G-FORSCHT 2015

Problem zu beseitigen und auch im Falle niedrig konzentrier- ter Inhaltsstoffe eine quantitative NMR (qNMR) mit guter Prä- zision zu ermöglichen, wird das Wasser durch eine Vorsätti- gung des Signals weitgehend unterdrückt. Bei Weinen, in denen ca. 10% der organischen Matrix aus Ethanol besteht, werden diese Signale, welche aus einem Triplett und einem Quartett bestehen, ebenfalls unterdrückt. In Abbildung 1 ist das direkte Protonenspektrum eines Weines dargestellt. Das Spektrum wird durch Wasser und Ethanol dominiert. Erst durch die Unterdrückung dieser Signale wird die Nach- weisempfindlichkeit der verbleibenden Inhaltsstoffe auf bis zu 10 mg/L, abhängig vom jeweiligen Inhaltsstoff, gesenkt. Bei Wein kann man nach der 8fachen Unterdrückung von Wasser und Ethanol die Inhaltsstoffe zuordnen und quanti- fizieren, wie in Abbildung 2 dargestellt. Bei diesem System , welches im Institut Weinanalytik und Getränkeforschung zur Verfügung steht, handelt es sich um den „Food-Screener® “ der Fa. Bruker, ein 400 MHz NMR-Spektrometer mit inversem Probenkopf mit z-Gradient und automatischer Abstimmung von Tuning und Matching (ATMA). Das System ist mit einem Probenkopf für drei verschiedene Kerne ausgestattet und kann flüssige, klare Proben in Probenröhrchen mit 5 mm In- nendurchmesser und einem Gesamtvolumen von 600 µL, davon 530 µL Probe, messen (Schäfer & Spraul, 2013). Trübe Proben müssen vorher geklärt werden, da die Trubstoffe das Magnetfeld verändern und somit eine Bestimmung un- möglich machen. Da bestimmte Moleküle, insbesondere Carboxylgruppen, einer starken pH- und Temperaturdrift un- terliegen, ist die Einstellung des pH-Wertes und eine kons- tante Temperierung auf 0,1 °K notwendig. Andernfalls ist eine quantitative Bestimmung spezifischer Inhaltsstoffe routine- mäßig nicht möglich. Die Proben werden mit einem D2 O-Puf- fer und TSP (Trimethylsilylpropionat für den Nullpunkt) ver- setzt. Bei Weinen muss zudem der pH-Wert anhand eines Referenzpuffers genau eingestellt werden. Abbildung 3 zeigt am Beispiel von Apfelsaft den hohen Dynamikbereich der NMR-Spektroskopie. Von der niedrigsten bis zur höchsten Konzentration liegt eine Spanne von 1:20.000, in der noch In- haltsstoffe quantifiziert werden können. Je nach Produkt kön- nen über 40 verschiedene Substanzen identifiziert und quan- tifiziert werden. Diese Liste wird ständig um neue Stoffe und Produkte erweitert. NON-TARGETED NMR Neben der Quantifizierung und Identifizierung einzelner che- mischer Substanzen kann man mit der NMR-Spektroskopie auch eine nicht zielgerichtete, eine sogenannte non-targe- ted Analyse, durchführen. Mit Hilfe von multivariaten statis- tischen Methoden ist es möglich, Klassifizierungen der Pro- dukte zu erstellen oder gar Unregelmäßigkeiten bzw. Abb.2: Protonen NMR Spektrum eines Weines nach 8fach Unterdrückung (Wasser und Ethanol). Abb. 3: Protonenspektrum Apfelsaft: Dynamik-Bereich 1:20.000 (niedrigste: höchste Konzentration). Abb. 4: NMR-Spektrum von Granatapfelsaft; Beispiel einer Verfälschung. malic acid succinic acid sorbic acid acetic acid glucose alanine lactic acid 2,3-butandiol 13C-satellites EtOH tartaric acid 18% of total spectrum shikimic acid glycerol acetaldehyde methanol acetoine ZENTRUM FÜR ANALYTISCHE CHEMIE UND MIKROBIOLOGIE

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