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Analyse von Mykotoxinen in Lebensmitteln mit Flüssigchromatographie

Mykotoxine sind schädliche Sekundärmetaboliten, die von bestimmten Pilzen produziert werden und ein breites Spektrum von Kulturpflanzen und Nahrungsmitteln betreffen. Hunderte dieser toxischen Verbindungen wurden bisher entdeckt und charakterisiert - obwohl ihre toxischen Wirkungen dramatisch variieren.

Ungefähr ein Dutzend verschiedener Mykotoxine wurde mit schweren, langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen in Verbindung gebracht, bei denen sie sich aufgrund von Kontaminationen mit Kulturpflanzen oder Ausgangsstoffen in der Lebensmittelkette vermehrt haben. Verschiedene Analysetechniken, einschließlich der Flüssigkeitschromatographie, haben sich als hilfreich erwiesen, um diese schädlichen Mykotoxine zu charakterisieren und ihre Anwesenheit und Konzentration in Nahrungsmitteln zu bestimmen.

Darstellung schädlicher Mykotoxine

Aflatoxine, Alternaria-Toxine und Zearalenon sind drei Arten von Mykotoxinen, die bei Wissenschaftlern und Behörden weltweit großes Interesse geweckt haben. Dies ist in erster Linie auf ihre schwerwiegenden gesundheitsschädlichen Auswirkungen auf Mensch und Tier zurückzuführen, von akuten Vergiftungen kurz nach Exposition gegenüber langfristigen Erkrankungen wie Krebs und Immunschwäche.

Neben diesen gesundheitlichen Bedenken stellen Mykotoxine auch erhebliche agrarökonomische Herausforderungen dar. Schimmelpilze, die Mykotoxine produzieren, können praktisch vor und nach der Ernte auf Lebensmitteln wachsen. Faktoren, die das Schimmelwachstum und die nachfolgende Toxinentwicklung beeinflussen, umfassen äußere Aspekte wie das Wachstumsklima und die Lagerbedingungen. Komplexe intrinsische Faktoren tragen jedoch auch zum Schimmelpilzwachstum bei, einschließlich Pilzstammspezifität, Stammvariation und Instabilität der toxigenen Eigenschaften1.

Die optimale Methode zur Extraktion und Analyse von Mykotoxinen aus Lebensmitteln und Kulturpflanzen umfasst die Festphasenextraktion (SPE) mittels Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) und Fluoreszenzdetektion.

Nachweis von Mykotoxinen mittels Flüssigkeitschromatographie

Für die Analyse von Pilzmetaboliten wie Aflatoxinen wird Flüssigchromatographie mit Fluoreszenzdetektion diagnostiziert. Diese häufigen Mykotoxine werden hauptsächlich von den Aspergillus-Pilzarten produziert, sind jedoch äußerst widerstandsfähig und kontaminieren Lebensmittel, auch nachdem der Schimmel beseitigt wurde. Die Food and Drug Administration (FDA) hat eine Reihe von Wirkniveaus für Aflatoxinwerte in Getreide und Getreide für verschiedene Anwendungen festgelegt. Die sicheren Konzentrationen für den menschlichen Verzehr liegen zwischen 0,5 und 20 Mikrogramm pro Kilogramm (μg / kg).
Die grundlegende Herausforderung bei der Analyse von Aflatoxinen mit fluoreszenzaktivierter Flüssigkeitschromatographie ist das komplexe photochemische Verhalten der vier unterschiedlichen Aflatoxine B1, B2, G1 und G2. Dies erschwert eine Hochdurchsatzanalyse von Aflatoxinen und anderen relevanten Mykotoxinen mittels Flüssigkeitschromatographie erheblich.

Ähnliche Herausforderungen bestehen bei der Bestimmung von Alternaria-Toxinen mittels Flüssigkeitschromatographie. Hierbei handelt es sich um gefährliche Verbindungen einer weit verbreiteten Pilzart, Alternaria alternata, die hauptsächlich auf Getreide und Saatgut wächst. Es wurde in Kulturen gefunden, die so vielfältig sind wie Weizen, Reis und sogar Tabak. Diese Gruppe von Mykotoxinen zeigt sowohl akute als auch chronische Auswirkungen auf die Gesundheit. Tenuazonsäure (TeA) ist ein gut charakterisiertes Alternaria-Mykotoxin, von dem bekannt ist, dass es die Synthese von Proteinen blockiert, die für die antibakterielle, Antitumor- und antivirale Aktivität verantwortlich sind. Im Gegensatz zu Aflatoxinen existieren derzeit jedoch keine regulatorischen Standards für die Alternaria-Konzentration in Lebensmitteln und Ausgangsstoffen.

Die einzigartige Komplexität der Mykotoxinanalyse macht deutlich, dass bei der Verwendung der Flüssigkeitschromatographie und des Fluoreszenznachweises unterschiedliche SPE-Methoden erforderlich sind. Beispielsweise werden photochemische UVE-Reaktoren verwendet, um die geringe inhärente Fluoreszenz der Aflatoxine B1 und G1 zu kompensieren. Nachdem die Probe von der Flüssigchromatographiesäule eluiert worden ist, wird sie in den photochemischen Reaktor überführt, wo UV-Licht mit ungefähren Peakwellenlängen von 254 Nanometern (nm) die Aflatoxine B1 und G1 derivatisiert, wodurch sie eine photoinduzierte Hydroxylierung erfahren. Sie können anschließend vergleichsweise einfach anhand der Fluoreszenz analysiert werden.

Die komplexe Taxonomie von Alternaria-Toxinen kann auch mit Hilfe von ultraviolettem Licht aufgelöst werden. Der UV-Nachweis in Verbindung mit dem Fluoreszenznachweis in einem isokratischen Flüssigkeitschromatographiesystem ermöglichte die Charakterisierung unzähliger Mykotoxine in begrenzten Probenvolumina und komplexen Matrices.

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Quellen:
[1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1319610310000827

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