Geruchsstoffe fehlerfrei analysieren

Bei der Analyse von Geruchsstoffen in Lebensmitteln oder deren Rohstoffen kann die Bildung von Artefakten die Ergebnisse erheblich verfälschen. Zwei Forscher des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München haben nun in einer neuen Vergleichsstudie gezeigt, dass die Wahl der Injektionsmethode bei der gaschromatografischen Geruchsstoffanalyse die Artefaktbildung entscheidend beeinflusst. Die On-Column-Injektion erwies sich dabei als Goldstandard, während lösungsmittelfreie Methoden deutlich schlechter abschnitten.

Geruchsstoffe sind flüchtige Verbindungen, die in Lebensmitteln wesentlich zu deren sensorischer Wahrnehmung beitragen und daher die Kaufentscheidung der Konsumentinnen und Konsumenten maßgeblich beeinflussen. Ihre Analyse ist jedoch eine herausfordernde Aufgabe. In Wissenschaft und Forschung hat sich die Gaschromatografie-Olfaktometrie als unverzichtbare Methode etabliert, um geruchsaktive Verbindungen zu identifizieren und sie von der Mehrzahl der geruchlosen flüchtigen Substanzen zu unterscheiden.

Bei dieser Methode isolieren Forschende zunächst die flüchtigen Bestandteile möglichst schonend aus dem Lebensmittel. Anschließend trennen sie die einzelnen Verbindungen mithilfe eines Gaschromatografen auf und erschnuppern am Ende der Trennstrecke, welche Verbindungen riechen und welche nicht.

Zwei Fehlerquellen für Artefakte

Generell können Artefakte sowohl bei der Isolierung als auch bei der Analyse flüchtiger Verbindungen entstehen. „Die Artefaktbildung während der Probenaufbereitung ist gut erforscht und lässt sich heute weitgehend minimieren. Hier hat sich die automatisierte Solvent-Assisted Flavor Evaporation bewährt, an deren Entwicklung unsere Gruppe maßgeblich beteiligt war“, erklärt Studienleiter Martin Steinhaus und fügt hinzu: „Die Artefaktbildung während der Probeninjektion hat man jedoch bislang weitgehend unterschätzt, auch weil aussagekräftige Vergleichsdaten fehlten.“

Julian Reinhardt, Erstautor der Studie, hat daher zehn verschiedene Injektionsmethoden anhand von 14 Testverbindungen überprüft. Wie die Untersuchungen des Doktoranden zeigen, führten vor allem hohe Injektionstemperaturen zu geruchsaktiven Artefakten und haben damit das Potenzial, Geruchsstoffanalysen erheblich zu verfälschen.

Goldstandard On-Column-Injektion

„Die On-Column-Injektion erwies sich als besonders zuverlässig, da die Probe so keinen hohen Temperaturen ausgesetzt ist“, berichtet Martin Steinhaus, der am Leibniz-Institut die Forschungsgruppe Food Metabolome Chemistry leitet. „Im Gegensatz dazu zeigte die Splitless-Injektion bei hohen Temperaturen eine signifikante Artefaktbildung, besonders in Verbindung mit der Headspace-Festphasenmikroextraktion“, so der Lebensmittelchemiker weiter. Um ein verlässliches und repräsentatives Geruchsstoffspektrum eines Lebensmittels zu erstellen, empfiehlt er auf jeden Fall die On-Column-Injektion zu verwenden.

Publikation: Reinhardt, J. and Steinhaus, M. (2025). Injection artifacts in odorant analysis by gas chromatography. J Chromatogr A. 1741, 465624. 10.1016/j.chroma.2024.465624. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2024.465624

Förderung: Diese Forschung erhielt keine spezifischen Zuschüsse von Förderorganisationen aus dem öffentlichen, kommerziellen oder gemeinnützigen Sektor.

Hintergrundinformation:

Geruchsstoffanalytik 2.0 – Technik für die Isolierung flüchtiger Lebensmittelinhaltsstoffe optimiert

Einem Forschungsteam des Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München ist es gelungen, eine bewährte Methode zur schonenden, Artefakt-vermeidenden Isolierung flüchtiger Lebensmittelinhaltsstoffe zu automatisieren. Wie die aktuelle Vergleichsstudie des Teams nun zeigt, bietet die automatisierte Solvent-Assisted Flavor Evaporation (aSAFE) gegenüber dem manuellen Verfahren erhebliche Vorteile. Sie erzielt durchschnittlich höhere Ausbeuten und senkt das Kontaminationsrisiko durch nichtflüchtige Substanzen. https://www.leibniz-lsb.de/presse-oeffentlichkeit/pressemitteilungen/pm-20220729-pressemitteilung-asafe

Kontakte:
Expertenkontakt:

PD Dr. Martin Steinhaus
Leiter der Arbeitsgruppe Food Metabolome Chemistry
Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie
an der Technischen Universität München (Leibniz-LSB@TUM)
Lise-Meitner-Str. 34
85354 Freising
Tel.: +49 8161 71-2991
E-Mail: m.steinhaus.leibniz-lsb(at)tum.de

Pressekontakt am Leibniz-LSB@TUM:

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Wissenstransfer, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
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E-Mail: g.olias.leibniz-lsb(at)tum.de
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Informationen zum Institut:

Das Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München besitzt ein einzigartiges Forschungsprofil an der Schnittstelle zwischen Lebensmittelchemie & Biologie, Chemosensoren & Technologie sowie Bioinformatik & Maschinellem Lernen. Weit über die bisherige Kerndisziplin der klassischen Lebensmittelchemie hinausgewachsen, leitet das Institut die Entwicklung einer Systembiologie der Lebensmittel ein. Sein Ziel ist es, neue Ansätze für die nachhaltige Produktion ausreichender Mengen an Lebensmitteln zu entwickeln, deren Inhaltsstoff- und Funktionsprofile an den gesundheitlichen und nutritiven Bedürfnissen, aber auch den Präferenzen der Verbraucherinnen und Verbraucher ausgerichtet sind. Hierzu erforscht es die komplexen Netzwerke sensorisch relevanter Lebensmittelinhaltsstoffe entlang der gesamten Wertschöpfungskette mit dem Fokus, deren physiologische Wirkungen systemisch verständlich und langfristig vorhersagbar zu machen.

Das Leibniz-Institut ist ein Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft (https://www.leibniz-gemeinschaft.de/), die 96 selbständige Forschungseinrichtungen verbindet. Leibniz-Institute widmen sich gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevanten Fragen. Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Forschung, auch in den übergreifenden Leibniz-Forschungsverbünden, sind oder unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer, vor allem mit den Leibniz-Forschungsmuseen. Sie berät und informiert Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit.

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