LMC (Fach) / Vorlesung 1 (Lektion)

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• Was ist Lebensmittelanalytik? Angewante Wissenschaft zur Beurteilung der Sicherheit und Qualität von Lebensmitteln.
• Ziele der LM-Analytik - Überwachung (Target-Analyse): Entspricht LM Verkehrsbezeichnung, Verbrauchererwartung, Deklaration - Forschung (Non-Target-Analyse): wertgebende, wertmindernde, gesundheitsschädliche Inhaltsstoffe durch Verarbeitungsprozess?
• Leitsätze - Allgemeine Verkehrsauffassung - zB. Leitsätze für Feine Backwaren, Honig... - dt. Lebensmittelbuch-Kommission
• Was ist das Besondere an der Analytik von LM? - LM = komplexes Stoffgemisch - Major- Minor- und Spurenkomponenten
• Majorkomponenten Bsp. WasserFettKHProteineMineralstoffe Summe = 100 %
• Minor- und Spurenkomponenten Bsp. weitere LM- Inhaltsstoffe: Vitamine, org. Säuren Zusatzstoffe: Konservierungsstoffe, Farbstoffe, Antioxidantien Reaktions-, Abbauprodukte: HMF Rückstände, Kontaminanten: Pestizide, Schwermetalle
• Problematik bei der Bestimmung von SO2 in Wein Bestimmung erfolgt über das Reduktionsvermögen von SO2 Störsubstanzen: andere reduzierende Stoffe z.B. Ascorbinsäure SO2 reagiert mit Weininhaltsstoffen (Ketone, Anthocyane...) und liegt damit frei sowie gebunden vor SO2 hat ein stark abhängiges pH-Gleichgewicht
• Schritte der Probenaufarbeitung HomogenisierenLösenKlärenAufschließen
• Warum erfolgt die Probenaufarbeitung? inhomogene Proben (Marmorkuchen, Fleischsalat) Komplexe Matrizes: Nebenreaktionen u. Störungen durch Fette, Proteine, Farbstoffe...
• Lösen Analysen erfolgen fast ausschließlich in wässriger Lösung Probe wird in einen Messkolben überführt und bis zur Eichmarke aufgefüllt
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• Klären - wie? - wozu? - bei welchen LM? - Problem? nach Carrez 2 Lösungen: Carrez I und II: Zinksulfat und Kaliumhexacyanoferrat Lösungen ergeben zusammen einen voluminösen Niederschlag der Proteine und Fette bindet gelöste Probe --> Zugabe I und II --> Niederschlag ---> Messkolben auffüllen --> abfiltrieren ---> klares Filtrat zum Entfernen von Fetten und Proteinen--> Bestimmung von wasserlöslichen Bestandteilen (Zucker, organische Säuren) bei fett- und eiweißreichen LM (Wurst, Quarkspeisen) Problem: Vitamine können auch an den Niederschlag gebunden werden
• Aufschließen (bei der Probenaufarbeitung) durch starke Säuren und hohe Temperaturen --> hydrolytische Spaltung der Peptidbindungen Freisetzen gebundener Fette (Fettanalytik) Freisetzen der AS (Gesamtproteingehalt, einzelne AS bestimmen)
• Extraktion Nernst'scher Verteilungssatz Ist ein Stoff in zwei nicht mischbaren Phasen löslich, so ist das Verhältnis der Konzentrationen des gelösten Stoffs in beiden Lösungen immer konstant. c1/c2 = α c1 = Konzentration des gelösten Stoffs in oberer Phase c2 = Konzentration des gelösten Stoffs in unterer Phase α = Verteilungskoeffizient
• Extraktion Beispiele Anwendung zwei nicht mischbare Flüssigkeiten (Petrolbenzin, Wasser/Methanol und ein in beiden Flüssigkeiten lösbarer Stoff (Iod) Stoffe, die sich in ihrer Polarität stark von den anderen Probenbestandteilen unterscheiden, können durch Extraktion abgetrennt werden (z.B. beta-Carotin (unpolar) in Karottensaft (wässrige Lsg) --> mit organischen LöMi (z.B: Petrolether) ausschütteln Fettextraktion nach Weibull-Stoldt mit Soxhlet-Apparatur
• Was ist Gravimetrie? Quantitatives Analyseverfahren bei dem die Messung von Stoffmengen auf der Bestimmung der Masse beruht. z.B. Bestimmung der Majorkomponenten: Wasser, Asche, Fett außerdem: rel. Dichte, Alkoholgehalt
• Welche Voraussetzungen müssen für titrimetrische Bestimmungen (volumetrische Bestimmungen) gegeben sein? - die Reaktion des Reaktanten mit dem Analyt ist stöchiometrisch - die Reaktion ist praktisch quantitativ - der Endpunkt kann bestimmt werden (pH-Wert, Farbreaktion)
• Säure-Base-Titration Anwendungsmöglichkeiten Gesamtsäure (Wein) Säuregrad (Milch: Soxlett-Henkel) Buttersäurebestimmung (HBsZ)
• Phenolphthalein als Indikator - Farbigkeit bei welchem pH? - Verwendung? bei pH <9 farblos bei pH > 9 rosa bei pH >12 farblos Endpunkterkennung bei Titration von schwachen Säuren mit starken Basen Verwendung: Bestimmung Säuregrad in Milch (Milchsäure) Bestimmung HBsZ von Backwaren (Buttersäure)
• Salz der Weinsäure? Weinstein? Tartrat Weinstein: Kaliumhydrogentartrat
• Welche Verbindungen werden in der Lebensmittelchemie durch Redoxtitration bestimmt? Ascorbinsäure Schweflige Säure Reduzierende Zucker (indirekt) ungesättigte FS (indirekt, nach Addition von Halogen an Doppelbindung)
• Titrant und Indikator Iod/Iodid - Was ist Oxidationsmittel/Reduktionsmittel? - Vorteil Oxidationsmittel: Iod Reduktionsmittel: Iodid Vorteil: einfache Stöchiometrie, gute Endpunkterkennung
• Iod als Indikator Wodurch entsteht die Farbreaktion? Beispiel für die Anwendung? Iod reagiert mit Stärke: Amylose der Stärke ist helixartig geformt, Iod lagert sich in Anwesenheit von Iodid als Polyiodid in der Helix ein --> Blaufärbung Beispiel: SO2-Bestimmung (Wein): am Umschlagpunkt: Blaufärbung der Lösung, es liegen äquivalente Mengen Iodlösung und SO2 vor
• Bereich des sichtbaren Lichts 380 - 750 nm
• UV-Bereich (nm) 1-380 nm
• Welche Eigenschaften muss ein Analyt haben, um bestimmte Wellenlängen zu absorbieren? konjugierte DB  funktionelle Gruppen (Alkohole, ALdehyde, Carbonsäuren) können ebenfalls zur Absorption beitragen
• Aufbau Photometer Lampe Spalt Gitter/Prisma/Filter Chopper Probe und Referenz Multiplier Detektor
• Photometer: Funktion der Lampe meistens zwei Lampen: Quecksilberlampe für VIS-Bereich, Deuterium-Lampfe für UV-Bereich strahlen polychromatisches Licht (verschiedene Wellenlängen) aus
• Photometer: Probe und Referenz zwei Küvetten (Probe und Vergleichslösung ohne Analyt bzw. entscheidendes Reagenz) Extinktion der Vergleichslösung wird von der Extrinktion der Probelösungen abgezogen --> Eigenabsorptionen der Lösung und Intensitätsschwankungen der Lampe abgezogen)
• Photometrie: Funktion Spalt lässt nur einen definierten Lichtstrahl in den Messraum
• Photometrie: Funktion Gitter, Prisma, Filter kann aus dem polychromatischen Licht eine beliebige Wellenlänge herausfiltern
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• Photometrie: Funktion Chopper beweglich leitet den Lichtstrahl abwechselnd durch Probe und Referenz
• Photometrie: Funktion Spiegel Leiten den Lichtstrahl in definierten Bahnen durch den Messraum
• Photometrie: Funktion Multiplier Wandelt den Lichtstrahl in ein elektrisches Signal um und verstärkt es
• Photometrie: Funktion Detektor Detektiert das elektische Signal
• Auswertung Photometrie Lambert Beersches Gesetz: E = c * d * ε d und ε für Messlösung konstant: Extinktion ist proportional zur Konzentration Erstellen einer Kalibriergerade (Standardlösungen verschiedener Konz. deren Extinktionen gemessen werden) y = x * m + b dann wird die Extinktion der Probe mit unbekannter Konz.gemessen und die Konzentration berechnet
• Beispiel für die Anwendung der Photometrie Nitritbestimmung (NO2-) in Wurstwaren Probenaufarbeitung:  Wurst mit Wasser versetzen und homogenisieren pH Wert mit Natronlauge und Bromthymolblau einstellen im siedenden Wasserbad erhitzen Abkühlen und in Messkolben überführen Carrez hinzugeben und Messkolben auffüllen abfiltrieren und mit Filtrat weiterarbeiten Farbreagenzlösung zum Filtrat geben 30 min im Dunkeln stehen lassen (es entsteht roter Azofarbstoff) Extinktion bei 540 nm messen
• Farbstoffe bei Nitritbestimmung mit Photometrie Sulfanilamid reagiert mit HCl und HNO2 zu Diazoniumchlorid  Diazoniumchlorid bildet mit N-[Naphthyl-(1)]-ethylendiamindihydrochlorid einen roten Azofarbstoff
• Enzymatik Anwendung? im Praktikum: enzymatische Zuckerbestimmung bei Backware allgemein: Fructose, Glucose, Lactose, Saccharosorg. Säuren (z.B. Michsäure, Essigsäure, CitronensäureAlkohol (Ethanol, Methanol...
• Prinzip Enzymatik Analyt wird durch eine enzymatische Reaktion umgesetzt gemessen wird die Zu- oder Abnahme des Coenzyms NADH bzw. NADPH (durch Photometrie)
• Einteilung der Enzyme Oxidoreduktasen Transferasen Hydrolasen Isomerasen Lyasen Ligasen
• Enzyme Eigenschaften Enzyme sind spezifisch z.B. reaktionsspezifisch, gruppenspezifisch, isomerspezifisch abhängig von Größe, sterischer Anordnung und Ladungsverteilung des aktiven Zentrums Nachteil: pH- und temperaturabhängig Enzyme werden bei Reaktionen nicht verändert, Coenzyme schon!
• NAD+/NADH- Absorptionsspektrum NAD+ und NADH: Absorptionsmaximum bei 260 nm NADH auch bei 340 nm ein Maximum!! photometrische Bestimmung der Zu- oder Abnahme von NADH möglich Konzentrationsbestimmung des Substrats möglich
• Durchführung Enzymatik käuflich erhältliche Enzymkits Probe wird nach Vorschrift aufgearbeitet (meistens nach Carrez klären, verdünnen, evtl einfärben) Probenlösung und Reagenzien aus Enzymkit werden nach einem bestimmten Pipettierschema gemischt und anschließend photometrisch bestimmt)
• Vorteile Enzymatik hohe Spezifität einfache Durchführung geringe Probenmenge
• Nachteile Enzymatik sehr teuer temperaturabhängig pH-Abhängig in Haltbarkeit begrenzt

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