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Grafik 1: Messgenauigkeit im Vergleich zur HPLC
mit einer Restlaktosekonzentration von
0,1 % oder 0,01 %, abhängig von Land und
Hersteller – aufgrund unterschiedlicher
bzw. fehlender nationaler Regelungen.
Entwicklung, Produktion und Qualitätskontrolle
für diese neuen Milchprodukte
können für Molkereien eine große Herausforderung
darstellen. In der milchverarbeitenden
Industrie wird Laktose hauptsächlich
durch enzymatische Hydrolyse mit dem Enzym
Laktase entfernt. Laktase baut Laktose
zu Glukose und Galaktose ab, welche Zuckerarten
sind, die vom Menschen leicht verwertet
werden können. Die alles entscheidende
Frage für Hersteller ist deshalb: Ist das Produkt
wirklich „laktosefrei“ und kann ich es
als solches auf den Markt bringen?
Laktose-Spurenanalytik
als technische Herausforderung
Die Erkennung des Schwellenwerts für die
Rest-Laktosekonzentration ist in der Praxis
eine große Herausforderung für die Molkereiunternehmen.
Zum einen kann eine
genaue Erkennung der Schwelle sowohl
Produktionszeit als auch -kosten reduzieren
und zum anderen ist ein genauer Wert
ein wichtiger Parameter für die Qualitätskontrolle
und die Produktfreigabe. Bisherige
Nachweisverfahren für geringe Laktosekonzentrationen
sind entweder sehr
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ungenau, arbeitsaufwändig, teuer oder
störanfällig durch einen Überschuss an
freier Glukose und Galaktose. In der Milchindustrie
stieg dadurch der Bedarf an einer
schnellen, präzisen und einfachen Methode,
die es ihr ermöglicht, die restliche Laktosekonzentration
vor Ort zu messen und
somit eine bessere Kontrolle über ihren
Produktionsprozess zu erlangen.
Technischer Durchbruch
durch hochselektives
Enzym
Dies war einer der Gründe, warum 2013
fünf Forscher der Universität für Bodenkultur
Wien (BOKU) die Firma DirectSens
gründeten DirectSens GmbH, Am Rosenbühel
38, 3400 Klosterneuburg, Austria,
www.directsens.com. Ihr damaliger Forschungsschwerpunkt
lag auf der Identifikation
neuer Enzyme und deren Anwendung
in technischen Prozessen. Die Vision
der Gründer besteht darin, wissenschaftliche
Ergebnisse in innovative Lösungen
zur Zuckermessung umzusetzen. Daher hat
DirectSens in den letzten Jahren eine Biosensor
Technologieplattform entwickelt,
die zum Nachweis verschiedener Kohlenhydrate
eingesetzt werden kann. Eine der Anwendungen
– LactoSens – ist ein Biosensor
zum Nachweis von Restlaktose in „laktose-
freien“ Milchprodukten.
Biosensoren nutzen Enzyme, die eine Substanz,
z. B. Laktose, in einer Probe spezifisch
detektieren und in ein messbares elektrisches
Signal umwandeln. Kernstück des LactoSens
Messsystems ist ein genetisch optimiertes
Enzym, das auf einem Teststreifen
immobilisiert ist. Das Enzym oxidiert die
Laktose in der Probe und erzeugt Elektronen,
die von einem potentiostatischen
Lesegerät detektiert und gemessen werden
– völlig störungsfrei und in bisher unerreichter
Präzision und Zuverlässigkeit! Eine
eigens entwickelte Software wandelt den
gemessenen Strom in ein quantitatives Ergebnis
der Laktosekonzentration um.
Höchste Validität: Gleichwertigkeit
zum HPLCStandard
zertifiziert
Um die Gleichwertigkeit des revolutionären
LactoSens-Tests zur Standard-Referenzmethode
in der Spurenanalytik, der
HPLC-Methode (Hochdruckflüssigkeitschromatographie),
zu untersuchen, wurde
in Zusammenarbeit mit NordVal, dem dänischen
Lebensmittelinstitut, eine unabhängige
Kontrollstudie durchgeführt:
Zunächst wurden acht verschiedene
HPLC-analysierte Milchproben über den
Quantifizierungsbereich zwischen 0,1 und
0,01 % gemessen – dem kritischsten für
Molkereien. In Grafik 1 sind die LactoSens-
Ergebnisse gegen die HPLC-Ergebnisse
derselben Probe aufgetragen. Die Ergebnisse
zeigen eine Abweichung von unter
10 % von den HPLC-Ergebnissen an.
Die ROBUSTHEIT der Methode konnte
durch wiederholtes Analysieren der Probe
mit einem Laktosegehalt von 0,022 % bei
verschiedenen Umgebungstemperaturen
(20 °C und 24 °C), Probentemperaturen
(4 °C, 20 °C und 40 °C) und Fettgehalten
der Milch (0,8 – 3,5 %) bewiesen werden.
Die SPEZIFITÄT wurde hinsichtlich Inter-
ferenzen mit verschiedenen Zuckern – Glukose,
Galaktose, Saccharose und Fruktose-
Gehalt – untersucht, sowie mit den Vitaminen
A, D, B6 und E. Die Ergebnisse zeigten,
dass weder die analysierten Zucker noch
Vitamine die Laktose-Messgenauigkeit des
selektiven Biosensors beeinflusst haben.
Die STABILITÄTSPRÜFUNG und BATCHTO
BATCH-VARIATION im Praxistest zeigte,
dass die Sensoren mindestens 12 Monate
lang stabil waren. Die ISO9001-Zertifizierung
der Herstellung der LactoSens Biosensoren
mit werkseitiger Kalibrierung