Lösemittelextraktion Beschleunigte Lösemittelextraktion bei komplexen Matrices

Für die Extraktion von Substanzen aus einer komplexen Matrix können verschiedene Techniken wie Soxhlett, Ausschütteln oder Mischen genutzt werden. Warum die beschleunigte Lösemittelextrak-tion auch eine Alternative für die Vorbereitung von Lebensmittelproben ist, lesen Sie in diesem Beitrag.

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Die Probenvorbereitung, vor allem die Lösemittelextraktion, ist ein wichtiger Schritt zu Beginn vieler analytischer Prozesse. Bei unvollständiger oder fehlerhafter Extraktion sind die Ergebnisse häufig ungenau oder die Wiederfindungsraten niedrig. Analytiker setzen eine ganze Reihe von Extraktionstechniken ein, unter anderem Soxhlet, Ausschütteln, Ultraschall oder Mischen. Die beschleunigte Lösemittelextraktion (Accelerated Solvent Extraction, ASE) nutzt ein Durchfluss-Lösemittelextraktionssystem, mit dem Produktivität und Probendurchsatz – bei gleichzeitig niedrigeren Vorbereitungskosten – gesteigert werden können. Sie bietet außerdem die Möglichkeit zur Automatisierung. Komplexe Matrices wie Lebensmittelproben oder polare Komponenten wie substituierte Phenole benötigen häufig eine Säurehydrolyse oder eine andere Vorbehandlung vor der eigentlichen Lösemittelextraktion. Bei Lebensmittelproben ist die Säurehydrolyse meist notwendig, um die Lipide durch organische Lösemittel vollständig zu extrahieren.

Extraktion von Matrices

Mit den neuen Durchfluss-Flüssigextraktionssystemen der Serie ASE 150 und ASE 350 von Dionex (s. Abb. 1) können nun auch Matrices extrahiert werden, die zuvor sauer oder alkalisch hydrolisiert wurden. Während bei konventionellen ASE-Systemen eine Probenvorbereitung dieser Art zur Korrosion der Edelstahlzellen und Flusswege führt, werden bei den neuen ASE-Systemen so genannte Dionium-Zellen eingesetzt, die unter sauren oder alkalischen Bedingungen nicht korrodieren. Die Möglichkeit, derart vorbehandelte Matrices extrahieren zu können, erweitert den Anwendungsbereich der ASE deutlich. Abbildung 2 zeigt ein Schema des Funktionsprinzips der ASE. Das neue ASE-150-System verwendet eine Extraktionszelle, mit dem schnelle Extraktionen bei deutlich niedrigerem Lösemittelverbrauch durchgeführt werden können. Das ASE-350-System zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität aus, da erstmals Extraktionszellen und Sammelgefäße für Probengrößen von 500 Milligramm bis 100 Gramm zur Verfügung stehen. Mit dem ASE-350-System können bis zu 24 Proben sequenziell, schnell und vollautomatisch bei reduziertem Lösemittelverbrauch extrahiert werden.

Vergleich der beiden Methoden

Zur Veranschaulichung wurden traditionelle Lösemittelextraktionstechniken zur Bestimmung von Lipiden in Lebensmitteln mit neu entwickelten Methoden verglichen. Diese neuen Methoden basieren auf der pH-stabilen Fluidik aus Dionium-Komponenten. Die gravimetrische oder GC/MS-Bestimmung von Lipiden in Lebensmittelproben bedarf häufig der sauren Hydrolyse vor der eigentlichen Lösemittelextraktion. Die ASE kann nun anstelle der klassischen Mojonnier-Methode eingesetzt werden, da die aus Dionium bestehenden Extraktionszellen mit der im sauren Hydrolysat vorliegenden Salzsäure kompatibel sind.

Hydrolyse der Proben

Die Lebensmittelproben wurden gewogen und in 40-mL-Probengefäße gefüllt. Die Probenmenge wurde zwischen 0,1 und 0,5 g eingestellt, sodass während der Hydrolyse 100 mg Lipid freigesetzt wurde. Zu diesen wurde 0,1 g Pyrogallol addiert, um Verluste durch oxidative Reaktionen während der Hydrolyse zu vermeiden. Zusätzlich wurden noch 2 ml eines internen Standards (C-19 Fettsäure gelöst in Chloroform) zur Probe gegeben. Danach wurden 2 ml Ethanol und 10 ml Salzsäure (Konzentration: 8 mol/L) zugefügt und die Probe gründlich gemischt. Die Hydrolyse wurde bei 75 bis 80 °C für 60 Minuten durchgeführt; die Probengefäße wurden während dieser Zeit kontinuierlich geschüttelt. Alle Proben wurden unter diesen Bedingungen unabhängig von der verwendeten Extraktionsmethode (Mojonnier oder ASE) hydrolisiert. Der Ablauf der beiden Verfahren ist Unter „Methodenvergleich“ (s.u.) beschrieben. Mit der neuen ASE-Prozedur wurde der Fettgehalt von verschiedenen Lebensmittelproben bestimmt und mit den Ergebnissen der Standard-AOAC-Methode (Mojonnier-Flüssig-Flüssig-Extraktion) verglichen. Die mit der ASE- und der AOAC-Methode erhaltenen Werte sind bezüglich Präzision und Genauigkeit vergleichbar. Tabelle 1 zeigt den Zeit-Vergleich der beiden Methoden.

Fazit: Das ASE-350-System bietet eine Plattform zur automatisierten Lösemittelextraktion als Alternative zur klassischen arbeitsintensiven Mojonnier-Methode. Darüber hinaus verringert sich der Lösemittelverbrauch um die Hälfte und die Gesamtextraktionszeit um 30 Prozent.

Methodenvergleich: Vorgehensweise bei Mojonnier- und ASE-Extraktion

• Mojonnier-Extraktion: Der Inhalt der 40mL-Gefäße, die die hydrolisierte Matrix enthielten, wurde in einen Mojonnier-Fettextraktionskolben transferiert. Das Probengefäß wurde einmal mit zehn Milliliter entionisiertem Wasser und zweimal mit Alkohol (sechs und fünf Milliliter) gespült, die zum Mojonnier-Kolben zugefügt wurden. 25 Milliliter Diethylether wurden zugegeben, danach für eine Minute geschüttelt. Nach Hinzufügen von 25 Milliliter Petrolether wurde nochmals eine Minute geschüttelt. Der Kolben wurde 45 Minuten lang stehen gelassen, bis eine Phasentrennung erreicht und die obere organische Phase frei von Partikeln war. Die organische Phase wurde in ein vorgewogenes 60-Milliliter-Probengefäß dekantiert. Die beschriebene Prozedur wurde noch zweimal mit 15 Milliliter Diethyl- und Petrolether wiederholt.
• ASE-Extraktion: Die flüssige Probe wurde zur Neutralisation der Säure mit Dionex Adsorbent (ASE Prep CR) und mit ASE Prep DE zur Adsorption von Wasser gemischt. (Bei Verwendung von zehn Milliter Säure benötigt man 30 bis 40 Gramm ASE Prep CR und 15 Gramm ASE Prep DE.) Die Mischung wurde in Dionium-Zellen eingefüllt und die Lösemittel-extraktion mit Hexan bei 100 °C durchgeführt. Der Extrakt wurde zur Trockene eingedampft und die Fettbestimmung gravimetrisch oder mit GC bzw. GC-MS (nach Derivatisierung) durchgeführt. Die gesamte Vorbereitungszeit pro Probe betrug 23 Minuten.

*H. Herrmann, Dionex (Europe) Management AG, 4600 Olten/Schweiz, **B. Richter und S. Henderson, Dionex Corporation, Sunnyvale/USA

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