Inhalts- und Zusatzstoffe: Schnelle Analyse von künstlichen Farbstoffen in Lebensmitteln

Farbstoffe in Lebensmitteln lassen Produkte attraktiver erscheinen. Einige wenige Farbstoffe sind pflanzlichen Ursprungs, andere sind synthetische Nachbildungen (naturidentische Stoffe) oder gänzlich synthetische Verbindungen. Farbstoffe können gesundheitlich positiv wirken, andere stehen im Verdacht, z.B. Allergien auszulösen. Um das Gesundheitsrisiko einzudämmen, verbieten die Lebensmittelgesetze manche Farbstoffe oder lassen nur bestimmte Mengen zu. Mit ultraschneller HPLC, Trennsäule mit kleinen Partikeln und einem PDA-Detektor mit Semi-Micro-Zelle lassen sich künstliche Farbstoffe nachweisen.

Farbstoffe, die als Nahrungsmittelzusätze verwendet werden, werden auch als natürliche Färbemittel von künstlichen Farbstoffen klassifiziert. Die offiziell genehmigten Nahrungsmittelfarbstoffe sind je nach Land verschieden, und die meisten Länder haben ihre eigenen Regulierungen. In Japan sind z.B. zwölf Arten von künstlichen Farbstoffen für den Gebrauch in Nahrungsmitteln genehmigt, in Deutschland sind es über 40 zugelassene Lebensmittelfarbstoffe. Zur Analyse von Farbstoffen ist ein Flüssigkeits-Chromatograph mit UV-VIS Detektor das perfekt geeignete Gerät. Die verschiedenen Farbstoffe haben je nach Farbe ein unterschiedliches Wellenlängenmaximum. Daher kann die UV-Detektion eine sehr empfindliche Messung durchführen. Im optimalen Fall verwendet man einen Photodioden-Array-Detektor (PDA), der nicht nur eine oder zwei Wellenlängen aufzeichnen kann, sondern direkt das komplette UV-Spektrum eines Farbstoffes misst. Somit kann nicht nur die Chromatographie beschleunigt werden, da Umschaltzeiten zwischen den Wellenlängen nicht mehr notwendig sind. Es können auch die erlangten Spektren mit einer Bibliothek abgeglichen werden, die bei unbekannten Proben eine zweifelsfreie Identifizierung der Lebensmittelfarbstoffe erlaubt.

Schmale Substanz-Peaks in nur drei Minuten

Die zwölf in Japan zugelassenen künstlichen Lebensmittelfarben decken ein großes Farbspektrum ab, weshalb ein Detektor mit großem Wellenlängenbereich zur Analyse eingesetzt wird. Der SPD-M20A PDA-Detektor kann einen spektralen Bereich von 190 – 800 nm messen - durch seine zwei Lichtquellen, eine Deuterium- und eine Wolframlampe. Da die Analysenmethode nicht nur empfindlich, sondern auch schnell sein soll, wird eine spezielle Detektorzelle mit kleinerem Innenvolumen verwendet (Semi-Micro Zelle, 2,5 µl Zellvolumen, 5 mm Lichtweg). Eine Nexera XR UHPLC dient als Chromatograph, da mit diesem System die Druckstabilität bis 660 bar gegeben ist. Aus diesem Grund lässt sich eine lange Trennsäule, gepackt mit kleinen Partikeln nutzen. Mit diesem Aufbau aus UHPLC, Trennsäule und Detektor können innerhalb kürzester Analysenzeit schmale Substanz-Peaks generiert und empfindlich detektiert werden.

Nicht nur Standardsubstanzen nachweisbar

Abbildung 1 zeigt drei Chromatogramme, die je nach Detektorwellenlänge die Trennung der gelben (oben, 450 nm), roten (Mitte, 520 nm) und blauen/grünen (unten, 620 nm) Lebensmittelfarbstoffe darstellen. Durch eine Shimpack-XR-ODS-Säule kombiniert mit einer Nexera XR UHPLC (Analysenparameter siehe Tabelle 1) ließ sich die Analysenzeit auf lediglich drei Minuten reduzieren. Eindrucksvoll sind die sehr scharfen Substanz-Peaks, eine Folge der 2,2-µl-Partikelgröße. Dass nicht nur die Standardsubstanzen der zwölf in Japan erlaubten Nahrungsmittelfarbstoffe mit dieser Methode zu untersuchen sind, verdeutlicht die Abbildung 2, in der im oberen Chromatogramm neun weitere Farbstoffe mit einer Konzentration von 10 mg/l analysiert wurden. Die Abbildung zeigt ein Maxplot-Chromatogramm, d. h. die Peaks werden bei der Wellenlänge ihrer maximalen Absorption dargestellt. In diesem Fall wurde ein Bereich von 400 – 600 nm mit dem SPD-M20A PDA-Detektor aufgenommen.

Zusammenfassung

Künstliche Lebensmittelfarbstoffe können in kürzester Zeit und sehr empfindlich mit einer Kombination aus Nexera XR UHPLC, Trennsäule mit kleinen Partikeln und einem Photodioden-Array-Detektor mit Semi-Micro-Zelle für scharfe Substanz-Peaks analysiert werden. Einen PDA-Detektor zu verwenden, gibt zudem eine erhöhte Sicherheit durch die Aufnahme von Substanzspektren, die mit einer UV-Datenbank verglichen werden können.