Protein-Methoden: Kjeldahl, Dumas oder NIR Analysen?

Da Dumas und NIR Analysemethoden immer effizienter werden, können moderne Labore ernsthaft darüber nachdenken, eine Reihe von Protein-Optionen über die traditionelle Kjeldahl-Analyse hinaus durchzuführen. Giampaolo Perinello von Mérieux NutriSciences zeigt auf, was aus seiner Sicht wann verwendet werden soll, einschließlich: 

• Der Vorteil der Dumas Methode
• Warum es die Kjeldahl-Analyse weiterhin geben wird
• Das Potenzial der NIR-Analyse für das Screening auf Verfälschungen

Ich möchte gleich erwähnen, dass ich froh bin, Dumas, Kjeldahl und NIR zu haben”, sagt Perinello. “So kann ich alle drei nutzen. Ich habe mir dadurch eine Meinung bilden können, die auf vielen Jahren der Anwendung basiert.”

Der Vorteil der Dumas Methode

Beginnend mit Dumas sprechen wir darüber, inwiefern die Automatik-Funktionen der Dumas-Geräte im Vergleich mit der Kjeldahl-Analyse weniger zeitaufwändig sind, beispielsweise durch die hoch effiziente Chargen-Automation, die dem Bediener erlaubt, sich nach dem Laden anderen Aufgaben im Labor zuzuwenden. Dumas liefert darüber hinaus schneller das Testergebnis, das bereits nach fünf Minuten vorliegt.

Dennoch erfordert die Auswahl des Verfahrens noch viele weitere Überlegungen. “Das Dumas ist gut geeignet, wenn ein bestimmter Probentyp regelmäßig getestet werden muss. Aber für Labors, die jedes Jahr nur wenige Tests mit unterschiedlichen Probenarten durchführen, ist es nicht die optimale Lösung”, sagt Perinello.

Weil die Dumas-Geräte einige Zeit für den Start brauchen, sind sie eher für den Dauerbetrieb geeignet. Demgegenüber kann Kjeldahl jederzeit für Tests vor Ort genutzt werden. Perinello nennt ein Beispiel: “Wenn Sie eine bekannte Probe wie Weizenmehl auf den Proteingehalt testen und vielleicht 100 Tests pro Tag durchführen, ist Dumas mit Sicherheit die richtige Wahl."

Warum es Kjeldahl weiterhin geben wird
In anderen Fällen, wo die Probe unbekannt ist und das Labor nur gelegentlich Tests mit geringem Volumen durchführt, stellt die Prognostizierbarkeit von Kjeldahl als traditionelle Referenzmethode für Perinello die praktikablere Lösung dar. Auch der Probentyp muss berücksichtigt werden. “Mit Kjeldahl kann man mehr Probengrößen, bis zu etwa 10 Gramm, bewältigen, denn mit Dumas, selbst in der Makroversion, kann man nur 1 Gramm untersuchen", erklärt er.

Diese Überlegung ist vor allem dann wichtig, wenn es um inhomogene Proben wie Erde geht, bei denen die Probengröße entscheidend für einen repräsentativen Test ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein typisches Konzept für das Labor sein kann, die Dumas-Methode als erste Wahl für bekannte hochvolumige Proben und Kjeldahl für spezielle Proben einzusetzen. Darüber hinaus verlangen Kunden häufig speziell Kjeldahl, weil es die lange etablierte Referenzmethode ist. 

Das Potenzial der NIR-Analyse

Nahinfrarot-Analysen (NIR) finden in den Laboren immer mehr Verbreitung, insbesondere in Bereichen wie Tiernahrung, wo zuverlässige und umfangreiche Kalibrationen auf Basis von fundierten Referenzanalysedaten vorliegen.

Perinello sieht die Stärken von NIR als gängige Referenz darin, dass es durch neue Netzwerkmöglichkeiten einfach anzupassen ist, sowie in der Tatsache, dass NIR einen klaren Vorteil beim Screenings auf Verfälschungen bietet.

Er verweist auf die seit vielen Jahren in der Milchindustrie genutzten Systeme, wo Referenzlabore mit einem Ringtest regelmäßig NIR gegenüber Referenzmethoden überprüfen, um die Gültigkeit der Kalibrationen zu erhalten und zu überwachen. “Der Einsatz von NIR ist momentan beschränkt, aber in Zukunft wird man eher sagen 'Warum nicht?'", meint er. “Man würde nicht so viele Referenzanalysen benötigen, weil nur ein paar Labore die Referenztests mit Kjeldahl oder Dumas durchführen müssten und die Daten dann über das Netzwerk gemeinsam genutzt werden können.”

Ein weiterer Vorteil von NIR ist die Möglichkeit des Screenings, bei dem ein bekannter spektraler Fingerabdruck als Modell für eine gute Probe verwendet wird, beispielsweise bei Milchpulver. Alles, was eine Abweichung von diesem Spektrum zeigt, ist verdächtig und kann für eine genauere Prüfung separiert werden. Das Screening wird gleichzeitig mit den Tests auf Gehalt an Protein, Feuchte usw. durchgeführt. Eine erweiterte Form des Screenings kann durchgeführt werden, wenn das NIR-Gerät so programmiert ist, dass es die speziellen Fingerabdrücke von bekannten Verfälschungen wie Melamin erkennt.

“Mit Dumas und Kjeldahl kann der Gehalt an Stickstoff bestimmt werden, aber man kann nicht feststellen, ob dies von Melamin oder von anderen Verfälschungen herrührt”, erläutert Perinello. “Wir schätzen die Möglichkeiten ein, und meiner Meinung nach gibt NIR uns die einzigartige Möglichkeit, gegen Verfälschungen vorzugehen, weil die Technologie weit verbreitet ist, die Tests kostengünstig sind und man die spektralen Daten gemeinsam nutzen kann. Unabhängig davon, wo der Test durchgeführt wird, kann das Ergebnis bei Bedarf irgendwo anders beurteilt werden. Wenn man sich eine andere Situation vorstellt, bei der es keine Standardisierung gibt, kann man nur vor Ort testen und das kostet wahrscheinlich mehr als mit NIR.”

Protein-Methoden: Zusammenfassung

Kjeldahl

• 2009 hat die Europäische Kommission das Kjeldahl-Verfahren als offizielle Methode zur Lebens- und Futtermittelkontrolle bestätigt.
• Bestimmt Stickstoff auf Basis von organischem Stickstoff und Ammoniak.
• Ein nasschemisches Verfahren, das 1883 von Johan Kjerdahl in den Carlsberg Laboratorien entwickelt wurde. Moderne, hochentwickelte Kjerdahl-Lösungen ermöglichen heute die Chargenabwicklung mit bis zu 20 Proben gleichzeitig.
• Die Probengröße ist nicht begrenzt, so dass die Methode für inhomogene Probentypen sehr nützlich ist.

Dumas

• Das Verfahren ist relativ neu für Lebensmittel und in der Landwirtschaft, wird aber häufig für Futtermittel genutzt und zunehmend als Standard definiert.
• Bestimmt den Gesamtstickstoff einschließlich anorganischer Anteile.
• Eine Verbrennungsmethode, die 1833 von Jean Baptiste Dumas erfunden wurde. Dabei wird organisches Material ohne Einsatz von Chemikalien in einer exothermischen Reaktion in sein Element umgewandelt.
• Schnell und praktisch durch hochautomatisierte Analyse von Chargen mit bis zu 117 Proben gleichzeitig, jedoch auf Grund der eingesetzten Verbrennungsmethode nur für eine begrenzte Probengröße möglich.

NIR

• Ein spektroskopisches Verfahren, das das natürlich vorkommende elektromagnetische Spektrum nutzt, das durch Wellenlängen zwischen 700nm and 2500nm definiert ist.
• Es wurde in den siebziger und achtziger Jahren in einigen Lebensmittel- und Agrarindustrien eingeführt und ist für die quantitative Bestimmung der Hauptbestandteile in den meisten Arten von Lebensmitteln und landwirtschaftlichen Erzeugnissen unentbehrlich geworden.
• Benötigt wird eine der Anwendung entsprechende Kalibration. Wenn diese eingerichtet ist, sind aber nur geringe oder keine Vorbereitungen der Proben erforderlich und es müssen weder Chemikalien noch Verbrauchsmaterialien eingesetzt werden. Es ist bedienerfreundlich und schnell (30 – 60 Sekunden).
• Die Nutzung wächst mit der Verfügbarkeit gebrauchsfertiger Kalibrationen und den Fortschritten in Rechnerleistung und Netzwerktechnologie.