AiF-FV-Nummer 15406 N

Entwicklung einer automatisierten Probenvorbereitung für die Schnelldetektion von Mykotoxinen am Beispiel Getreide

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.11.2007 bis 31.10.2009

Forschungsstellen

  • Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e. V.
    Bliersheimer Str. 58 - 60, 47229 Duisburg
    http://www.iuta.de

  • Deutsches Institut für Lebensmitteltechnik e.V.
    Prof.-von-Klitzing-Str. 7, 49610 Quakenbrück
    http://www.dil-ev.de

Zusammenfassung

Mit Mykotoxinen (Schimmelpilzgiften) belastete Lebens- und Futtermittel wie z. B. Getreide stellen ein gesundheitliches und wirtschaftliches Risiko dar, dem u. A. durch die Festlegung von Richtwerten und Höchstmengen durch Bundes- und EU-Behörden Rechnung getragen wird. Es besteht jedoch keine ausreichende Überwachung der Mykotoxinbelastung an kritischen Kontrollpunkten wie Getreidemühlen, da die analytischen Mittel nicht gegeben sind. Zwar können kommerziell verfügbare immunchemische Schnelltests für die Analytik von Mykotoxine verwendet werden, es fehlen aber geeignete, d. h. schnelle automatische Extraktionsmethoden. Vor diesem Hintergrund sollte ein Verfahren zur automatisierten Probenvorbereitung für die vor Ort Analytik von Mykotoxinen am Beispiel von Getreide erarbeitet werden. Ziel dieses Verfahrens ist es, mit einer Spezialmethode ohne eine aufwändige Laboreinrichtung in wenigen Minuten Extrakte herzustellen, die sofort mit bereits verfügbaren immunchemischen Bestimmungsmethoden vor Ort analysiert werden können. Die erzielte Zeitersparnis von einem bis zu drei Tagen im Vergleich zur Labormethodik schafft die Grundlage für ein verbessertes Qualitätsmanagement in der Lebens- und Futtermitteltechnik und die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben. Im Rahmen dieses Projektes wurden die wissenschaftlich-technischen Grundlagen für den geplanten Anwendungsfall erarbeitet und die erforderlichen Geräteanforde-rungen definiert. Zur Festlegung der Gerätespezifikationen sollte neben den techni-schen Anforderungen auch der typische Ablauf der Arbeiten in einer Getreidean-nahme berücksichtigt werden. Das angelieferte Getreide wird zunächst mit dem Fahrzeug gewogen. Es werden nach festgelegtem Schema Proben entnommen. Diese werden auf Feuchtigkeit und Besatz (Anteil Fremdmaterial) untersucht. Zeit-gleich wird das Fahrzeug entladen. Der Besatz wird sofort abgereinigt und zumeist auf das entleerte Fahrzeug zurückgegeben. Zum Schluss wird das Fahrzeug ein zweites Mal gewogen. Der gesamte Vorgang dauert während der Erntezeit üblicher-weise weniger als 10 Minuten. Bei Einsetzen einer trockenen Witterung werden ein-zelne Getreidearten innerhalb weniger Tage vollständig geerntet. Dies führt wiede-rum zu einem saisonalbedingtem hohen Arbeitsaufkommen. Die Erfassung des Mykotoxingehalts darf daher nur geringsten Arbeitsaufwand bedeuten. Gleichzeitig sollte die Untersuchung auch ohne chemische Vorkenntnisse und nach Möglichkeit auch ohne toxische Gefahrstoffe durchführbar sein. Das angelieferte Getreide (einzelne Getreidearten) werden heute zumeist in einem Silo zusammen eingelagert. Im Falle Mykotoxin belasteter Chargen steht dies jedoch im Widerspruch zum sog. Verschneidungsverbot. Für eine Separierung stark mykotoxinbelasteter Getreide wären zusätzliche Lager erforderlich. Von besonderer Bedeutung ist die Sicherheit der verwendeten Nachweismethode. Die Methode muss allgemein anerkannt und ggf. auch „gerichtsverwertbar“ (laut Mitgliedern des Projektbegleitenden Ausschusses) sein. Ein Aussortieren einer unbelasteten Charge führt zu einem erheblichen wirtschaftlichen Schaden. Anliefernde Landwirte sind häufig auch Kunden eines Landhandelunternehmens oder einer Genossenschaft, was die Problematik noch weiter verschärft. Eine Vielzahl von Gesetzen und Verordnungen regeln den gesamten Ablauf von der Probennahme bis zum Messverfahren. Eine entsprechende Anpassung des neuen Verfahrens muss daher in Rücksprache mit den zuständigen Behörden erfolgen. Im Projekt wurden verschiedene wissenschaftlich-technische Aspekte für den geplanten Anwendungsfall systematisch untersucht. Für die Extraktion sollte nach Möglichkeit auf toxische Lösemittel verzichtet werden. Deshalb wurde der Einfluss der Temperatur und des pH-Wertes zur wässrigen Ex-traktion von Mykotoxinen aus Getreide mit einem kommerziellen Laborgerät (ASE®) untersucht und die optimalen Parameter bestimmt. Die so gewonnenen Extrakte wurden direkt mit kommerziellen immunchemischen Schnelltests analysiert. Daher ergab sich, dass einige Tests nicht direkt für die geplante Anwendung vor Ort in einer Getreidemühle geeignet sind. Zum einen ist der Arbeitsaufwand recht groß und nur mit einer entsprechenden Laborausstattung möglich und zum anderen ist die Anwendung nur mit entsprechenden Vorkenntnissen durchführbar. Darüber hinaus ist es wichtig und erforderlich, die Bestimmung einfach, reproduzierbar und präzise durchzuführen und zu dokumentieren. Eine automatische, optische Auswerteeinheit würde dies ermöglichen. Deshalb sind eine Anpassung der Schnelltests und die Implementierung einer Auswerteeinheit für ein automatisches System nötig. Parallel wurden die technischen Anforderungen zur Zerkleinerung und Extraktherstellung bestimmt. Die Prallzerkleinerung direkt in einem Druckbehälter wurde als ein günstiges System für die Extraktgewinnung identifiziert. Die Abgabe des Extraktionsrückstandes und eine zuverlässige Reinigungseinrichtung konnten in diesem Projekt nicht vollständig realisiert werden. Hier sind spezielle Entwicklungen in Zusammenarbeit mit den Geräteherstellern notwendig. Diese Versuchsanordnung zeigt einen gut realisierbaren Aufbau für ein späteres Gerät auf. Darauf aufbauend müssen die Extraktionsbedingungen zusammen mit den Schnelltests und einer Auswerteeinheit optimiert und angepasst werden. Die Ziele des abgeschlossenen Forschungsvorhabens wurden erreicht. Es konnten im Projekt die technischen Parameter zur Zerkleinerung, Überführung und Extraktion von Mykotoxinen aus Getreide bestimmt werden. Die entwickelten Verfahren zur wässrigen Extraktion kommen ohne den Einsatz von toxischen Lösemitteln aus und liefern reproduzierbare Ergebnisse. Aufbauend auf dieser Basis sind weitere Forschungsarbeiten nötig, um die wirtschaftlichen Anforderungen des Zielmarktes an die vor Ort Analytik: schnell, einfach, günstig und sicher erfüllen zu können.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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