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Tägliche Kochmethoden — Grillen, Räuchern, Braten — können unsichtbare Gefahren in Lebensmitteln erzeugen. Eine aktuelle Studie der Seoul National University of Science and Technology zeigt eine schnellere und umweltschonendere Technik zur Detektion polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAK/PAHs), einer Gruppe von krebserregenden Verbindungen, die sich in Fetten, Ölen, Fleisch sowie in Obst und Gemüse anreichern können. Die vorgestellte QuEChERS–GC–MS-Methode kombiniert effiziente Probenvorbereitung mit empfindlicher Instrumentalanalyse und eignet sich für breit angelegte Lebensmittelkontrollen.
Wie PAHs auf Ihren Teller gelangen
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAHs) sind hydrophobe organische Verbindungen, die aus mehreren kondensierten aromatischen Ringen bestehen. Sie entstehen bei der Verbrennung oder unvollständigen Verbrennung organischer Substanz — etwa Fette, Öle oder pflanzliche Gewebe. Daher zählen gängige Kochtechniken wie Grillen, Räuchern, Frittieren und Rösten zu den Hauptquellen für PAH-Bildung. Stark verkohlte Fleischstellen und dunkel gebräunte Ränder enthalten typischerweise höhere PAH-Konzentrationen.
PAHs treten nicht nur in zubereiteten tierischen Produkten auf. Pflanzliche Lebensmittel können ebenfalls belastet sein, zum Beispiel durch atmosphärische Ablagerungen aus Industrieemissionen oder Fahrzeugabgasen, durch Bewässerung mit kontaminiertem Wasser oder durch die Aufnahme aus belasteten Böden. Geräucherter Fisch, gerösteter Kaffee, bestimmte Käsearten und einige Backwaren können ebenfalls messbare PAH-Gehalte aufweisen. Da mehrere PAHs als krebserregend eingestuft sind, stellt ihre weite Verbreitung in vielen Lebensmittelkategorien ein öffentliches Gesundheitsproblem dar, das verlässliche Überwachungsstrategien entlang der gesamten Lebensmittelkette erfordert.
Aus regulativer Sicht sind PAHs besonders relevant. Behörden wie die EFSA (European Food Safety Authority) und nationale Lebensmittelaufsichtsbehörden überwachen PAH-Werte in bestimmten Produktgruppen und setzen Orientierungswerte oder Grenzwerte, um Verbraucher zu schützen. Eine präzise Analytik ist deshalb notwendig, um Expositionsquellen zu identifizieren, Produktionsprozesse zu optimieren und Rückverfolgung im Fall von Grenzwertüberschreitungen zu ermöglichen.
Ein schneller Weg zur PAH-Detektion: QuEChERS–GC–MS
Traditionelle Extraktionsverfahren — Festphasenextraktion, Flüssig-Flüssig-Extraktion oder beschleunigte Lösungsmittel-Extraktion — sind bewährt, können jedoch zeitaufwändig, arbeitsintensiv und lösungsmittelintensiv sein. QuEChERS steht für Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe und wurde ursprünglich für die Analyse von Pestizidrückständen entwickelt. Das Verfahren verkürzt die Probenvorbereitung, reduziert den Lösungsmittelverbrauch und vereinfacht die Aufreinigung. In Kombination mit Gaschromatographie–Massenspektrometrie (GC–MS) ergibt sich ein leistungsfähiger Workflow für die PAH-Analyse, der sich insbesondere für Routinemessungen und Screening eignet.
Das QuEChERS-Prinzip beruht auf einer einfachen Extraktion mit Acetonitril, Salzen für die Phasentrennung (Salting-out) und einer dispersiven Festphasenaufreinigung (d-SPE) mit unterschiedlichen Sorbenten, etwa PSA (Primary Secondary Amine), C18 oder GCB (Graphitkohlestoff). Durch die Wahl und Kombination dieser Sorbenten lassen sich Matrixeffekte reduzieren und Wiederfindungsraten optimiert werden. Die Anpassung der d-SPE-Kombination ist entscheidend, weil unterschiedliche Lebensmittelmatrices — fetthaltige Öle, proteinreiche Produkte, ballaststoffreiche Pflanzenteile — verschiedene Interferenzen mitbringen.
Das Forschungsteam um Professor Joon-Goo Lee aus der Abteilung für Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie an der SeoulTech wandte ein QuEChERS–GC–MS-Protokoll auf acht prioritäre PAHs an: Benzo[a]anthracen, Chrysene, Benzo[b]fluoranthen, Benzo[k]fluoranthen, Benzo[a]pyren, Indeno[1,2,3-cd]pyren, Dibenz[a,h]anthracen und Benzo[g,h,i]perylen. Die Methode nutzte Acetonitril als Extraktionsmittel und testete mehrere Sorbentenkombinationen zur Aufreinigung, um die Wiederfindung über verschiedene Lebensmittelmatrices hinweg zu optimieren.
Wesentliche Vorteile des kombinierten QuEChERS–GC–MS-Workflows sind:
- Reduzierter Lösungsmittelverbrauch und weniger chemische Abfälle, was ökologische Vorteile bietet.
- Schnellere Probenvorbereitung mit höherer Probendurchsatzrate, geeignet für Hochdurchsatz-Labors.
- Flexibilität bei der Matrixanpassung durch variierbare d-SPE-Sorbente.
- Gute Kompatibilität mit empfindlichen GC–MS-Methoden inklusive selektiver Ionenerfassung (SIM) oder Tandem-MS-Konfigurationen.
Für Labore, die Lebensmittelanalysen und Kontaminanten-Überwachung durchführen, sind diese Aspekte entscheidend, weil sie sowohl wirtschaftliche als auch qualitative Vorteile bringen.
Analytische Qualitätssicherung umfasst zusätzlich den Einsatz interner Standards (ideal isotopenmarkierte Standards), Matrixkalibrierung oder Matrix-matched-Kalibrierkurven, regelmäßige Kontrollproben und eine dokumentierte Validierung nach internationalen Leitlinien (z. B. SANTE/12682 oder ähnliche nationale Kriterien). Solche Maßnahmen minimieren Messfehler durch Matrixeffekte und verbessern die Vergleichbarkeit zwischen Laboren.
Die analytische Leistung der SeoulTech-Methode war überzeugend. Kalibrationskurven für jede der acht PAHs zeigten exzellente Linearität (R2 > 0,99). Die Nachweisgrenzen (LOD) lagen zwischen 0,006 und 0,035 µg/kg, die Bestimmungsgrenzen (LOQ) zwischen 0,019 und 0,133 µg/kg. Wiederfindungsversuche ergaben Werte zwischen 86,3 % und 109,6 % bei 5 µg/kg sowie ähnlich robuste Wiederfindungen bei höheren Anreicherungen. Die Präzision lag über alle Matrices hinweg unter 7 % (RSD). Diese Ergebnisse sprechen für eine Methode, die sensitiv, reproduzierbar und für behördliche oder industrielle Screenings geeignet ist.
Bild: Forschende entdecken erhöhte krebserzeugende Verbindungen in alltäglichen Lebensmitteln mithilfe einer fortschrittlichen QuEChERS-(Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe)-Nachweismethode. Quelle: Prof. Joon-Goo Lee, SeoulTech, Korea
Auswirkungen für Industrie: Sicherheit, Kosten und Nachhaltigkeit
Professor Lee hebt die praktischen Vorteile hervor: „Diese Methode vereinfacht nicht nur den analytischen Prozess, sondern zeigt auch eine hohe Nachweis-Effizienz gegenüber konventionellen Methoden. Sie lässt sich auf ein breites Spektrum von Lebensmittelmatrices anwenden.“ Für Lebensmittelhersteller und Prüflabore kann QuEChERS–GC–MS die Durchlaufzeiten verkürzen und den Verbrauch von Lösungsmitteln senken — das spart Kosten und reduziert den Einsatz gefährlicher Chemikalien im Laborumfeld.
Aus regulatorischer Perspektive unterstützen empfindliche und schnelle Tests bessere Überwachungsprogramme. Schnelle Detektion hilft, problematische Produktionsschritte zu identifizieren — etwa übermäßiges Räuchern, direkte Flammeneinwirkung oder zu hohe Verarbeitungstemperaturen — und ermöglicht es Produzenten, Prozesse anzupassen, um die PAH-Bildung zu begrenzen. Für Verbraucher bedeutet verbesserte Analytik genauere Kennzeichnungen und sicherere Produkte im Supermarktregal.
Darüber hinaus fördert eine effizientere Analytik die Rückverfolgbarkeit entlang der Lieferkette. Wenn ein Produkt erhöhte PAH-Werte aufweist, lassen sich schneller mögliche Herkunftsquellen (z. B. Verarbeitungsschritte, Rohstoffchargen oder Umweltbelastungen) eingrenzen. Das ist relevant für Risikobewertung, Krisenmanagement und Kommunikation mit Verbrauchern.
Wirtschaftlich profitieren Hersteller von geringeren Analysezeiten und potenziell niedrigeren Kosten pro Analyse. Gleichzeitig können Labore ihre Kapazitäten erhöhen, ohne proportional mehr Personal oder Ressourcen zu benötigen. Ökologisch betrachtet trägt die Reduktion des Lösungsmittelverbrauchs zur Nachhaltigkeit bei, ein zunehmend wichtiger Faktor in modernen Laboren und in der Unternehmenskommunikation.
Was das für die öffentliche Gesundheit und zukünftige Forschung bedeutet
Die Reduzierung der Nahrungsaufnahme krebserregender PAHs ist eine Aufgabe mit mehreren Ebenen. Verbesserte Analytik ist eine zentrale Säule: sie liefert Daten für Regulierung, industrielle Best-Practice-Empfehlungen und wissenschaftliche Risikobewertungen. Die QuEChERS-Methode unterstützt zudem Nachhaltigkeitsziele, indem sie Lösungsmittel reduziert und Arbeitsabläufe vereinfacht.
Zukünftige Forschungsrichtungen sind vielfältig. Dazu zählen:
- Erweiterung des Methodenspektrums auf weitere Lebensmittelkategorien, inklusive komplexer Mischprodukte und Fertiggerichte.
- Integration von Hochdurchsatz-Automation, etwa roboterbasierte Probenvorbereitung und Batch-Analysen, um Laborprozesse weiter zu beschleunigen.
- Kombinierte Multi-Residuen-Analysen, bei denen PAH-Screenings zusammen mit Pestiziden, Mykotoxinen oder anderen lipophilen Kontaminanten in einem Lauf erfasst werden.
- Untersuchungen zu Langzeittrends und Expositionsabschätzungen in verschiedenen Bevölkerungsgruppen, um Präventionsmaßnahmen besser zu begründen.
Praktische Schritte, die Verbraucher unmittelbar umsetzen können, sind ebenfalls Teil eines ganzheitlichen Schutzansatzes: übermäßiges Verkohlen vermeiden, moderate Garzeiten und niedrigere Temperaturen wählen, verbrannte Ränder wegschneiden und Rauch- oder Direktflammenkontakt beim Kochen reduzieren. Solche Maßnahmen senken die individuelle Aufnahme von PAHs, sind aber allein nicht ausreichend — flächendeckende und skalierbare Labormethoden sind nötig, damit Regulierungsbehörden und Produzenten die Lebensmittelsicherheit auf Bevölkerungsebene gewährleisten können.
Technisch gesehen sollten zukünftige Validierungen die Robustheit der QuEChERS-Protokolle gegenüber variierenden Fettgehalten, Gewürzkomponenten und Verarbeitungseinflüssen prüfen. Ebenso wichtig sind ringversuchsartige Vergleiche zwischen Referenzlaboren, um die Vergleichbarkeit und Harmonisierung zu stärken. Die Kombination von QuEChERS mit hochauflösender Massenspektrometrie (HRMS) oder Tandem-MS-Techniken kann zusätzlich die Selektivität erhöhen und Spurenkomponenten sicherer identifizieren.
Expertinnen- und Experteneinschätzung
Dr. Maria Alvarez, Lebensmittelchemikerin und Wissenschaftskommunikatorin, merkt an: „QuEChERS–GC–MS stellt einen bedeutsamen Wandel in der routinemäßigen Kontaminantenanalyse dar. Das ausgewogene Verhältnis aus Sensitivität und Effizienz macht die Methode sowohl für Forschungslabore als auch für Qualitätskontrollumgebungen geeignet. Priorität muss jetzt die Integration dieser Protokolle in standardisierte regulatorische Leitlinien sein, damit die Überwachung industrieweiter schneller und konsistenter wird.“
Insgesamt unterstreicht die SeoulTech-Studie eine einfache Erkenntnis: Moderne analytische Techniken können die Lebensmittelsicherheitsprüfung schneller, sauberer und verlässlicher machen. In einer Zeit, in der Verbraucher Transparenz verlangen und Regulierungen verschärft werden, werden Methoden wie QuEChERS–GC–MS eine wichtige Rolle dabei spielen, alltägliche Lebensmittel sicherer zu machen.
Abschließend ist zu betonen, dass methodische Verbesserungen allein nicht ausreichen. Sie müssen flankiert werden von klaren regulatorischen Vorgaben, Schulungen für Labormitarbeiter, transparenten Berichterstattungsstandards und einem koordinierten Austausch von Daten zwischen Behörden und Industrie. Nur so lassen sich Expositionsrisiken effektiv reduzieren und das Vertrauen der Verbraucher in die Lebensmittelsicherheit nachhaltig stärken.
Quelle: scitechdaily
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