Worum es geht: Lipide sind hydrophobe Verbindungen unterschiedlicher Art, die in Pflanzen und Tieren an zentraler Stelle wichtige Funktionen übernehmen. Sie sind ein essenzieller Bestandteile der Nahrung und der meisten biologischen Systeme und eine konzentrierte Quelle für Energie und fettlösliche Vitamine in Lebensmitteln. Lipide erfüllen als strukturelle Bestandteile von Zellmembranen in biologischen System eine wichtige Funktion bei der Übertragung von Signalen. Lipide sind ein Wärmeübertragungsmedium, das Lebensmitteln während der Verarbeitung die gewünschte Textur und den intendierten Geschmack verleiht. Nicht zuletzt sind Lipide wichtige Makronährstoffe, die für das Wachstum und die funktionelle Aufrechterhaltung von Organismen notwendig sind.
Das Problem: Die Oxidation von Lipiden, herbeigeführt durch thermische Beanspruchung und Reaktion unter Luftsauerstoffatmosphäre, führt zu einer Verschlechterung der Ernährung, des Geschmacks, der Textur und des Aussehens von Lebensmitteln. Lebensmittelverarbeitungsvorgänge wie Kochen und Frittieren erhöhten den Grad der Lipidoxidation. Lipidhaltige Lebensmittel können bei längerer Lagerung Oxidationsprodukte ansammeln, die wenig schmackhaft und nicht gesund sind. Der oxidative Abbau von Lipiden führt zur Bildung sekundäre, oftmals unschön riechender Abbauprodukte, darunter Alkane, Alkohole, Ester, Aldehyde und Ketone. Ihnen auf die Spur zu kommen, ist Aufgabe der Qualitätssicherung und der Kontrolle von Lebens-, Nahrungs- und Genussmitteln.
Die Strategie: Wenn es nur darum geht, Fehlgerüchen (Off-Odors) oder Fehlaromen (Off-Flavors) in Lebens-, Nahrungs- und Genussmittel auf die Schliche zu kommen, erweist sich die Gaschromatographie in Verbindung mit der parallel geschalten massenselektiven und olfaktorischen Detektion (GC-MS/O) als Mittel der Wahl. Wie man mit dieser Gerätekombination, also einem GC-MSD/ODP- beziehungsweise GC-MS/O-System Fehlgerüche und Fehlaromen zielführend detektiert und identifiziert, haben Applikationsexpertinnen von GERSTEL bei der Bestimmung von Lipid-Oxidationsprodukten in Lebensmitteln ergebnishaft dokumentiert.
Das System: Verwendet wurde ein GC-MS/O-System mit integriertem Autosampler für die Direkte Thermische Extraktion (DTE) unter Einsatz geschlitzter Mikrovials und die Dynamische Headspace Extraktion der Zielanalyten bestehend aus: GERSTEL-MPS LabWorks-Plattform mit DTE- und DHS-Option und einem 8890/5977C GC/MSD (Agilent Technologies) mit einem parallel zum MSD geschalteten Olfactory-Detection-Port (GERSTEL-ODP).
Die Probenvorbereitung: Analysiert wurden frisches und gealtertes Rapsöl sowie Weizenkräcker und Käsekräcker. Das Rapsöl wurde mehrere Wochen bei 40 °C gelagert, um den Alterungsprozess zu simulieren; die Weizen- und Käsekräcker wurden ein Jahr lang bei Raumtemperatur aufbewahrt, eine Charge Käsekräcker unterzog man bei 40 °C einem intensiverem Alterungsprozess.
Die Extraktion: Die Öle wurden 15 Minuten lang bei 90 °C mit einem Heliumfluss von 50 mL/min im TDU extrahiert (Direkte Thermische Extraktion) und im KAS (PTV-Injektor des GC) bei -120 °C die Analyten zunächst kryofokussiert und anschließend durch schnelles Erhitzen auf 280°C im Split-Modus (5:1) auf die Säule überführt. Die Kräcker wurden für die Dauer von zwei Minuten bei 40 °C inkubiert. Die erschöpfende Extraktion der Analyten (Dynamic Headspace Option, DHS) erfolgte für 20 Minuten bei 40 °C und unter einem Heliumfluss von 50 mL/min, was einem Gasvolumen von 1000 mL entspricht. Die Anreicherung der Analyten erfolgte in mit Tenax-TA gepackten Thermodesorptionsglasröhrchen. Die nachfolgenden Schritte, sprich thermische Desorption im TDU, Kryofokussierung im KAS und Überführung der Analyten auf die GC-Säule gestalteten sich identisch wie bei der DTE.
MSD/Olfaktometrie: Die GC/O-Analyse wurde mit einem 2:1-Split zwischen dem ODP- und dem MS-Detektor durchgeführt. Die ODP-Transferleitung hatte eine Temperatur von 250 °C, die der Mischkammer betrug 150 °C. Letztgenannte wurde mit befeuchtetem Stickstoff gespült, um eine Ermüdung des Geruchsinns und eine nasale Dehydrierung zu verhindern.
Das Ergebnis: Mittels der sensorisch geleiteten Analysenmethode (Sensory Directed Analysis, SDA) ist es gelungen, wichtige sensorisch aktive Verbindungen zu identifizieren, die für durch Lipidoxidation entstehende Fehlgerüche verantwortlich sind. Die Daten (s. GERSTEL AppNote 252) zeigen deutliche Unterschiede in den Chromatogrammen und in der sensorischen Wahrnehmung zwischen frischen, gealterten und sehr gealterten Proben. Insbesondere zeigte sich, dass das Vorhandensein oder Fehlen einer Verbindung nicht unbedingt Aufschluss über ihre sensorische Wirkung gibt, denn viele Verbindungen wurden vom MSD erkannt, erzeugten jedoch beim ODP keinen Geruch. Im Gegensatz dazu wurden am ODP mehrere Verbindungen gerochen, obgleich sich im Chromatogramm kein deutliches Signal abgezeichnet hatte. Mit anderen Worten: Ohne die Kombinationen von MSD und ODP würden für die Auswertung Analyse und Darstellung des Ist-Zustands wertvolle Informationen fehlen. Apropos: Der SDA-Ansatz eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, also um sensorisch aktive Verbindungen zu identifizieren, qualitativ hochwertige Lebensmittelprodukte herzustellen und die Zufriedenheit der Verbraucherinnen und Verbraucher zu steigern.