Eberhard Humpfer

Getränkeanalytik mittels NMR
NMR-Metabolomische Messungen an Bier und Obstsäften und deren Multivariate
Analyse
E. Humpfer, H. Schäfer, G. Hofmann, M. Mörtter, S. Keller, M. Spraul
Bruker BioSpin GmbH, Rheinstetten, Deutschland
Dirk Lachenmeier
Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt Karlsruhe
Peter Rinke
SGF International e. V.
NMR wurde bisher hauptsächlich zur Struktur-Analyse von Einzelverbindungen
verwendet. In den letzten Jahren ist jedoch insbesondere die Gemischanalytik
mittels NMR immer stärker in den Vordergrund getreten. Dies wurde möglich
durch den Einsatz von Hochdurchsatzsystemen bei gleichzeitiger Steigerung der
NMR-Empfindlichkeit. Die Analyse von Bioflüssigkeiten im medizinischdiagnostischen Bereich hat hier besondere Bedeutung erlangt. So lassen sich zum
Beispiel aus NMR-Protonen-Spektren Rückschlüsse auf die Toxizität von neuen
Arzneimitteln ziehen. Eine kommerzialisierte Anwendung ist z.B. die Auswertung
der Protonen Spektren von humanen Plasmaproben zur Herzinfarktrisikoabschätzung.
Im Lebensmittelbereich ergeben sich gleichartige Anwendungen in der Analytik
von Säften, alkoholischen Getränken und Extrakten.
Hierbei kommt vor allem die Flow-Injection NMR zum Einsatz, bei der die Proben
mittels eines Liquidhandlers einer Durchflußzelle zugeführt werden.
Die Messzeiten betragen von <1 Minute bis einige Minuten, was einen Probendurchsatz von mehreren hundert, im optimalen Falle sogar weit über 1000 Proben
pro Tag erlaubt. Statistische Auswertungen erlauben die schnelle und automatische
Analyse der gewonnenen Daten.
Die enorme Informationsfülle der Protonenspektren wird dabei auf unterschiedliche Weise ausgewertet:
A.) Mit Hilfe des AMIX-Statistik Tools werden die Spektren in bestimmten
Bereichen bucketiert, wobei auch ein variables Bucketing zur Verfügung
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Getränkeanalytik mittels NMR
E. Humpfer, H. Schäfer, G. Hofmann, M. Mörtter, S. Keller, M. Spraul
D. Lachenmeier und P. Rinke
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steht. Abhängig von der Bucketierung erhält man mit Hilfe der PCA
verschiedene Zuordnungen, z.B. können Orangensäfte aus Konzentrat und
direkt gepresste Säfte unterschieden werden, mit anderer Bucketierung kann
aus den gleichen Spektren auf die geografische Herkunft der Säfte ( oder
landesübliche Technologie ) geschlossen werden. Diese problemspezifischen
Bucketierungsgrenzen können als Pattern abgespeichert und auf neue Proben
angewendet werden. Die Auswertung aller solcher Patterns kann dann
simultan und automatisch erfolgen.
Eine Probe, die bei diesem Screening Verfahren aus dem normalen
Verteilungsbereich fällt, kann mit weiterführenden NMR-Experimenten
genauer untersucht werden oder aber auch der klassischen Lebensmittelanalyse zugeführt werden.
B.) Mit Hilfe der PLS können die Protonenspektren auch quantitativ ausgewertet
werden, wobei der zu bestimmende Parameter nicht unbedingt ein klar
definiertes Molekül zu sein braucht. Die Alkoholbestimmung bei Bieren wäre
die Anwendung der PLS auf ein Einzelmolekül in der Mischung, die
Bestimmung der Stammwürze im Bier mit Hilfe der PLS ein Beispiel für den
Gesamtinformationsgehalt der Protonenspekten.
C.) Erkennung von einzelnen Metaboliten in der Getränke-Matrix mit Hilfe der
AMIX Datenbank und eventuell deren Quantifizierung aus dem Gemisch mit
Hilfe z.B. der multiplen Integration.
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