Chemische Veränderungen in bestrahlten Lebensmitteln

Die Behandlung von Lebensmitteln mit ionisierender Strahlung gewinnt zunehmend an Bedeutung als Methode zur Verbesserung der Lebensmittelhygiene, zur Verminderung des Verderbs und zur Verlängerung der Haltbarkeit. Um die Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften zu überprüfen sind verschiedene Nachweismethoden zur Identifizierung bestrahlter Lebensmittel erforderlich. Für einige Obst- und Gemüsesorten gibt es physikalische Nachweismethoden, wie Elektronen-spinresonanzspektroskopie und Thermolumineszenz. Es besteht jedoch ein Bedarf an Wissen bezüglich chemischer Veränderungen in diesen Nahrungsmitteln. Die Schwerpunkte des gegenständlichen Forschungsprojektes sind Untersuchungen strahlungsbedingter chemischer Veränderungen phenolischer Inhaltsstoffe von Obst und Gemüse und der Nachweis von spezifischen Radiolyseprodukten, die als Marker für die Erkennung einer vorgenommenen Bestrahlung dienen könnten. Zu untersuchende Lebensmittel: Erdbeeren, Champignons, Tomaten und, wenn erforderlich, anderes Beerenobst und Mangos. Analytische Nachweismethoden: HPLC mit Diodenarray- und amperometrischer Detektion, sowie mit einem coulometrischen Array Detektor mit 16 coulometrischen Arbeitselektroden. Im ersten Teil werden, nach Erstellung einer optimalen HPLC Methode zur Erfassung von phenolischen Inhaltsstoffen in unbestrahltem Obst und Gemüse, verschiedene Lebensmittelproben bestrahlt und die Konzentrationsänderungen der phenolischen Inhaltsstoffe in Abhängigkeit von der Dosis ermittelt. Stoffe die signifikante Änderungen zeigen werden individuell (Modell Reaktionssystem) untersucht, um Reaktionsmechanismen aufzuklären und spezifische Radiolyseprodukte zu erfassen. Im zweiten Teil werden die Lebensmittelproben im Hinblick auf die Bildung spezifischer Radiolyseprodukte analysiert. Markersubstanzen werden mit präparativer HPLC angereichert und isoliert, anschließend mit LC/MS oder MS/MS identifiziert und die Dosis/ Konzentrationsbeziehungen erstellt. Im letzten Teil werden analytische Methoden zur Identifizierung von strahlenbehandeltem Obst und Gemüse entwickelt.

Die bei einer Strahlenbehandlung auftretenden chemischen Veränderungen einer Gruppe von bioaktiven Substanzen in Erdbeeren und Tomaten führen zu keiner Qualitätsverminderung. Die strahlungsbedingten Konzentrationsänderungen liegen in derselben Größenordnung wie die Schwankungen ihres natürlichen Gehaltes. Für Erdbeeren konnte eine Substanz gefunden werden, die sich als Strahlungsindikator eignet. Zur Konservierung von Lebensmitteln wird in zahlreichen Ländern auch Bestrahlung eingesetzt. Bei Obst und Gemüse dient sie der Haltbarkeitsverbesserung durch Zerstörung verderbniserregender Mikroorganismen und der Hemmung der Keimung. Hochenergetische Strahlung ruft aber auch chemische Veränderungen hervor. Solche können die Qualität der Lebensmittel beeinträchtigen. Da über chemische Veränderungen in stark wasserhältigen Lebensmitteln wie Obst und Gemüse nur sehr wenig bekannt ist, sollten diese im Rahmen des Projektes untersucht werden. Der Schwerpunkt war auf Veränderungen der Polyphenole (Phenolsäuren und Flavonoide) gerichtet. Diese liegen nur als Minorkomponenten [niedriger ppm-Bereich (mg/kg)] vor, zählen aber zu den bioaktiven Substanzen und zeichnen sich durch antikanzerogene, antimikrobielle und antioxidative Wirkung aus. Die eingehendsten Untersuchungen wurden an Erdbeeren und Tomaten durchgeführt. Die Bestrahlungen erfolgten in Schritten bis 6 kGy, in der Praxis gilt ein Höchstmaß von 4 kGy. In Erdbeeren konnten 15 phenolische Verbindungen nachgewiesen werden. Für fünf davon ergab sich eine Abnahme mit der Dosis, eine zeigte eine Zunahme, die restlichen neun blieben unverändert. In Tomaten konnten fünf phenolische Komponenten identifiziert werden, wovon für drei eine merkliche Reduktion mit Bestrahlung festgestellt wurde. In den unbestrahlten Proben variierte der Gehalt der nachgewiesenen Phenolderivate jedoch stark und war sehr von Art, Herkunft und Reifegrad abhängig. Da die strahleninduzierten Konzentrationsänderungen mit den natürlichen Gehaltsschwankungen vergleichbar sind, kann festgestellt werden, dass die auf die Anwesenheit der Polyphenole beruhende Qualität dieser Lebensmittel durch eine Bestrahlung nicht beeinträchtigt wird. Im Falle der Erdbeeren konnte eine Substanz gefunden werden, die in unbestrahlten Proben nur in sehr geringer Menge vorhanden ist, bei Bestrahlung jedoch eine charakteristische Zunahme mit der Dosis aufweist. Sie eignet sich als Indikator einer Strahlenbehandlung. Da ihre Konzentration trotz durchgeführter Anreicherungsschritte sehr gering ist (<1ppm), konnte bis jetzt nur ihr Molekulargewicht, jedoch nicht ihre Struktur bestimmt werden.