Chemie und Instrumentelle Analytik

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.

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.

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).