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Alltägliche Kochverfahren – Grillen, Räuchern, Braten – können unsichtbare Gefahren in Lebensmitteln erzeugen. Eine aktuelle Studie der Seoul National University of Science and Technology (SeoulTech) zeigt einen schnelleren und umweltfreundlicheren Ansatz zur Detektion polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAK/PAHs), einer Gruppe krebserregender Chemikalien, die sich in Ölen, Fleisch sowie in Obst und Gemüse anreichern können. Die hier beschriebene Methode verbindet die QuEChERS-Probenaufbereitung mit Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC–MS) und bietet ein praktikables Werkzeug für Laboratorien, Lebensmittelkontrolle und industrielle Qualitätskontrolle.
Wie PAKs auf Ihren Teller gelangen
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK oder PAHs) sind hydrophobe organische Verbindungen, die aus mehreren miteinander verschmolzenen aromatischen Ringen bestehen. Sie entstehen, wenn organisches Material – Fette, Öle oder Pflanzengewebe – verbrannt oder unvollständig verbrannt wird (partielle Oxidation). Daher sind gängige Kochtechniken wie Grillen, Räuchern, Frittieren und Braten besonders anfällig für die Bildung von PAKs. Stark verkohlte Fleischstellen, knusprige Ränder und dunkel gebräunte Oberflächen weisen typischerweise höhere PAK-Konzentrationen auf.
PAKs beschränken sich nicht nur auf gegarte tierische Produkte. Auch pflanzliche Lebensmittel können PAKs enthalten, etwa durch atmosphärische Ablagerungen aus Industrieemissionen und Fahrzeugabgasen, Bewässerung mit kontaminiertem Wasser oder durch Aufnahme aus belasteten Böden. Beispiele mit nachgewiesenen PAK-Gehalten sind geräucherter Fisch, gerösteter Kaffee, bestimmte Käsesorten und einige Backwaren. Da mehrere PAK-Verbindungen als krebserregend eingestuft sind (siehe IARC-Einstufungen), ist das weitverbreitete Auftreten in unterschiedlichen Lebensmittelkategorien ein relevantes Thema der Lebensmittelsicherheit, das verlässliche Überwachungsmethoden entlang der gesamten Lebensmittelversorgungskette erfordert.
Ein schnellerer Weg zur PAK-Detektion: QuEChERS–GC–MS
Konventionelle Extraktionsverfahren – Festphasenextraktion (SPE), Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE) oder beschleunigte Lösungsmittelextraktion (ASE) – sind wirksam, können aber zeitaufwändig, arbeitsintensiv und lösemittelintensiv sein. QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, and Safe) wurde ursprünglich zur Analyse von Pestizidrückständen entwickelt und ist inzwischen ein etabliertes Konzept zur Probenvorbereitung. Durch kürzere Vorbereitungszeiten, geringeren Lösungsmittelverbrauch und eine vereinfachte Probenreinigung reduziert QuEChERS den Arbeitsaufwand und die Umweltbelastung. In Kombination mit GC–MS liefert QuEChERS–GC–MS einen robusten Workflow zur Bestimmung von PAKs in komplexen Lebensmittelmatrices.
Das Forschungsteam um Professor Joon-Goo Lee im Department of Food Science and Biotechnology an der SeoulTech setzte ein QuEChERS–GC–MS-Protokoll ein, um acht prioritäre PAKs zu quantifizieren: Benzo[a]anthracen, Chrysene, Benzo[b]fluoranthen, Benzo[k]fluoranthen, Benzo[a]pyren, Indeno[1,2,3-cd]pyren, Dibenz[a,h]anthracen und Benzo[g,h,i]perylen. Als Extraktionsmittel verwendeten die Forschenden Acetonitril und prüften verschiedene Sorbent-Kombinationen (z. B. PSA, C18, GCB) zur Probenreinigung, um die Wiederfindungsraten über unterschiedliche Lebensmittelmatrices hinweg zu optimieren. Solche Anpassungen sind wichtig, da Matrixeffekte (z. B. hoher Fett- oder Zuckeranteil) die Extraktion und Detektion von PAKs beeinflussen können.
Die analytische Leistung des Verfahrens war überzeugend. Kalibriergeraden für jedes PAK wiesen eine ausgezeichnete Linearität auf (R2 > 0,99). Die Nachweisgrenzen (LOD) lagen zwischen 0,006 und 0,035 µg/kg, die Bestimmungsgrenzen (LOQ) zwischen 0,019 und 0,133 µg/kg. Wiederfindungsversuche ergaben Werte zwischen 86,3 % und 109,6 % bei 5 µg/kg sowie ebenso robuste Rückgewinnungsraten bei höheren Einspitzungen; die Präzision blieb matricespezifisch unter 7 %. Diese Kennzahlen sprechen für eine Methode, die sensitiv, reproduzierbar und für regulatorische oder industrielle Screening-Aufgaben geeignet ist. Zusätzlich wurde auf eine effiziente interne Qualitätskontrolle geachtet: Verwendung von Isotopen-markierten Standards, regelmäßige Kalibrierüberprüfungen und Matrixkalibrierungen zur Korrektur von Matrixeffekten tragen zur Verlässlichkeit bei.
Bild: Forschende entdecken krebserregende Verbindungen in alltäglichen Lebensmitteln mit einer fortschrittlichen QuEChERS-(Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe)-Methode. Foto: Prof. Joon-Goo Lee von SeoulTech, Korea
Auswirkungen für Industrie: Sicherheit, Kosten und Nachhaltigkeit
Professor Lee betont die praktischen Vorteile: „Diese Methode vereinfacht nicht nur den analytischen Ablauf, sie zeigt auch eine hohe Effizienz in der Detektion verglichen mit konventionellen Verfahren. Sie lässt sich auf ein breites Spektrum an Lebensmittelmatrices anwenden.“ Für Lebensmittelhersteller, Prüfstellen und Kontrolllabore kann QuEChERS–GC–MS die Durchlaufzeiten verkürzen und den Solventverbrauch deutlich reduzieren. Geringerer Lösungsmittelbedarf führt zu Kosteneinsparungen, reduziert Abfall und minimiert Risiken im Laborbetrieb – Punkte, die für die betriebliche Nachhaltigkeit und Compliance wichtig sind.
Aus regulatorischer Sicht unterstützt eine schnellere und empfindliche Analytik verbesserte Überwachungsprogramme. Durch zeitnahe Ergebnisse lassen sich problematische Prozessschritte identifizieren – etwa übermäßiges Räuchern, Flammeneinwirkung oder zu hohe Thermobehandlung – und Hersteller können Prozessparameter anpassen, um die PAK-Bildung zu minimieren. Bessere Analytik fördert zudem genauere Deklarationen und erhöht die Produktsicherheit für Verbraucherinnen und Verbraucher. Behörden wie die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) oder nationale Lebensmittelüberwachungsstellen profitieren von validierten, vergleichbaren Methoden, die standardisiert in Routinekontrollen eingesetzt werden können.
Was das für die öffentliche Gesundheit und künftige Forschung bedeutet
Die Reduzierung der diätetischen Belastung durch krebserregende PAKs erfordert ein mehrgleisiges Vorgehen. Verbesserte Analytik bildet eine wichtige Säule: Sie informiert Regulierung, Industrie-Risikomanagement und wissenschaftliche Bewertungen. Der QuEChERS-Ansatz deckt zugleich Nachhaltigkeitsziele ab, indem er Lösungsmittel einspart und Arbeitsabläufe vereinfacht. Zukünftige Forschung könnte die Methode auf weitere Lebensmittelkategorien ausweiten, Hochdurchsatz-Automatisierung integrieren oder parallel die gleichzeitige Analyse weiterer Kontaminanten – etwa polyzyklische aromatische Verunreinigungen, HAP/PAH-Analoga, Nitrosamine oder bestimmte PAK-Derivate – in einer einzigen Messung prüfen.
Anwenderorientierte Forschung sollte auch Langzeitstudien zur Häufigkeit und Trends von PAK-Konzentrationen in Versorgungsnetzen vorsehen, sowie Untersuchungen zu Prozessparametern, die die PAK-Bildung am stärksten beeinflussen (Temperaturprofile, Rauchdauer, Holzarten beim Räuchern, Fettgehalt). Weiterhin sind epidemiologische Bewertungen und Expositionsabschätzungen nötig, um die gesundheitliche Bedeutung gemessener Konzentrationen in der täglichen Ernährung zu bewerten. Internationale Harmonisierung von Testmethoden und Grenzwerten würde die Vergleichbarkeit von Daten aus unterschiedlichen Ländern verbessern und die Risikobewertung erleichtern.
Auch Verbraucherinnen und Verbraucher können durch praktische Maßnahmen ihre persönliche Exposition gegenüber PAKs reduzieren: Vermeiden Sie starkes Verkohlen oder übermäßiges Bräunen von Lebensmitteln, wählen Sie niedrigere Gartemperaturen, schneiden Sie angebrannte Stellen ab und bevorzugen Sie Kochmethoden, die direkten Rauch- und Flammenkontakt minimieren (z. B. schonendes Braten, Dämpfen, Backen mit kontrollierter Hitze). Solche individuellen Verhaltensweisen helfen, jedoch können sie die Belastung auf Populationsebene nur begrenzt senken – hier sind skalierbare, verlässliche Labormethoden und regulative Maßnahmen entscheidend.
Technische Details, Validierung und Qualitätssicherung
Die Validierung eines analytischen Verfahrens wie QuEChERS–GC–MS umfasst mehrere zentrale Parameter: Linearität (Kalibrierbereich und R2), Nachweis- und Bestimmungsgrenzen (LOD, LOQ), Wiederfindungen und Präzision (Intra- und Intertag-Reproduzierbarkeit), Matrixeffekte sowie Robustheit gegen kleine Protokollvariationen. Die SeoulTech-Studie liefert hierfür konkrete Kennzahlen: sehr geringe LOD-/LOQ-Werte, hohe Wiederfindungsraten und Präzisionswerte unter 7 %. Solche Daten sind ausschlaggebend, damit ein Verfahren für Routineanalysen, behördliche Kontrollen oder für die Zertifizierung nach ISO/IEC 17025 akzeptiert werden kann.
Praktische Aspekte der Labordurchführung schließen ein: Auswahl geeigneter interner Standards (idealerweise isotopenmarkierte Analog-Stände), Verwendung von Blindproben und Matrixspikes zur Überprüfung der Methode, regelmäßige Instrumentenwartung (z. B. Quellenreinigung bei MS, Säulenüberwachung bei GC) sowie Dokumentation aller Arbeitsschritte im Rahmen eines Laborinformations-Management-Systems (LIMS). Für Betriebe mit hohem Probeneingang ist die Automatisierung einzelner Schritte (z. B. Pipettierroboter für QuEChERS-Extraktionen) eine Option, um Durchsatz und Konsistenz zu erhöhen.
Wirtschaftliche und regulatorische Perspektiven
Wirtschaftlich gesehen kann die Implementierung effizienterer Testmethoden Supply-Chain-Risiken reduzieren: Schnelle Analysen ermöglichen kurzfristige Anpassungen bei Produkten vor dem Versand, verhindern Rückrufaktionen und schützen Markentreue. Für Regulierungsbehörden sind standardisierte, validierte Protokolle wichtig, um klare Grenzwerte zu definieren und Verbraucher zu schützen. Dabei spielen internationale Standards und Leitlinien (z. B. von Codex Alimentarius, EFSA oder nationalen Gesundheitsbehörden) eine Rolle, um Vergleichbarkeit und Rechtssicherheit zu gewährleisten.
Die Kombination aus analytischer Sensitivität, Effizienz und Nachhaltigkeitsvorteilen macht QuEChERS–GC–MS zu einem attraktiven Kandidaten für weitergehende Standardisierungsbemühungen, etwa durch Normungsausschüsse oder in industriellen Ringversuchen (Proficiency Testing). Solche Schritte erhöhen die Akzeptanz in der Branche und die Umsetzbarkeit in akkreditierten Laboren.
Praktische Empfehlungen für Lebensmittelhersteller
Hersteller sollten folgende Maßnahmen erwägen, um PAK-Risiken zu reduzieren und gleichzeitig die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben sicherzustellen:
- Prozessüberwachung: Regelmäßige Überprüfung von Rauch-, Brat- und Röstdauer sowie Temperaturprofilen.
- Rohstoffkontrolle: Prüfung von Rohstoffen auf mögliche Kontaminationen (z. B. Ölqualität, Herkunft von Rohkaffee oder Fischen).
- Optimierung der Räucherprozesse: Auswahl geeigneter Holzarten, Kontrolle der Rauchintensität und Einsatz von Filtrations- bzw. Abgasbehandlungsmaßnahmen.
- Laborseitige Implementierung von validierten QuEChERS–GC–MS-Protokollen als Teil des Qualitätsmanagements.
- Schulung: Personal schulen, um optimale Gar- und Räucherbedingungen einzuhalten und Verkohlung zu vermeiden.
Solche Maßnahmen kombiniert mit robusten analytischen Kontrollen helfen, Produktsicherheit zu erhöhen und regulatorische Vorgaben effizient zu erfüllen.
Expertinnen- und Experteneinschätzung
Dr. Maria Alvarez, Lebensmittelchemikerin und Wissenschaftskommunikatorin, bemerkt: „QuEChERS–GC–MS markiert einen bedeutenden Wandel in der routinemäßigen Kontaminantenanalytik. Das Verhältnis von Empfindlichkeit zu Effizienz prädestiniert die Methode sowohl für Forschungslabore als auch für Qualitätskontrollumgebungen. Die nächste Priorität besteht darin, diese Protokolle in standardisierte regulatorische Leitfäden zu integrieren, damit eine branchenweite Überwachung schneller und konsistenter wird.“
Insgesamt unterstreicht die SeoulTech-Studie eine einfache Wahrheit: Moderne analytische Verfahren können Lebensmittelgesicherheitsprüfungen schneller, sauberer und verlässlicher machen. Während Verbraucher Transparenz fordern und Aufsichtsbehörden die Kontrollen verschärfen, werden Methoden wie QuEChERS–GC–MS eine wichtige Rolle dabei spielen, alltägliche Lebensmittel sicherer zu machen.
Quelle: scitechdaily
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