Chemie und Instrumentelle Analytik

Lehre

Das Chemische Laboratorium der Abteilung Bioverfahrenstechnik ist für die analytische Ausbildung (Vorlesung und Praktika) in den Fächern

  • Allgemeine Chemie
  • Spezielle Chemie
  • Instrumentelle Analytik
  • Ausgewählte und Spezielle Instrumentelle Analytik
  • Molekularbiologische Methoden
  • Qualitätsmanagement
  • Sensorik
  • Ernährungsphysiologie

für alle Studiengänge am Standort Ahlem verantwortlich.

Im Chemischen Labor wird im 1. Semester (ML und TNR) ein Grundlagenpraktikum absolviert. Im 2. Semester werden verschiedene Lebensmittel und andere Produkte auf ihre Inhaltsstoffe (Protein, Fett, Trockenmasse, u.a.) hin untersucht. Im weiterführenden Studium besteht im 6. Semester für die Studierenden, die später im Laborbereich arbeiten wollen, die Wahlmöglichkeit im Fach „Instrumentelle Analytik“, die Analysenkenntnisse zu vertiefen. Im Masterstudiengang Milch- und Verpackungswirtschaft wird eine Laborübung zum Thema Molekularbiologischen Methoden (PCR) und Microarray abgehalten. Außerdem werden hier auch chemische Analysen zu Forschungszwecken durchgeführt.

Forschung

In der Vergangenheit wurden seit 1994 verschiedene Forschungsprojekte mit namhaften milchverarbeitenden Unternehmen und anderen Firmen auf dem Gebiet der instrumentell-analytischen Verfolgung der Käsereifung und der Hilfestellung bei verschiedensten Fragestellungen durchgeführt, um die Qualität des Käse-Endproduktes zu einem möglichst frühen Zeitpunkt vorhersagen zu können. Dabei wurden instrumentell-analytische Daten, sensorische und technologische Merkmale in Kombination mittels multivariaten statistischen Methoden ausgewertet:

AGIP-Projekt 1994-1995 „Chemische Reifezeichen bei Käse“ in Kooperation mit Nordmilch eG (DMK)

AGIP-Projekt 1996 – 1998 „Einfluss von Molkensahne auf die proteolytische Käsereifung“ in Kooperation mit Nordmilch eG (DMK)

AGIP-Projekt 1998 – 2000 „Bewertung der proteolytischen Aktivitat in Käse (Bitterkeit und Ausbeute)“ in Kooperation mit Chr. Hansen GmbH Nienburg und Horsholm (DK)

AGIP-Projekt 2001 – 2002 „Optimierung der Käsereifung bei Einsatz neuartiger Direktstarterkulturen (DVS Kulturen)“ in Kooperation mit Chr. Hansen GmbH

AGIP-Projekt 2003 – 2005 „Optimierung der Lochbildung und sensorischen Eigenschaften bei der industriellen Großlochkäseproduktion“ in Kooperation mit Kraft Foods Deutschland GmbH

AGIP-Projekt 2005 – 2008„Isolierung und Aufreinigung proteinogener Reifezeichen bei der industriellen Käseproduktion zur BioChip-Entwicklung“ in Kooperation mit Kraft Foods Deutschland GmbH, Fraunhofer IBMT Abt. Molekulare Bioanalytik Potsdam

EFRE-Projekt 2007 – 2009 „Weiterentwicklung und Validierung eines BioChips zur Beurteilung des Reifezustandes bei der industriellen Käseproduktion“ in Kooperation mit Chr. Hansen GmbH, Fraunhofer IBMT Abt. Molekulare Bioanalytik Potsdam, Kraft Foods Deutschland GmbH

EFRE-Projekt 2010 - 2012 „Einfluss des Zusatz von Caseinen und Caseinaten auf die Qualität und Reifung von Käse“ in Kooperation mit DMK Deutsches Milchkontor GmbH und Chr. Hansen GmbH.

Neben diesem Forschungsgebiet wurden in Kooperation mit Industrieunternehmen Fragestellungen im Bereich der Mycotoxinanalytik, der automatischen Stickstoffanalytik sowie der Reinigungsleistung von Reinigungsautomaten in der klinischen und lebensmittelwirtschaftlichen Praxis bearbeitet.

Weiterhin nimmt das Chemische Labor aktuell regelmäßig an Ringversuchen zur Entwicklung und Validierung von referenzanalytischen Untersuchungsmethoden bei § 64 LFGB, DIN, CEN, ISO, IDF und VDLUFA  teil und berät die milchwirtschaftlichen und lebensmitteltechnologischen Unternehmen in analytischen und inhaltsstofflichen Fragestellungen.

Derzeit unterstützt das Chemie-Labor laufende Forschungsprojekte und Arbeiten im Rahmen von Bachelor- und Masterarbeiten mit den anfallenden chemischen Analysen der Proben (z.B. Asche-Gehalt, Protein-Gehalts-Bestimmung u.a,).

Interessante Techniken

Tierartendifferenzierung mittels Microarray

Bei der Microarray-Technik handelt es sich um eine neue Analysenmethode bei der Moleküle, die den Analyten einfangen können (z.B. komplementäre DNA-Stränge, Antigen-Antikörperreaktion oder die Form des Moleküls als Aptamere), auf einen Glasobjektträger gespotet werden. Der Objektträger wird in die Probelösung getaucht und der am Spot gebundene Analyt mit einem Fluoreszenzfarbstoff im Microarray-Scanner detektiert. Dies ermöglicht eine schnelle Detektion von vielen Analyten auf kleinstem Raum des Objektträgers in einem Schritt.

In einem Praktikumsversuch wird ein handelsüblicher Microarray („Biochip“) zur Tierartendifferenzierung in Lebensmittelprodukten mit Fleisch mit den Studierenden durchgeführt. Dabei erlaubt ein gleichzeitiger Nachweis der 8 Tierarten Esel, Pferd, Kuh, Schwein, Huhn, Truthahn, Schaf und Ziege auf einem Biochip mit niedrige Nachweisgrenze (0,5 – 1 %) die Identifizierung geringster tierischer Bestandteile in Lebensmitteln.

Als Messprinzip wird dabei das Fragments des Cytochrome b Gens, welches für die entsprechende Tierart spezifisch ist, auf der aus den Proben extrahierten DNA mittels PCR (Polymerase Chain Reaktion) vervielfältigt und mit Primern Fluoreszens-markiert. Nach der Bindung (Hybridisierung) der amplifizierten, markierten PCR-Produkte an den komplementären DNA-Spots auf dem Biochip können durch Scannen bei zwei Wellenlängen 532 (Cy3) und 635 nm (Cy 5) positiv leuchtende Spots einer bestimmten Tierart zugeordnet werden.

Mikrowellengestützte Schnellmethode zur Fettextraktion

Das im Chemie-Labor vorhandene ETHOS.lab Mikrowellensystem der Fa. MWS Vertriebs GmbH (= MLS GmbH) wird u.a. zum halbautomatischen Aufschluß- und Bestimmungsverfahren von Fett aus z.B. Speisequark, Käse, Jogurt und anderen komplizierten Matrices eingesetzt, bei denen sonst die etablierten Referenz-Fettextraktionsmethoden nach Weibull-Stoldt und Schmid-Bondzynski-Ratzlaff oder bei der Bestimmung des Fettgehaltes von Milch die Referenzmethode nach Röse-Gottlieb zur Anwendung kommen würden. Der gleichzeitige Säureaufschluss und Fettextraktion in die Lösungsmittelphase in einem Schritt unter Mikrowellen-Einwirkung und starkem Rühren sowie dem Abdampfen des Lösungsmittels, sorgen für eine hohe Zeitersparnis und Erhöhung der Arbeitssicherheit im Vergleich zu den aufwendigen Referenzmethoden.

N/C-Bestimmung nach Dumas (Proteingehalt)

Das Verbrennungsverfahren nach Dumas ist ein traditionelles, sicheres, umweltfreundliches und amtlich anerkanntes Routineverfahren zur Bestimmung des Gesamtstickstoffgehaltes von verschiedensten Probenmatrices (bei uns vor allem Lebens- und Futtermittel und andere Naturstoffe) und des daraus zu berechnenden Proteingehaltes der Probe (Multiplikation mit einem spez. Faktor).

Dabei wird die Einwaage der Probe in einem Tiegel bei hohen Temperaturen (900 °C bis 1200 °C) unter Sauerstoffzufuhr vollständig verbrannt und die Verbrennungsgase durch verschiedene Reduktions- und Trocknungsschritte von störenden Bestandteilen (u.a. Feuchtigkeit, Fremdelementen) befreit. Der am Ende vorliegende molekulare Stickstoff wird mit Hilfe eines Wärmeleitfähigkeitsdetektor quantitativ erfasst, der Stickstoffgehalt auf die Einwaage bezogen berechnet und am PC direkt nach der Analyse ausgegeben. Aus dem Ergebnis wird durch Multiplikation mit einem spez. Faktor wie beim Referenzverfahren nach Kjeldahl der Proteingehalt der Probe berechnet.

Im Vergleich zum klassischen, nasschemischen und zeitaufwendigen Referenzverfahren zur Stickstoffbestimmung nach Kjeldahl, bei dem die Probe durch Kochen u.a.in hochprozentiger Schwefelsäure aufgeschlossen wird, zeichnet sich das Dumas-Verfahren durch einen erheblich geringeren Arbeitsaufwand, höhere Automatisation, Zeitersparnis und besonders durch eine höhere Arbeitssicherheit aus (keine aggressiven Chemikalien oder besondere Laborausstattung nötig).

 

Ausstattung

Trockenmasse-Bestimmung
2 Trockenschränke T6060, T6120 von Heraeus Instruments GmbH
Infrarot- Trockenmassebestimmungsgerät Mettler LP 16 (Trocknungsgerät), Mettler PM 100 (Waage) und Drucker GA 42 Printer von Mettler - Toledo GmbH

Veraschung
Mikrowellen-Ascheofen PYRO.start von MLS GmbH
Muffelofen von Heraeus Instruments GmbH

Protein-Bestimmung nach Kjeldahl
3 Kjeldahl-Aufschlussblöcke 425 Digestor und 430 Digestor von Büchi Labortechnik GmbH
3 Kjeldahl-Destillen KjelFlex K-360, Destillation Units 323 und
Destillation Units 324 von Büchi Labortechnik GmbH
Scrubber (Gaswäscher) B-414 von Büchi Labortechnik GmbH

N/C-Bestimmung nach Dumas
Dumas-Gerät VarioMAX CN von Elementar Analysensysteme GmbH

Fettextraktion
Ex-geschützte Sicherheits-Zentrifuge mit Steuereinheit Super Vario N von Funke - Dr. N. Gerber Labortechnik GmbH
Wasserbad ETC von Dinkelberg Analytics GmbH
Mikrowellen-Fettextraktion ETHOS.lab von MLS GmbH
Kühlwasserbad für Fettextraktion FLP250 von JULABO GmbH

UV/VIS-Photometrie/Enzymatik
2 Hochauflösende registrierende Spektralphotometer Uvikon 931, 933 von Kontron Instruments

Kryoskopie
Gefrierpunktsmessgeräte Cryostar I von Funke - Dr. N. Gerber Labortechnik GmbH

Polarimetrie
Digitales Kreispolarimeter MCP 200 von Anton Paar GmbH

Hochleistungs-Flüssigchromatographie
2 HPLC-Anlagen präparativ und analytische Anlage La Chrom Elite von Merck Hitachi mit verschiedenen Detektionseinheiten

Gas-Chromatographie
Gaschromatograph Varian 3900 von Agilent Technologies Inc

Elektrophorese (IEF/SDS-PAGE)
Power Supply EPS 3500 von Pharmacia
Power Supply Blue Power 3000 von Serva Elektrophoresis GmbH
Gelschüttler Kick II von Serva Elektrophoresis GmbH
Kühlwasserbad WKL 230 von Lauda
Videodensitometer BioDocAnalyze von Biometra GmbH (Analytik Jena AG)
Kapillarelektrophorese-Anlage P/ACE™ MDQ Capillary Electrophoresis System von Beckmann Coulter Inc.

Karl-Fischer-Titration
Karl-Fischer-Titrator DL 38 von Mettler - Toledo GmbH

PCR
Thermocycler Biometra von Analytik Jena aG

ELISA
Mikrotiterplatten Reader VERSA max von MDS Analytics Technologics GmbH

Microarray (Biochip)
Mikroarray Scanner Genepix personal 4100 A von Molecular Devices GmbH

Hitzeindikatoren bei Milchprodukten
Fluorescenz-Photometer FLM 200 "Fluorophos-Methode" + Thermoblock von Advanced Instruments Inc. USA

Atomabsorptionsspektroskopie
AAS 1100B von Perkin Elmer Inc.

Sonstige u.a.
Lactostar von Funke - Dr. N. Gerber Labortechnik GmbH
Schlagsahneprüfgerät Standard A-Lift von JANZ- Präzisionstechnik GmbH

 

Impressionen

Das Team