Laser spürt Giftstoffe auf 30.01.2014, 13:34 Uhr

Schnelltest für Schimmelpilze in Lebensmitteln

Ein tragbarer Infrarotlaser könnte zukünftig einen Schnelltest für Pilzgiftstoffe in Lebensmitteln ermöglichen. Er soll bereits auf dem Feld oder später im Supermarkt einsetzbar sein und teure und zeitaufwändige Laboranalysen ersetzen. Ein technologischer Fortschritt für mehr Lebensmittelsicherheit. 

Ein Landwirt zeigt Maiskolben die bereits Schimmel angesetzt haben. Doch nicht alle Pilzgiftstoffe sind mit dem bloßen Auge erkennbar. Viele breiten sich auch unter der Oberfläche im Lebensmittel aus. Ein Schnelltest soll hier zukünftig Sicherheit geben.

Ein Landwirt zeigt Maiskolben die bereits Schimmel angesetzt haben. Doch nicht alle Pilzgiftstoffe sind mit dem bloßen Auge erkennbar. Viele breiten sich auch unter der Oberfläche im Lebensmittel aus. Ein Schnelltest soll hier zukünftig Sicherheit geben.

Foto: dpa/Parick Pleul

Der Nachweis der Schimmelpilzgifte erfolgt üblicherweise im Labor, er ist teuer und aufwändig. Das soll sich in den nächsten Jahren ändern. Wissenschaftler der Universitäten Ulm und Wien sowie Firmen aus der Nahrungsmittelbranche und aus dem Bereich Lasertechnologie wollen einen Schnelltest für giftige Mykotoxine entwickeln – das sind sekundäre Stoffwechselprodukte des Pilzes.

Dafür haben sie sich zum Projekt Mycospec zusammengeschlossen und werden von der Europäischen Kommission für die nächsten zwei Jahre gefördert. Zum Projektstart wollen die Forscher umfangreiche Untersuchungen an Getreide und Trockenfrüchten durchführen. Bis 2015 wollen sie dann den praxisnahen Prototypen eines Messgeräts vorstellen, das Pilzgifte in Lebensmitteln mittels Quantenkaskadenlaser und Dünnschicht-Lichtwellenleiter schnell und zuverlässig aufspürt. Während die bisherige Analyse im Labor rund zwei Stunden dauerte, soll das neue Gerät in zehn Minuten Ergebnisse liefern. 

„Die spektroskopische Analyse, das sogenannte Fingerprinting, wird üblicherweise eingesetzt, um den Protein-, Wasser- und Fettgehalt von Lebensmitteln zu messen“, erklärt Professor Rudolf Krska vom Institut für Bodenkultur an der Universität Wien. „Bisher war es nicht möglich, damit nach Mykotoxinen zu suchen, denn der Lasertechnologie fehlte die Empfindlichkeit und Energie.“ 

Kompakter Quantenkaskadenlaser arbeitet im Infrarotbereich

Dieses Problem soll mit einem neuartigen Laser, dem Quantenkaskadenlaser, gelöst werden. „Quantenkaskadenlaser sind sehr kompakt aufgebaut, ihre Emissionswellenlängen liegen im mittleren Infrarotbereich. Sie sind über einen breiten Spektralbereich abstimmbar, so dass die komplexe Signatur der Mykotoxine im Infraroten erfasst werden kann“, erklärt Professor Boris Mizaikoff, Leiter des Instituts für Analytische und Bioanalytische Chemie an der Uni Ulm. Bei diesem Messverfahren sei die Probenvorbereitung wenig aufwändig, weshalb die Kontrolle der Mykotoxin-Grenzwerte schnell und vor Ort möglich werde.

Der Quantenkaskadenlaser kann die Signatur von Pilzgiftstoffen im Infrarotbereich erfassen. Ein tragbares Testgerät soll diese später in Mais und Weizen schon während des Mahlprozesses in der Mühle entdecken können. 

Der Quantenkaskadenlaser kann die Signatur von Pilzgiftstoffen im Infrarotbereich erfassen. Ein tragbares Testgerät soll diese später in Mais und Weizen schon während des Mahlprozesses in der Mühle entdecken können. 

Foto: Uni Ulm

Die Ulmer Forscher können aber nicht nur mit ihrer langjährigen Erfahrung in der Laserspektroskopie mit Quantenkaskadenlasern zum Projekt beitragen. Mizaikoff und seine Mitarbeiter sind ebenfalls Experten für Dünnschicht-Lichtwellenleitertechnologie. Hier werden kostengünstige Halbleitermaterialien eingesetzt, die den Laser mit der Kontaktstelle verbinden, an der die Probe untersucht wird. Die Lichtleitkabel leiten die Strahlung des Hochleistungslasers direkt an den Wirkungsort, während die Dünnschicht-Filter nur einen schmalen Wellenlängenbereich passieren lassen. 

Ziel des Wissenschaftlerteams ist die Entwicklung eines tragbaren Testgerätes, mit dem Mykotoxine in Mais und Weizen schon während des Mahlprozesses in der Mühle entdeckt werden können. „Bisher geht es noch nicht darum, die speziellen Spezies der Pilzgifte zu analysieren“, sagt Professor Krska. „Wir wollen zunächst nur die belasteten Körner aufspüren.“ Im nächsten Stadium werde man versuchen, die verschiedenen Giftstoffe zu analysieren. Allein auf dem Getreide, das in Europa angebaut wird, gebe es 300 verschiedene Mykotoxine und ständig würden sich neue Arten entwickeln.

Mykotoxine sind hitzebeständig und sammeln sich im Organismus an

Wenn die Orange in der Obstschale angeschimmelt ist, lässt sich der Pilzbefall leicht erkennen und wir wissen, was zu tun ist – wegwerfen. Zu akuten Vergiftungen durch Schimmelpilze kommt es in Deutschland selten, allerdings ist der schimmelige Pelz nur die sichtbare Seite des Problems. 

Mykotoxine können sich bereits viel früher im Lebensmittel ausbreiten. Deshalb genügt es nicht, die für das Auge sichtbaren Schimmelpilzstellen aus dem Produkt herauszuschneiden. Die Orange muss komplett entsorgt werden. 

Die Giftstoffe werden aber nicht erst im privaten Haushalt zum Problem, denn Nahrungs- und Futtermittel können bereits auf dem Feld von Pilzgiften befallen werden. Dann ist schon das Mehl belastet, aus dem Brot, Kekse oder Cornflakes hergestellt werden. Die schädlichen Stoffwechselprodukte sind hitzestabil und werden durch Kochen oder Backen nicht zerstört.

Diese Giftstoffe, die vom Tier und vom Menschen aufgenommen werden, sammeln sich im Organismus an und können nerven-, nieren-, leber- und herzschädigend sein sowie krebsauslösend wirken. Deshalb wird die Einhaltung der Mykotoxin-Grenzwerte in der Europäischen Union streng überwacht. 

Von Gudrun von Schoenebeck

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