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Oxidativer Ranzigkeit auf der Spur

Das Prinzip der Chemilumineszenz verspricht, viel früher zu erkennen, ob ein Nahrungsmittel oxidiert und dadurch ranzig wird, als dies bis anhin mit der sensorischen Methode möglich war. Weitere Untersuchungen laufen.

von Alimenta Import

Wer jemals den Duft alter Nüsse in der Nase hatte, wird diesen nicht mehr so schnell ­vergessen. Dieser Geruch, den wir umgangssprachlich als «ranzig» bezeichnen, ist ein ­off-flavor, der durch einen enzymatischen oder lichtinduzierten oxidativen Abbau von Lipiden zustande kommt.
Bei mikrobiologisch stabilen Produkten sind diese Veränderungen ein Hauptgrund
für die limitierte Haltbarkeit. Wie schnell ­solche Reaktionen eintreten, ist stark von der Fettsäurenzusammensetzung und dem Vor­handensein von oxidationsfördernden oder -hemmenden Substanzen abhängig. Aber auch Umgebungsbedingungen wie Lagertemperatur, Sauerstoffpartialdruck, Wassergehalt und Lichtexposition spielen eine wichtige Rolle. Neben der sensorischen Wertminderung (ranzige, talgige oder metallische Note) führen die Reaktionen mit Sauerstoff zum Abbau von Vitaminen, essenziellen Fettsäuren, farbgebenden Pigmenten, Aminosäuren, Proteinen und Enzymen.
In der Industrie und der Wissenschaft werden üblicherweise sensorische Beurteilungen, Peroxidzahl, Anisidinwert, Carbonylwert und Resultate des Thiobarbitursäuretests zur Beurteilung der oxidativen Qualität heran­gezogen. Für die Messung der Resistenz eines Fettes oder Öls gegenüber dem oxidativen Verderb bewährt sich die Rancimat-­Methode. Hierbei wird die Oxidation durch Sauerstoffzufuhr und erhöhte Temperatur forciert und die entstehenden flüchtigen ­(sekundären) Oxidationsprodukte in ent­mine­ralisiertes Wasser geleitet. Anhand der zunehmenden Leitfähigkeit des Wassers wird schliesslich die Induktionszeit bestimmt.

Chemilumineszenz – Oxidation in der Kunst
Oxidationsreaktionen spielen auch bei der Erhaltung von Kunstgegenständen eine wichtige Rolle: Farbstoffe bleichen aus oder vergilben, Kunststoffe verspröden. Die Hochschule für Künste der Berner Fachhochschule (BFH) beschäftigt sich seit einigen Jahren mit solchen Zerfallsreaktionen. Zu deren ­Prognostizierung, aber auch zur Beurteilung der oxidativen Qualität wurde daher eine auf dem Prinzip der Chemilumineszenz (CL) basierende Messmethode entwickelt.
Unter Chemilumineszenz versteht man die Emission von Lichtquanten (Photonen) aufgrund einer chemischen Reaktion. Während der Oxidation organischer Substanzen wie Lipid findet eine solche Lichtemission im ersten Reaktionsschritt (Bildung von Hydroperoxiden) statt. Die freigesetzten Lichtmengen sind von Auge nicht sichtbar, können aber mit empfindlichen Detektoren gemessen werden. Diese Grundidee bildete die Basis für die Entwicklung neuer Messinstrumente durch das Start-up-Unternehmen ACL-Instruments AG. In einer Präzisionsofenzelle werden geringe Probemengen zwischen 25 und 200°C erhitzt. Die durch die Oxidationsreaktionen emittierten Photonen werden via Strahlengang vom Detektor gemessen. Oxidations­beeinflussende Faktoren wie Temperatur, Gas­atmosphäre, relative Feuchte und UV-Licht können dabei realitätsbezogen simuliert werden.

Forschungskooperation zeigt erste Erfolge
Für die Entwicklung von Applikationen dieser instrumentierten CL-Methode im Bereich ­Lebensmittel forscht die Firma seit mehr als einem Jahr gemeinsam mit der Abteilung Food Science & Management der Schweizerischen Hochschule für Landwirtschaft (SHL). Im Rahmen eines BFH-internen Projektes ­sowie dank eines Unterstützungsbeitrags
der Schweizerischen Akademie der Technischen Wissenschaften (SATW) konnten aufschlussreiche Methodenvergleiche durchgeführt ­werden.
So wurden Kartoffelchips der Zweifel Pomy-Chips AG durch Belichtung künstlich gealtert und mittels CL-Methode sowie klassischer Sensorik untersucht. Dabei liessen sich oxidative Veränderungen mit der CL-Methode zu einem deutlich früheren Zeitpunkt detektieren, als dies sensorische Tests erlaubten. Dies erklärt sich dadurch, dass die CL-Methode bereits primäre, nicht geruchsaktive Oxidationsprodukte detektieren kann.

Bestimmen der Oxidationsstabilität
Eine weitere Versuchsserie diente dem Vergleich verschiedener Messmethoden zur ­Detektion der oxidativen Qualität sowie der Oxi­dationsstabilität von konventionellem und High-oleic-Sonnenblumenöl der Florin AG, welches einen sehr geringen Gehalt an mehrfach ungesättigten Fettsäuren aufweist. Die Proben wurden bis zu 48 Stunden bei 85°C gelagert. Von den unterschiedlich lange ge­alterten Proben (0,5; 1; 1,5; 2; 6; 24 und 48 Stunden) wurden die Peroxidzahl (POZ) mit der Methode nach Schweizerischem Lebensmittelbuch (SLMB), der Ölstabilitätsindex OSI (Rancimat) sowie die Oxidationsinduk­tionszeit OIT (CL-Methode) bestimmt. Dabei ist eine lineare Korrelation zwischen Peroxidzahl und OIT zu erkennen (siehe Grafik).
Auch zwischen OSI und OIT ergab sich ein linearer Zusammenhang, wobei dieser Ver­gleich vorsichtig zu interpretieren ist, da es sich um die Messung von primären (CL) res­pektive sekundären (Rancimat) Oxidationsprodukten handelt. Diese ersten Resultate ­zeigen, dass die CL-Methode eine gute Alternative zu den derzeit eingesetzten Methoden bieten könnte, dies auch dank hoher Genauigkeit und gleichzeitig minimalstem Aufwand bei der Probenaufbereitung.
In den nächsten Wochen starten neue Untersuchungen zur Oxidation von Nüssen, nusshaltigen Gebäcken, Nougat und Kakaobutter. Weitere systematische Untersuchungen sind im Rahmen eines grösseren Projektes geplant.

1        Abteilung Food Science & Management, Schweize-
        rische Hochschule für Landwirtschaft, Zollikofen
2        seit 1.?1.?2010 Forschungsanstalt Agroscope Liebefeld-Posieux ALP
3        ACL Instruments AG, Kerzers, aclinstruments.com