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Vollautomatische Ballaststoff-Analytik - ein Wunsch wird Realität!

Weltweit einzigartige Technik arbeitet nach europäischen und internationalen Normen

Ballaststoffe haben ein positives Wirken im menschlichen Körper. Durch fortschreitende Erkenntnisse hierzu, nimmt auch die Bedeutung und Anzahl der Bestimmung von Ballaststoffen in Lebensmitteln mehr und mehr zu. Denn neben den natürlichen Vorkommen werden heute viele Nahrungsmittel und Getränke damit künstlich angereichert. Ein guter Grund für Qualitätskontrolle und – sicherung die Produkte regelmäßig zu prüfen.

Für die Analyse dieser wichtigen Stoffgruppe gibt es zahlreiche etablierte Methoden, die den internationalen bzw. bei uns, den europäischen Normen und Vorschriften entsprechen müssen. Doch  der Anteil an aufwendigen, manuellen Schritten in diesen Methoden, erfordert einen hohen Zeit- und Kostenaufwand. Eine oft gewünschte vollautomatische Analytik fehlte bis jetzt. Bis jetzt! Denn es gibt sie inzwischen.

Ein Wunsch wird Realität

Der Codex Alimentarius hat die etablierten Analysenmethoden in einer Übersicht zusammengestellt[1|. Die wohl bedeutsamsten dürften davon die enzymatisch-gravimetrische Methode (in Deutschland: §64 LFGB, L 00.00-18, international: AOAC 991.43) und die Methode AOAC 2009.01 nach der CODEX-Definition sein.

Eine vollautomatische Ballaststoff-Analytik muss demnach genau diesen amtlichen Methoden gerecht werden, da sonst die qualitative Vergleichbarkeit der Ergebnisse in Frage gestellt wäre. Die daraus resultierende Frage ist offensichtlich. Kann eine vollautomatische Bestimmung den komplexen, aufwendigen manuellen Schritten und den amtlichen Vorgaben tatsächlich gerecht werden?
Die Antwort: Sie kann!

Auch wenn es lange gedauert hat und schier unmöglich schien, die amerikanische Firma Ankom [4]  hat ein Gerät entwickelt, welches genau diese Anforderungen erfüllt: Die vollautomatische Ballaststoff-Analytik nach amtlich anerkannten Methoden.

Der ANKOMTDF Analyzer

Wie aber konnte es endlich einem Hersteller gelingen, die komplexe Analyse in einem kompakten Gerät zu automatisieren? Laut dessen eigenen Angaben mussten zunächst Alternativen zu herkömmlichen Glaswaren gefunden werden[3]. Dem automatischen Prozess liegen die eingangs erwähnten Methoden mit amtlicher Anerkennung zu Grunde. Jedoch stehen die dafür benötigten herkömmlichen Labor-Utensilien einem einfachen und möglichst störungsfreien automatischen Prozess im Wege.

Um eine kompakte und robuste Stand-Alone-Lösung zu erhalten, mussten neue Wege gegangen werden. Diese sollten zwar die gewählten Methoden nachempfinden, gleichzeitig jedoch auch technisch einfach und damit wenig störanfällig ausfallen. So werden Bechergläser und Glasfritten durch einem Polymer-Filter-Beutel ersetzt, dem Zwei-Kammer-Filtersystem (Filter Bag Technology). Es ist das Kernstück des gesamten Systems und ermöglicht einen vollständigen Filtrationsprozess bei gleichzeitig reduzierten Filtrationszeiten.

Das Scheduling und einzelne Tasks wie Dosierungen, gleichmäßige Durchmischung, Kontrolle der Temperatur und des pH-Werts sowie der enzymatische Aufschluss erfolgen computergesteuert. Somit ist ein vollautomatischer Ablauf dieser einst aufwendigen Analysenmethode innerhalb eines kompakten Gerätes möglich. Das manuelle Handling reduziert sich dabei auf einfache Schritte wie z.B. die Probeneinwaage oder das Auswiegen der Filterbeutel. Die verwendeten Reagenzien und Enzymlösungen entsprechen den Vorgaben in den amtlichen Methoden. Beispiele für die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse sprechen für sich (Tabelle 1).

Tabelle 1: Beispiele für die Reproduzierbarkeit der automatischen Analyse

Probe

IDF (%)

SDF (%)

IDF
Standard Dev.

SDF
Standard Dev.

Getreide

7.8

2.7

0.10

0.23

7.6

2.3

7.7

2.7

Karotten 

15.8

6.4

0.24

0.38

15.3

6.4

15.6

5.6

15.7

5.8

15.7

6.5

15.2

5.9

Zwiebeln 

11.3

6.1

0.19

0.38

11.3

5.6

11.6

5.8

11.0

5.9

11.2

5.6

11.3

5.0

Haferflocken #1

4.9

4.9

0.00

0.21

4.9

5.2

Haferflocken #2

5.2

4.9

0.14

0.21

5.4

4.6

 Haferschrot

8.5

5.5

0.07

0.21

8.6

5.2

 

Der Trick des 2-Kammer-Filter-Systems

Das besagte Kernstück, die neu entwickelte 2-Kammer-Filter-Bag Technologie, macht eine Automatisierung dieser Methoden überhaupterst erst möglich. Sie umgeht damit zahlreiche Probleme anderer Automatisierungsansätze. Der Polymerbeutel (Filter Bag) lässt sich in einen oberen Reaktionsabschnitt und einen untern Filtrationsabschnitt unterteilen. Die Trennung oder Verbindung der beiden Abschnitte wird über eine Klemmschiene gesteuert. Nach abgeschlossener Reaktion wird die Trennung beider Abschnitte aufgehoben. Durch die damit entstehende Verbindung erfolgt automatisch die Übertragung in den Filtrationsabschnitt [3]. Kritische Transfer-Schritte, wie sie vergleichsweise in den manuellen Methoden notwendig sind, fallen somit gar nicht erst an.

Umfassende Ballaststof-Analytik

Bestimmt werden die Mengen löslicher Ballaststoffe SDF (Soluble Dietary Fiber) und unlöslicher Ballaststoffe IDF (Insoluble Dietary Fiber).  Die Gesamtmenge an Ballaststoffen TDF (Total Dietary Fiber) errechnet sich aus der Summe von IDF und SDF.

Die Bestimmung durch enzymatisch-gravimetrische Verfahren erfasst jedoch die Gesamtmenge an Ballaststoffen nicht zu 100% (Abb. 1).  Um Inulin, resistente Stärken oder Oligosaccharide zu 100% zu erfassen, bedarf es einer weiteren Methode (CODEX Definition Method: AOAC 2009.01).  Laut Hersteller wird das Analysensystem durch ein einfaches Software-Upgrade hierzu genau in diese Lage versetzt. Eine HPLC-Analytik muss jedoch nach wie vor als separater Vorgang aus dem Filtrat erfolgen.

Tabelle 2:  Vergleichsdaten von TDF-Bestimmungen (Div. Labore, manuelle Methode)

Probe

Manuel: TDF (%)

Analyzer: TDF (%)

  Psyllium Hülsen

77.0

86.4

  Kekse

5.9

5.4

  Bohnen

6.6

6.6

  Reis-, Milchpulver

1.9

1.4

  Getreide (Australia)

7.5

8.6

  Shrimp

0.7

0.5

  Reis

>1.0

1.4

  Reis-, Milchpulver

1.9

1.4

  Weizengriesgebäck (arab.)

4.4

5.2

  Mini Mexican (Pizza)

2.1

1.3

  Mini Vegetable (Pizza)

2.1

1.7

  Vollkornpfannkuchen

2.9

2.9

  Gemüsechips

7.4

8.6

  Grünalgen

62.5

61.1

(Quelle: [2])

 

Tabelle 3: Ergebnisse (IDF, SDF) von AACC Kontrollproben

# Kontrollprobe

gemeldete Werte
IDF (%)

Analyzer
IDF (%)

gemeldete Werte
SDF (%)

Analyzer
SDF (%)

AACC DF2 (2012)

10.46

10.60

1.75

1.40

AACC DF3 (2012)

13.79

13.80

2.66

2.60

AACC DF4 (2012)

10.00

9.10

1.75

1.00

AACC DF5 (2012)

6.51

5.60

3.62

3.10

AACC DF6 (2012)

13.52

13.30

2.36

2.40

AACC DF1 (2013)

10.46

10.6

1.75

1.4

AACC DF2 (2013)

6.25

5.5

3.89

4.5

Anmerkung: Die AACC “gemeldeten Werte” sind Ausreißer bereinigte Mittelwerte. Teilnahmezahl: 24 Labore

(Quelle: [2])

 

Derzeit weltweit einzigartig

Der ANKOMTDF Analyzer ist derzeit weltweit das einzige Gerät, welches die standardisierte automatische Analyse für Ballaststoffe in dieser Form ermöglicht. Bleibt noch der Wunsch nach reduzierten Kosten je Probe. Laut einer Aufstellung des deutschen Vertriebspartners, liegen diese mit 5,50 € bei ca. der Hälfte der manuellen Verfahren [2]. Vertriebspartner für die Region D-A-CH ist die Gesellschaft für Analysentechnik – HLS in Deutschland [5].

 

Quellen:

[1] Lebensmittelchemie 67, 1 – 16 (2013), Ballaststoffe:  aktuelle Betrachtung aus rechtlicher und analytischer Sicht erarbeitet von der AG Fragen der Ernährung

[2] Barbara Stadler, Gesellschaft für Analysentechnik – HLS, Deutschland, Seminarunterlagen für ANKOMTDFAnalyzer

[3] A.R. Komarek, ANKOM Technology Corp., Macedon, NY, U.S.A., Cereal Foods World, March-April 2012, Vol.57, No. 2, Dietary Fiber Analysis: Challenges of Automation

[4] Hersteller: ANKOM Technology Corp., Macedon, NY, U.S.A., http://www.ankom.com/

[5] Vertrieb DACH: Gesellschaft für Analysentechnik – HLS, Uelzener Straße 34a, 29410 Salzwedel, Deutschland

[6] Grafik: Hagen Arp –science art service-, nach einer grafischen Vorlage von Medallion Labs, USA und Barbara Stadler [3]

 

Definition von Ballaststoffen (EG Richtlinie)*

Im Sinne dieser Richtlinie bezeichnet der Ausdruck „Ballaststoffe“:

Kohlenhydratpolymere mit drei oder mehr Monomereinheiten, die im Dünndarm des Menschen weder verdaut noch absorbiert werden und zu folgenden Kategorien zählen:

  • essbare Kohlenhydratpolymere, die in Lebensmitteln, wenn diese verzehrt werden, auf natürliche Weise vorkommen
  • essbare Kohlenhydratpolymere, die auf physikalische, enzymatische oder chemische Weise aus Lebensmittelrohstoffen gewonnen werden und laut allgemein anerkannten wissenschaftlichen Nachweisen eine positive physiologische Wirkung besitzen
  • essbare synthetische Kohlenhydratpolymere, die laut allgemein anerkannten wissenschaftlichen Nachweisen eine positive physiologische Wirkung besitzen

* Originaltext: EG Richtlinie 2008/100/EG, Amtsblatt der Europäischen Union, L 285/12 DE, Anhang II

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