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Dynamische Headspace Marker des Fettsäureabbaus mit DHS-GC/MS nachweisen

Autor / Redakteur: Guido Deussing* / Dr. Ilka Ottleben

Die Qualität von lebensmitteltauglichen Ölen und Fetten zu bewerten, ist aufwändig, aber notwendig für den Verbraucherschutz. Um die Effizienz der Analyse zu steigern und das Kosten-Nutzen-Verhältnis zu optimieren, haben Applikationsexperten nun den Nachweis geeigneter Qualitätsmarker mittels automatisierter DHS-GC/MS verbessert.

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Abb.1: Öle und Fette unterliegen unter anderem Sauerstoff-bedingten Alterungsprozessen, durch die Oxidationsprodukte wie Aldehyde und Ketone entstehen.
Abb.1: Öle und Fette unterliegen unter anderem Sauerstoff-bedingten Alterungsprozessen, durch die Oxidationsprodukte wie Aldehyde und Ketone entstehen.
( Archiv: Vogel Business Media )

Lachs, Makrele, Sonnenblumensamen, Weizenkeime, Walnüsse, Margarine haben eines gemeinsam: Den hohen Gehalt an langkettigen, mehrfach ungesättigten Fettsäuren, neudeutsch Long-Chain-Poly-Unsaturated-Fatty-Acids (LC-PUFA) genannt. Bei ihrem oxidativen Abbau durch Luftsauerstoff entstehen oft olfaktorisch und/oder gustatorisch wahrnehmbare Abbauprodukte wie Aldehyde und Ketone. 4-Heptenal etwa verleiht ölhaltigen Lebensmitteln bereits in Konzentrationen von weniger als zehn Nanogramm pro Gramm Lebensmittel einen wahrnehmbaren fischartigen Geruch oder Geschmack. Da sich der Kontakt mit Luftsauerstoff bei einer normalen Lagerung im Haushalt nur begrenzt unterbinden lässt, ist eine Alterung des Produkts kaum zu verhindern. Um so wichtiger ist es, die Qualität von Lebensmittelölen und -fetten kontinuierlich zu überwachen.

„Die größten Erfolge beim Nachweis von Aldehyden, Ketonen und anderen Fettsäure-Abbaumarkern in ölhaltigen Proben lassen sich mit der dynamischen Headspace-Technik (DHS) erzielen“, erläutert Dr. Oliver Lerch, Chemiker und Applikationsexperte bei Gerstel.

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Versuchsreihe mit zehn verschiedenen Ölproben

Lerch und seine Kollegen untersuchten zehn verschiedene Ölproben mittels automatisierter DHS-GC/MS. Die meisten Öle waren pflanzlich, darunter Oliven- und Rapsöle, sowie zwei Fischöle. Das Hauptaugenmerk legten die Experten auf elf typische Komponenten, die beim Abbau von LC-PUFA entstehen (1-Penten-3-on, 2-(E)-Pentenal, Hexanal, 2-(E)-Hexenal, 4-(Z)-Heptenal, 2-Pentylfuran, 1-Octen-3-on, 2,4-(E,E)-Heptadienal, 2,6-(E,Z)-Nonadienal, 2,4-(E,E)-Nonadienal und 2,4-(E,E)-Decadienal). Die Ölproben wurden zu je einem Gramm in Standard-20-mL-Vials mit Schraubverschluss aufbewahrt.

Überwiegend voll automatisierte Arbeitsschritte bei der dynamschen Headspace

Die Einwaage war der einzige manuelle Arbeitsschritt im Zuge der Probenvorbereitung. Alle weiteren Arbeitsschritte einschließlich der Addition von Standardlösungen über dynamische Headspace-Technik bis zur Probenaufgabe erfolgten voll automatisiert mit dem Multi-Purpose-Sampler (MPS).

Als Grundlage für die Standards wurde eine Vorratslösung von 1 µg/µL in Hexan bereitet, die jeweils mit Hexan auf die für die Kalibration erforderliche Konzentration (5 bis 500 ng/µL) verdünnt wurde. Die Standardlösungen wurden zu je einem Mikroliter aliquotiert und zu der Probe (1 g) im Vial gegeben. Dieses wurde anschließend zum DHS-Modul transportiert und im Schüttler vier Minuten bei 70 °C geschüttelt. Die DHS-Extraktion erfolgte schließlich für die Dauer von zehn Minuten unter einem Gasfluss (Stickstoff) von 50 mL/min, wodurch die Analyten auf einem mit Tenax gefüllten Adsorbensröhrchen konzentriert wurden. Die Adsorbensröhrchen lassen sich individuell füllen und sind austauschbar, sodass sich für jede Probe ein neues Röhrchen verwenden lässt. Unmittelbar im Anschluss an die Extraktion wurde das Röhrchen in der Thermal-Desorption-Unit (TDU) desorbiert, die Analyten wurden im Kalt-Aufgabe-System (KAS) cryo-fokussiert und durch Aufheizen auf die GC-Säule überführt.

„Die DHS-GC/MS-Analyse der Abbauprodukte von langkettigen, mehrfach ungesättigten Fettsäuren (LC-PUFA) gibt eindeutig und auf effiziente, sichere und sensitive Weise Auskunft über die Qualität beziehungsweise den Alterungsgrad von Ölen, Fetten und Fettsäure-haltigen Produkten“, fasst Lerch die Ergebnisse der Analysen mehrerer Ölproben zusammen. Die Methode zeige eindeutig den Konzentrationsanstieg bestimmter Markerverbindungen über die Zeit. Die gemessenen Konzentrationen der meisten Analyten lagen im vorliegenden Fall in der Regel zwischen 1 und 100 ng/g.

So ließen sich beispielsweise in einem Rapsöl deutlich unterschiedliche Gehalte der Abbauprodukte nachweisen, wenn man ein frisches Öl mit einem unter Einfluss von Licht und Luft gelagerten Öl verglich (s. Tabelle 1). Darüber hinaus konnten Lerch und Kollegen deutliche Qualitätsunterschiede zwischen gleichartigen frischen Ölen unterschiedlicher Hersteller und Anbieter nachweisen (s. Tabelle 2). Für die Güte der Methode spräche die Statistik so Dr. Lerch. „Die Kalibrationskurven der Standardaddition für verschiedene Verbindungen in einer Ölprobe verlaufen bis 500 ng/g linear.“ Zudem korrelierten die Kalibrationskurven gut. Für die meisten Verbindungen lagen die Korrelationskoeffizienten bei 0,999 (s. Abb. 3). Die Wiederholbarkeit der Analysen wurde mit frischem Rapsöl überprüft, das nur relativ geringe Mengen der analysierten Abbauprodukte enthielt und mit 5 ng/g der Analyten versetzt worden war. Die relativen Standardabweichungen (RSDs), die sich aus fünf Wiederholungen ergaben, lagen in der Regel unter fünf Prozent. Die Nachweisgrenze variierte in Abhängigkeit von der nachzuweisenden Verbindung und lag zwischen 0,05 und 5 ng/g. Die Methode habe sich als robust erwiesen und sei nahezu frei von Verschleppungen (kleiner 0,01 Prozent), konstatiert Dr. Lerch. Der Anwender profitiere auch von der Automatisierung der DHS-GC/MS-Methode, durch die sich der manuelle Arbeitsaufwand stark reduziere.

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