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Mykotoxin-Analytik Mykotoxine schnell und vor Ort IR-spektrometrisch bestimmen

Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Die Vorteile einer schnellen, semi-quantitativen IR-spektrometrischen Mykotoxin-Analytik erläutert Prof. Dr. Boris Mizaikoff im LP-Interview. Das Gespräch führte LP-Chefredakteur Marc Platthaus

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„ Mykotoxin-Grenzwertüberschreitungen bei Produkten sollten idealerweise vor der Weiterverarbeitung festgestellt werden.“ Prof. Dr. Boris Mizaikoff, Direktor und Leiter des Instituts für Analytische und Bioanalytische Chemie, Universität Ulm
„ Mykotoxin-Grenzwertüberschreitungen bei Produkten sollten idealerweise vor der Weiterverarbeitung festgestellt werden.“ Prof. Dr. Boris Mizaikoff, Direktor und Leiter des Instituts für Analytische und Bioanalytische Chemie, Universität Ulm
(Bild: Universität Ulm)

LP: Mykotoxine sind Stoffwechselprodukte aus Schimmelpilzen und wirken bereits in geringen Mengen bei Menschen und Tieren giftig. Wo kommen diese Pilzgifte am häufigsten vor, und was sind die auslösenden Faktoren?

Prof. Dr. Boris Mizaikoff: Im Prinzip entstehen Mykotoxine überall dort, wo Schimmelpilze gut anwachsen können. Das heißt, dass sowohl Futtermittel als auch Nahrungsmittel betroffen sind, wobei insbesondere Getreide und Mais, aber auch alle Arten von Nüssen sowie Trockenfrüchte betroffen sein können. Insbesondere bei der Lagerung können entsprechende Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen zur vermehrten Kontamination der gelagerten Produkte führen. Daher ist es im Rahmen der Lebens- und Futtermittelsicherheit von besonderer Bedeutung, eventuelle Grenzwertüberschreitungen rasch und vor Ort – idealerweise vor der Weiterverarbeitung – festzustellen. Im Rahmen des Projektes MYCOSPEC fokussieren wir zunächst auf eine beschränkte Anzahl an Matrices. Diese wurden von unseren Projektpartnern mit der entsprechenden Expertise auf dem Gebiet der Mykotoxinanalytik – vor allem Prof. Krska und sein Team am Interuniversitären Department für Agrarbiotechnologie (IFA Tulln) der Universität für Bodenkultur in Wien, Österreich – gemeinsam mit den kleinen und mittleren Anwenderunternehmen aus mehreren europäischen Ländern, die an diesem Projekt beteiligt sind (ICC, Österreich; Fullwell Mill Ltd, Großbritannien; Cerveses La Gardenia, Spanien; SETBIR, Türkei), in der Anfangsphase des Projektes erarbeitet.

LP: Wie wurde der Nachweis von Mykotoxinen bisher durchgeführt, und welche Probleme gab es dabei?

Prof. Mizaikoff: Mykotoxine werden in der Regel in zertifizierten Analyselaboratorien untersucht, wobei relativ aufwändige Verfahren wie beispielsweise die Massenspektrometrie zum Teil gekoppelt mit entsprechenden chromatographischen Trennverfahren eingesetzt werden. Weiters können Antikörper-basierte Assays nach entsprechender Probenaufbereitung eingesetzt werden. Bislang sind jedoch kaum Verfahren verfügbar, die einerseits mit minimaler Probenvorbereitung auskommen – oder sogar Feststoffproben direkt untersuchen können – und die andererseits einen kompakten bzw. letztendlich portablen Analysator bieten, sodass semi-quantitative Analysen gegebenenfalls auch vor Ort, das heißt beim Vertreiber im Ursprungsland oder im entsprechenden Lager durchgeführt werden können. Die Infrarotspektroskopie kann an Sensitivität und Selektivität – das heißt bei dieser Differenzierung und Quantifizierung der Metabolite – mit diesen hochentwickelten Laborverfahren sicherlich nicht mithalten. Unser Ziel ist daher, ein ergänzendes Messverfahren zu entwickeln, mit dem Kontaminationen rasch und semi-quantitativ festgestellt werden können, sodass eine informierte Ja/Nein-Entscheidung über weiterführende detaillierte Analysen bereits vor Ort getroffen werden kann. Sollte keine Kontamination vorliegen, kann der Aufwand an sonst erforderlicher Probenahme, Probenaufbereitung und Laboranalyse deutlich verringert werden.

LP: Im Projekt Mycospec arbeiten Wissenschaftler an einem neuen Schnelltest mittels Infrarot-Laserspektroskopie. Wie soll dieser Test durchgeführt werden, und welche Vorteile gegenüber den bisher verwendeten Methoden erhoffen Sie sich?

Prof. Mizaikoff: Die Infrarotspektroskopie ist ein optisches Analyseverfahren, das durch die Anregung von Schwingungsspektren die rasche Identifikation von Molekülen erlaubt; IR-Spektren werden daher auch häufig als „molekularer Fingerabdruck“ bezeichnet. Komplexe Matrices wie beispielsweise Getreide oder Nüsse bzw. deren Extrakte liefern daher hochkomplexe IR-Spektren, die natürlich auch Information über molekulare Kontaminanten beinhalten. Diese Spektren können unter Nutzung entsprechender multivariater Statistikverfahren bestimmten Kontaminationen und Kontaminationsgraden letztendlich zugeordnet werden. Mit der Entwicklung der so genannten Quantenkaskadenlaser (QCL) stehen neben den in der konventionellen IR-Spektroskopie eingesetzten Schwarzkörperstrahlern heutzutage modernste und zum Teil breit abstimmbare Laserlichtquellen zur Verfügung, die neben einer hohen Energiedichte – und somit einem optimierten Signal-zu-Rausch-Verhältnis – äußerst kompakte Abmessungen für QCL-basierte Analysatoren bieten. Meine Forschungsgruppe beschäftigt sich seit vielen Jahren mit der Nutzung von QCLs in der Bio-, Umwelt- und Prozessanalytik, sodass wir im Rahmen von Mycospec in Zusammenarbeit mit den Firmen MG Optical Solutions (Deutschland), sowie Iris (Spanien) zuversichtlich sind, diese noch relativ neue Lasertechnologie für die Mykotoxinanalytik nutzbar zu machen. Nicht zuletzt basiert der geplante Analysator auf von uns entwickelten Dünnschicht-Lichtwellenleitern, die als Probeninterface eine ideale Ergänzung zu QCLs darstellen, und die eine Analyse von flüssigen (z.B. Extrakte von Nüssen oder Rosinen) wie auch festen (z.B. vermahlene Getreide- oder Maiskörner) Proben mit hoher optischer Effizienz erlauben.

Vielen Dank für das Gespräch Herr Prof. Mizaikoff.

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