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Lebensmittelanalytik

Was ist wirklich drin? Proteinbestimmung für Forschung und Qualitätskontrolle

| Autor / Redakteur: Dr. Liliana Krotz, Dr. Francesco Leone und Dr. Guido Giazzi* / Dr. Ilka Ottleben

Abb. 1: Die Flashsmart-EA-Stickstoff-Konfiguration (Ausschnitt)
Abb. 1: Die Flashsmart-EA-Stickstoff-Konfiguration (Ausschnitt) (Bild: Thermo Fisher Scientific)

Die Kenntnis der Nährstoffzusammensetzung von Lebensmitteln und Tierfutter spielt in der Lebensmittelindustrie eine sehr wichtige Rolle, sowohl in der Forschung als auch in der Qualitätskontrolle. Genauigkeit und Reproduzierbarkeit sind bei der Analytik ebenso gefragt wie Schnelligkeit und Automatisierung.

Verbraucher wollen heutzutage wissen, was in ihrem Lebensmittel an Nährstoffen enthalten ist. Zu Recht. Angesichts der Globalisierung des Nahrungsmittelmarktes ist die genaue Kontrolle der Produkteigenschaften, so auch der Nährstoffzusammensetzung, daher für die Lebensmittelindustrie von enormer Bedeutung. Es gilt, den Handelswert zu wahren, die Gesundheit der Verbraucher und nicht zuletzt auch das Ansehen der Hersteller zu schützen. Amtliche Regelungen legen Proteingehalt und Kennzeichnungsanforderungen fest, die dem Konsumenten Preis- und Qualitätsvergleiche ermöglichen. Daher stellt die Proteinanalyse ein Thema von signifikanter wirtschaftlicher und sozialer Bedeutung dar, da sie rechtliche, ernährungswissenschaftliche, gesundheitliche, sicherheitsbezogene und wirtschaftliche Aspekte für die Lebens- und Futtermittelindustrie enthält. Die Stickstoffanalyse ist in der Produktion ein gängiger Test zur Bestimmung des Proteingehalts, der periodisch überprüft werden kann.

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Dazu ist es sehr wichtig, über eine genaue und präzise Analysetechnik zu verfügen, die idealerweise voll automatisch ist und mit der schnelle Analysen mit einer ausgezeichneten Reproduzierbarkeit durchgeführt werden können. Auch sollte die Verwendung giftiger Substanzen vermieden werden. Diese Technik sollte robust sein und sowohl frische, als auch verarbeitete Produkte in den unterschiedlichsten physischen Zuständen (Pulver, Aufschlämmungen, verdünnte Flüssigkeiten, Emulsionen, Gele, Pasten) analysieren und darüber hinaus sowohl Produkte tierischer als auch pflanzlicher Herkunft effektiv bearbeiten können.

Proteinbestimmung – Alternative zu Kjeldahl

Eine Alternative zum klassischen Kjeldahl-Verfahren wurde basierend auf dem Dumas-Verfahren (Verbrennung) entwickelt. Der Test von Dumas wurde über 50 Jahre vor dem Analyseverfahren von Kjeldahl entwickelt. Diese ältere Technik ist die Erfindung von Jean Baptiste Dumas (s. LP-Tipp-Kasten). Die Einführung benutzerfreundlicher und hochgenauer Stickstoff-Verbrennungsanalysatoren hat das Interesse an dem Verfahren von Dumas in den vergangenen Jahrzehnten erneut angefacht. Das Verbrennungsverfahren von Dumas ist vergleichsweise schneller, kostengünstiger, einfacher durchzuführen, sicherer und umweltfreundlicher. Das Dumas-Verfahren wurde von verschiedenen Organisationen anerkannt (AOAC, AACC, AOCS, ASBC, ISO und IFFO).

Der Thermo-Scientific-Flashsmart-Analysator (s. Abb. 2) beruht auf der dynamischen Verbrennungsmethode (ein auf dem Verfahren von Dumas aufbauendes, modifiziertes Verfahren). Er bietet eine schnelle und automatische Stickstoffbestimmung von hoher Genauigkeit und Präzision verglichen mit klassischen Methoden, und dies ohne Verwendung schädlicher Substanzen. CHNS-/O-, NC-, N-/Protein- Analysen können mit einem einzigen Gerät durchgeführt werden. Das System ist modular aufgebaut und kann somit um über 20 Konfigurationen erweitert werden. Mit dem Analysator können sowohl große, als auch kleine Stickstoffmengen ohne Matrixeffekte analysiert werden.

Ergänzendes zum Thema
 
LP-Tipp – Stickstoffbestimmung nach Dumas

Die Thermo Scientific Eagersmart Data Handling Software berechnet den Proteingehalt der Probe automatisch mittels eines Umrechnungsfaktors. Seit 2014 ist in Deutschland und Österreich das Schweizer Unternehmen Brechbühler für den Vertrieb und den Service der Thermo-Scientific-Elementaranalysatoren zuständig.

Automatische Bestimmung des Proteingehalts

Der Flashsmart-Analysator arbeitet mit der dynamischen Flash-Verbrennung der Probe. Pulverförmige Proben wurden in Zinnbehältern gewogen und flüssige Proben am inerten Material Chromosorb absorbiert und dann in Zinnbehältern gewogen. Beide Proben wurden in den Verbrennungsreaktor des Thermo Scientific MAS Plus Autosamplers mit der richtigen Menge Sauerstoff eingebracht, die über die Thermo-Scientific-Oxytune-Funktion bestimmt wurde. Diese Funktion berechnet die für die Verbrennung benötigte Sauerstoffmenge automatisch entsprechend des Gewichts und der Art der Probe. Nach der Verbrennung wurden die erzeugten Gase über einen Heliumstrom einem zweiten, mit Kupfer gefüllten Reaktor zugeführt. Dann wurden sie durch einen CO2- und H2O-Abscheider sowie eine GC-Säule geleitet und schließlich von einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor (TCD) detektiert (s. Abb. 1).

Über die Eagersmart Data Handling Software wird automatisch ein vollständiger Bericht generiert und am Ende der Analyse angezeigt. Anhand der gewonnenen Stickstoffdaten und eines Proteinfaktors berechnet die Software automatisch den Proteingehalt.

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