Neue Studie: MS-Bildgebung macht Inhaltsstoffe, Zusatzstoffe und Kontaminationen von Lebensmitteln sichtbar

Die bildgebende Massenspektrometrie (MS-Bildgebung) liefert in vielen Bereichen hochpräzise Informationen über die räumliche Verteilung von Substanzen. Forscher*innen der Universität Bayreuth präsentieren jetzt in der Zeitschrift „Food Chemistry“ beispielhafte neue Anwendungen in der Lebensmittelanalytik. Erstmals ist es gelungen, einen Zusatzstoff (Additiv) in Milchprodukten und eine herstellungsbedingte Kontamination in Backwaren sichtbar zu machen. In Obst, Gemüse und Wurstwaren können spezielle, die Lebensmittelqualität beeinflussende Inhaltsstoffe nachgewiesen werden. Die in Zusammenarbeit mit dem Bayerischen Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit (LGL) entstandene Studie zeigt das große Potenzial dieses Verfahrens, nicht zuletzt im Hinblick auf den Verbraucherschutz.

Kiwis und Karotten

Die Anwendungspotenziale im Bereich von Obst und Gemüse belegen Untersuchungen an Kiwis und Karotten. Die „Mini-Kiwi“ (Actinidia arguta) ist nicht nur süß, sondern hat auch zahlreiche gesundheitsfördernde bioaktive Inhaltsstoffe. Mit Probeschnitten, die nur wenige Hundertstel Millimeter dick und bis zu einer Temperatur von minus 40 Grad heruntergekühlt waren, haben die Bayreuther Bioanalytiker die Verteilung einiger Substanzen in der Schale und im Fruchtfleisch sichtbar gemacht: Zuckermoleküle (Disaccharide), antioxidativ wirksames Polyphenol und ein für Kiwis charakteristisches Fett (Lipid). In Karotten wiederum wurden Moleküle des Beta-Carotin, einer Vorstufe von Vitamin A, erkennbar. Darüber hinaus konnten auch die räumliche Verteilung sowie die typischen molekularen Strukturen unterschiedlicher Farbstoffe (Anthozyane) identifiziert werden, die den Karotten eine orangene, gelbe oder violette Färbung verleihen.

Ein Analyseverfahren ohne Färbemittel

„Unsere Studie macht deutlich, dass die MS-Bildgebung eine wertvolle Ergänzung der bereits etablierten Verfahren der Lebensmittelanalytik darstellt: Sie bietet neue Erkenntnisse über die räumliche Verteilung und die relativen Anteile von Inhaltsstoffen. Dabei hat sie den großen Vorteil, dass die Moleküle der Inhaltsstoffe nicht mit Färbemitteln oder anderen Labelling-Verfahren markiert werden müssen. An der Universität Bayreuth werden wir – im Rahmen der neu etablierten Fakultät VII für Lebenswissenschaften: Lebensmittel, Ernährung und Gesundheit – künftig weiter daran arbeiten, die analytischen Möglichkeiten der bildgebenden Massenspektrometrie zu verfeinern, sie mit anderen Instrumenten der Lebensmittelanalytik zu kombinieren und sie auf bisher nicht untersuchte Inhaltsstoffe anzuwenden. Auf diese Weise können wir an der Universität Bayreuth wichtige Beiträge zum Verbraucherschutz leisten“, sagt Prof. Römpp.

Zur bildgebenden Massenspektrometrie (MS)

Von anderen analytischen Methoden wie der UV-, Fluoreszenz-, Infrarot- oder Kernspinresonanzspektroskopie unterscheidet sich die MS dadurch, dass sie nicht von besonderen Eigenschaften der Moleküle und Atome abhängig ist – also weder von Lichtabsorption oder Fluoreszenz noch vom Kernspin, dem Drehimpuls eines Atomkerns um seinen Schwerpunkt. Unterscheiden sich zwei Moleküle oder Atome in ihrer Masse, kann dieser Unterschied massenspektrometrisch sichtbar gemacht werden. Ein Massenspektrometer ähnelt insofern einer Waage für Atome und Moleküle – nur mit dem Unterschied, dass es mehrere Millionen Mal genauer und empfindlicher ist als jede Küchenwaage. Vor jeder massenspektrometrischen Analyse ist es erforderlich, die Moleküle der zu identifizierenden Substanzen zu ionisieren, so dass geladene Teilchen entstehen. Denn nur geladene Teilchen können von den im Massenspektrometer verwendeten magnetischen und elektrischen Feldern abgelenkt und beschleunigt werden. Eine Ionisationsmethode, die auch am Lehrstuhl für Bioanalytik und Lebensmittelanalytik an der Universität Bayreuth angewendet wird, ist die Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation (Matrix-assisted Laser Desorption/ Ionization, MALDI). Hierbei wird eine Matrixsubstanz auf die Probe gebracht und dann mit einem Laser bestrahlt. Die bildgebende Massenspektrometrie (MS-Bildgebung oder MS Imaging) kombiniert die aus der MS gewonnene Information über Moleküle mit räumlicher Information: Indem der Laser eine Probenoberfläche abrastert und Pixel für Pixel immer eine andere Stelle auf der Probe bestrahlt, kann für jeden Punkt, den der Laser getroffen hat, ein Massenspektrum aufgenommen werden.

Forschungsförderung
Die Forschungsarbeiten, die in „Food Chemistry“ vorgestellt werden, wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der TechnologieAllianzOberfranken (TAO) gefördert.

Veröffentlichung
Julia Kokesch-Himmelreich, Oliver Wittek, Alan M. Race, Sophie Rakete, Claus Schlicht, Ulrich Busch, Andreas Römpp: MALDI mass spectrometry imaging: From constituents in fresh food to ingredients, contaminants and additives in processed food. Food Chemistry (2022), Vol. 385. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.132529