Neue Methoden der Qualitätsprüfung

Chemiker der Universität Jena erforscht in Verbundprojekt neue Methoden der Qualitätsprüfung

Die guten von den schlechten Körnern trennen, dafür brauchten selbst Aschenputtels Tauben geraume Zeit. Solche Aufgaben beschäftigen heute die Analytiklabors vieler Firmen mit enormen Aufwand. An schnellen, einfachen und kostengünstigen Methoden der Qualitätsprüfung arbeiten auch Chemiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena in einem Verbundprojekt. Prof. Dr. Jürgen Popp vom Institut für Physikalische Chemie will die analytischen Möglichkeiten der Ramanspektroskopie nutzen, um in Zukunft die Qualität von Pflanzenmaterial in unterschiedlichsten Produktionsprozessen bis zum Produkt zu verfolgen.

Qualitätskontrolle auf höchstem Niveau und ein miniaturisiertes Ramanspektrometer sind das erklärte Ziel dieses Projekts, das Jürgen Popp zusammen mit zwei Kollegen von der Universität Würzburg bearbeitet. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) überzeugte der Antrag der drei Wissenschaftler. Sie fördert daher für drei Jahre eine Wissenschaftlerstelle in Jena sowie die Anschaffung von Geräten und Verbrauchsmaterial mit mehr als 70.000 Euro.

Prof. Popp kennt viele Firmen, die große Probleme bei der Qualitätsprüfung haben: „Häufig kommt es zu Produktionsverzögerungen, weil Ausgangsstoffe nicht in ausreichender Qualität geliefert werden oder erst bei der Endprüfung die Mängel festgestellt werden.“ Natürlich gibt es bereits Methoden, mit denen die Qualität der Produkte geprüft werden kann. Bei den pflanzlichen Produkten, um die es in Popps Projekt geht, werden normalerweise sehr aufwändige chromatographische Methoden genutzt. Zudem wird das Produkt bei dieser Prüfung zerstört und die Probe muss extra aufbereitet werden.

„Mit der Ramanspektroskopie kann man Proben schnell analysieren. Eine Messung kann zwischen einer Sekunde und 30 Minuten dauern. Die Probe muss nicht aufbereitet, die Pflanzen also nicht zerstört werden und sie kann kontaminationsfrei gewechselt werden,“ erklärt Jürgen Popp die Vorzüge der Methode, auf die die Forscher aus Jena und Würzburg setzen. „Die Anschaffungskosten für ein solches Gerät sind allerdings relativ hoch“, räumt der Jenaer Chemiker ein. „Dafür arbeiten wir mit Licht, nicht mit Chemikalien.“ Bei der Ramanspektroskopie wird die Probe mit Laserlicht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt. Das Licht trifft auf die Moleküle in der Probe, reagiert auf diese „Hindernisse“ und verändert seine Wellenlänge. Diese Veränderung in den Wellenlängen informiert die Wissenschaftler über die Struktur der Moleküle und damit die Qualität der Probe.

Zusammen mit einem weiteren Kooperationspartner von der „Bundesanstalt für Züchtungsforschung an Kulturpflanzen“ in Quedlinburg wollen sich die Wissenschaftler auf wertvolle Inhaltsstoffe von Heilpflanzen und aus dem Färberwaid konzentrieren. Prof. Popp sucht jedoch nicht nur nach einem einfachen Weg, sondern er will auch erforschen, auf welchem Weg spektroskopische Methoden prinzipiell im Qualitätsmangement für pflanzliche Produkte eingesetzt werden können.

Wichtige Erfahrungen konnte er in vorangegangenen Untersuchungen mit Minzepflanzen sammeln. Hier zeigte sich bereits das Potenzial der Ramanspektroskopie. Den Jenaer Forschern gelang es, die ätherischen Öle der Minze direkt in den Drüsenzellen der lebenden Pflanzen zu vermessen. Dabei wurde deutlich, dass das Muster der Inhaltsstoffe von verschiedenen Faktoren wie Jahreszeit und Nährstoffangebot abhängig war. Dieses Muster in der Zusammensetzung der ätherischen Öle – die chemische Form eines molekularen Fingerabdrucks – konnte Popp nutzen, um verschiedene Minzen voneinander zu unterscheiden und nach ihrem Verwandtschaftsgrad zu ordnen. Aus Untersuchungen wie diesen zog Popp bereits einen wichtigen Schluss für das jetzt startende Projekt: „In vielen Fällen wird es zunächst darum gehen festzulegen, was ’die Qualität’ überhaupt ist,“ betont er. „Oftmals ist es ökonomischer, einen wertschöpfenden Inhaltsstoff aus der Pflanze zu isolieren, wenn er noch nicht maximal gebildet wird, dafür aber eine bessere Abtrennung des Stoffes von störenden Substanzen möglich ist.“

Weil die Ramanspektroskopie auch an lebenden Pflanzen gut funktioniert, wollen die Jenaer Forscher ein tragbares Analysegerät entwickeln, das in der freien Natur die Qualität in jeder Stufe des Wachstumsprozesses ermittelt. Sehr klein, sinnvoll ausgestattet und zuverlässig, so stellt sich Prof. Popp das Gerät vor, das in Zukunft den Weg von der Pflanze zum Produkt mit Ramanspektroskopie überwacht. Größer als Aschenputtels Tauben wird es zwar sein, aber dafür vielseitiger und von jedem einsetzbar.

Kontakt:

Prof. Dr. Jürgen Popp
Institut für Physikalische Chemie
der Universität Jena
Helmholtzweg 4, 07743 Jena
Tel.: 03641 – 948320, Fax: – 948322
E-Mail: juergen.popp@uni-jena.de