Ionenchromatographische Bestimmung von Laktose in Lebensmitteln

NEUES AUS UNTERNEHMENIonenchromatographische Bestimmungvon Laktose in LebensmittelnKlaus Huege, Thomas Kolb, IC Applikationslabor, Metrohm DeutschlandLaktose, auch als Milchzucker bezeichnet,ist ein bedeutsamer Bestandteil derMuttermilch von Säugetieren. Der Anteilbeträgt zwischen 2% und 7%. Laktose istvor allem für Säuglinge ein wichtiger Energielieferant,unterstützt die Calcium-Resorptionund hemmt Fäulnisbakterien. Beider Verdauung sorgt das körpereigene EnzymLaktase für die Aufspaltung von Laktosein D-Galaktose und D-Glucose. DieProduktion von Laktase lässt bei Erwachsenenstark nach. Kann Laktose, aufgrundeines Mangels an Laktase, nicht mehr abgebautwerden spricht man von einer Laktoseunverträglichkeit.Diese kann u.a. Blähungenund Durchfall hervorrufen. DieLebensmittelindustrie hat darauf reagiertund bringt vermehrt »laktosefreie« Lebensmittelauf den Markt. Dies bedeutet,dass der Gehalt von Laktose in Milchproduktenunter 100 mg/100 g Probe liegt.Zur Zeit ist im Gespräch diesen Wert auf10 mg/100 g Probe zu senken. Um diesesKriterium für die Angabe »laktosefrei« sichernachweisen zu können, wird ein entsprechendesAnalyseverfahren benötigt.Die Ionenchromatographie ist aufgrundder einfachen Bedienung, der sehr weitgehendenAutomation, der integrierten Probenvorbereitungund der notwendigenBestimmungsgrenze prädestiniert dieseAufgabenstellung umfassend zu lösen.Gerätekonfiguration• IC-System und Detektor:850 Professional IC850 IC Amperometric Detector• Automation:858 Professional Sample Processor800 DosinoIC-Ausrüstung für Inline-Dialyse• Software:MagIC Net 2.4 Professional• Vor- und Trennsäule:Metrosep Carb 1 Guard/4.0Metrosep Carb 1 – 150/4.0Probenvorbereitung[1]Die notwendige Probenvorbereitung iststark von der zu untersuchenden Lebensmittelmatrixabhängig. Zunächst muss dafürgesorgt werden, dass die zu bestimmendeLaktose quantitativ in eine wässrigeLösung überführt wird. Feste Proben,wie z.B. Hartkäse, werden nach dem Zerkleinernim Ultraschallbad wässrig extrahiertund das Extrakt über 0,45 µm filtriert.Dieses Extrakt kann dann direkt auf demAutosampler bereitgestellt werden. Fürflüssige Proben (z.B. Milch) ist zunächstnur ein Verdünnungsschritt (z.B. 1:500 inReinstwasser) nötig, der manuell oder automatischdurchgeführt werden kann. Dieverdünnte oder unverdünnte flüssige Probekann dann direkt auf dem Autosamplerplatziert werden. Die hochmolekularen,unpolaren Matrixbestandteile (Proteine,Fettsäuren etc.) der Lebensmittelextraktewürden sich auf die Trennleistung und Lebensdauerder Trennsäule stark negativauswirken oder diese in kurzer Zeit unbrauchbarmachen. Mit Hilfe der Inline-Dialyse-Technik werden diese Matrixbestandteileautomatisch durch eine semipermeableMembran abgetrennt. Die treibendeKraft bei dieser Technik ist der Konzentrationsgradientzwischen der Probelösungund einer Akzeptorlösung (Reinstwasser).Über ein spezielles Liquid-Handlingmit der bewährten Dosino-Technologieund einem 6-Port-Ventil wird der Ablaufso gesteuert, dass sich ein nahezu100%iges Dialysegleichgewicht einstellt.Dadurch erübrigt sich eine langwierige Bestimmungund Kalibrierung der Dialyserate.Durch eine intelligente Steuerung derDie Detektion erfolgtmit dem 850 ICAmperometricDetector.Module über die Software MagIC Netkann die Dialyse so betrieben werden, dasswährend der Chromatogrammaufnahmebereits die folgende Probe vorbereitetwird. Die Dialysedauer von 10 Minutenwirkt sich somit nicht negativ auf denmöglichen Probendurchsatz aus.Nach der Matrixabtrennung mittelsDialyse werden 20 µl der aufgearbeitetenProbe automatisch ins Chromatographiesysteminjiziert. Im Anschluss wird die Dialysezellezunächst mit einer Ethanol/Wasser-Mischungund anschließend mitReinstwasser von der Probenmatrix freigespültund für die nächste Bestimmung vorbereitet.So werden Verschleppungenauch bei deutlichen Konzentrationsunterschiedenverhindert und eine möglichstlange Standzeit der Dialysemembran gewährleistet.Chromatographie undDetektion[2]Die chromatographische Trennung derKohlenhydrate erfolgt auf einer hochka-24 | dmz 7/2013[1] G. Bogenschütz, T. Kolb, A. Walter: Matrixentfernung mittels Inline-Verfahren in der Ionenchromatographie, GIT Labor-Fachzeitschrift 01/2003, S. 25-28[2] Application Work AW IC CH6-1105-082012, Metrohm AG, Herisau

NEUES AUS UNTERNEHMENProbenvorbereitung[3]pazitiven Anionenaustauscher-Säule (MetrosepCarb 1 150/4.0) im stark alkalischenNaOH-Eluenten (10 mMol/L Na-OH, 4 mMol/L Natriumacetat) bei 30°C.Unter diesen Bedingungen liegen die Kohlenhydrateunterschiedlich deprotoniertals Anionen vor und können auf der Ionenaustauschersäulegetrennt werden.Die chromatographischen Arbeitsbedingungenwurden so optimiert, dass Laktosemöglichst gut von anderen Kohlenhydratenwie Saccharose, Galaktose, Glucose,Lactulose etc. getrennt wird.Im PAD-Modus (gepulste amperometrischeDetektion) werden an einer Gold-Arbeitselektrode pro Sekunde drei verschiedeneSpannungen angelegt. Bei einerArbeitsspannung von 50 mV (gegenüberder Palladium-Referenzelektrode) werdendie zu bestimmenden Kohlenhydrate ander Goldoberfläche oxidiert. Der dabeifließende Strom dient als Messsignal undTests mit verschiedenenLebensmittelprobenUm die Eignung der beschriebenenMethode für unterschiedliche Lebensmittelmatriceszu untersuchen, wurden verschiedenelaktosefreie Produkte (Schokowaffeln,Schokomilch, Hartkäse) originalsowie mit Laktose dotiert vermessen. Inder folgenden Tabelle sind die Ergebnissedargestellt:Tests mit verschiedenen LebensmittelprobenBewertungund AusblickDie beschriebeneMethode ermöglicht dieBestimmung von Laktosein unterschiedlichenLebensmitteln. Zur Untersuchungfester Probenist eine wässrige Extraktionnotwendig.Flüssige Proben oder diewässrigen Extrakte werdendirekt auf dem Autosamplerbereitgestelltund alle weiteren Probenvorbereitungsschrittesowie die anschließende Analyse laufenautomatisch ab. Nach den bisherigen Untersuchungenkönnen Gehalte ab 10mg/100 g Laktose in unterschiedlichen Lebensmittelnmit der Ionenchromatographieerfasst werden. Zusätzlich bietet dieseMethode die Möglichkeit, weitere Kohlenhydratewie Saccharose, Galaktose, Glukose,Fruktose oder Maltose mitzubestimmen.Im Vergleich mit den für diese Analytikhäufig eingesetzten enzymatischenProben Laktosegehalt Dotierte Wiederfindungin Originalprobe Laktosemenge [%][mg / 100 g] [mg / 100 g]Schokomilch < 5 10 98Schokowaffeln < 10 25 109Hartkäse < 1 2,5 97[4]Aufgrund der unterschiedlichen Störsignaleund der teilweise sehr großen Konzentrationsunterschiededer einzelnenKohlenhydrate in den verschiedenen Lebensmittelnergeben sich für die untersuchtenMatrices unterschiedliche Bestimmungsgrenzenfür Laktose. Ein Gehalt von10 mg/100 g ist aber in allen drei Probenmessbar.Tests ergeben sich bei der Ionenchromatographiedeutlich niedrigere Kosten für Verbrauchsmaterialsowie teilweise niedrigereBestimmungsgrenzen. Durch Optimierungder Probenvorbereitung (Extraktion,Verdünnung) für die einzelnen Lebensmittelkönnen die erreichbaren NachweisundBestimmungsgrenzen noch weiter gesenktwerden.ist direkt proportional zur Konzentration.Eine positive und eine negative Reinigungsspannungdienen dazu, die Elektrodenoberflächewieder von Oxidationsproduktenzu befreien. So steht stets eine frischeArbeitselektrodenoberfläche zur Verfügungund eine robuste und zuverlässigeDetektion ist garantiert.[3] A. Steinbach: Amperometrische Detektion, GIT Labor-Fachzeitschrift 05/2012, S. 334-335[4] Application Work AW IC DE8-0816-122012, Metrohm Deutschland, Filderstadtdmz 7/2013 | 25