Und wie bei der Gaschromatographie lassen sich über die Retentionszeit Lebensmittelzusatzstoffe und Kontaminanten identifizieren.
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Massenspektrometrie (MS) – Schimmelpilzen auf die Spur kommen
Aus den Lebensmittelanalytik-Methoden nicht wegzudenken ist neben der GC und HPLC auch die Massenspektrometrie (MS). Sie zählt zu den am häufigsten verwendeten Verfahren, um organische und anorganische Substanzen zu identifizieren. Häufig wird die Massenspektrometrie gekoppelt mit der GC oder der HPLC. Das LC-MS-Verfahren beispielsweise hat sich als Standard entwickelt, um von Schimmelpilzen produzierte Giftstoffe in Getreide und Früchten nachzuweisen: die sogenannten Mykotoxine.
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Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) – schnelle Identifikation von Metallen und Halbmetallen
Um organische und anorganische Substanzen in Lebensmitteln zu bestimmen, lässt sich auch die Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) einsetzen. Das Verfahren funktioniert folgendermaßen: eine Probe befindet sich als Aerosol in einem strömenden Inertgas – beispielsweise in Argon. Durch induktive Kopplung erwärmt sich der Gasstrom auf bis zu 10.000 Grad Celsius. Bei dieser Extremtemperatur verdampft das Aerosol. Die entstehenden freien Atome und Ionen senden Strahlung aus. Jedes chemische Element besitzt ein charakteristisches Linienspektrum, sodass sich über ein Differenzspektrum Aussagen zu den in einer Probe enthaltenen Elementen treffen lassen. Die AAS ist eine bewährte und schnelle Methode, um Elemente wie Metalle und Halbmetalle in wässrigen Lösungen und Feststoffen zu identifizieren. Ebenfalls möglich: die Detektion mit einem Massenspektrometer (ICP-MS) und die Kombination mit der Flüssigkeitschromatographie (LC). Eine LC-ICP-MS-Kopplung beispielsweise ermöglicht besonders niedrige Bestimmungsgrenzen.
Photometrie – Nitritgehalt in Wurstwaren bestimmen
Die Erkenntnis, dass unterschiedliche Frequenzen der elektromagnetischen Wellen unterschiedliche Farben erzeugen, nutzt die Photometrie, um Inhaltsstoffe in Lebensmitteln zu identifizieren. Wie? Vereinfacht ausgedrückt, schicken Photometrie-Anlagen einen Lichtstrahl durch eine Probe in einer Lösung.
Ein Detektor erkennt, welche Lichtstrahlen am anderen Ende herauskommen und welche von der Lösung absorbiert sind. Diese Lichtundurchlässigkeit heißt Extinktion. Mit ihrer Hilfe lässt sich errechnen, welche Substanzen sich in einer Lebensmittelprobe befinden. Zum Einsatz kommt die Photometrie beispielsweise, um den Nitritgehalt in Wurstwaren zu bestimmen.
Nuclear Magnetic Resonance (NMR)-Spektroskopie – Lebensmittelfälschungen auf die Schliche kommen
Fälschungen spielen im globalen Lebensmittelgeschäft eine immer größere Rolle. Besonders betroffen sind hochpreisige Weine, Honig und Olivenöl. Eine bekannte Lebensmittelanalytik-Methode, um den Tricksereien auf die Spur zu kommen: die Kernspinresonanzspektroskopie (Nuclear Magnetic Resonance, NMR).
NMR-Anlagen messen, wie magnetisch aktive Atomsorten – etwa die Isotope Wasserstoff-1 oder Kohlenstoff-13 – in einem Magnetfeld auf einen Radiofrequenzpuls reagieren. Die dadurch entstehenden Signale verraten die chemische Umgebung dieser Atome und damit die Identität der Substanzen in Lebensmitteln. Ob es sich um eine Fälschung handelt, lässt sich über den Vergleich mit dem NMR-Spektrum eines Referenzprodukts schnell erkennen.
Der große Vorteil der NMR-Spektroskopie: Mit einer Messung lassen sich dutzende Molekülsorten gleichzeitig identifizieren und quantifizieren, ohne Lebensmittel vorher einer chromatographischen Trennung unterziehen zu müssen. Über typische Marker im Spektrum erkennen Anwender zudem eine fortgeschrittene Verderbnis oder eine zu starke thermische Belastung.
NIR-Spektroskopie – Zusammensetzung von Lebensmitteln kontrollieren
Die Nahinfrarot (NIR)-Spektroskopie ist ein weiteres Verfahren, um Lebensmittel zu analysieren. Die Geräte arbeiten mit Licht, das zwischen 800 und 2.500 Nanometern Wellenlänge und somit zwischen dem sichtbaren Spektralbereich (VIS) und dem mittleren Infrarot (IR) liegt. Die NIR-Strahlung regt Moleküle im Lebensmittel zum Schwingen an. In den reflektierten Spektren lassen sich anschließend Informationen über die molekulare Zusammensetzung des Lebensmittels ablesen. Anwender können somit unter anderem feststellen, ob die Zusammensetzung eines Lebensmittels korrekt ist – etwa der Anteil von Fett, Proteinen und Kohlenhydraten.
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