Lebensmittelanalytik: Wieviel Weizen enthält Dinkel?

Untersuchungen zum Nachweis von Weizenanteilen in Dinkelprodukten

  • Abb. 1: Weizengehalte verschiedener Dinkelmehle aus dem Handel, bestimmt mittels LC-MS.Abb. 1: Weizengehalte verschiedener Dinkelmehle aus dem Handel, bestimmt mittels LC-MS.
  • Abb. 1: Weizengehalte verschiedener Dinkelmehle aus dem Handel, bestimmt mittels LC-MS.
  • Abb. 2: Weizengehalte verschiedener Dinkelprodukte aus dem Handel, bestimmt mittels LC-MS.
  • Tabelle 1: Weizengehalte dreier Dinkelmehle. Vergleich der Methode auf Proteinbasis (HPLC) mit der Stabilisotopenverdünnungsanalyse auf Peptidbasis (LC-MS).
  • Tabelle 2: Weizengehalte von fünf Modell- Dinkelbroten mit definierten Zusätzen an Weizen, bestimmt mittels LC-MS.

Lebensmittelanalytik: Da ωb-Gliadine nur in Weizen und nicht in Dinkel vorkommen, wurde auf der Grundlage eines Peptids aus ωb-Gliadinen eine LC-MS-Stabilisotopenverdünnungsanalyse zur Quantifizierung von Weizen in Dinkelprodukten entwickelt. Als Alternative kann der Weizengehalt auch durch eine direkte HPLCBestimmung enthaltener ωb-Gliadine ermittelt werden. Beide Methoden sind in der Lage, Weizenanteile bis unter 5 % nachzuweisen.

Einleitung
In den letzten 20 Jahren erlebt Dinkel als „ursprüngliches Getreide“ eine bemerkenswerte Renaissance. Dinkelprodukte werden als schmackhaft, gut bekömmlich und bei Weizenallergie als besser verträglich bezeichnet, weshalb sie sich zunehmender Beliebtheit erfreuen. Der Handel lobt daher Dinkelprodukte besonders aus, und der Kunde nimmt im Vergleich zu gleichartigen Weizen- und Roggenprodukten teilweise deutlich höhere Preise in Kauf. Da Weizenmehl einerseits wesentlich preiswerter und andererseits besser backfähig als Dinkelmehl ist, besteht ein Anreiz, Weizenmehl mit Dinkelmehl zu mischen, was offenbar nicht selten vorkommt [1,2]. Daher sind Hersteller von Dinkelprodukten und die Lebensmittelüberwachung aus Gründen der Qualitätssicherung und des Verbraucherschutzes an Methoden zum Nachweis von Weizenanteilen in Dinkelprodukten interessiert. Nach den Leitsätzen für Brot und Kleingebäck dürfen Dinkelbrote und -brötchen maximal 10 % andere Getreidearten enthalten [3]. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Entwicklung von Methoden, die die quantitative Bestimmung von Weizenanteilen in Dinkelprodukten auf Proteinbasis erlauben.

Material und Methoden
ωb-Gliadine, die nur in Weizen, nicht aber in Dinkel vorkommen, wurden genutzt, um mittels RP-HPLC den Weizengehalt von Dinkelmehlen zu bestimmen. Die Methode beinhaltet die Extraktion der ωb-Gliadine mit 15 % (v/v) 1-Propanol unter reduzierenden Bedingungen, die Trennung des Extraktes durch RP-HLPC und die Detektion bei 210 nm. Die Kalibrierung erfolgte mit einer international anerkannten Gliadinreferenz, dem sog. PWG-Gliadin [4]. Zur Ermittlung des Weizengehaltes auf Peptidbasis wurde eine Stabilisotopenverdünnungsanalyse auf der Basis des Peptids QQYPQQQPSGSDVISIC (unmarkiert bzw.

[13C2]-Glycin, [13C5], [15N] Valin markiert; Massendifferenz 8 amu) aus ωb-Gliadinen entwickelt. Die Messung erfolgte an einem ESIMassenspektrometer mit Ionenfalle im Multiple Reaction Monitoring (MRM) Modus. Die erarbeiteten Methoden wurden validiert und an Modellmischungen erprobt. Als Probenmaterial dienten 39 Dinkelmehle und 11 Dinkelprodukte aus dem Handel sowie 5 im Backlabor hergestellte Dinkelbrote.

Ergebnisse und Diskussion
HPLC-Methode auf Proteinbasis
Als weizentypische Proteine wurde die Fraktion der ωb-Gliadine mittels RP-HPLC und SDS-PAGE identifiziert (D-Typ der LMW-Gluteninuntereinheiten). Diese weisen aufgrund einer Punktmutation im Gegensatz zu den strukturell sehr ähnlichen ω5-Gliadinen einen Cysteinrest auf und kommen daher in der Gluteninfraktion vor. Eine Quantifizierung des Weizenanteils in Dinkelmehlen mittels HPLC auf Basis der ωb-Gliadine war möglich (Tabelle 1) und zeigte gute Ergebnisse. Aufgrund fehlender Spezifität war diese Methode allerdings nur bei unverarbeiteten Mehlen anwendbar.

LC-MS-Methode auf Peptidbasis
Um auch verarbeitete Dinkelprodukte analysieren zu können, war eine spezifischere Methode erforderlich. Dazu wurden die mittels einer modifizierten Osborne-Fraktionierung [5] angereicherten ωb-Gliadine von Weizen durch präparative HPLC isoliert und mit Chymotrypsin partiell hydrolysiert. Entstandene Cysteinpeptide wurden spezifisch mittels kovalenter Chromatographie an Thiopropylsepharose angereichert, mittels HPLC isoliert und ihre Aminosäuresequenz durch Edman-Abbau und LC-MS aufgeklärt. Eines der isolierten Cysteinpeptide (Aminsosäuresequenz QQYPQQQPS GSDVISIC) diente als Grundlage zur Entwicklung einer LC-MS-Stabilisotopenverdünnungsanalyse zum Nachweis von Weizenanteilen in Dinkelprodukten.

Bei der Untersuchung von Mehl wurde das stabilisotopenmarkierte Peptid (interner Standard) der Probe zugegeben und die Gluteninfraktion, in der die ωb-Gliadine enthalten waren, mit Chymotrypsin partiell hydrolysiert. Das Partialhydrolysat enthielt sowohl den internen Standard als auch das zu quantifizierende weizenspezifische Peptid (Analyt). Das Verhältnis von Analyt zu Standard wurde über eine LC-MSMS- Analyse bestimmt. Aufgrund der gleichen Struktur von Analyt und internem Standard wurden Aufarbeitungsfehler minimiert, da sich Analyt und interner Standard während der Aufarbeitung chemisch und physikalisch gleich verhielten. Die Methode wurde mit Weizen-Dinkel-Mischungen mit Weizengehalten zwischen 0 und 100 % kalibriert und ermöglichte die quantitative Bestimmung von Weizenbeimischungen in handelsüblichen Dinkelmehlen bis zu einem Weizenanteil von unter 5 %.

Bei Dinkelbroten und Dinkelprodukten wurde die Aufarbeitung wegen der komplexeren Zusammensetzung der Proben modifiziert. Die Proteine wurden mittels modifizierter Osborne-Fraktionierung [5] aus den gefriergetrockneten und vermahlenen Broten extrahiert. Die wasser- und alkohollöslichen Fraktionen (Albumine/ Globuline, Gliadine) wurden verworfen. Zu der Fraktion der Glutenine wurde der interne Standard gegeben und das Proteingemisch mittels chymotryptischem Verdau und LC-MS wie beschrieben weiter verarbeitet. Zur Erstellung einer Kalibriergeraden wurden Dinkelbrote mit definierten Weizengehalten von 0 – 100 % hergestellt, aufgearbeitet und analysiert.

Weizengehalt von Dinkelmehlen
Die Ergebnisse der vergleichenden Untersuchung von drei Dinkelmehlproben aus dem Handel mit der HPLC und der LC-MS-Methode sind in Tabelle 1 dargestellt. Bei diesen Proben war vermutet worden, dass sie evtl. Weizen enthalten würden, und dies wurde durch die Analysen bestätigt. Beide Methoden waren in der Lage, eine Weizenbeimischung zu detektieren und lieferten vergleichbare Werte mit relativen Standardabweichungen von unter 12 %. Die Analyse von weiteren 39 Dinkelmehlen aus dem Handel mit der LC-MS-Methode zeigte, dass Dinkelmehl durchaus in größerem Umfang mit Weizen „verunreinigt“ sein kann. 8 von 39 Mehlproben enthielten mehr als 10 % Weizen (Abb. 1). Weizengehalt von Modell-Dinkelbroten Fünf Testbrote mit verschiedenen Weizenanteilen wurden hergestellt, verschlüsselt und analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Die Wiederfindungen lagen in einem Bereich von 90 – 150 %, wobei in der Mehrzahl der Fälle zu hohe Werte für den Weizengehalt ermittelt wurden. Die Standardabweichungen waren höher als bei der Analyse der Mehle, was zeigt, dass die Methode bei verarbeiteten Dinkelprodukten noch der Verbesserung bedarf.

Weizengehalt von Dinkelprodukten
In Deutschland sind vor allem technologische Weizenbeimischungen zu Dinkelbackwaren von Bedeutung. Laut den Leitsätzen für Brot und Kleingebäck (2005) wird Dinkelbrot aus mindestens 90 % Dinkelerzeugnissen hergestellt. Der Zusatz von Weizenkleber zur Mehlverbesserung ist jedoch unbegrenzt möglich, da dieser nicht als Getreidemahlerzeugnis gilt und bei der Berechnung unberücksichtigt bleibt. 11 Proben aus dem Handel wurden untersucht; bei diesen wurde auf dem Etikett speziell auf die Verwendung von Dinkel hingewiesen. Die Ergebnisse der Analysen sind in Abbildung 2 dargestellt. Einige der Proben wiesen sehr hohe Weizengehalte auf, woraus geschlossen werden konnte, dass entweder Weizenkleber als technologisches Hilfsmittel verwendet worden war, oder dass dem Dinkelmehl zur Verbesserung der Backfähigkeit Weizenmehl beigemischt worden war. Wurde der ermittelte Weizengehalt mit dem auf der Verpackung angegebenen Dinkelgehalt (soweit vorhanden) verglichen, so ergab sich bei einem Produkt, dass nur Weizen aber kein Dinkel enthalten war.

Danksagung
Das Forschungsvorhaben (AiF 15619N) wurde im „Programm zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (via AiF) über den Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V. (FEI) gefördert.

Literatur
[1] von Büren M.: Genetic Resources and Crop Evolution 48, 205-220 (2001)
[2] von Büren M.: Stadler, M.; Lüthy, J.: European Food Research and Technology 212, 234–239 (2001)
[3] Leitsätze für Brot und Kleingebäck vom 19.10.1993, zuletzt geändert am 19.09.2005 (B Anz. Nr. 184 vom 28.09.2005, GMBI. Nr. 55, S. 1125)
[4] Van Eckert R et al.: Journal of Cereal Science 43, 331–341 (2006)
[5] Wieser H. et al.: Cereal Chemistry 75, 644–650 (1998)

Autoren
Annette König, Doktorandin, Katharina Wozny, Studentin, Anita Schuster, Studentin, Dr. Herbert Wieser, wiss. Mitarbeiter, Prof. Dr. Peter Köhler, Deutsche Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie

Kontakt
Prof. Dr. Peter Köhler
Deutsche Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie
Freising
peter.koehler@tum.de

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