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Wissen aus der Trennsäule

Analytik von sekundären Pflanzenstoffen mithilfe der Hochdruck-Flüssigchromatografie
Wissen aus der Trennsäule

Vom Kräuterbonbon über Früchtetees und Wellness-Getränke bis hin zur Sportlernahrung – kaum ein neues Produkt kommt ohne den Zusatz pflanz- licher Extrakte auf den Markt. Die Nutzung von Trockenextrakten, wässrigen Auszügen, Pflanzenölen oder gleich der gesamten, meist getrockneten, Pflanze hat einen guten Grund: Die Natur bietet ein enormes Spektrum an unterschiedlichen aktiven Inhaltsstoffen. Für ihre qualitative und quantitative Analytik bietet sich die Hochdruck-Flüssigchromatografie an.

Dr. Jürgen Bernhardt, Dr. Roland Wacker

In Zukunft wird jeder Mensch mehr Verantwortung für seine eigene Gesundheit und Gesunderhaltung tragen müssen. Davon ausgehend gewinnen Themen wie Sport, gesunde Lebensführung und Ernährung immer mehr an Bedeutung. Gleiches gilt für funktionelle Lebensmittel, die durch einen erhöhten Gehalt an bestimmten, die Gesundheit fördernden Inhaltsstoffen gekennzeichnet sind. Dieser erhöhte Gehalt kann einerseits durch den Zusatz ausgewählter Inhaltsstoffe sichergestellt werden oder andererseits durch die sinnvolle Kombination von natürlichen Teilprodukten, sodass im Endprodukt insgesamt eine erhöhte Konzentration einzelner Inhaltsstoffe sichergestellt ist.
Derartige Produktkonzepte sind geeignet, erhöhte Bedarfe an ausgewählten Inhaltsstoffen zu decken, ohne dass damit das Potenzial und der Nutzen einer gesunden Ernährung relativiert werden soll. Unter dieser Prämisse ist es gerade in diesem Marktsektor besonders wichtig, mit strengen Kriterien und objektiven Untersuchungen die Qualität des Produktes wissenschaftlich zu belegen. Dies gilt auch im Hinblick auf die Bewerbung der Produkte. Neben den staatlichen Aufsichtsbehörden und Verbraucherinteressenverbänden wacht nicht zuletzt auch die Konkurrenz streng über die Einhaltung von Deklarationen und Werbeaussagen. Deklarierte Inhaltsstoffe sollten deshalb im eigenen Interesse des Inverkehrbringers unbedingt unter Produktions- und Verkaufsbedingungen in dem durch das Mindesthaltbarkeitsdatum gegebenen Produktlebenszyklus untersucht werden.
Viele natürliche Produkte besitzen positive Wirkungen, die zum Teil einzelnen Inhaltsstoffen zugeordnet werden können. Häufig, und typisch für Lebensmittel, wirken ganze Inhaltsstoffkomplexe auch synergistisch zusammen. So bieten sich entweder Reinsubstanzen mit erwiesener Unbedenklichkeit (Gras-Liste der FDA) oder entsprechend untersuchte natürliche Extrakte, Konzentrate etc. zur Veredelung von Produkten in besonderer Weise an. Beispiele hierfür sind neben den Vitaminen unter anderem auch Anthocyane in Heidelbeerextrakten, Flavonoide aus Kakao, Ginkgo-, Soja- und Rotklee-Extrakte, Sesquiterpensäuren aus Baldrian, Ginsenoside aus Ginsengwurzel, Catechine aus Grüntee sowie die Reinsubstanzen Taurin, Coffein und Coenzym Q10. Wichtige Stoffgruppen sind auch Polyphenole, Carotinoide, Flavonoide, Terpene, Phytosterine, Glucosinolate, Saponine und Phytoöstrogene.
Leitsubstanz bestimmen
Bei der Anreicherung von Lebensmitteln mit den oben genannten Zusatzstoffen ergeben sich für den Hersteller zahlreiche analytische Fragestellungen: So sollte bei der Zugabe von Multikomponentengemischen wie Pflanzenextrakte, -konzentrate etc. zunächst eine Leitsubstanz identifiziert werden, die repräsentativ für den angestrebten Verwendungszweck sowohl im fertigen Produkt als auch im Rohstoff vorkommt. Korrespondierend dazu muss die Nachweistechnologie bzw. das konkrete Nachweisverfahren aufgebaut und validiert werden. Hierzu muss ein schnelles, exaktes und kostengünstiges Analysenverfahren ausgewählt werden, das in der Lage sein sollte, die oft erhebliche Anzahl an Einzelverbindungen in geringer Konzentration neben den vielfach größeren Anteilen an umgebenden Matrixbestandteilen aufzutrennen und zu quantifizieren. Diese Forderung erfüllt die Hochdruck-Flüssigchromatografie (HPLC).
Kaum ein Analysenverfahren ist so vielseitig im Gebrauch und besitzt eine so große Trennleistung, Empfindlichkeit, Präzision wie die HPLC. Zudem bietet sie die Möglichkeit von teils hoch selektiven bzw. sensitiven Multikomponentenanalysen. Die Voraussetzung ist lediglich, dass die Probe ausreichend in einem Lösemittel oder Lösemittelgemisch löslich ist. Dies verdeutlicht Bild 1, in dem eine Auswahl der von Bio- tesys angebotenen oder machbaren Analysenparameter aus Pflanzen in Abhängigkeit vom Molekulargewicht (senkrecht) und der Polarität (waagerecht) aufgetragen ist. Alle grün gefärbten Zonen stellen für die HPLC gut bewältigbare Problemstellungen dar, orange gefärbte dagegen solche, die optimalerweise mit gaschromatografischen Methoden analysiert werden sollten. Praktisch der gesamte Bereich entlang der Hauptachse von oben links (kleine, hydrophile Moleküle wie Ascorbinsäure oder Glutathion) nach unten rechts (große, hydrophobe Moleküle wie Ubichinon), in dem der Korridor für die meisten natürlich auftretenden Substanzen liegt, wird durch HPLC-Analysen abgedeckt. Gerade diese Anwendungsbreite ist einer der Gründe für die Erfolgsgeschichte der HPLC in der Analytik organischer Verbindungen.
Sind Leitsubstanzen für eine Multikomponentenmischung definiert, kann es erforderlich sein, die Produktqualität oder die Qualität der Rohstoffe zu kennen bzw. anhand dieser Substanzen zu prüfen. Insbesondere die Haltbarkeit und Stabilität von Präparat oder Produkt unter realen bzw. forcierten Bedingungen (Belastungstests) erfordern zuverlässige und schnelle Analysen der Leitsubstanzen, um Aussagen zu der Stabilität der Proben machen zu können. Besonders schnelle Analysen sind auch bei der Rohstoffprüfung gefragt, bei der die Qualität des Ausgangsmaterials anhand des Gehalts der Leitsubstanzen beurteilt wird.
Matrixkompetenz beachten
Bereits in der Konzeptionsphase kommt der Matrixkompetenz eine ganz besondere Bedeutung zu. Wichtig ist, dass kein Analysenverfahren in allen verschiedenen Probenarten (Matrices) gleichermaßen anwendbar ist. Um zuverlässige und reproduzierbare Analysenresultate zu erhalten, muss für jede Probenart die Eignung des Verfahrens sowie dessen Kennzahlen mit diesem Probentyp neu ermittelt werden. Dabei werden die Präzision, Robustheit, Richtigkeit, Eigenschaften der Kalibrierfunktion, die Wiederholbarkeit von Messungen und einiges mehr des Verfahrens ermittelt und der experimentelle Nachweis erbracht, dass ein gewähltes Verfahren in der Lage ist, ein Ergebnis von vorgegebener Präzision mit den zu untersuchenden Proben zu liefern.
Validierungen sind grundsätzlich vor Probenmessungen durchzuführen; sie sind zeitintensiv und somit auch ein Kostenfaktor. Aus praktischen Erfahrungen gewonnenes Wissen über das Verhalten von Methodik und verschiedenen Probenmatrices ist hilfreich, um schneller ans Ziel zu kommen. Kurzum: Kompetenz in den zu untersuchenden Matrices und Analysenverfahren zahlt sich aus.
Akkreditierung als Prüflabor
Gerade wenn analytische Fragestellungen die Nutzung von – durch Normen festgelegten – Verfahren einschränkt und neue bzw. laboreigene Verfahren zur Anwendung kommen, rückt die Erfahrung, Sorgfalt und Sachkenntnis des Dienstleisters in den Vordergrund. Ein Umstand, der bei BioTeSys beispielsweise durch die Akkreditierung für Prüflaboratorien nach der international anerkannten Norm EN ISO/IEC 17025 ständig von unabhängiger Seite nachgewiesen wird. Auch die Zertifizierung des Unternehmens nach der internationalen Norm ISO 9001:2008 bescheinigt die Überwachung und Anwendung eines festgelegten betriebseigenen Qualitätssystems.
Online-Info www.dei.de/0310434

Die Biotesys GmbH wurde 1999 gegründet und ist ein Spin-Off des Instituts für Biologische Chemie und Ernährungswissenschaften der Universität Hohenheim. Das Unternehmen ist Partner bei der Entwicklung und Umsetzung neuer Konzepte auf den Gebieten Kosmetik, Nahrungsmittel und Consumer Health Care/OTC. Das Angebot umfasst Screening-Verfahren zur Erfassung des bioaktiven Potenzials von Substanzen oder Substanzgemischen, In-vitro-Testverfahren unter Verwendung von Einzelzellkulturen, Co-Kulturen und verschiedenen Organmodellen sowie klinische Studien. Das Esslinger Unternehmen ist nach ISO 9001:2008 zertifiziert; die Abteilung Analytik mit den Schwerpunkten HPLC und Photometrie ist zusätzlich nach DIN EN ISO/IEC 17025:2005 akkreditiert. Alle verwendeten Messverfahren und Versuchsparameter sind auf physiologische Vorgaben hin entwickelt und optimiert. Die Ergebnisse und erhobenen Wirkkonzentrationen haben dadurch unmittelbare Aussagekraft für die Einschätzung biologischer Wirkungen.
Als Komplettdienstleister auf dem Gebiet der biologischen und chemischen Analyse bietet Biotesys ein sehr weitreichendes Serviceangebot, das die Entwicklung neuer Verfahren und Produkte im Kundenauftrag einschließt.
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