Schnelle Analyse von Feuchte-, Fett
und Protein in Lebensmittelprodukten

In praktisch allen Produktionsprozessen der Lebensmittelindustrie sind der Feuchtigkeits- oder Feststoffgehalt, der Fettgehalt sowie der Protein/Eiweissgehalt des Eingangs-, Zwischen- und Endprodukts ein wesentliches Qualitätsmerkmal und ein bedeutender Kostenfaktor. Es gilt also, diese definierten Gehalte möglichst genau und gleichmäßig auf dem optimalen Wert zu halten, der oft als „goldene Mitte“ zwischen Produkteigenschaften und Produktkosten vom Betrieb ermittelt wurde oder durch übergeordnete Bestimmungen und Normen festgelegt ist.

Dieses stellt an die begleitende und überwachende Analytik spezielle Anforderungen, wie z. B. hinsichtlich der Schnelligkeit, der Einbindung in Informationssysteme, Verlagerung der Messung vom analytischen Labor hin zum Produktionsort, robuste Apparaturen („Handschuhtauglichkeit“) sowie einfache Handhabung durch teilweise nur angelerntes Personal. Ferner spielt der Kosten- aspekt eine große Rolle bezüglich der Amortisation bei der Anschaffung der entsprechenden Analysensysteme.

1. Mikrowellen-Trocknungssubstanz-Bestimmung

Die schnellste direkte Messmethode ist die Mikrowellen-Trocknung. Bei der Mikrowellen- Trocknung werden die polaren Wassermoleküle der Probe (Eiscreme, Käse, Quark, Molkekonzentrate, Pudding, Fleisch- und Wurstwaren, kulinarische Saucen, etc...) einem fokussierten Mikrowellenfeld ausgesetzt, was wiederum zur Wärmeentwicklung im Inneren der Probe führt. Als Fazit für die Trocknung gilt somit: Die Wassermoleküleder Probe werden in einem Mikrowellenfeld schnell erwärmt und ausgetrieben.

Im SMART Turbo wird das Probengut auf ein spezielles Probenträgermaterial (Glasfaserträger) gegeben und auf die im Mikrowellengerät eingebaute Waage gelegt. Der Trocknungsverlauf ist direkt an die Erwärmung des Probengutes gekoppelt, so dass hier die Gefahr einer Zersetzung (z. B. bei Kohlenhydraten) der Probe minimiert ist. Ein Temperatursensor regelt die Mikrowellenstrahlung und verhindert ein Zersetzen der Probe. Damit kann das SMART auch für sensible Proben, wie Molkekonzentrate, Marzipan, Milchpulver... etc. eingesetzt werden. Der Mikrowellentrockner wiegt die Probe, trocknet und wiegt permanent während der Trocknung zurück, um den Endpunkt zu ermitteln, anschließend wird das Ergebnis berechnet und über den integrierten Bildschirm sowie Drucker ausgegeben.

Praktischer Einsatz

Für die Produktion bedeutet dieses: Das SMART Turbo wird direkt am Produktionsort aufgestellt, eine Probe wird entnommen und in das SMART Turbo gegeben. Wenige Minuten später liegt das Ergebnis vor und es können ggf. Maßnahmen zur Nacharbeitung des Batchansatzes getroffen werden bzw. die Freigabe zum Abfüllen kann erteilt werden. Durch diese Schnellanalytik kann die deutlich verkürzt werden, was wiederum erhöhte Produktion und somit erhöhten Ertrag zur Folge hat.

2. Fettbestimmung

Der Mikrowellentrockner Smart Turbo kann als Fettanalysator erweitert werden. Es wird ein NMR-Modul angeschlossen, in dem die getrocknete Probe binnen 8 s auf ihren Fettgehalt hin untersucht wird. Dieses Kombigerät heißt SmartTrac und wurde für den universellen Einsatz entwickelt. Es müssen keine umfangreichen produktspezifischen Kalibrierungen für unterschiedlichste Rezepturen durchgeführt werden. Direkt nach der Installation ist das SmartTrac für die Routine einsatzfähig! Es hat niemals ein vergleichbares System auf der Welt gegeben, was derart universell, kalibrationsfrei, lösemittelfrei, schnell und präzise den Fettgehalt von den o. g. Lebensmittelproben bestimmt.

Der Einsatz der NMR-Technologie für die Fettmessung ist nicht neu und wird bereits für trockene Proben wie Nüsse, Schokolade oder Getreide eingesetzt. Allerdings scheiterten frühe Versuche zur Fettanalyse von sehr feuchten Produkten wie Fleisch- und Wurstwaren, Molkereiprodukten (Eis, Quark, Joghurt, Käse...), Feinkost, Ketchup, Mayonnaise u. v. m. Der Grund für diese Fehlschläge war der Störeinfluss des Wassers auf das Fettsignal. Ergo: Vor der Fettbestimmung muss das Wasser aus der Probe ausgetrieben werden. Da aber Trocknungen im Trockenschrank etliche Stunden dauern, scheiterte diese Idee bereits im Ansatz. Somit war es für CEM als Pionier und Hersteller der Mikrowellentrockner eine logische Konsequenz, den schnellsten Trockner der Welt, das SMART Turbo zur schnellen Probentrocknung innerhalb von 2 min. der Fettmessung vorzuschalten. Die Mikrowellentrocknung als die schnellste direkte Trocknungsmethode ist schnell genug für die Prozesskontrolle und kann ohne Kalibrieraufwand für unterschiedliche Produkte und Sorten direkt am Produktionsort eingesetzt werden.

3. Protein/Eiweiss Bestimmung mit dem Sprint

Die häufigste Methode zur Bestimmung des Proteingehaltes von Molkereiprodukten war bisher die Kjeldahl-Methode, die als Standard-Methode vielfach vorgegeben ist. Einige Kunden versuchten schon seit geraumer Zeit die Nachteile der Kjeldahl-Methode zu umgehen, indem sie auf Alternativen wie Dumas oder NIR auswichen. Die Stickstoffbestimmung nach Kjeldahl erfasst
den Gesamtstickstoffgehalt der Probe, aus dem wiederum der Stickstoffanteil der Proteine errechnet wird. Probleme ergeben sich bei verfälschten Lebensmitteln (Adulterated Food) oder modifizierten Lebensmitteln (Modified Food), wie der Melamin Skandal zeigte. Bei der NIR-Methode sind umfangreiche Kalibrationen notwendig, leichte Schwankungen der Probenzusammensetzung können das Messergebnis nachhaltig beeinflussen.

Die Revolution mit iTAG Sprint

Es kommt schon einer Revolution gleich, wenn Jahrhunderte alte Methoden durch ein schnelles, einfaches und sicheres Verfahren abgelöst werden. Die Protein-/Eiweiß-Analyse im Sprint erfolgt direkt mittels der iTAG Technologie und wird nicht durch Lebensmittelzusätze verfälscht. Die Verwendung von gefährlichen und umweltschädlichen Chemikalien entfällt zudem. Zu Beginn der Analyse wird die Probe (Wurst, Getränk, Milch, Joghurt, Molkepulver, Käse, Milchdrinks etc.) in einen Becher eingewogen und in das Sprint-Gerät gestellt. Das Sprint gibt nun eine definierte Menge an iTAG Lösung zu der Probe und der eingebaute Homogenisierer durchmischt die Probenmischung. Während dieses Prozesses bindet die iTAG Lösung an den charakteristischen Molekülstellen der Proteine. Tagging (engl. Markieren) bedeutet das selektive Binden des Farbstoffes an den Aminosäuren des Eiweißes in der Probe. Diese Farbreaktion ist schon seit gut 30 Jahren bekannt und hat das offizielle AACC und AOAC Approval.

Die unverbrauchte iTAG Lösung wird über ein Filtersystem aus der Probe entnommen und anhand seiner charakteristischen Färbung im Sprint analysiert. Zeitgleich wird der Homogenisierer automatisch im Sprint gereinigt und somit eine Kontamination mit der nächsten Probe verhindert. Nach typischerweise 2 bis 3 min. ist die Analyse fertig. Als Abfall fallen lediglich etwas Reinigungswasser, einige Milliliter der nichttoxischen iTAG Lösung und der Probenbecher mit der eingewogenen Probe sowie dem Filtriervorsatz an. Beim Ende der Analyse wird der Proteingehalt am Bildschirm und am eingebauten Drucker ausgegeben. Nun ist das Gerät bereit für die nächste Proteinbestimmung. Bei hohem Probendurchsatz können mehrere Sprint Geräte miteinander gekoppelt werden.

Die Ergebnisse

Als Ersatzmethode für die Kjeldahl Standardmethode sind vergleichbare Ergebnisse eine zwingende Voraussetzung. Studien an zertifizierten Referenzmaterialien zeigen, das genau diese Anforderung mit der iTAG Sprint Methode erfüllt werden. Darüber hinaus ist eine deutlich Verbesserung der Präzisionsdaten mit iTAG Sprint zu beobachten.

Kontakt:
Ulf Sengutta
CEM GmbH
Carl-Friedrich-Gauß-Str. 9
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