Instrumentelle Aromaanalytik gefragt

Für einen höheren Informationsgewinn und um die Selektivität sowie Aussagekraft der Analysen zu erhöhen, ist oftmals eine Trennung der VOCs über gaschromatographische Systeme (GC) notwendig. Nur so ist der qualitative und quantitative Nachweis einzelner VOCs (sog. Markersubstanzen) möglich. Die Systeme bestehen aus einem Injektor zur Probenaufnahme, der häufig automatisiert, d.h. mit einem Autosampler gekoppelt ist, einer chromatographischen Trennsäule zur Separation der einzelnen Substanzen und einem Detektor. Eine zusätzliche Aufkonzentrierung der Substanzen ist durch eine vorgeschaltete Adsorbereinheit (z.B. SMPE, ITEX) möglich, um die Nachweisgrenzen zu reduzieren. Die Identifikation der Substanzen in dem erhaltenen Chromatogramm erfolgt durch die Messung von Referenzsubstanzen oder einem Datenbankvergleich der aus den Retentionszeiten berechneten Retentionsindices.

Zur eindeutigen Zuordnung der Substanzen werden in dem „HERACLES NEO“ von Alpha MOS, das auf dem ultraschnellen Prinzip der Flash Chromatographie basiert, zwei parallel geschaltete GC Säulen mit unterschiedlichen Polaritäten (hydrophob/hydrophil) verwendet. Die Detektion erfolgt hierbei mit einem Flammenionisationsdetektor (FID). Die Software Arochem Base ermöglicht es anschließend bedarfsgerecht das jeweilige Molekül mit den dazugehörigen aus der Humansensorik bekannten Geruchsattributen bzw. –deskriptoren zu identifizieren. Die Datenbank beinhaltet mehr als 88.000 Komponenten mit über 1.900 sensorischen Attributen und Deskriptoren. Wie beim Multisensorkonzept kommen zudem auch hier statistische Verfahren zum Einsatz, um in Richtung einer non-target Analytik die Chromatogramme auszuwerten. Einsatzgebiet dieses Systems ist insbesondere die Getränke- und die Verpackungsindustrie.

Eine deutlich niedrigere Nachweisgrenze kann durch Massenspektrometrie, wie etwa einem Ionenmobilitätsspektrometer (IMS) als Detektor erreicht werden. Kombinationen von GC mit IMS (GCxIMS) sowie auch GC mit Massenspektrometern (GCxMS) haben sich im praktischen Einsatz, gerade im Qualitätsmonitoring in der Lebensmittelverarbeitung mehr als verdoppelt. Das Potential der Technik konnte im Bereich der VOC-Messungen im Gasraum über festen und flüssigen Proben noch weiter verfeinert werden.

Mit dem „FlavourSpec®“ der GAS-Gesellschaft für analytische Sensorsysteme mbH wurden bereits eine Vielzahl von Food Fraud-Projekten durchgeführt. So wurden neben der Klassifizierung von Olivenölen unterschiedlicher Güte, auch Qualitätskontrollen von Palmöl durchgeführt, gefälschte Honige ermittelt oder aber auch der Marker bzw. die Fehlnote „Diacetyl“ im Brauendprozess erfolgreich, schnell und verlässlich identifiziert.

IMS bestehen im Wesentlichen aus einem Ionisierungs- und einem Driftraum. Die gasförmigen Analyten gelangen von der chromatographischen Säule gasförmig in den Ionisierungsraum und werden dort bei Atmosphärendruck in einem zweistufigen Prozess durch eine radioaktive Strahlungsquelle (Aktivität der Strahlungsquelle liegt unterhalb der gesetzlichen Freigrenze) ionisiert. Durch ein sich periodisch öffnendes Gitter gelangen die Ionen in den Driftraum und strömen entlang eines elektrischen Feldes entgegen der Strömungsrichtung des Driftgases in Richtung der als Detektor verwendeten Faradayplatte. Die verschiedenen Ionen erreichen durch die Zusammenstöße mit dem Driftgas eine unterschiedliche mittlere Driftgeschwindigkeit und erlauben damit ergänzend zum Nachweis über den Retentionsindex die zusätzliche Identifizierung über die spezifische Driftzeit, welche durch die Masse und Struktur bestimmt wird. Mit Hilfe spezieller, das Analysesystem ergänzender Software-Programme, wie z.B. VOCal der GAS mbH ist zudem die Quantifizierung einzelner Substanzen möglich. Alternativ kann das IMS der GAS mbH als Detektormodul an ein hochauflösendes (HR) GC Bench-Top System gekoppelt werden (HR-GCxIMS). Dies erlaubt eine weitere Optimierung in Bezug auf die Selektion der Substanzen durch die programmgesteuerte Temperierung der gaschromatographischen Säule. Die Die Datenauswertung der dreidimensionalen Datensätze erfolgt zusätzlich auch hier analog zu den bereits genannten statistischen Verfahren

Die bisherigen Verfahren erlauben die Identifikation der Analyten jeweils anhand von Datenbankvergleichen von Retentionsindices oder durch die Messung von Referenzsubstanzen. Den eindeutigeren Nachweis können massenspektrometrische Verfahren ermöglichen, die als Ionenquelle die „Soft Ionisation“-Technik nutzen und damit einzelne Substanzen ohne eine zeitaufwendige chromatographische Vortrennung in komplexen Matrices selektiv detektieren können. Da das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis der gebildeten Ionen gemessen wird, können die Substanzen direkt identifiziert werden.

Als Massenanalysatoren kommen abhängig von der Fragestellung u.a. sowohl Quadrupol-MS als auch hochauflösende Time-of-Flight MS in Frage. Die Ionisation stellt dabei die Schlüsselkomponente dar: die Firma Plasmion GmbH hat im plug and play System SICRIT® Ionisationsquellen entwickelt, die auf der dieelektrischen Barrierentladung, einem kalten Plasma, durch das die Analyten strömen, basieren. Dies erlaubt den sensitiven Nachweis von mehreren Hundert Substanzen < 1 s im Spurenbereich. Bei der Firma Photonion GmbH kommen Vakuum UV-Quellen und die Resonance Enhanced Multi-Photon Ionisation (REMPI) zum Einsatz. Auch hier erfolgt die Datenauswertung analog zu den anderen Verfahren. Aktuell bieten sich bezüglich einer automatisierten Geruchsanalytik noch viele weitere Potentiale, gerade auch im In-line Einsatz, um humansensorische Panelisten in ihrem häufig bestehenden Workload im Qualitätsmonitoring zu unterstützen und zielgerichtet und effizient Food Fraud abzuwenden..