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Erfassung von Partikeleigenschaften (Größe, Größenverteilung, Zetapotential) in komplexen Matrizes mittels Lichtstreumethoden sowie Feldflussfraktionierung
Projekt
Förderkennzeichen: MRI-LBV-08-LBV
Laufzeit: 01.01.2001
- 31.12.2019
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Die Partikelgröße hat einen entscheidenden Einfluss auf das Verarbeitungsverhalten von Lebensmitteln, deren sensorische und ernährungsphysiologische Eigenschaften. Während die Erfassung der Partikelgrößen in reinen Pulvern, Dispersionen oder Emulsionen oft problemlos möglich ist, können Größenverteilungen in komplexen Matrizes (Lebensmittel, Nährmedien für die Zellkultur, Mikrobiologie, etc.) erst nach einer spezifischen Probenaufarbeitung erfasst werden. Hierbei ist zu beachten, dass durch die Probenvorbereitung die Partikelgröße des interessierenden Materials nicht verändert werden darf.
Nanopartikel und/oder Nanomaterialien können in Lebensmitteln sowohl als Inhalts- oder Zusatztstoffe vorkommen sowie als Kontaminanten aus der Umgebung oder aus Lebensmittelkontaktmaterialien in die Lebensmittel gelangen. Zur Messung von (synthetischen) Nanomaterialien in einfachen Matrices stehen einige Methoden und Verfahren zur Verfügung. Die Messung von Nanomaterialien in komplexen Matrices wie Lebensmitteln oder Getränken stellt jedoch große Herausforderungen dar. Im Gegensatz zu einfachen Matrices weisen Lebensmittel eine komplexe Zusammensetzung auf und können mehrere, unterschiedliche Typen von Nanomaterialien beinhalten. Bei der Untersuchung von synthetischen Nanomaterialien in Lebensmitteln ist nicht nur deren Partikelgrößenverteilung von Interesse sondern auch ihre chemische Zusammensetzung sowie die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Nanomaterialien unter den Bedingungen, wie sie im Lebensmittel herrschen. Ein einzelnes Messverfahren oder Messgerät mit dem sich alle wichtigen physiko-chemischen Parameter erfassen lassen existiert nicht. Daher ist hierfür eine Kombination unterschiedlicher Messverfahren unumgänglich. Die meisten Analysemethoden sind allerdings invasiv, d.h. es ist in der Regel nicht möglich genau dieselbe Probe mehrfach mit unterschiedlichen Messgeräten und -verfahren zu untersuchen. Außerdem können während der Probenvorbereitung Artefakte entstehen oder es kommt zu Veränderungen der Nanomaterialien. Nanomaterialien können mit der Zeit Agglomerate bilden oder sich ganz oder teilweise auflösen. Ein weiteres Problem besteht in der Unterscheidung zwischen natürlichen und synthetisch hergestellten Nanomaterialien und geeignete Referenzmaterialien sind rar. Analyseverfahren sollten so empfindlich sein, dass sie auch kleine Konzentrationen detektieren können, da Nanomaterialien in Lebensmitteln nur einen geringen Anteil der Gesamtmasse ausmachen. Des Weiteren führen unterschiedliche Messverfahren wie Rasterelektronenmikroskopie (REM), statische Lichtstreuung (SLS), dynamische Lichtstreuung (DLS) oder hydrodynamische Chromatographie (HDC) zu unterschiedlichen Partikelgrößenverteilungen bzw. mittleren Partikelgrößen. Derzeit sind nur wenige Messtechniken wie z. B. Elektronenmikroskopie oder Rasterkraftmikroskopie geeignet um (hauptsächlich) anorganische Nanomaterialien wie SiO2 oder TiO2 in Lebensmitteln zu analysieren. Weitere Verfahren und Methoden müssen entwickelt und etabliert werden.
Guigas, C.; Walz, E., Gräf, V.; Heller, K.J.; Greiner, R. Mutagenicity of silver nanoparticles in CHO cells dependent on particle surface functionalization and metabolic activation. Journal of Nanoparticle Research 19 (2017):207 (s.a. Projekt MRI-MBT-08-77) Burcza, Anna; Gräf, Volker; Walz, Elke; Greiner, Ralf (2015) Impact of surface coating and food-mimicking media on nanosilver-protein interaction. Journal of Nanoparticle Research 17 (11):1-15 (s.a. Projekt MRI-LBV-08-2014) Gräf V., Behsnilian D., Hetzer B., Walz E., Greiner R. (2012) Kleine Teilchen, große Herausforderungen – Nanomaterialien im Lebensmittelbereich. GIT Labor-Fachzeitschrift 8/2012, 581-583. Greiner R., Graef V., Walz E., Behsnilian D. (2011) Challenges in the Identification of Engineered Nanomaterials in Foods. Proceedings of the 11th International Congress on Engineering and Food (CD) NFP230. Greiner R., Graef V., Walz E., Behsnilian D. (2011) Detection and Characterization of Engineered Nanomaterials in Complex Matrices: Where are we today? Proceedings of the 9th Simpósio Latino Americano de Ciências de Alimentos, Campinas, Brazil, 35. Greiner R., Graef V., Walz E., Behsnilian D. (2011) Challenges in the Identification of Engineered Nanomaterials in Foods. Proceedings of the 11th International Congress on Engineering and Food, Vol. 1, 21-22. Greiner R., Graef V., Walz E., Behsnilian D. (2011) Challenges in the Identification of Engineered Nanomaterials in Foods. Proceedings of the German Nutrition Society, 34.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Lebensmittelchemie
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
- Lebensmittelmikrobiologie
Rahmenprogramm
Förderprogramm
Ausführende Einrichtung
MRI - Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik (MRI-LBV)