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Über dieses Buch

Die Lebensmittelanalytik bildet als angewandte Wissenschaft die Basis zur Untersuchung und Beurteilung von Qualität und Sicherheit unserer Lebensmittel. Das Anleitungs- und Praktikumsbuch beschreibt grundlegende und fortgeschrittene Untersuchungsmethoden. Es vermittelt Basiswissen sowohl über die wichtigsten chemischen und physikalischen Analysenverfahren und deren praktische Durchführung als auch über den theoretischen Hintergrund der Substrate, Analyten und Methoden. Zahlreiche Anwendungsbeispiele zur Ermittlung der Hauptbestandteile, relevanter Minorbestandteile sowie verschiedener Zusatzstoffe und Kontaminanten stehen dabei im Vordergrund. Zusammengestellt wurden klassisch-konventionelle und moderne instrumentelle Analysentechniken; diese wesentlich erweiterte Neuauflage bezieht auch neueste bioanalytische Methoden ein. Die zur Durchführung der Analysen notwendige Ausrüstung findet sich in jedem zeitgemäßen lebensmittelchemischen Laboratorium. Das Buch ist für Studierende und die Praktiker in Labor und Betrieb als Anleitung und handliches Nachschlagewerk gleichermaßen geeignet.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Grundlagen

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1. Strategien zur Untersuchung von Lebensmitteln

Bei der Untersuchung von Lebensmitteln stellen sich vor Beginn der Analyse stets die gleichen Fragen: Was soll wie, wann und warum untersucht werden und was bedeuten die Ergebnisse?
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

2. Methodenkategorien

Methoden für die Analyse von Lebensmitteln können in verschiedene KategorienMethodenkategorie eingeteilt werden.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

Qualität im Labor

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3. Beurteilung von Methoden und Ergebnissen

Neben der Auswahl der „richtigen“ Methode für die jeweilige analytische Fragestellung ist die richtige Interpretation der Ergebnisse ausschlaggebend für eine zuverlässige verlässliche Beurteilung von Lebensmitteln.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

4. Qualitätsmanagement im Labor

Qualitätsmanagement Die Akkreditierung Akkreditierung von Laboren ist ein Kompetenznachweis Kompetenznachweis, Analysen durchführen zu können.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

Instrumentelle Techniken in der Lebensmittelanalytik

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5. Chromatographie

Chromatographische Verfahren Verfahren chromatographisches sind stets Trennverfahren, die darauf basieren, dass die zu trennenden Substanzen über 2 Phasen multiplikativ, d. h. wiederholt verteilt werden.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

6. Massenspektrometrie

Die MS ist eine Methode zur Trennung und Messung von Ionen unterschiedlicher Masse in der Gasphase. Dabei wird die zu untersuchende Probe in das Massenspektrometer eingebracht, verdampft und ionisiert. In einem Massenspektrometer wird das Masse-zu-Ladungsverhältnis (m/z) der Ionen gemessen und die Intensität des auf einen Detektor fallenden Ionenstrahls konzentrationsproportional aufgenommen. Der Ionisierungsgrad ist hierbei ein wichtiges Kriterium für die Nachweisempfindlichkeit des Massenspektrometers.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

7. Kopplungstechniken

Kopplungstechniken beschreiben meist online-Verbindungen zweier oder mehrerer analytischer Verfahren. Prinzipiell gibt es vier verschiedene Kopplungsverfahren:
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

8. Spektrometrie

Die optischen, spektroskopischen bzw. spektrometrischen Verfahren in der analytischen Chemie beruhen auf einem gemeinsamen Merkmal, nämlich der Wechselwirkung von Materie und Energie in Form von Strahlung. Die Strahlung umfasst den Bereich der Radiowellen bis hin zu den Gammastrahlen ( Abb. 8.1; als „Licht“ wird nur der sichtbare Teil des elektromagnetischen Spektrums (Wellenlänge: 400 nm bis 800 nm) bezeichnet.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

9. Polarographie

Mit Hilfe der Voltametrie bzw. Polarographie (engl. polarography) lassen sich über das Strom-Spannungsverhalten einer polarisierbaren Elektrode während Oxidations- bzw. Reduktionsreaktionen Art und Quantität elektrochemisch aktiver Substanzen bestimmen. Voltametrie und Polarographie unterscheiden sich dabei prinzipiell in der Konstruktion der Arbeitselektrode: Diese ist bei der Polarographie eine tropfende Quecksilberelektrode (engl. Dropping Mercury Electrode, DME), deren Oberfläche sich laufend erneuert, während die Elektrodenoberfläche bei der Voltametrie während des gesamten Messvorganges erhalten bleibt (Elektrodenmaterialien sind hier Edelmetalle, Kohle und chemisch modifizierte Materialien).
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

10. Enzymatische Analyse

Der Begriff der „enzymatischen Analyse“(engl. enzymatic analysis)umfasst zwei prinzipiell unterschiedliche analytische Verfahrensweisen:
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

11. Elektrophorese

Elektrophoretische Verfahren nutzen die Wanderung von geladenen Teilchen im elektrischen Feld als Messgröße. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Ladungen und Molekulargewichte (Größen), wandern die Teilchen unterschiedlich schnell und können dadurch voneinander getrennt werden. Die elektrische Feldstärke hängt ab von der Länge des Trennungsmediums und der angelegten Spannung. Die Wanderungsgeschwindigkeit v lässt sich mathematisch als Produkt aus der elektrischen Feldstärke (E) und der substanzspezifischen Mobilität (µ) ausdrücken
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

12. Immunchemische Verfahren

Allen immunchemischen Verfahren (engl. immunochemical methods) ist gemeinsam, dass die Detektion des Analyten auf einer spezifischen Antigen-Antikörper-Reaktion beruht. Aufgrund der Spezifität der Antikörper ( Abb. 12.1) gegenüber dem entsprechenden Antigen sind immunchemische Methoden geeignet, auch geringe Mengen an Antigen im Kontext einer komplexen Matrix nachzuweisen bzw. zu quantifizieren, was die starke Verbreitung dieser Methoden begründet. Zudem kann theoretisch für jedes Antigen, das identifiziert und charakterisiert ist, ein entsprechender Antikörper hergestellt werden. Für eine sehr große Anzahl Proteine sind darüber hinaus Antikörper im Handel erhältlich.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

13. Molekularbiologische Verfahren

Seit den 1970er Jahren wurden eine Vielzahl molekularbiologischer Methoden (engl. molecular biological methods) entwickelt, die Verwendung finden in verschiedenen Fachrichtungen, wie z. B. der Medizin, der Forensik, der Biotechnologie aber auch der Lebensmittelanalytik. Grundsätzlich können molekularbiologische Methoden auf alle Lebensmittelbestandteile angewendet werden, die Nucleinsäuren enthalten. Die Vorteile molekularbiologischer Methoden liegen in geringen Nachweisgrenzen und in hohen Spezifitäten. Typischerweise beschränkt sich die Lebensmittelanalytik auf das Arbeiten mit DNA, sie stellt für einige relevante Fragestellungen einen besonders geeigneten Analyten dar.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

Untersuchung von Lebensmitteln

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14. Allgemeine Parameter

Die Basisuntersuchung von Lebensmitteln und ihren Rohstoffen umfasst neben den eigentlichen wertbestimmenden Hauptbestandteilen wie Fett, Eiweiß und Kohlenhydraten sowie speziellen Inhaltsstoffen auch die Bestimmung allgemeiner Kenngrößen. Bei den allgemeinen Kenngrößen handelt es sich vornehmlich um Summenparameter von Major- bzw. Minorkomponenten, die sich durch chemisch-physikalische Messmethoden meist auf einfache Art und Weise ermitteln lassen und zur Beurteilung sowie Charakterisierung der Erzeugnisse herangezogen werden. Zu diesen allgemeinen Bestimmungen in Lebensmitteln gehören unter anderem so grundsätzliche Methoden wie die zur Ermittlung der Dichte, des Wasser- bzw. Trockensubstanzgehaltes, des sog. Asche- und Sandgehaltes sowie ferner des Ballaststoff- bzw. Rohfasergehaltes.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

15. Fette, Fettbegleitstoffe

Die eigentlichen Fette (engl. fat) oder Triglyceride (engl. triglycerides) sind stickstofffreie organische Verbindungen, die im pflanzlichen und tierischen Stoffwechsel gebildet werden und physiologisch gesehen einen hohen Nährwert (Brennwert) besitzen. Unter den Nährstoffen zählen sie zu den größten Energielieferanten (1 g Fett ≙ 9,3 kcal ≙ 38,9 kJ). Fette (Lipide) sind in der Regel mit zahlreichen Begleitstoffen (Lipoiden) vergesellschaftet, die biogenetisch in naher Beziehung zueinander stehen.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

16. Aminosäuren, Peptide, Proteine, Nucleinsäuren

l-konfigurierte α-Aminosäuren (engl. amino acids) sind wichtige Bestandteile von Lebensmitteln und sind u. a. notwendige Bausteine für die Proteinbiosynthese. Der Bauplan für ein Protein ist genetisch kodiert, die entsprechenden Bausteine werden als proteinogene oder kanonische oder auch als Standard-Aminosäuren bezeichnet. Eine Einteilung der Aminosäuren kann nach physikalischen Kriterien oder ernährungsphysiologischen Gesichtspunkten erfolgen (s. Abb. 16.1).
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

17. Kohlenhydrate

Die Gruppe der Kohlenhydrate (≙ Saccharide, engl. carbohydrate) umfasst niedermolekulare sowie mittelmolekulare bis hochmolekulare, polymere Verbindungen. Kohlenhydrate werden deshalb unterteilt in Mono-, Di-, Oligo- und Polysaccharide (sowie Glycoside) (Einteilung s. Abb. 17.1).
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

18. Spezielle Inhaltsstoffe

Lebensmittel enthalten neben den eigentlichen Hauptbestandteilen, die vornehmlich für den Energiestoffwechsel des Körpers von Bedeutung sind, auch Bestandteile – hier als spezielle Inhaltsstoffe bezeichnet –, die oftmals erst den besonderen (Genuss-)Wert eines Erzeugnisses ausmachen bzw. zur (Qualitäts-)Beurteilung eines Produktes herangezogen werden können. Diese speziellen Inhaltsstoffe liegen in den Lebensmitteln in der Regel in geringeren Konzentrationen vor, so dass zur Analyse nur entsprechend geeignete und empfindliche Methoden, wie sie insbesondere die chromatographischen, optischen bzw. enzymatischen Techniken bieten, eingesetzt werden. Eine Übersicht zeigt Abb. 18.1, Basisinformationen zu Theorie und Praxis dieser Verfahren enthält Teil III Kap. 5 bis Kap. 13.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

19. Zusatzstoffe

Zusatzstoffe (engl. food additives) sind Stoffe oder Stoffgemische, die bei der Herstellung von Lebensmitteln zur Erzielung chemischer, physikalischer (technologischer) oder auch physiologischer Effekte zum Einsatz kommen. Hierzu zählen auch Zuckeraustauschstoffe (mit Ausnahme der Fructose), die Vitamine A und D, Aminosäuren, Mineralstoffe und Spurenelemente. Zusatzstoffe dürfen nur nach amtlicher Zulassung verwendet werden. Unabdingbare Voraussetzung für eine Zulassung sind der Nachweis der gesundheitlichen Unbedenklichkeit und der Nachweis der technologischen Notwendigkeit. Die Zusatzstoffe sind namentlich in Positivlisten der Zusatzstoff-Zulassungs-Verordnung zusammengefasst.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

20. Unerwünschte Stoffe, Kontaminanten und Prozesskontaminanten, Rückstände

Qualität und Sicherheit von Lebensmitteln zu gewährleisten, ist seit jeher Hauptaufgabe angewandter Lebensmittelchemie. Während zeitweilig jedoch hauptsächlich gesetzte Normen kontrolliert und ihre Einhaltung überwacht wurden, tritt heute als neue Komponente die Vorsorge, also die Früherkennung möglicher Gefahren verstärkt in den Vordergrund. Dies liegt daran, dass aufgrund verschiedener Kontaminationsrisiken und durch ständig verfeinerte Analysentechniken mit extrem niedrigen Erfassungsgrenzen sowie nicht zuletzt wegen eines geschärften Gesundheitsbewusstseins heute der Frage nach der Sicherheit der Lebensmittel vermehrte Bedeutung zugemessen wird. Beachtung findet dabei insbesondere die Problematik der Kontamination von Lebensmitteln durch Standort-(Umwelt)bedingungen, durch Einwirkung von Mikroorganismen, durch Zusätze, Rückstände und Verunreinigungen oder durch thermische Reaktionsprodukte. Weiterhin ist aber auch zu beachten, dass Lebensmittel aus natürlichen Prozessen oder als Folge von Verderbnisvorgängen Schadstoffe enthalten können, die nicht anthropogenen Ursprungs sind.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

21. Authentizität

Authentizität von Lebensmitteln bedeutet Originalität, Echtheit bzw. Unverfälschtheit.
Reinhard Matissek, Markus Fischer, Gabriele Steiner

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