Schnelle Proteinbestimmung

Die Stickstoffbestimmung nach Kjeldahl und Dumas 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 im Hundefutter und in der Babymilch der Jahre 2006 und 2009 zeigte. Bei der NIR-Methode sind umfangreiche Kalibrationen notwendig; leichte Schwankungen der Probenzusammensetzung können das Messergebnis nachhaltig beeinflussen.

Kjeldahl und Dumas

Die Kjeldahl-Methode ist seit 1883 bekannt und beinhaltet zeitintensive Arbeitsschritte. Bis zur Berechnung des Proteingehaltes dauert es einige Stunden. Das Arbeiten mit siedender Schwefelsäure ist nicht gerade als angenehm zu bezeichnen. Im ersten Schritt beim Aufschluss wird die Probe mit einem Überschuss an Schwefelsäure in einem offenen Kolben gekocht. Dabei wird der Kohlenstoff im organischen Material zu CO₂ oxidiert und Schwefelsäure zu SO₂ reduziert. Im zweiten Schritt erfolgt eine Wasserdampfdestillation und im dritten schließlich die Bestimmung: Für die direkte Titration von Borat wird häufig ein Indikatorgemisch aus Methylrot und Methylenblau verwendet, welches im Sauren umschlägt. Das verbrauchte Maßlösungsvolumen kann in die Stickstoffmenge der Probe umgerechnet werden.

Eine Verbesserung hinsichtlich Arbeitsschutz und Zeitverkürzung sollte die Dumas-Methode bringen. Diese Verbrennungsmethode wurde 1848 von Jean Dumas entwickelt. Hierbei wird das Probenmaterial bei hohen Temperaturen verbrannt und die entstehenden Verbrennungsgase analysiert. Kleine Einwaagen von festen oder flüssigen Proben werden durch die Verbrennung bei hohen Temperaturen und in Anwesenheit von Katalysatoren oxidiert. Die anfallenden Stickoxide (NO_x) reduziert man dann mittels Kupfer zu elementarem Stickstoff und die Nebenprodukte Wasser und Kohlendioxid werden vollständig abgetrennt. Der Stickstoff lässt sich dann mit einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor analysieren. Der Nachteil dieser Methode: Es fallen nicht unerhebliche Mengen an Kupfer (Reduktionsmittel) und Katalysator an. Zudem sind kostenintensive Reinstgase für die Analyse erforderlich.

Tagging von Aminosäuren

Es kommt schon einer Revolution gleich, wenn Jahrhunderte alte Methoden durch ein schnelles, einfaches und sicheres Verfahren abgelöst werden: Die Protein-Analyse im Sprint erfolgt direkt mittels der iTAG-Technologie und wird nicht durch Lebensmittelzusätze verfälscht. Zudem entfällt die Verwendung von gefährlichen und umweltschädlichen Chemikalien.

Zu Beginn der Analyse wird die Probe (Milch, Joghurt, Fleisch, Wurst, Mehl, Fertiggerichte, 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 Einwaage. 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 der nächsten Probe verhindert. Nach typischerweise 2…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.

Die Analyse endet damit, dass der Proteingehalt am Bildschirm und am eingebauten Drucker des iTag Sprint ausgegeben wird. Nun ist das Gerät bereit für die nächste Proteinbestimmung. Für hohen Probendurchsatz können mehrere Sprint-Geräte miteinander gekoppelt werden.

Vergleichbare Ergebnisse

Als Ersatzmethode für die Kjeldahl-Standardmethode sind vergleichbare Ergebnisse eine zwingende Voraussetzung. Studien an zertifizierten Referenzmaterialien zeigen, das diese Anforderung mit der iTAG-Sprint-Methode erfüllt wird (siehe Tabellen!). Darüber hinaus ist eine deutlich Verbesserung der Präzisionsdaten mit iTAG Sprint zu beobachten. Die nebenstehenden Tabellen mit Messergebnissen von Lebensmittelanalysen zeigen beispielhaft die Leistungsfähigkeit der neuen Methode. Zudem bietet das Unternehmen CEM allen interessierten LABO-Lesern an, eigene Proben im CEM-Applikationslabor testweise mit dem iTag Sprint zu analysieren.

Ulf Sengutta*)

1. CEM GmbH, 47475 Kamp-Lintfort, Tel. 02842/9644-0.