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Headspace-GC

Whiskeyaromen mit kombinierter Headspace-Technik analysieren

| Redakteur: Marc Platthaus

Die Geschmacksprofilierung alkoholischer Getränke, die gelöste Feststoffe enthalten, kann sich als Herausforderung erweisen. Für die Analyse beispielsweise von Whiskeyaromen hilft eine Kombination von statischer und dynamischer Headspace-GC.

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Abb. 1: Schema des dynamischen Headspace-Prozesses (Bild: Gerstel)
Abb. 1: Schema des dynamischen Headspace-Prozesses (Bild: Gerstel)

Bei handelsüblichen destillierten Spirituosen handelt es sich um komplexe Mischungen unterschiedlichster Geschmacksverbindungen in einer dominanten Ethanol-Wasser-Matrix [1, 2]. Die Geschmackstoffe entstammen meist den zugrundeliegenden Produktionsprozessen wie Rohstoffextraktion, Fermentation und Destillation sowie der Reifung, etwa im Eichenfass. Von einigen Ausnahmen abgesehen, sind die meisten Geschmackstoffe destillierter Spirituosen GC-gängig. Ihre Matrix ist relativ rein, sodass eine direkte Aufgabe der Alkoholprobe in den GC meist ohne zeitraubende Probenvorbereitung möglich ist. Die Quantifizierung erfolgt durch einfache Split-Injektion in den GC und anschließender Flammenionisationsdetektion [3, 4]. Höhere Ester und Säuren lassen sich ebenfalls durch Direktaufgabe von 5 bis 10 µL Probe und unter Einsatz eines PTV-Injektors zur Entfernung von Lösungsmittelresten gaschromatographisch bestimmen. Um niedrigere Nachweisgrenzen zu erreichen, lässt sich die Injektionsmenge von Fall zu Fall auf 50 bis 100 μL erhöhen. Hierbei ist allerdings darauf zu achten, dass der Liner im Injektionseinlass nicht überlastet oder Analyten über das Splitventil verloren gehen [5].

Wenn nichtflüchtige Anteile die Matrix belasten

Eine Direktaufgabe scheidet in der Regel aus, wenn die zu untersuchende Probe erhebliche Mengen nicht-flüchtiger Materialien beinhaltet. Bei Obstbränden und Likören etwa kann der hohe Zuckeranteil störend sein; bei sehr alten Brandys und Whiskeys polyphenolische Verbindungen, die dem Reifungsprozess im Eichenfass entstammen. Wird bei der GC-Analyse dieser Proben nicht regelmäßig der Liner gewechselt, reichert sich das nichtflüchtige Material an und es besteht das Risiko, dass das Einlasssystem und die Trennsäule kontaminiert werden und die Analyse beeinträchtigen. Zuckerartefakte, die sich im heißen Einlassventil bilden, könnten zudem die Auswertung der Chromatogramme erschweren. Wichtig für eine fehlerfreie Analyse ist hier also, auf alternative Extraktions- und Aufgabetechniken zurückzugreifen, die sich durch eine hohe Fracht unlöslicher Bestandteile in der Probe in ihrer Effizienz und Zuverlässigkeit nicht beeinträchtigen lassen. Hierzu zählen unter anderem die Festphasenmikroextraktion (Solid Phase Micro Extraction, SPME), die Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) mit dem Gerstel-Twister, die Head Space Sorptive Extraction (HSSE) sowie die statische (HS) und dynamische Headspace-Technik (DHS). Alle genannten Techniken haben sich in der Laborpraxis bewährt und wurden vielfach in der Literatur beschrieben [6-12]. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zu untersuchen, ob und wie sich eine sequenzielle Anwendung von statischer und dynamischer Headspace auf die Profilierung von in gereiftem Whiskey vorkommenden Haupt- und Nebenbestandteilen auswirkt.

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Dass eine Kombination von HS und DHS auf einem Gerät sinnvoll und richtig ist, macht folgende Überlegung deutlich: Während Hauptaroma- und Geschmackskomponenten in der Regel in hoher Konzentration vorliegen, finden sich Nebenkomponenten meist nur in Spuren. Um Spurenverbindungen in analysierbarer Menge trappen zu können, wird die dynamische Headspace-Extraktion (DHS) eingesetzt. Würde die DHS bei Hauptkomponenten angewandt, wäre die Konsequenz eine Überladung der Säule. Die konventionelle statische HS liefert dafür eine ausreichende Ausbeute an Analyten. Als Königsweg erweist sich allerdings, beide HS-Techniken auf einem Sampler zu kombinieren, um bedarfsorientiert schnell und effektiv wechseln zu können.

Um die Empfindlichkeit für jeden Modus zu maximieren, wird ein Kaltaufgabesystem (PTV-Injektor) im solvent-vent-Modus eingesetzt; simultan werden die Analyten im gepackten Liner fokussiert, um sie anschließend punktförmig auf die Trennsäule überführen zu können. Eine kurze apolare Kapillarsäule (0,15 mm I.D.) mit einem Phasenverhältnis von 19 ermöglicht eine schnelle Analyse und exzellente Trennung der interessanten Verbindungen. Als ideal erweist es sich, die beschriebenen Abläufe vollständig zu automatisieren.

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