In den letzten Jahren hat das Interesse an Lebensmittelzusatzstoffen und Nahrungsergänzungsmitteln, die Präbiotika wie β-Galactooligosaccharide (bekannt als GOS) enthalten, zugenommen. Die GOS sind Ketten von Galactoseeinheiten mit einem optionalen Glucoseende [1,2]. Sie wirken bifidogen, d.h. sie fördern das Wachstum und das Wohlbefinden von nicht-pathogenen Darmbakterien [1]. Ursprünglich als Hauptbestandteil des Kolostrums (bis zu 12 g/L) entdeckt, werden GOS als präbiotischer Zusatz zu Säuglingsnahrung hinzugefügt, um ähnliche positive Effekte zu erzielen.

Das zunehmende Bewusstsein der Verbraucher für eine gesunde Ernährung hat zu einem kontinuierlichen Wachstum des globalen Marktes für Präbiotika und GOS geführt. Ebenso haben die gestiegenen Anforderungen an die Lebensmittelqualität zu strengeren und umfassenderen Vorschriften für die Lebensmittelkennzeichnung und -sicherheit geführt (z. B. EU 2015/2283). Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist die Bestimmung des Gesamtgehalts an GOS in Lebensmitteln, Nahrungsergänzungsmitteln oder Rohprodukten ist unerlässlich.

Diese Application Note stellt eine Optimierung der AOAC-Standardmethode zur Bestimmung von Gesamt-GOS in Lebensmitteln vor. Mit dem gleichen Prinzip (enzymatische Hydrolyse komplexer GOS-Moleküle und anschließende chromatographische Analyse einfacher Kohlenhydrate) wurde die Effizienz der Analysemethode zu Gunsten von manueller Arbeitszeit und Betriebskosten verbessert.

Die ionenchromatographische Trennung von Galactose, Glucose und Lactose erfolgte auf einer Metrosep Carb 2 - 250/4.0 Trennsäule unter Verwendung eines Hydroxid-Eluenten (Abbildung 2.)Dabei betrug die Aufnahmedauer 18 Minuten. Zur Reinigung der Säule wurde nach der Aufnahme ein Acetat-Hochdruckgradient (HPG) mit einer Gesamtlaufzeit von etwa 30 Minuten angewendet. Die Signaldetektion erfolgte mit einem amperometrischen Detektor (945 Professional Detector Vario - Amperometry), der mit einer Dünnschichtzelle (Au-Arbeits- und Pd-Referenzelektrode) ausgestattet war. Die Verwendung der Dünnschichtzelle in Kombination mit einer speziellen flexiPAD-Wellenform (gepulste amperometrische Detektion) zeigte die beste Leistung für die GOS-Analyse. Im Vergleich zu den Standard-PAD-Bedingungen lieferte dieses Setup ein besseres Signal und ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis.

Nach der manuellen Probenvorbereitung wurden die Proben vor der Injektion in den IC durch Inline-Dialyse mit der Low Volume-Dialysezelle gereinigt. In diesem vollautomatischen Schritt werden Proteine und größere Moleküle aus der Probenmatrix entfernt, wodurch die Säule geschützt und die Lebensdauer der Säule verlängert wird.

Der Gesamtgehalt an GOS wurde nach der automatischen Datenauswertung (MagIC Net 3.3 Software) gemäß AOAC berechnet. Dabei wurde die Differenz von Galactose und Glucose zwischen Assay 1 und Assay 2 bestimmt (Abbildung 2), der Wert um die anfängliche Lactose korrigiert und schließlich auf ein Probengewicht von 100 g angepasst.

Im Zuge der Anpassung und Weiterentwicklung der AOAC-Standardmethode wurden verschiedene Variablen getestet und schließlich nach gemeinsamen Standards validiert. Alle Einzelheiten sind in dem frei zugänglichen Artikel Ziegler et al. [3] enthalten.

Der Gesamtgehalt an GOS in den verschiedenen Proben reichte von 28-83 g/100 g mit einer Variabilität von bis zu 5 % bei Messungen einzelner Wiederholungen über mehrere Tage. Für Säuglingsanfangsnahrung wurde eine höhere Variabilität von 6-10 % festgestellt (Daten nicht gezeigt). Die höheren Lactosegehalte in solchen Matrices führen zu erhöhten Unsicherheiten bei der Bestimmung der Gesamt-GOS [3]. 
 
Insgesamt erwies sich die Methode als wertvoll und robust aufgrund der zufriedenstellenden Variabilität, der Wiederfindung des Soll-Gehalts und der Aufstockung (Tabelle 1) sowie der Interferenztests [2]. Die niedrigen Nachweisgrenzen (NWGs) (DIN 32645) von 0,1 mg/L (Galactose) und 0,2 mg/L (Glucose, Lactose) in Lösung ermöglichen auch die Bestimmung geringer Gesamt-GOS-Gehalte mit hoher Präzision.

Als Mehrkomponentenmethode ist die Ionenchromatographie mit amperometrischer Detektion eine sehr selektive, empfindliche und robuste Analysemethode für Kohlenhydrate ohne zusätzliche Derivatisierungsschritte. In Kombination mit einer enzymatischen Behandlung können auch komplexere Kohlenhydrate quantifiziert werden. Die fortschrittliche und validierte IC-flexiPAD-Methode für die Gesamt-GOS-Analyse bietet den Analytikern eine höhere Effizienz. Durch wesentliche Verbesserungen bei der Probenvorbereitung wird das Verfahren nicht nur schneller, da weniger zusätzliche Laborarbeit anfällt, sondern es können auch Reagenzien und Verbrauchsmaterialien eingespart werden, wodurch die Gesamtbetriebskosten gesenkt werden. Daher ist diese Methode eine wertvolle Alternative zur AOAC 2001.02.


Automatisierungsschritte, wie die Metrohm Inline-Verdünnung und automatische Kalibrierungen, optimieren zusätzlich die Methode.