Nährwertbestimmung und Betrugserkennung

Die Reinheit von Speiseölen sicherstellen

Speiseöle mit einem hohen Anteil an einfach ungesättigten Fettsäuren (MUFA) und mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFA) weisen einen hohen Nährwert auf. Diese Speiseöle haben einen positiven Effekt auf die menschliche Gesundheit und Entwicklung. So senken sie beispielsweise das Risiko, an kardiovaskulären Erkrankungen, Diabetes und Alzheimer zu erkranken, und unterstützen die Prävention und Behandlung von Krebs.[2]

Pflanzliche Fette und Fischfette sind grundsätzlich ungesättigt. Im Gegensatz dazu weisen die meisten tierischen Fette und viele verarbeitete Lebensmittel einen hohen Anteil an gesättigtem Fett auf. Der negative Effekt von gesättigten Fettsäuren (SFA) auf die Herzgesundheit ist gründlich erforscht [3] und viele Gesundheitsbehörden weisen darauf hin, dass der Verzehr von gesättigtem Fett zu den Risikofaktoren für die Ausbildung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen gehört.[4] In mehreren Studien wurde zudem festgestellt, dass SFA zu Stress im endoplasmatischen Retikulum (ER) und zu Leberschäden führen können.

Betrugsfälle aufdecken

Vor allem mit Blick auf den korrekten Nährwert ist es daher wichtig, dass Verbraucher wissen, was sie kaufen. Die Verantwortung dafür obliegt in der Regel den staatlichen Stellen für Lebensmittelsicherheit und -kennzeichnung. Bei Speiseölen sind Aufsichtsbehörden häufig mit Betrugsfällen konfrontiert, in denen höherwertige Öle mit minderwertigeren gestreckt werden. Solche Fälle lassen sich häufig allein mit gründlichen Testverfahren aufdecken.

Die Gaschromatographie (GC) hat sich als Methode für die Detektion und Quantifizierung von Fettsäuren in Speiseölen bewährt – insbesondere in Kombination mit einem Flammenionisationsdetektor (GC-FID). Jedoch liefert GC-FID keine Informationen zur Identität der gemessenen Peaks, sodass zur Bestätigung der Messergebnisse Referenzstandards injiziert werden müssen. 

Deshalb entschied sich eine Gruppe von Forschern, das häufig angewendete Verfahren mit einem neuen Verfahren zu vergleichen: der Gaschromatographie gekoppelt mit einem Massenspektrometer (GC-MS). Unterstützung bekamen sie von Shimadzu, dem Hersteller der Messgeräte, die für diesen Test erforderlich waren. Anschließend wurden insgesamt fünf verschiedene Arten von Speiseölen – Olivenöl, Oliventresteröl, Maiskeimöl, Hanföl und Sojaöl – sowohl mittels GC-FID als auch mittels GC-MS untersucht und analysiert. 

Versuchsvorbereitung

Fettsäuren werden je nach Anzahl der Doppelbindungen als gesättigte Fettsäuren (SFA), einfach ungesättigte Fettsäuren (MUFA) und mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFA) kategorisiert, die wiederum nach ihren spezifischen Bestandteilen unterteilt werden.[1]

Für die Gaschromatographie müssen Fettsäuren derivatisiert werden, damit sie ausreichend volatil sind, um bei niedrigeren Temperaturen ohne thermische Zersetzung eluiert werden zu können. Dies setzt in der Regel eine Veresterung voraus. Methylester sind häufig untersuchte Derivate, die durch Methylierung hergestellt werden. Für das angewandte Verfahren werden die Esterbindungen hydrolisiert, um freie Fettsäuren freizusetzen, die zur Bildung von Fettsäuremethylester (FAME) transmethyliert werden. Das entsprechende FAME-Profil, das mittels GC festgestellt wird, bezeichnet man als Fettsäurezusammensetzung.

Für diesen Vergleichstest wurden FAME mittels Veresterung vorbereitet. Hinweis: Alle für die Probenvorbereitung verwendeten Chemikalien lagen analysenrein vor (> 98 %): Methanol, Heptan und Kaliumhydroxid. Als Nächstes wurden aliquote Teile der Probe von 1–2 g in einem Becherglas gefiltert. Sofern das Öl keine mit bloßem Auge sichtbaren Sedimente oder Suspensionen aufwies, war keine Filterung notwendig. Anschließend wurde 0,5 g des Öls in einem 10-ml-Reagenzglas abgewogen. Mit einer Pipette wurden der Probe 5 ml Heptan und 1 ml Kalilauge in Methanol zugesetzt. Das Reagenzglas wurde 30 Sekunden lang kräftig geschüttelt und anschließend 15 Minuten lang stehen gelassen. (Zentrifugation der Probe wäre ebenfalls eine Option gewesen.) Im Reagenzglas bildeten sich zwei Schichten. Von der oberen organischen Phase (Heptan) wurde anschließend 1 µl in das GC- bzw. GC-MS-Instrument injiziert.

Ergebnisse

Der FAME-Gehalt wurde für jedes Speiseöl mittels GC-FID und GC-MS separat berechnet. Die Verhältnisse von einfach und mehrfach ungesättigten Fettsäuren wurden ebenfalls bestimmt. Ölsäure ist die wichtigste einfach ungesättigte Fettsäure in Speiseölen, während als mehrfach ungesättigte Fettsäuren hauptsächlich Linol- und Linolensäure vorkommen. Tabelle 3 und 4 führen die Gesamtergebnisse für den Anteil von Fettsäuren in fünf verschiedenen Speiseölen auf.

SFA – MUFA – PUFA

Der Anteil an SFA, MUFA und PUFA in den fünf Speiseölen wurde miteinander verglichen. Für die Gruppe der SFA wurden Peaks von Palmitin- und Stearinsäure, für die Gruppe der MUFA ein Peak von Ölsäure und für die Gruppe der PUFA die Summe der Peakflächen von Linol- und Linolensäure gewählt. 

Die Werte für den MUFA-Gehalt in Olivenöl und Oliventresteröl waren beim GC-FID- und beim GC-MS-Verfahren identisch. Der hohe Anteil an Ölsäure in diesen Proben (> 65 %) eliminierte die Abweichungen bei den SFA- und den PUFA-Werten. Dies war ein Unterschied zu den restlichen Proben, wo die Prozentwerte signifikante Abweichungen aufwiesen. Mit dem GC-MS-Verfahren wurde ein deutlich höherer SFA-Gehalt (Palmitin- und Stearinsäure) gemessen.

Die Auswertung der Ergebnisse

In dieser Studie wurden fünf Speiseölproben sowohl mittels GC-FID als auch mittels GC-MS analysiert. Der Vergleich der quantitativen Ergebnisse beider Verfahren ergab, dass GC-FID trotz der Entwicklung neuer Messgeräte weiterhin das Referenzverfahren für die quantitative Analyse von Fettsäuren ist. 

Dennoch hat sich das GC-MS-Verfahren für die Analyse von Speiseölen eindeutig als nützlich erwiesen. Insbesondere durch die Kombination der hohen Leistung des GC-2030 bei der Zielanalyse mit der hohen Empfindlichkeit des GCMS-QP2020NX zur Erfassung von Strukturinformationen für eine große Anzahl von Verbindungen in jeder Probe konnten die Forscher zeigen, wie viel mehr Daten sich erfassen ließen.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Mittels GC-FID lassen sich die Mengen bei bekannten Peaks eindeutig bestimmen, während die hohe Empfindlichkeit der GC-MS die Detektion weiterer Verbindungen für unbekannte Peaks und somit ein gründlicheres Screening der Proben ermöglicht.