Allergen-Management mittels TOC und TNb Mehr Schutz für Lebensmittel-Allergiker durch sichere Reinigungsvalidierung

Autor / Redakteur: Sascha Hupach* / Dr. Ilka Ottleben

Während der TOC als universeller Parameter zur Analyse des Reinheitszustands einer Anlage in der Lebensmittelproduktion dient, gibt der TNb eine selektivere Abschätzung hinsichtlich Verunreinigungen durch Proteine. Im Zusammenspiel dienen sie der Lebensmittelsicherheit und somit dem Verbraucherschutz, was vor allem für Lebensmittel-Allergiker von hohem Wert ist.

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Abb. 1: Erdnüsse gehören zu den 14 häufigsten Auslösern von Lebensmittelallergien, die in Deutschland kennzeichnungspflichtig sind.
Abb. 1: Erdnüsse gehören zu den 14 häufigsten Auslösern von Lebensmittelallergien, die in Deutschland kennzeichnungspflichtig sind.
(Bild: glisic_albina - Fotolia)

Auf etwa sechs Millionen schätzt der Deutsche Allergie- und Asthmabund (DAAB) die Zahl der behandlungsbedürftigen Nahrungsmittel-Allergiker in Deutschland. Während bei Kindern und Säuglingen Kuhmilch, Soja, Hühnerei, Weizen, Erdnüsse und Haselnüsse die Hauptauslöser sind, reagieren Jugendliche und Erwachsene in der Regel häufiger auf rohe Gemüse- und Obstsorten, Nüsse, Fisch, Krebs- und Weichtiere. Allergische Reaktionen zeigen sich oft an Haut und Schleimhaut, im Hals-Nasen-Ohrenbereich, an den Bronchien oder im Magen-Darmbereich. Lebensbedrohlich ist der so genannte anaphylaktische Schock als schwerste allergische Reaktion, die zu Kreislaufzusammenbruch und Tod führen kann.

Nahrungsmittel-Allergiker reagieren empfindlich auf bestimmte Inhaltsstoffe in den Lebensmitteln, so genannte Allergene. Um die betroffenen Menschen vor dem Verzehr auf die allergenhaltigen Lebensmittel hinzuweisen, sind in Deutschland die 14 häufigsten Auslöser von Lebensmittelallergien kennzeichnungspflichtig (beispielsweise Senf, Eier, Sellerie, Erdnüsse). Enthält ein Lebensmittel eine dieser Zutaten muss auf der Verpackung deutlich darauf hingewiesen werden.

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Bei der Herstellung oder Verarbeitung von Lebensmitteln können aber auch Spuren von Allergenen über Vorprodukte unbeabsichtigt in die Lebensmittel gelangen, ohne selbst als Zutat auf dem Rezept zu stehen. Um solche Kreuzkontaminationen zu vermeiden, setzen viele Lebensmittelhersteller auf die Reinigungsvalidierung. Dabei wird neben der optischen Kontrolle und mikrobiologischen Abstrichen, beispielsweise das letzte Spülwasser (final Rinse) auf eventuelle Rückstände und Inhaltsstoffe untersucht. Ein hierfür vielfach verwendeter Parameter ist der TOC (Total Organic Carbon = gesamter organischer Kohlenstoff).

Reinigungsvalidierung – TOC als universeller Parameter

Bei der Bestimmung des TOC wird das Spülwasser zunächst mit einer Mineralsäure versetzt. Dabei werden die im Wasser enthaltenen Carbonate und Hydrogencarbonate zu CO2 umgesetzt. Ein Spülgas entfernt das Kohlenstoffdioxid aus der Probe. Anschließend wird ein Aliquot der vorbereiteten Probe auf einen heißen Katalysator injiziert. Dabei werden die organischen Substanzen zu CO2 umgesetzt. Ein Trägergas transportiert das CO2 zu einem NDIR-Detektor und erfasst die Menge des Kohlenstoffdioxids.

Moderne Analysatoren wie die der TOC-L-Serie von Shimadzu übernehmen die Probenvorbereitung (Ansäuern und Ausgasen) automatisch. Die Systeme arbeiten mit einem hocheffektiven Platin-Katalysator bei einer Verbrennungstemperatur von 680 °C. Eine spezielle Spritzeneinheit ermöglicht bei Überschreitung des Kalibrierbereichs die Proben automatisch zu verdünnen; das Gleiche geschieht mit Standards, um Kalibrierkurven auch in äquidistanten Konzentrationsabständen zu erstellen.

Da nahezu alle Lebensmittel aus organischem Material bestehen, ist der TOC bei der Reinigungsvalidierung ein universeller Parameter, der sich für unterschiedlichste Produkte eignet. Zudem werden bei der TOC-Bestimmung auch Rückstände von Reinigungsmitteln erfasst. Ein weiterer Vorteil des TOC liegt in der Einfachheit und in der Geschwindigkeit. Eine Dreifach-Bestimmung des TOC in einem Spülwasser dauert in der Regel weniger als 15 Minuten. Wird ein entsprechender Grenzwert im Spülwasser eingehalten, ist die Reinigung der Anlage analytisch belegt.

Selektivere Abschätzung der Verschleppung von Lebensmittel-Allergenen

Bei der Verbrennung des Spülwassers während der TOC-Analyse entsteht nicht nur Kohlendioxid aus den organischen Substanzen. Stickstoffkomponenten werden bei Temperaturen über 700 °C zu Stickstoffmonoxid umgesetzt. Ein Trägergas transportiert das entstandene NO zu einem Chemilumineszenz-Detektor. Hier wird das Messgas mit Ozon zusammengebracht. Ozon, als starkes Oxidationsmittel, oxidiert das NO zu Stickstoffdioxid.

Bei dieser Reaktion werden Lichtquanten freigesetzt (Chemilumineszenz), die der Detektor erfasst. Dieser Summenparameter TNb (Total Nitrogen bounded = gesamter gebundener Stickstoff) detektiert die organischen und anorganischen Stickstoffverbindungen. Die Bestimmung des TOC und des TNb kann mit den TOC-L Systemen von Shimadzu simultan erfolgen – eine Injektion, zwei Messergebnisse. Hierbei wird die Verbrennungstemperatur auf 720 °C gesetzt und die beiden Detektoren in Reihe geschaltet.

Die Ergebnisse aus der Reinigungsvalidierung lassen sich zusätzlich verwenden, um eine mögliche Verunreinigung durch Allergene abzuschätzen. Dies erfolgt hierbei über eine „Worst-Case-Betrachtung“, die annimmt, dass alle organischen Substanzen Allergene sind.

Da es sich bei den in Lebensmitteln enthaltenen Allergenen fast ausschließlich um Proteine mit Stickstoffatomen handelt, ist der Parameter TNb für die Worst-Case-Betrachtung zur Abschätzung von Allergenverschleppungen wesentlich aussagekräftiger als die Bewertung durch den TOC.

TNb und verschleppte Lebensmittel-Allergene

Mitarbeiter des Unternehmens Develey Senf & Feinkost haben hierzu umfangreiche Untersuchungen mit unterschiedlichen allergenhaltigen Lebensmitteln durchgeführt und herausgefunden, dass sich der Summenparameter TNb dazu eignet abzuschätzen, ob bei der Verarbeitung von Lebensmitteln eine Allergenverschleppung stattgefunden hat oder nicht.

Für diese Versuche wurden verunreinigte Spülwasserproben „nachgestellt“, d.h. es wurden definierte Konzentrationen eines allergenhaltigen Rohstoffs oder eines Produkts in Leitungswasser hergestellt und die Proben hinsichtlich ihres TOC- und TNb-Gehaltes untersucht. Dabei wurde erwartungsgemäß festgestellt, dass sowohl die TOC- als auch die TNb-Konzentration mit zunehmender Produktkonzentration linear ansteigt.

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Während ein TOC-Wert aus einer unbekannten Spülprobe aus unzähligen Verbindungen, wie beispielsweise Kohlenhydraten, Fetten und Tensiden, stammen könnte, ist die Aussagekraft des TNb hinsichtlich der Anwesenheit von Proteinen wesentlich selektiver. Dies erlaubt eine Worst-Case-Abschätzung hinsichtlich enthaltener Allergene in dem Spülwasser. Die Ergebnisse werden als allergenes Protein bewertet und auf die medizinischen Referenzdosen interpretiert. Durch diese Berechnung ist sichergestellt, dass keine relevanten Allergenmengen in die Folgeproduktion verschleppt werden können. Die hiermit gewonnene Abschätzung soll Allergenverschleppungen innerhalb eines Werkes eines Lebensmittelherstellers ausschließen und die valide Reinigung bestätigen. Zudem reduziert das Verfahren Kosten, da aufwändigere Allergentests eingespart werden können.

Fazit

Die Reinigungsvalidierung ist ein hilfreiches Werkzeug, um die Wirksamkeit eines Reinigungsverfahrens in der Lebensmittelherstellung zu überprüfen. Der TOC dient hier als universeller Parameter zur Analyse des Reinheitszustands einer Anlage.

Der TNb ermöglicht darüber hinaus eine selektivere Abschätzung hinsichtlich Verunreinigungen durch Proteine. Eine Worst-Case-Betrachtung hilft, mögliche Verunreinigungen durch Allergene zu beurteilen, dient der Lebensmittelsicherheit und somit dem Schutz von Nahrungsmittel-Allergien betroffener Verbraucher. Zudem ist diese Art der Messung ein objektives, analytisch valides Messergebnis, das sich als Grundlage der Bewertung einer Verbrauchergefährdung eignet, um sicherzustellen, dass die Reinigung den Verbraucherschutz gewährleistet. Damit wird eine Angabe auf den Produkten „Kann Spuren von Allergen XY enthalten“ zu einer quantifizierten Bewertung des Allergikerrisikos und nicht nur zu einer vorsorglichen Angabe aus Haftungs­gründen.

Danksagung: Dieser Artikel wurde in Zusammenarbeit mit der Abteilung Regulatory Affairs / Riskmanagement der Develey Senf & Feinkost GmbH erstellt.

* S. Hupach: Shimadzu Deutschland GmbH, 47269 Duisburg

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