Mykotoxine mit Wasser extrahieren - geht das?

Um Mykotoxine für ein Testverfahren zugängig zu machen, ist eine Extraktion notwendig. Während dieses Prozesses werden Mykotoxine, die im Getreidekorn eingeschlossen sind, in eine Flüssigkeit überführt. Dies wird normalerweise mit Hilfe von organischen Lösungsmitteln durchgeführt – gefährliche Substanzen, die sowohl für den Anwender als auch für die Umwelt schädlich sind.

Mykotoxin-Schnelltests: sicherer und umweltfreundlicher?

Die Antwort liegt im Wasser



Warum wurde nicht von Anfang an Wasser verwendet?

Während Fumonisine und Deoxynivalenol leicht mit Wasser extrahiert werden können, sind andere Mykotoxine wie Aflatoxine oder Zearalenon nicht besonders wasserlöslich.
Dies hatte zur Folge, dass organische Lösungsmittel wie Chloroform, Acetonitril und Methanol im Extraktionsprozess eingesetzt werden mussten, obwohl Laboren die Nachteile der Verwendung von organischen Lösungsmitteln bekannt ist, wie ihre hohen Anschaffungs- und Entsorgungskosten und Probleme in Bezug auf die Umwelt und der Anwendersicherheit. Um Wasser in einem Extraktionsprozess hydrophober Analyten effizient zu nutzen, sollten zunächst einige Grundlagen verstanden werden.

Die Polarität von Substanzen

Der Transfer von Mykotoxinen aus Getreide in eine Flüssigkeit ist nicht so einfach wie es scheint. Es hängt in erster Linie von den physikalischen Eigenschaften des zu extrahierenden Mykotoxins ab, wobei die Polarität in diesem Zusammenhang eine entscheidende Rolle spielt. Die Anordnung der einzelnen Elemente kann zu unterschiedlichen elektrischen Ladungen innerhalb eines Moleküls führen. Moleküle können so auf der einen Seite positive Ladungen und auf der anderen Seite negative Ladungen haben. Ein solches Molekül bezeichnet man als polar. Daher sind alle Substanzen einschließlich der Mykotoxinen in drei Hauptgruppen unterteilt:

1. Polare Substanzen wie Wasser

2. Unpolare Substanzen wie Öl

3. Amphiphile Substanzen wie Seife, die sowohl polare als auch unpolare Eigenschaften haben

Polare Moleküle werden auch „hydrophil” genannt, nach dem griechischen Wort für „wasserliebend”, da sie sich in Wasser lösen. Ihre Anziehung zueinander basiert auf ihren elektrischen Ladungen. Der negative Pol eines Moleküls wird elektrostatisch vom positiven Pol eines anderen Moleküls angezogen. Diese Wechselwirkung ist der Grund, warum sie mischbar sind. Salz und Zucker sind Beispiele für feste polare Substanzen. Zucker ist in Flüssigkeiten wie Kaffee perfekt löslich, zieht aber auch Feuchtigkeit aus der Luft an. Aus dem gleichen Grund werden Salze oft als Trockenmittel verwendet. Auf der anderen Seite werden unpolare Moleküle als hydrophob oder „wasserabweisend” bezeichnet. Ihre Anziehung zueinander ist eine Folge der gemeinsamen Abstoßung von Wasser und anderen polaren Substanzen. Amphiphile Moleküle haben sowohl unpolare als auch polare Eigenschaften. Seife kann zum Beispiel fettige (unpolare) Flecken von Haut, Haaren oder Kleidung anziehen und gleichzeitig an Wasser binden (polar), um sie abzuwaschen.

Bild 1. Die stark hydrophobe Oberfläche des Lotusblattes weist Wasser ab. Die Wassermoleküle haften aneinander und nehmen eine nahezu kugelförmige Gestalt an.

Bild 1: Oberfläche des Lotusblattes
Abbildung 1: elektrostatische Anziehung

Die Suche nach einer harmlosen Extraktionslösung

Um den Einsatz organischer Lösungsmittel zu vermeiden, wurde nach einfachen und harmlosen Möglichkeiten gesucht, Mykotoxine zu extrahieren. Im Wasser gelöste Detergenzien haben sich als vielversprechenden Ansatz erwiesen. Detergentien, wie Seifen, sind amphiphile Substanzen. Ihre duale Natur erleichtert die Mischung von unpolaren Verbindungen wie Aflatoxinen mit Wasser.
Auf molekularer Ebene gruppieren sich die Detergenzien um das unpolare Mykotoxin mit ihrem unpolaren Anteil, während der polare, wasserlösliche Rest im Wasser verbleibt. Diese Eigenschaft ermöglicht es Detergenzien, unpolare Mykotoxine aus festen Lebens- oder Futtermitteln buchstäblich in Wasser auszulaugen.
Ein weiterer Vorteil eines solchen Verfahrens besteht darin, dass Detergentien auf der einen Seite die unpolaren Substanzen extrahieren, während gleichzeitig das Wasser, die polaren Substanzen extrahiert. Auf diese Weise können mit einer einzigen Extraktion verschiedene Mykotoxine mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften in Lösung gebracht werden.

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Aufgrund der unterschiedlichen Arten von Mykotoxinen und ihrer jeweiligen Polaritäten kann Wasser allein nicht die Lösung sein. Es ist die Kombination von Wasser und Detergentien (in Form von löslichen Pufferbeuteln), die in der Lage ist, mehrere Mykotoxine mit verschiedenen chemischen Eigenschaften gleichzeitig zu extrahieren. Da der Extraktionspuffer frei von gefährlichen Substanzen ist, können die Anwender sicher und schnell Mykotoxinanalysen durchführen, ohne die Umwelt zu belasten.

Dieser Artikel wurde in unserem Spot On Magazin veröffentlicht

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