Deutschhaus-GymnasiumWürzburg

Abiturjahrgang2013

S E M I N A R A R B E I T

Rahmenthema des Wissenschaftspropädeutischen Seminars:

Lebensmittelchemie

Leitfach: Chemie

Thema der Arbeit:

Analyse desMononatriumglutamatgehalts in

Tomatenprodukten

Verfasser/in: Kursleiter/in:

Philipp Stephan H. Seefried

Abgabetermin:

06.11.2012

Bewertung Note Notenstufe in Worten Punkte Punkte

schriftliche Arbeit ×3

Abschlusspräsentation ×1

Summe:

Gesamtleistung nach §67 (7) GSO = Summe ÷ 2 (gerundet):

Datum und Unterschrift der Kursleiterin bzw. des Kursleiters

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung 31.1. Geschmacksverstärker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2. Mononatriumglutamat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2.1. Vorkommen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.2. Chemische Einordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.3. Gewinnung und Produktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2.4. Verbrauchereinschätzung und Risikobewertung . . . . . . . . . . . 6

1.3. Wahl der Lebensmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3.1. Auswahlkriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3.2. Gewählte Lebensmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2. Aufbereitung der Proben 102.1. Vorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.2. Physikalische Aufbereitung: Zentrifugation . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.3. Chemische Aufbereitung: Derivatisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.3.1. Durchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3.2. Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.4. Probenübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3. Verwendete Analysegeräte 163.1. Der Gaschromatograph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2. Das Massenspektrometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.3. Das GC/MS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4. Analyse 194.1. Durchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194.2. Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194.3. Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5. Fehlerdiskussion und Fazit 24

A. Chemikalienverzeichnis und Gefahrstoffkennzeichnung 26

Literaturverzeichnis 28

Eigenständigkeitserklärung 31

Kapitel 1. Einleitung Philipp Stephan

1. Einleitung

Viele Lebensmittel sind heutzutage Convenience Produkte; vor allem als Student wirdman wohl oft auf die einfach zuzubereitende und günstige Kost zurückgreifen. Dochdiese Produkte stehen im Verruf voll von ungesunden oder gar gesundheitsschädlichenZusatzstoffen zu sein. Gerade wenn es darum geht ein Gericht lange haltbar und trotz-dem schmackhaft zu machen, werden Geschmacksverstärker und Antioxidantien zuhaufeingesetzt.

Viele Hersteller werben damit, ihre Produkte seien „Ohne künstliche Zusatzstoffe“,dennoch warnen Verbraucherschutzorganisationen vor den Zusätzen und werfen den Le-bensmittelfabrikanten Etikettenschwindel vor.

Zum Beispiel werden statt künstlicher Zusatzstoffe natürliche verwendet, was nichtheißen muss, dass diese nicht künstlich hergestellt wurden. Auch wird mit „Ohne Zusatz-stoffe lt. Gesetz“ geworben, ohne dass vielen klar ist, was die gesetzliche Definition einesZusatzstoffes ist. Die deutsche Gesetzgebung legt nämlich fest:

[. . . ] ausgenommen sind Stoffe, die natürlicher Herkunft oder den natürlichenchemisch gleich sind und nach allgemeiner Verkehrsauffassung überwiegendwegen ihres Nähr-, Geruchs- oder Geschmackswertes oder als Genussmittelverwendet werden[. . . ]. [1]

Somit fallen künstlich hergestellte (das heißt: nicht der Natur entnommen) Stoffe nichtunter die Definition eines Zusatzstoffes, wenn sie so auch identisch in der Natur vorkom-men. Als künstlich gelten sie nur dann, wenn sie nicht irgendwo in der Natur vorhandensind. So kann man auch dann mit „Ohne künstliche Zusatzstoffe“ werben, wenn man dieZusatzstoffe in einer Fabrik herstellt.

Eine andere beliebte Praxis ist es, statt langen chemischen Namen einfach eine E-Nummer1 anzugeben um so den Käufern keine „Angst einzujagen“. Außerdem gibt es fürviele Zusatzstoffe, die mit ihrem chemischen Namen abschreckend wirken, zugelasseneAlternativbezeichnungen, die oft viel harmloser klingen (siehe auch Unterabschnitt 1.2.4).Viele Verbraucher fühlen sich dadurch in die Irre geführt. [17]

Wenn es natürliche Aromastoffe und Geschmacksverstärker gibt, die auch industrielleingesetzt werden, was ist dann mit natürlichen Produkten, in denen diese schon vorhan-den sind? Diese müssen oder können dann nicht angegeben werden. Vergisst man beiall der Verteufelung der Geschmacksverstärker nicht, dass auch die Natur solche Stof-fe einsetzt um ihre Erzeugnisse schmackhaft zu machen? Wie stark unterscheiden sich

1„Die E-Nummer ist [. . . ] das Zeichen dafür, dass für den betreffenden Stoff im Rahmen des Zulas-sungsverfahrens der Europäischen Union nachgewiesen wurde, dass er auf seine gesundheitliche Un-bedenklichkeit überprüft wurde[. . . ].“ [7]

3

Kapitel 1. Einleitung Philipp Stephan

Lebensmittel aus natürlichen Zutaten von der durchschnittlichen Tütensuppe aus demSupermarkt?

Da meine Familie selbst darauf achtet, möglichst ohne Convenience Produkte aus-zukommen und Lebensmittel ohne „künstliche Zusatzstoffe“ zu kaufen, hat mich dieseFragestellung persönlich interessiert. Um im Rahmen der Seminararbeit zu bleiben, kon-zentriere ich mich hier ausschließlich auf Geschmacksverstärker und auf Mononatrium-glutamat im Besonderen.

1.1. Geschmacksverstärker

Als Geschmacksverstärker werden Stoffe bezeichnet, die unter anderem spezielle Ge-schmacksnoten wie „Fülle“ oder „Volumen“ beeinflussen. Auch ist es möglich, dass Ge-schmacksverstärker die Geschwindigkeit verändern, mit dem ein Aromaeindruck ent-steht [14].

Obwohl sie oft keinen Eigengeschmack haben, verstärken sie den Wohlgeschmack einerSpeise. Diese Geschmacksempfindung wird „Umami“2 genannt und existiert zusätzlichzu den bekannten Grundgeschmacksrichtungen süß, salzig, sauer und bitter. [13]

Wie alle anderen Lebensmittelzusatzstoffe müssen auch Geschmacksverstärker geprüftund zugelassen werden, bevor sie von der Industrie eingesetzt werden dürfen. Möchteeine Firma einen Stoff zugelassen bekommen, muss sie einen Antrag an die EuropäischeKommission stellen. Dieser Antrag beinhaltet unter anderem auch detaillierte Informatio-nen wie etwa Herstellungsprozess, Analysedaten, Verunreinigungen und die biologischenund toxikologischen Daten. Außerdem müssen veröffentlichte und unveröffentlichte Studi-en, die bestimmte Richtlinien der Objektivität erfüllen, zur Überprüfung vorgelegt sowieweitere Hilfestellung bei der Literaturrecherche zur Verfügung gestellt werden. [5] NachEinreichung eines solchen Antrags ersucht die Kommission dann die Europäische Behör-de für Lebensmittelsicherheit um ein Gutachten. Diese legt das Gutachten binnen neunMonaten der Kommission, den europäischen Mitgliedstaaten und dem Antragsteller vor.Außerdem können von der Kommission erweiterte Informationen über den zuzulassen-den Stoff angefordert werden. Innerhalb von erneuten neun Monaten wird dann eineÄnderung der Liste der zugelassenen Lebensmittelzusatzstoffe von der Kommission demeuropäischen Ausschuss vorgelegt. Dieser muss die Änderungen dann noch bewilligen. [4]

Zu den Geschmacksverstärkern gehören unter anderem Verbindungen der Gruppen:Glutaminsäure und ihre Salze, Guanylsäure und ihre Salze, Inosinsäure und ihre Sal-ze und Lactate. [6] Da die Salze der Glutaminsäure einige der meist verwendeten Ge-schmacksverstärker sind, stehen sie besonders in der Kritik, schädlich zu sein. Deshalbist es interessant, sich dieser genauer anzunehmen.

2japan., in etwa für „Wohlgeschmack“

4

Kapitel 1. Einleitung Philipp Stephan

1.2. Mononatriumglutamat

1.2.1. Vorkommen

HO

O

NH2

O

OH

(a) L-Glutaminsäure

HO

O

NH2

O

OH

(b) D-Glutaminsäure

Abbildung 1.1.: Die Enantiomere der Glutaminsäure

Glutaminsäure, auch „2-Aminoglutarsäure“, ist eine natürliche chirale Aminosäure. InAbbildung 1.1 sind die Enantiomere der Glutaminsäre in ihrer Neutralform dargestellt,obwohl sie unter physiologischen Bedingungen in der Regel als Zwitterionen3 vorliegen.Die L-Form (Abbildung 1.1(a)) ist in der Natur weit verbreitet und proteinogen4. Siekommt in fast allen Proteinen vor, somit auch in vielen Lebensmitteln wie Fleischpro-dukten oder Weizen- und Maiserzeugnissen. „Beispielsweise enthält Casein 23,6%, Pep-sin 19,8%, Fleisch-Protein 14,6% u. Weizen-Protein 31,4% Glu[taminsäure][. . . ].“ [14].Glutaminsäure ist wichtig für den Stoffwechsel, das Gehirn und die Entgiftung von Am-moniak. [14]

Mononatriumglutamat (Abbildung 1.2), oft nur als „Glutamat“5 bezeichnet, ist einSalz der Glutaminsäure. Es wirkt als Geschmacksverstärker und ist auch in vielen natür-lichen Lebensmitteln enthalten. Auch wird es vor allem Fleisch- und Suppenproduktenals Würze und Aromastoff zugesetzt. Üblich ist eine Konzentration von 0,1–0,3% [14].Mononatriumglutamat trägt die E-Nummer „E 621“. [6]

1.2.2. Chemische Einordnung

Mononatriumglutamat ist wasserlöslich und kommt in durchsichtigen Kristallen vor; auf-gehäuft erscheint es weiß. Die Summenformel des Glutamatanions lautet C5H8NO4 unddas Molekülgewicht beträgt 169 g/mol. Das Natrium wurde nicht mit einbezogen, daMononatriumglutamat in Lebensmitteln oft gelöst vorliegt. Beim Lösen eines Salzes,zum Beispiel in Wasser, bildet sich eine Hydrathülle um die einzelnen Ionen. Da dasNatrium bei den Eigenschaften von Mononatriumglutamat eine untergeordnete Rolleeinnimmt, betrachten wir hier nur das Glutamatanion. Der Schmelzpunkt von Mono-natriumglutamat liegt bei 165 ◦C, dort zersetzt es sich bereits. Die CAS-Nummer ist142-47-2; die PubChem ID ist 85314. [3]

3Ein Zwitterion ist ein Molekül das sowohl positive als auch negative funktionelle Gruppen besitzt,insgesamt aber elektrisch neutral ist. [21]

4ist am Aufbau von Proteinen beteiligt5„Glutamate“ bezeichnet eigentlich allgemein die Gruppe der Ester und Salze der Glutaminsäure, aberMononatriumglutamat ist die im Alltag am häufigsten vorkommende Verbindung, daher verwendeich die Begriffe im Folgenden synonym.

5

Kapitel 1. Einleitung Philipp Stephan

1.2.3. Gewinnung und Produktion

HO

O

NH2

O

O Na⊕

Abbildung 1.2.: Mononatriumglutamat

Zur industriellen Herstellung von Mono-natriumglutamat gibt es mehrere Metho-den. Es existieren sowohl Wege der Ex-traktion oder Isolierung als auch großtech-nische Syntheseverfahren. Die effizientesteund heute am weitesten verbreitete Metho-de ist allerdings die Herstellung durch Fer-mentation mit Bakterien. Hierfür wurdeeine besondere Bakterienkultur Corynebac-terium glutamicum gezüchtet, die eine Ausbeute von bis zu 30% erreicht. [8]

1.2.4. Verbrauchereinschätzung und Risikobewertung

Da viele Verbraucher bei dem Namen „Mononatriumglutamat“ hellhörig geworden sindund Produkte, denen es zugesetzt wird, meiden, weichen die Hersteller vermehrt auf ande-re Bezeichnungen aus. Die Begriffe „Würze“, „Speisewürze“, „Sojawürze“, „gekörnte Brühe“und „Aroma“ bezeichnen alle einen Stoff namens „Hefeextrakt“ [18], der zwar nicht direktMononatriumglutamat ist, dessen einzige Aufgabe jedoch darin besteht, Mononatrium-glutamat freizusetzen. Da Hefeextrakt im Gegensatz zu Mononatriumglutamat nicht alsGeschmacksverstärker gilt [18], tragen viele solcher Produkte irreführende Aufschriftenwie „Ohne Geschmacksverstärker lt. Gesetz“ (siehe auch Kapitel 1).

Sucht man im Internet nach „Glutamat“ findet man dutzende „Verschwörungsseiten“,die Glutamatkonsum mit verheerendsten Folgen für Psyche und Körper in Verbindungbringen. So wird Glutamat als „Gehirnzerstörer“, „Nervengift“, oder sogar als „Droge“bezeichnet. Oft fällt auch der Begriff „China-Restaurant-Syndrom“6. Betroffene klagenüber Kopf- und Gliederschmerzen und Übelkeit nach dem Verzehr von natriumglutamat-haltigen Lebensmitteln. [16] All diese „Verschwörungstheoretiker“ arbeiten mit pseudowis-senschaftlichen Methoden und berufen sich zwar ab und an auf Studien, benennen dieseaber nie direkt, sodass man die Behauptungen überprüfen könnte. Diese Quellen dienennicht der objektiven Überprüfung solch schwerwiegender Vorwürfe. Sucht man allerdingsin anerkannten wissenschaftlichen Zeitschriften oder Veröffentlichungen, so werden dieseAnschuldigungen unhaltbar.

Gerade weil es eine so kritische Gruppe gibt, wurde eine Vielzahl an Studien durchge-führt, um den Sachverhalt zu überprüfen. Eine doppel-blinde7 Studie mit 71 Probandenkommt zu dem Schluss:

[. . . ] The present study led to the conclusion that ‘Chinese Restaurant Syn-drome’ is an anecdote applied to a variety of postprandial illnesses; rigorousand realistic scientific evidence linking the syndrome to MSG [MonosodiumGlutamate] could not be found. [24]

6traditionell chinesisches Essen enthält viel Sojasoße, Soja ist reich an Mononatriumglutamat. [19]7Sowohl Probanden als auch Versuchsleiter wissen nicht, welche Probanden ein Placebo (Scheinsub-stanz ohne Wirkung) und welche die echte Substanz erhalten

6

Kapitel 1. Einleitung Philipp Stephan

Diverse Studien haben erneut gezeigt, dass Glutamat nur in sehr hohen Mengen(> 30mg/kg Körpergewicht) einen merklichen Einfluss zeigt. Daher wurde keine ma-ximale tägliche Aufnahmemenge festgelegt:

[. . . ] Because human studies failed to confirm an involvement of MSG [Mo-nosododium Glutamate] in “Chinese Restaurant Syndrome” or other idio-syncratic intolerance, the JECFA [Joint FAO/WHO Expert Committee onFood Additives] allocated an “acceptable daily intake (ADI) not specified” toglutamic acid and its salts. [. . . ] [25]

Zwar sind Glutamate wichtige Neurotransmitter im Gehirn [13], da aber das Natri-umglutamat, das durch die Nahrung aufgenommen wird, die Blut-Hirnschranke nichtüberwinden kann [11,10], hat der Glutamatkonsum keinen maßgeblichen Einfluss auf dasGehirn.

Mononatriumglutamat ist vom Bundesinstitut für Risikobewertung als ungefährlicheingestuft worden und darf unter Kennzeichungspflicht ohne Mengenbeschränkung ein-gesetzt werden:

Glutamat ist ein zugelassener Lebensmittelzusatzstoff. [. . . ] Verpackte Le-bensmittel, denen Glutamat zugesetzt ist, müssen deshalb nach der Lebensmittel-Kennzeichnungs-Verordnung den Hinweis „Geschmacksverstärker“ tragen, ge-folgt von der Verkehrsbezeichnung, d.h. ihrem Stoffnamen oder der entspre-chenden E-Nummer (E 620 bis E 625). Die Kennzeichnungspflicht gilt auchfür „lose“ Ware sowie für Kantinen- und Gaststättenverpflegung, wo ein ent-sprechender Hinweis auf der Speisekarte erforderlich ist. [. . . ] [2]

1.3. Wahl der Lebensmittel

1.3.1. Auswahlkriterien

DaMononatriumglutamat in sehr vielen Lebensmitteln enthalten ist (siehe Abschnitt 1.2),kommt eine breite Auswahl zur Analyse in Frage.

Durch die sehr unterschiedliche chemische Zusammensetzung verschiedener Lebens-mittel (z.B. Fleisch, Fisch, Gemüse, Obst, . . . ), gibt es keine einheitliche Methode zurExtraktion/Derivatisierung von Mononatriumglutamat. Zwar existiert Literatur über dieBestimmung des Mononatriumglutamatgehaltes in Fleischprodukten [23], doch diese Me-thoden sind zu kompliziert, um sie in einem Schülerlabor durchzuführen, oder verwendenChemikalien, die für Schüler nicht zugelassen sind.

Um das Verfahren so einfach wie möglich zu halten und nicht mehrere Aufbereitungs-methoden verwenden zu müssen, ist es sinnvoll sich auf eine Art Lebensmittel festzule-gen. Suppen eignen sich insofern sehr gut, als dass sie einen recht kleinen Feststoffanteilbesitzen und bereits viel Wasser enthalten, dies erleichtert die Aufbereitung.

Möchte man mit geringen Mitteln eine Stoffanalyse durchführen, sollte man möglichstdarauf achten, dass die Menge des nachzuweisenden Stoffes nicht unterhalb der Nach-weisgrenze liegt. Andernfalls könnte man auf Grund unzureichender Messmethoden zu

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Kapitel 1. Einleitung Philipp Stephan

falschen Ergebnissen kommen. Deshalb wählte ich Tomatensuppe, da Tomaten schonvon Natur aus einen relativ hohen Glutamatgehalt haben. [12]

1.3.2. Gewählte Lebensmittel

Hausgemachte Tomatensuppe

Zur Herstellung dieser Suppe wurden nur Tomaten und Kräuter aus dem hauseigenenGarten sowie Pfeffer und Salz verwendet. Es befinden sich also garantiert keinerlei(Glutamat-)Zusätze in ihr.

Knorr Feinschmecker „Strauchtomaten Suppe mit Basilikum“

Abbildung 1.3.Knorr Feinschmecker„Strauchtomaten Sup-pe mit Basilikum“8

Werbung auf der Packung:

[. . . ]Natürlich. . .

• ohne geschmacksverstärkende Zusatzstoffe

• ohne Konservierungsstoffe (lt. Gesetz)

• ohne Farbstoffe

Zutatenliste:

Zutaten: 54% Gemüse (42% Tomatenpulver, 8%Tomaten, [. . . ]), [. . . ], Hefeextrakt, [. . . ], Aroma,[. . . ].

Zubereitung:

1. Beutelinhalt mit einem Schneebesen in 1/2 l (500ml) kaltes Wassereinrühren. Unter Rühren aufkochen.

2. 7–8 Minuten köcheln lassen. Ab und zu umrühren.

8Quelle:http://knorr.de/de/DE/Produktwelt/Produktdetails/KNORR/e8260b79-2ed2-49c1-a1c3-038887383a41, aufgerufen am 29.10.12

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Kapitel 1. Einleitung Philipp Stephan

Sonnen Bassermann „Meine Tomaten Cremesuppe“

Abbildung 1.4.Sonnen Bassermann„Meine TomatenCremesuppe“9

Werbung auf der Packung:

Unser Küchenversprechen. . . natürlich ohne:

• künstliche Farbstoffe (lt. Gesetz)

• Konservierungsstoffe (lt. Gesetz)

• geschmacksverstärkende Zusatzstoffe

Zutatenliste:

Zutaten: [. . . ], Tomatenmark 32%, Tomaten 7,8%,[. . . ], Aroma (enthält Sellerie), [. . . ].

Zubereitung:

Im Kochtopf: Bei mittlerer Hitze erwärmen. Abund zu umrühren, ohne Aufkochen. Guten Appetit!In der Mikrowelle: Suppe in ein mikrowellengeeig-netes Gefäß geben und abgedeckt bei 700 Watt 2–3Min. erwärmen. Guten Appetit!

Zusammenfassung

Somit teste ich eine Suppe, die auf jeden Fall Glutamat enthält (Knorr), da sowohl„Hefeextrakt“ als auch „Aroma“ angegeben ist. Des weiteren eine Suppe, die garantiertkeine zugesetzten Geschmacksverstärker oder Ähnliches enthält, weil sie mit hauseige-nen Mitteln hergestellt wurde (Hausgemachte) und eine, bei der nicht ganz klar ist, obGlutamat (oder besser: ein Glutamaterzeuger) zugesetzt wurde: Sonnen Bassermann.Hier wurde zwar „Aroma“ angegeben, allerdings mit dem Zusatz „enthält Sellerie“, so-dass nicht ersichtlich ist, ob es sich um Hefeextrakt handelt. Ich fand leider keine Suppeim Supermarkt, die tatsächlich ohne Glutamat(-Erzeuger) produziert wurde. Alle dieseSuppen sollten jedoch auch das natürlich in Tomaten vorkommende Glutamat enthalten.

9Quelle: http://sonnenbassermann.de/?id=151, aufgerufen am 29.10.12

9

Kapitel 2. Aufbereitung der Proben Philipp Stephan

2. Aufbereitung der Proben

Da zur Analyse des Mononatriumglutamats die Gaschromatographie verwendet wirdund es deshalb bei sehr hohen Temperaturen verdampft werden muss (siehe auch Ab-schnitt 3.1), würde es sich bei diesem Analyseschritt zersetzen (siehe Unterabschnitt 1.2.2).Um dies zu verhindern, muss es vor der Analyse derivatisiert10 werden. Bei der Deriva-tisierung wird das Salz Mononatriumglutamat in eine Neutralverbindung überführt, dasich diese bei deutlich niedrigeren Temperaturen verdampfen lässt als ein Salz. Damitsauber derivatisiert werden kann, durchlaufen die Proben eine Reihe von reinigendenSchritten, bevor Chemikalien hinzugegeben werden.

2.1. Vorbereitung

Die gekauften Suppen wurden gemäß ihrer Zubereitungsanweisungen zubereitet, mit derAusnahme, dass destilliertes Wasser statt normales Leitungswasser verwendet wurde, umdie Reinheit zu gewährleisten. Nach der Zubereitung ließ ich sie abkühlen, bevor mit derAufbereitung (siehe Abschnitt 2.2) begonnen wurde. Die hausgemachte Suppe wurdekalt gelassen, da sie bereits gekocht worden war.

Abbildung 2.1.: Einige Suppen vor der Zugabe von Norvalin

Bei der Aufbereitung wird zwangsläufig ein Teil des Glutamates verloren gehen. Umbei der Analyse den Glutamatgehalt dennoch quantifizieren zu können, wird parallel zuden normalen Proben jeweils noch eine Version hergestellt in der Norvalin (chemisch: L-α-Aminovaleriansäure) hinzugegeben wurde. Norvalin ist Glutamat chemisch sehr ähnlich,10Derivate sind Abkömmlinge einer chemischen Verbindung, die mit ihr in engem Verwandtschaftsgrad

stehen und so zur Charakterisierung herangezogen werden können. [14]

10

Kapitel 2. Aufbereitung der Proben Philipp Stephan

hat aber eine andere Masse und eignet sich deshalb gut als Vergleichsgröße. Da man weiß,wie viel Norvalin hinzugegeben wurde, kann man später anhand der Messwerte ungefährden verarbeitungsbedingten Verlust abschätzen und wegen der chemischen Ähnlichkeitauch auf das Glutamat übertragen. So lässt sich also die Wiederfindungsrate bestimmen.Es wird jedoch auch eine Probe ohne Norvalin getestet, da die Zugabe von Norvalin unterUmständen dazu führen kann, dass kein Glutamat mehr nachgewiesen werden kann. [27]

Damit dieser Vergleich funktioniert, sollte ungefähr die gleiche Menge Norvalin wieGlutamat zugegeben werden. Da die angegeben Werte von Glutamat in Suppen starkschwanken (130–1100mg/250ml) [26], wurde ein Mittelwert von 200mg Glutamat pro100ml Lösung angenommen. Dieser entspricht der zugegebenen Menge von 160mg Nor-valin pro 100ml Lösung (siehe Gleichung 2.1 und 2.2).

n(Glutaminsäure) =m

M=

0,2 g147 g/mol

= 0,001 36mol (2.1)

m(Norvalin) = M · n = 117 g/mol · 0,001 36mol = 0,16 g (2.2)

Es wurden zusätzlich noch zwei Testlösungen angesetzt. Ein mal Glutaminsäure undNorvalin im Stoffmengenverhältnis 1 : 1. Dazu wurden 20mg Glutaminsäure und 16mgmit der Präzisionswaage gewogen und mit Hilfe eines Ultraschallbads in einem Erlen-meyerkolben in 20ml destilliertem Wasser gelöst. Ebenfalls wurde eine Probe mit aus-schließlich 20mg Glutaminsäure in 20ml Wasser angefertigt. Diese sollen als Vergleichs-probe dienen.

2.2. Physikalische Aufbereitung: Zentrifugation

Abbildung 2.2.: Phasentrennung nach derZentrifugation

Um alle Feststoffe aus den Proben zu ent-fernen wurden diese zentrifugiert, da dieSuppen zu dickflüssig für eine Filtrationsind. Während der Zentrifugation setzensich durch die Zentrifugalkraft die schwers-ten Bestandteile (Feststoffe) im Gefäßbo-den ab, die leichteren schwimmen auf (Li-pide) und es kommt zu einer Phasentren-nung, bei der die gewünschte Phase vor-sichtig abpipettiert werden kann (siehe Ab-bildung 2.2).

Von allen Proben wurden jeweils 100mlin große Zentrifugengläser gefüllt. Dabeiist zu beachten, jeweils gleich schwere Paa-re zu bilden, und diese genau mit einerWaage auszutarieren, da auch die Zentri-fugengläser unterschiedlich schwer sind. Bereits kleine Unterschiede im Gewicht könnenbei hohen Drehzahlen in einer Zentrifuge zu Unwuchten führen und diese zerstören. Im

11

Kapitel 2. Aufbereitung der Proben Philipp Stephan

ersten Durchlauf wurden die Proben 20min bei 3500min−1 zentrifugiert.Nachdem Abpipettieren blieben etwa 25ml übrig, die zwar nicht mehr dickflüssig, aber

noch sehr trüb und voller Schwebstoffe waren. Deshalb wurden die Proben erneut für30min bei 4000min−1 zentrifugiert.

Es blieben etwa 20ml, die zwar klar erschienen, aber noch zu unrein für eine erfolg-reiche Derivatisierung waren. Deshalb wurden die einzelnen Proben in jeweils 9× 1,5mlEppendorfreaktionsgefäße gefüllt und mit einer Hochgeschwindigkeitszentrifuge 20minlang mit 14 000min−1 zentrifugiert. Dieser Schritt wurde nach dem Abpipettieren nocheinmal wiederholt.Nun waren die Proben sauber genug um derivatisiert zu werden.

2.3. Chemische Aufbereitung: Derivatisierung

2.3.1. Durchführung[27,20]

Da zur Analyse nur kleine Mengen gebraucht werden, verwendet man zum Abmessender Volumina Microliterpipetten. Diese weisen eine hohe Präzision auch bei kleinstenMengen auf. Allerdings muss darauf geachtet werden, den Plastikkopf immer zu wechselnum keine Verunreinigungen in die Chemikalien zu bringen.Folgende Stoffe kommen nacheinander in ein Reaktionsgefäß:

270µl destilliertes Wasser30 µl Probe60 µl Methanol40 µl Pyridin600µl Chlorameisensäuremethylester

Abbildung 2.3.: Phasentrennung nach derZugabe von Dichlormethan

Da bei einer ersten Messung zwar Norva-lin, jedoch keine Glutaminsäure nachgewie-sen wurde, wurde im zweiten Durchgangdann 300µl Probe unverdünnt verwendet,jedoch bei den norvalinversetzten Probennoch eine Version mit der oben angegebe-nen Verdünnung hergestellt.

Nach Verschluss des Reaktionsgefäßeswird es 15min unter gelegentlichem Schüt-teln und Entlüften zur Reaktion gebracht.Das Derivat wird nun aus der wässrigenLösung extrahiert. Dazu wurden 250µl Di-chlormethan hinzugegeben. Es kommt zurPhasentrennung, das Derivat ist in derunteren organischen Phase des Dichlorme-

thans (es hat eine höhere Dichte) gelöst (siehe Abbildung 2.3). Die obere wässrige Phasewurde mit der Pipette abgenommen und erneut mit Dichlormethan versetzt, um eine

12

Kapitel 2. Aufbereitung der Proben Philipp Stephan

höhere Ausbeute zu erzielen. Auch hier wurde die obere Phase abgenommen und diebeiden unteren Phasen vereint. In dieser ist nun das Derivat in Dichlormethan gelöst.

Als Lösungsmittel für den Gaschromatographen eignet sich n-Hexan sehr gut, da esinert11 gegenüber dem Derivat ist und einen geringen Siedepunkt hat. Deshalb wurdedas Dichlormethan unter Stickstoff aus dem Reaktionsgefäß ausgeblasen (beschleunigteVerdunstung). Dazu verwendet man eine Nadel oder Pasteurpipette als Aufsatz auf derStickstoffflasche.

Nach dem das gesamte Dichlormethan verdunstet wurde, wurde der verbliebene Fest-stoff (das Derivat) in 1ml n-Hexan gelöst.

Vor der Analyse wurden die Proben noch einmal 10min lang mit 14 000min−1 zentri-fugiert, da feinste Schwebstoffe den Gaschromatographen zerstören können.

2.3.2. Reaktion

Im ersten Schritt findet eine Amidierung der Glutaminsäure durch den Chlorameisen-säuremethylester statt. Hierbei greift der Stickstoff der Glutaminsäure durch nukleophilan das Kohlenstoffatom des Chlorameisenäuremethylesters an und substituiert dessenChlorid. Da aber Glutaminäure in wässrigem Milieu als Zwitterion vorliegt, also die Car-boxylgruppe deprotoniert und die Aminogruppe protoniert ist, besitzt das Stickstoffatomkein freies Elektronenpaar und ist somit nicht nukleophil. Durch den Zusatz von Pyridinals Base wird die protonierte Aminogruppe deprotoniert, sodass der Aminstickstoff nu-kleophil am Chlorameisensäuremethylester angreifen kann. Das Pyridin erfüllt allerdingsnoch einen weiteren Zweck: Es beschleunigt die Reaktion durch eine nukleophile Kataly-se. In einem vorgelagerten Schritt greift es nukleophil am Chlorameisensäuremethylesteran und setzt das Chlorid frei. Dadurch entsteht ein positiv geladener Carbaminsäureester,der elektrophiler ist als Chlorameisensäure, und so schneller vom Stickstoff der Glutamin-säure angegriffen wird. Als Nebenprodukt entsteht Pyridiniumchlorid. Diese Reaktionist in Abbildung 2.4 dargestellt.

Dieses Pyridiumchlorid katalysiert als Säure den zweiten Schritt der Reaktion: DieVeresterung der Carboxygruppen der Glutaminsäure. Dies ist nötig, da im basischenMilieu die Carbonsäure deprotoniert und somit nicht elektrophil genug für den nukleo-philen Angriff eines Alkohols ist. Der Carbonylsauerstoff wird protoniert, wodurch derKohlenstoff der Carboxylgruppe so elektrophil wird, dass selbst das schwache NucleophilMethanol mit einer nukleophilen Substitution angreifen und nach Umprotonierung Was-ser abspalten kann. Dieser schritt ist in Abbildung 2.5 für eine Carboxygruppe dargestellt,funktioniert aber bei der zweiten genauso.

Die hier für Glutaminsäure beschriebene Reaktion läuft ebenso bei Norvalin ab. Esenstehen das in Abbildung 2.6(a) gezeigte Glutaminsäurederivat und das in Abbildung2.6(b) gezeigte Norvalinderivat.

11reaktionsträge gegenüber einem potentiellen Reaktionspartner [21]

13

Kapitel 2. Aufbereitung der Proben Philipp Stephan

Cl

O

OCH3 +

N

Cl

N⊕

O

OCH3

HO

O

NH2

O

OH

N+ HO

O

O

⊕N

H

H

O

OCH3

O

OOHCl

N⊕

H

Cl

HOO

O

NH

O

OCH3

O

OOH

Abbildung 2.4.: Reaktion der Amidierung

HOO

O

NH

O

OCH3

O

OOH N⊕

H

Cl

HOO

O

HN

O

OCH3

O⊕H

OOH

H3CO

H

R

OH

O⊕

H

CH3

OH

R

OH

O CH3⊕

OH HH2O + R

O⊕

H

OCH3

R

O

OCH3

+ H⊕

Abbildung 2.5.: Reaktion der Veresterung

14

Kapitel 2. Aufbereitung der Proben Philipp Stephan

H3CO

O

NH

O

OCH3

O

OCH3

(a) Das Glutaminsäurederivat

H3C

NH

O

OCH3

O

OCH3

(b) Das Norvalinderivat

Abbildung 2.6.: Die enstandenen Derivate

2.4. Probenübersicht

Abbildung 2.7.: Die Proben der Messreihe 1

rein mit Norvalin mit Norvalin, verdünnt

Knorr (Tüte) T 1 TN 2 TNV 3

Sonnen Bassermann (Dose) D 4 DN 5 DNV 6

Hausgemacht H 7 HN 8 HNV 9

gelöste Glutaminsäure G 10 GN 11 GNV 12

Blindprobe12 X 13

Tabelle 2.1.: Übersicht über die Proben der Messreihe 2

12Eine Bildprobe aus reinem n-Hexan, ohne Glutaminsäure

15

Kapitel 3. Verwendete Analysegeräte Philipp Stephan

3. Verwendete Analysegeräte

3.1. Der Gaschromatograph[14,22]

12

4

5

Abbildung 3.1.: Schematische Darstellung ei-nes Gaschromatographen13

Ein Gaschromatograph (oft abgekürzt mit„GC“) trennt die zu analysierenden Verbin-dungen auf, indem er sie mit Hilfe einesGases als mobile Phase durch eine Säuleleitet, in der die stationäre Phase als Filmaufgetragen ist.

Die Trennsäule (Abbildung 3.1 3 ) be-steht aus einer 10–200m langen, kapillarenRöhre, die meist aus synthetischem Quarz-glas hergestellt wird. Die Analyten werdennun mit dem Trägergas durch diese Säulegedrückt. Die Geschwindigkeit, mit der siedie Säule durchqueren, hängt von ihrer Ver-teilung zwischen stationärer und mobiler Phase ab. So brauchen Stoffe um so länger, jebesser sie sich in der stationären Phase lösen. Die Wechselwirkungen der Analyten mitder mobilen Phase spielen kaum eine Rolle.

Die stationäre Phase kann entweder ein Feststoff wie zum Beispiel ein Gel sein, odereine Flüssigkeit. In der Organik hat vor allem die Methode mit flüssigen stationärenPhasen eine Bedeutung, man spricht auch von Gas-Flüssig-Chromatographie (engl. GLC– Gas Liquid Chromatography).

Über einen Injektor (Abbildung 3.1 2 ) werden kleine Mengen der zu untersuchen-den Substanz eingespritzt und in die Gasphase überführt. Da die Analyten verdampftwerden, ist diese Methode nur für Stoffe anwendbar, die gasförmig oder unzersetzt ver-dampfbar sind. Ist ein Stoff das nicht, muss er entsprechend derivatisiert werden, sieheauch Abschnitt 2.3. Nachdem die Analyten die Säule mit dem Trägergas durchquerthaben, werden sie detektiert (Abbildung 3.1 4 ).

Die Zeitspanne die benötigt wurde, die Säule zu durchlaufen, auch Retentionszeit ge-nannt, wird aufgezeichnet (Abbildung 3.1 5 ) und kann mit Literaturwerten verglichenwerden, um einen Stoff zu identifizieren. Da diese Methode ungenau ist, und nur funktio-niert, wenn sie unter exakt gleichen Bedingungen stattfand, wird ein Gaschromatographoft in Kopplung mit einem Massenspektrometer betrieben, mit dem ein genauerer Nach-weis möglich ist.

13Quelle: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Gaschromatograph.svg, modifi-ziert

16

Kapitel 3. Verwendete Analysegeräte Philipp Stephan

3.2. Das Massenspektrometer[9,15]

Ionenquelle

fokussierter Strahl

Ionenbeschleuniger

Elektronenfalle

Ionenreflektor

Gaseinlass (von hinten)

Glühwendel

Masse 46Masse 45Masse 44

MagnetVerstärker

Stro

m

Verhältnis

Ausgang

DetektionFaraday-

Becher

Str

ahlpositiv

er Ionen

Abbildung 3.2.: Schematische Darstellung ei-nes Massenspektrometers14

Ein Massenspektrometer (oft abgekürztmit „MS“) trennt Ionen gemäß ihrer Mas-senzahl, also dem Verhältnis von Masse zuLadung (m/z) aufgetrennt.

Zuerst wird die zu untersuchende Sub-stanz ionisiert oder fragmentiert. DiesenTeil der Apparatur nennt man auch „Io-nenquelle“. Hierfür gibt es mehrere Metho-den, die am meisten verbreiteten sind derElektronenstoß und die chemische Ionisati-on. Beim Elektronenstoß wird den Molekü-len der Substanz durch den Beschuss mitschnellen Elektronen so viel Energie über-tragen, dass ihr Ionisierungspotential über-schritten wird und sie in geladene Fragmen-te zerfallen. Es bilden sich bevorzugt posi-tive Molekül- und Fragmentionen und un-geladene Teilchen. Bei der chemischen Io-nisation wird ein Reaktantgas durch Elek-

tronenbeschuss ionisiert, meist Methan oder Ammoniak, welches dann seinerseits dieuntersuchende Substanz ionisiert, indem ein Proton übertragen wird. [21] Dieses Verfah-ren ist schonender als ein Elektronenstoß und führt zu weniger Fragmentierung.

Die so erhalten geladenen Teilchen werden in einem elektrischen Feld beschleunigt undgebündelt. Die so beschleunigten Molekülfragmente werden durch einen engen Eingangs-spalt in ein magnetisches Feld konstanter Feldstärke geschossen, das senkrecht zu derFeldrichtung des elektrischen Feldes steht. Durch das Magnetfeld werden die Ionen aufKreisbahnen abgelenkt, deren Radius von der Ladung e, der Masse m, ihrer Geschwindig-keit v und der Magnetfeldstärke B abhängt; siehe Gleichung 3.1, wobei U die Spannungdes Beschleunigungsfeldes darstellt.

r =2 ·m · Ue ·B

(3.1)

Wenn die Feldstärken konstant gehalten werden, beschreiben die Ionen nun einenfür ihr Masse-Ladungs-Verhältnis spezifischen Radius und treffen so aufgefächert aufeinen Detektor. Nachdem die Signale verstärkt wurden, registriert dieser sowohl dasm/z-Verhältnis als auch die Häufigkeit der Einschläge und erstellt so ein Spektrum. Fürdie meisten erwarteten Fragmente existieren Literaturwerte, sodass mit Hilfe der Mas-senspektrometrie die Zusammensetzung einer Verbindung sehr genau bestimmt werdenkann.

14Quelle: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Mass_Spectrometer_Schematic_DE.svg

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Kapitel 3. Verwendete Analysegeräte Philipp Stephan

3.3. Das GC/MS

Das GC/MS stellt die Kombination von Gaschromatograph und Massenspektrometerdar, indem anstatt eines Detektors bei dem Gaschromatographen direkt das Massen-spektrometer angeschlossen wird. Das bietet den großen Vorteil, dass die Proben vor derAufnahme des Massenspektrums noch zeitlich getrennt werden, was es einfacher machtVerunreinigungen oder Ähnliches auszublenden. Damit diese Technik funktioniert, mussdas Massensprektrometer in der Lage sein, mehrmals pro Sekunde ein komplettes Spek-trum zu erfassen. [22]

18

Kapitel 4. Analyse Philipp Stephan

4. AnalyseDa im Schülerlabor die benötigte GC-Säule nicht vorrätig war, wurden die Messungenfreundlicherweise von Herrn Dr. Markus Krischke am Biozentrum der Universität Würz-burg durchgeführt und die Ergebnisse zur Verfügung gestellt.

Im Folgenden spreche ich davon, dass „Glutamat oder Norvalin nachgewiesen odergemessen wurde“; gemessen wurde natürlich das Glutaminsäure- beziehungsweise Norva-linderivat, allerdings geht es ja um den Nachweis von Glutamat in Lebensmitteln, eineMessung von Glutaminsäurederivat entspricht somit einem Nachweis von Glutamat inder ursprünglichen Probe.

4.1. Durchführung

Zum Einsatz kam eine „Phenominex DB/ZB5“ GC-Säule der Länge 30m mit einemDurchmesser von 0,25mm. Davor befand sich eine 5m lange Vorsäule. Die stationärePhase bildete ein 0,25µm dicker Film (5%-Phenyl)-methylpolysiloxan; als mobile Phasewurde Helium eingesetzt. Die eingespritzte Probenmenge betrug 2 µl. Der GC-Ofen wur-de wie folgt erhitzt: Als Starttemperatur wurde auf 80 ◦C aufgeheizt, diese Temperaturfür 2min gehalten. Anschließend wurde die Temperatur pro Minute um 20 ◦C erhöht, bis300 ◦C erreicht waren. Diese Endtemperatur wurde erneut 2min gehalten.Bei dem Massenspektrometer handelte es sich um ein „Thermo TRACE GC Ultra“

mit einem Dual Stage Quadropol Detektor.

4.2. Auswertung

Da man mit einem GC/MS die Masse der ankommenden Teilchen misst, muss man zurAuswertung wissen, nach welchen Massen man sucht. Zum einen sind das die Massender Moleküle, die man versucht nachzuweisen: Das derivatisierte Glutamat mit 233uund das derivatisierte Norvalin mit 189u. Allerdings gilt es hier zu beachten, dassdie Moleküle bei der chemischen Ionisation mit einem zusätzlichen Proton (H+) ioni-siert wurden (siehe Abschnitt 3.2). Gesucht sind also die Massen 234u beziehungsweise190u. Da aber so große ionisierte Moleküle sehr instabil sind, kommt es zur Fragmen-tion. Zwar nicht derartig ausgeprägt wie bei der radikalischen Ionisierung durch einenElektronenstoß, aber dennoch ist dieser Effekt zu beachten. In Abbildung 4.1 sind diemöglichen Molekülfragmente zu sehen, die sich durch Abspalten einer der roten Grup-pen bilden können. Für Glutamat sucht man also noch zusätzlich nach den Massen 174uund 202u (Abbildung 4.1(a) und 4.1(b)); für Norvalin außerdem nach 174u und 202u(Abbildung 4.1(c) und 4.1(d)).

19

Kapitel 4. Analyse Philipp Stephan

H3C

O

O

NH

O

OCH3

O

O

CH3

(a) Glutamatfragmente der Masse 174 u(Masse der abgespaltenen Gruppe: 59 u)

H3C

O

O

NH

O

OCH3

O

O

CH3

(b) Glutamatfragmente der Masse 202 u(Masse der abgespaltenen Gruppe: 31 u)

H3C

NH

O

OCH3

O

O

CH3

(c) Norvalinfragmente der Masse130 u (Masse der abgespaltenenGruppe: 59 u)

H3C

NH

O

OCH3

O

O

CH3

(d) Norvalinfragmente der Masse158 u (Masse der abgespaltenenGruppe: 31 u)

Abbildung 4.1.: Typische Molekülfragmente

Ein weiteres Charakteristikum, auf das man bei der Auswertung eines GC/MS-Spek-trums achten muss ist die Retentionszeit. Diese beträgt unter den hier angewandtenVersuchsbedingungen für das Glutaminsäurederivat 8min 18 s und für das Norvalinde-rivat 6min 28 s. Diese Werte lassen sich in Datenbanken nachschlagen oder durch Refe-renzmessungen ermitteln. Falls die Referenzmessungen von anderen Systemen stammen,lassen sich die Zeiten mit dem sogenannten „Kovac-Index“ normalisieren und ineinanderumrechnen. [21]

Die Auswertung der Spektren (zum Beispiel Abbildung 4.2) erfolgt in zwei Schritten:Zum einen lässt sich die ankommende Teilchenzahl am Spektrum des Gaschromatogra-phen (Abbildung 4.2 oben) ablesen. Hier ist die Zeit an der horizontalen, die Menge ander vertikalen Achse aufgetragen. Da das Massenspektrometer alle 0,5 s ein komplettesSpektrum aufnimmt, lässt sich hier das Chromatogramm nach der Masse (beziehungs-weise dem Masse-Ladungs-Verhältnis) filtern.

So finden wir in Abbildung 4.2 sieben verschiedene Chromatogramme, alle nach unter-schiedlichen Massen gefiltert. Von oben herab:

schwarz: m/z = 130rot: m/z = 158grün: m/z = 190blau: m/z = 174gelb-grün: m/z = 202lila: m/z = 234blau-grün: TIC (Total Ion Current), entspricht der ungefilterten Gesamtteilchenzahl

20

Kapitel 4. Analyse Philipp Stephan

 

Abbildung 4.2.: Ein typisches Spektrum (Probe 6—Knorr, mit Norvalin, verdünnt)

So kann man die gesuchten Fragmente schnell erkennen: Sie müssten einen Peak15 imChromatogramm ihrer Masse bei der Retentionszeit ihrer Verbindung erzeugen. In Ab-bildung 4.2 sehen wir einen deutlichen Peak bei den Massen 130, 158 und 190 bei einerRetentionszeit von 6min 28 s. Die Mengen werden immer in Relation zumMaximum ange-geben, sodass bei den Massen 202 und 234 das Untergrundrauschen, verursacht durch an-dere Verbindungen, etwa Dreivatisierungsreagenzien oder Verunreinigungen, sehr starkzu sehen ist.

Um eine Verbindung nun eindeutig zu identifizieren kann man das Massenspektrumeiner bestimmten Retentionszeit ansehen: Abbildung 4.2 mitte und unten. Bei einemMassenspektrum ist auf der horizontalen Achse die Masse (genauer: das Masse-Ladungs-Verhältnis) und auf der Vertikalen die Intensität aufgetragen. Bei dem mittleren Spek-trum, das zur Retentionszeit 6min 28 s aufgenommen wurde, erkennt man sehr schöncharakteristische Peaks bei den Massen 130, 158 und 190. Auch hier ist die Skala wiederrelativ, sodass bei dem unteren Spektrum zum Zeitpunkt 8min 18 s das Untergrundrau-schen prominent zu Tage tritt. Hier sind keine charakteristischen Peaks zu sehen.

15signifikanter Spitzenwert des Messsignals über dem Grundrauschen [21]

21

Kapitel 4. Analyse Philipp Stephan

Bei diesem Beispiel-Spektrum findet sich nur Norvalin, identifiziert an Hand der Re-tentionszeit von 6min 28 s und den charakterischen Fragmentmassen 130, 158 und 190.Glutmat mit einer Retentionszeit von 8min 18 s und den charakterischen Fragmentmas-sen 174, 202 und 234 wurde nicht nachgewiesen.Um eine quantitative Analyse durchzuführen würde man in diesem Fall ein Verfahren

mit einem internen Standard anwenden. Ein interner Standard bezeichnet einen dereigentlich zu bestimmenden Substanz physiko-chemischen sehr ähnlichen Stoff, der zueinem frühen Verarbeitungsschritt in bekannter Menge hinzugegeben wird. In diesem Fallwäre das, wie in Abschnitt 2.1 erwähnt, Norvalin. Anschließend wird bei der Auswertungdes Chromatogramms das Integral16 des zu untersuchenden Stoffes mit dem internenStandard, hier wäre das Glutamat und Norvalin, gemessen und verglichen. So lässt sichauf die ursprüngliche Konzentration zurückrechnen. [21]

4.3. Ergebnisse

Glutamat Norvalin

Knorr rein 1 nein jamit Norvalin 2 nein neinmit Norvalin, verdünnt 3 nein nein

Sonnen Bassermann rein 4 nein neinmit Norvalin 5 nein jamit Norvalin, verdünnt 6 nein ja

Hausgemacht rein 7 nein neinmit Norvalin 8 nein jamit Norvalin, verdünnt 9 nein ja

gelöste Glutaminsäure rein 10 nein neinmit Norvalin 11 nein neinmit Norvalin, verdünnt 12 nein ja

Blindprobe rein 13 nein ja

Tabelle 4.1.: Die Messergebnisse der Analyse

Die Ergebnisse der Auswertung der Analysespektren sind in Tabelle 4.1 abzulesen. Inkeiner der untersuchten Proben wurde Glutamat gefunden (diesen Umstand werde ich inKapitel 5 näher behandeln), deshalb wurde im Folgenden auf eine quantitative Analyseverzichtet. Dennoch lassen sich einige interessante Phänomene an diesen Messergebnissenablesen.

16Fläche unter dem Graphen

22

Kapitel 4. Analyse Philipp Stephan

Das Ergebnis der Probe 1 (Knorr, rein) ist in sofern verwunderlich, als das Norvalingemessen wurde, allerdings keines zugegeben wurde. Da Norvalin nicht natürlich vor-kommt und außerdem bei der Probe 2 (Knorr, mit Norvalin) kein Norvalin gemessenwurde, obwohl es zugesetzt wurde, handelt es sich hier offensichtlich um eine Verwechs-lung. Dies kann während der Aufbereitung durch das ständige Umfüllen in andere Gefäßeoder während der Messung passiert sein. Da der Umstand allerdings ziemlich eindeutigist, halte ich es für vertretbar, diese Außergewöhnlichkeit nicht weiter zu beachten.

Ebenfalls unerwartet ist Probe 13 , die Blindprobe. Hier wurde Norvalin nachgewiesen,obwohl es sich nur um reines n-Hexan handelte. Ich habe beim Abfüllen dieser Probebesonders darauf geachtet, dass keine Verwechslung vorliegt, da sie befüllt, geschlossenund beschriftet wurde, während sich die anderen Proben in der Zentrifuge befanden.Eine Verwechslung bei der eigentlichen Messung ist auch sehr unwahrscheinlich. Zwarfindet sich in Probe 11 (gelöste Glutaminsäure, mit Norvalin) wider Erwarten keinNorvalin, doch eine Verwechslung scheidet aus, da bei der Blindprobe die gemesseneGesamtmenge aller Stoffe viel kleiner war, als bei anderen Proben, denen Norvalin zuge-geben worden war, zumal diese Probe nicht einmal verdünnt war. Erklären lässt sich diepositive Blindprobe durch ein Phänomen, dass man „carry-over“ [21] nennt. Dabei werdenkleine Mengen des Analyts von einem Messvorgang auf den nächsten Übertragen und sodas Ergebnis verfälscht. In diesem Fall befand sich noch etwas Flüssigkeit der vorherigenProbe in der Einspritzanalge des Gaschromatographen.

Ein weiterer Effekt, der sich an einigen der aufgezeichneten Chromatogrammen beob-achten lässt, ist das sogenannte „fronting“ [21]. Es bezeichnet die Asymmetrie der Peakseines Chromatogramms. Normalerweise stellen sich die Peaks eines Chromatogrammssannähernd wie eine Gaußsche Normalverteilung dar (siehe Abbildung 4.3(a)). Dies hängtmit der mittleren Retentionszeit zusammen, die gleichmäßig in beide Richtungen ab-weicht, da sie durch die Interaktionsgeschwindigkeit des Analyts mit der stationärenPhase bestimmt wird. Befindet sich nun so viel Analyt in der GC-Säule, dass die Auf-nahmefähigkeit der stationären Phase ausgelastet ist, kann ein Teil des Analyts unge-bremst die Säule durchqueren und die „Spitze“ des Peaks verschiebt sich nach vorne(siehe Abbildung 4.3(b)). Fronting tritt bei den Proben 1 (beziehungsweise 2 wegender Verwechslung), 5 und 8 auf, da all diese Proben Norvalin enhalten, aber nichtverdünnt wurden. So ist Norvalin in so großer Menge vorhanden, dass es zum frontingkommen konnte. Bei den verdünnten Proben mit Norvalin tritt dieser Effekt nicht auf.

 

(a) Normale Peaks

 

(b) Peaks mit fronting

Abbildung 4.3.: Unterschiedliche Peaks

23

Kapitel 5. Fehlerdiskussion und Fazit Philipp Stephan

5. Fehlerdiskussion und Fazit

Wie bereits in Abschnitt 4.3 angemerkt, wurde in keiner der Proben Glutamat nachge-wiesen. Hierfür gibt es mehrere Erklärungsansätze:

Zum einen kann es sein, dass tatsächlich keine der Suppen Mononatriumglutamatenthält. Dies ist allerdings höchst unwahrscheinlich, da es in der Branche Gang undGebe ist, diesen Geschmacksverstärker zuzugeben. Bei der Suppe von Knorr war sogar„Hefeextrakt“ in der Liste der Lebensmittelzusatzstoffe angegeben, sodass zumindest dortetwas Glutamat enthalten sein müsste.

Es könnte auch sein, dass zwar in den Suppen Mononatriumglutamat enthalten war,jedoch keines mehr in den Proben. Das verwendete Verfahren geht davon aus, dass dasGlutamat im Wasser der Suppen gelöst ist und nimmt keine weiteren Schritte der Ex-traktion vor. Befindet sich nun aber das Glutamat in Tomatensuppen in irgendeinerBindung mit anderen Bestandteilen der Tomate, würde es einfach durch die Zentrifuga-tion herausgefiltert. Es besteht auch die Möglichkeit, dass Glutamat in einer Bindungunempfänglich für die Derivatisierungsreaktion wird und so der Nachweis fehlschlägt.

Allerdings hätte dann zumindest die Gegenprobe mit gelöstem Glutamat positiv seinmüssen, aber dazu später mehr.

Denn zum anderen besteht die Möglichkeit, dass zwar Glutamat in den Proben vor-handen war, es nur nicht nachgewiesen wurde. Ist der Glutamatanteil in den Suppen sogering, dass er nicht mit dem GC/MS nachgewiesen werden kann, spricht man von Men-gen unterhalb der Nachweisgrenze. Dass wäre in sofern schwierig zu beweisen, als dassmir keine besseren Analyseverfahren zur Verfügung stehen und ich so keine Möglichkeithabe, dieser Theorie nachzugehen. Auch hier hätte allerdings die Gegenprobe ein Resul-tat erzeugen müssen, da das Norvalin, welches in gleicher (Stoff-)Menge hinzugegebenwurde, einwandfrei nachgewiesen wurde. In diesem Fall kann es also nicht an einer zuhohen Nachweisgrenze liegen.

Viel wahrscheinlicher ist es, dass etwas mit der Methode der Derivatisierung oderAnalyse fehlerbehaftet war. Da allerdings Nils Zottmann den gleichen Versuch mit Ge-müsebrühen durchgeführt hat [27], schätze ich, dass das Verfahren an sich richtig ist undviel mehr ich einen Fehler bei der Derivatisierung gemacht habe. Dagegen spricht jedoch,dass die Derivatisierung und die Analyse bei Norvalin in beiden Versuchsreihen einwand-frei funktioniert haben, aber bei Glutamat nicht. Grundsätzlich kann also eigentlich keinhandwerkliches Problem vorliegen.

Gerade weil auf der einen Seite nicht einmal in der Gegenprobe mit reinem Glutamatin Wasser keines nachgewiesen wurde, es sich aber durch den Nachweis von Norvalingezeigt hat, dass die Methode funktioniert, halte ich einen monokausalen Erklärungsan-satz für unzureichend. Vielmehr scheint es nötig, die Suppenproben getrennt von denGegenproben zu betrachten. Zu diesem Zweck hat Herr Dr. Markus Krischke noch ein-

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Kapitel 5. Fehlerdiskussion und Fazit Philipp Stephan

mal die Derivatisierung mit Chemikalien aus seinem Institut für mich durchgeführt. Indiesem Versuchsdurchlauf konnte er Glutamat gut nachweisen. Dies legt die Vermutungnahe, dass die Glutaminsäure meines Labors verschmutzt war, oder anderweitig nichteinwandfrei. Was die Suppen anbelangt halte ich die Erklärung, dass das Glutamat eineBindung mit anderen Bestandteilen der Tomate am plausibelsten, da Niels Zottmanndas Verfahren nur erfolgreich auf Gemüsebrühen ohne großen Feststoffanteil angewendethat.

Wegen mangelnder Ergebnisse lässt sich so leider keinerlei Antwort auf die ursprüngli-che Fragestellung finden, ob in sowohl industriell hergestellten Produkten als auch natür-lichen Lebensmitteln Geschmacksverstärker enthalten sind und wie sie sich mengenmäßigunterscheiden. So kann man auch keine Aussage darüber treffen, ob das Bedenken beimEinsatz von Geschmacksverstärkern begründet ist, oder nicht. Festhalten lässt sich je-doch, dass ein Großteil der Gefahren, die Mononatriumglutamat zugeschrieben werden,nicht existieren, beziehungsweise nicht belegt werden konnten. Grundsätzlich macht esSinn im Hinterkopf zu behalten, dass auch die Natur Geschmacksverstärker einsetzt undman nicht sofort alles unbedacht verteufeln sollte. Ein kritischer Blick auf Lebensmittel-zusatzstoffe schadet allerdings nie.

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Anhang A. Chemikalienverzeichnis und Gefahrstoffkennzeichnung Philipp Stephan

A. Chemikalienverzeichnis undGefahrstoffkennzeichnung

Chlorameisensäuremethylester

Symbole R- und S-Sätze

Cl

O

OCH3

F — Leicht entzündlich R: 11-26-21/22-34T+ — Sehr giftig S: (1/2)-26-14-28-36/37/39-45-46-63

DichlormethanSymbole R- und S-Sätze

Cl

C

Cl

HH

Xn — Gesundheitsschädlich R: 40S: 23-24/25-36/37

L-Glutaminsäure

keine Gefahrstoffkennzeichnung HO

O

NH2

O

OH

n-HexanSymbole R- und S-Sätze

H3CCH3F — Leicht entzündlich R: 11-38-48/20-62-65-67-51/53

Xn — Gesundheitsschädlich S: (2)-9-16-29-33-36/37-61-62N — Umweltgefährlich

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Anhang A. Chemikalienverzeichnis und Gefahrstoffkennzeichnung Philipp Stephan

MethanolSymbole R- und S-Sätze

H3C OHF — Leicht entzündlich R: 11-23/24/25-39/23/24/25T — Giftig S: (1/2)-7-16-36/37-45

Norvalin

keine Gefahrstoffkennzeichnung H3C

NH2

O

OH

Pyridin

Symbole R- und S-Sätze

N

F — Leicht entzündlich R: 11-20/21/22Xn — Gesundheitsschädlich S: (2)-26-28

Stickstoffkeine Gefahrstoffkennzeichnung N N

Wasser (destilliert)

keine Gefahrstoffkennzeichnung H

O

H

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Philipp Stephan

Literaturverzeichnis

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Philipp Stephan

Eigenständigkeitserklärung

Ich habe diese Seminararbeit ohne fremde Hilfe angefertigt und nur die im Literaturver-zeichnis angeführten Quellen und Hilfsmittel benutzt.

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