21:25 23 November 2020
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    Wissenschaftler der Nationalen Universität für Nuklearforschung MEPhI haben eine einfache, günstige, schnelle, sensible und ökologische Methode entwickelt, wie man den Giftstoff Aflatoxin-B1 in Lebensmitteln ausfindig macht. Die Ergebnisse der Studie können für die Sicherheit der Lebensmittel sorgen.

    Wissenschaftler der Nationalen Universität für Nuklearforschung MEPhI haben eine einfache, günstige, schnelle, sensible und ökologische Methode entwickelt, wie man den Giftstoff Aflatoxin-B1 in Lebensmitteln ausfindig macht. Die Ergebnisse der Studie können für die Sicherheit der Lebensmittel sorgen. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift "Journal of Food Composition and Analysis" veröffentlicht.

    Aflatoxin-B1 ist eine für Mensch und Tier giftige chemische Substanz, die von einigen mikroskopischen Schimmelpilzen freigesetzt wird. Sie verursacht bösartige Tumore (Krebs) und Leberzirrhose und verringert die Immunität. Bei einer starken Aflatoxin-B1-Vergiftung kann es zum Hirnödem und zu akutem Nierenversagen kommen, was gewöhnlich zum Tode führt.

    Pilze, die Aflatoxin-B1 freisetzen, sind in vielen Lebensmitteln enthalten – das sind Milch und Milchprodukte, Trockenobst, Sonnenblumenkerne, Nüsse, Mais, Erdnuss, Kaffee, Kakao, Getreide, Gewürz. Eine zu starke Vermehrung dieser Pilze, die eine gefährliche Konzentration von Aflatoxin-B1 auslöst, kann vor und während der Ernte sowie während der Lagerung und Bearbeitung der Lebensmittel zu erkennen sein. Die Obergrenze von Aflatoxin-B1 im Essen wird durch die Gesetze der Länder geregelt und beläuft sich auf 4 mkg/l (Europa) bis 20 mkg/l in den USA. Die Prüfung der Lebensmittel bezüglich des Gehalts von Aflatoxin-B1 ist in Russland und anderen Ländern obligatorisch.

    Aflatoxin-B1 wird aktiv seit 1961 erforscht, als es der Grund eines massiven Todes von Puten in England wurde. Seit einigen Jahrzehnten wurden zahlreiche Methoden für seine Entdeckung entwickelt. Zu den verbreitetsten Methoden gehören die Flüssigkeits-Chromatografie, Enzymimmunoassay und die Nutzung der  photoelektrochemischen Biosensoren. MEPhI-Wissenschaftler schlugen eine neue Methode vor, die nicht weniger präzise, aber einfacher und billiger ist. Zu den weiteren Vorteilen der neuen Methode gehören der hohe Koeffizient der Anreicherung der zu erforschenden Substanz mit Aflatoxin-B1, die minimale Nutzung des organischen Lösemittels und dessen geringer Einfluss auf optische Merkmale des Komplexes. 

    „In der ersten Etappe verbinden wir Aflatoxin-B1 mit Fluoreszein durch das Zink-Ion. Dann werden in der Lösung Wirbelbewegungen bewirkt, um den sich gebildeten Komplex in einer ausreichenden Konzentration zu bekommen und seine optischen Spektren zu erforschen. Das lässt das Vorhandensein von Aflatoxin-B1 in Lebensmitteln feststellen. Unsere Methode ist um das Mehrfache effektiver und billiger als andere. Sie reagiert sensibel auf Aflatoxin-B1 in einer Konzentration ab 3 mkg/l, was niedriger als die gesetzlich zulässige Norm ist“, sagte der Dozent vom Institut für Nanotechnologien in Elektronik, Spintronik und Photonik der MEPhI, Konstantin Katin.

    Den Forschern zufolge spielten die Modellierungsmethoden eine wichtige Rolle. Dank ihnen konnte die Zahl der Experimente um das Mehrfache verringert und die experimentell erhaltenen Ergebnisse konnten gedeutet werden. Die Wissenschaftler verzichteten auf eine kontinuierliche Auswahl der besten Bedingungen für die Versuche, wenn in jeder Phase der Wert nur eines Parameters (pH-Lösung, Zink-Konzentration, Menge der Lösemittel, Konzentration der chelatbildenden Lösung, Zeit der Wirbelbewegungen) in der Lösung optimiert wird. Stattdessen wurden gleichzeitig alle Parameter des  mathematischen Modells geändert, das die gegenseitige Abhängigkeit der Parameter berücksichtigt und die wichtigsten von ihnen bestimmt. Das erlaubte es, den Wert von fünf Parametern zu optimieren, indem nur 46 Experimente unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt wurden. 

    Zudem wurden zur Wahl geeigneter chemischer Mittel quantenchemische Berechnungen genutzt, mit denen man die Effizienz des Komplexes „Aflatoxin-B1-Zink-Ion-Fluoreszein“ prognostizieren und seine strukturellen, elektronischen und optischen Eigenschaften kalkulieren konnte. 

    Die erhaltenen Ergebnisse ermöglichen es, die Sicherheit der Lebensmittel zu gewährleisten. Ein experimenteller Teil der Studie wurde in der Türkei und ein theoretischer – in Russland gemacht. Die Studie war auf die Bedürfnisse der türkischen Lebensmittelbranche gerichtet – die Methode wurde bei rohen und gerösteten Erdnüssen, Rosinen und Trockenfeigen ausprobiert. Die Türkei ist der weltweit größte Hersteller dieser Lebensmittel und ist daher am stärksten an den Ergebnissen dieser Studie interessiert. Doch die Methode kann auch für andere Länder, die Lebensmittel herstellen bzw. kaufen, von Nutzen sein.

    Die Studie hat gezeigt, dass theoretische quantenchemische Methoden, die an der MEPhI entwickelt werden, für angewandte Studien für die  Lebensmittelindustrie nützlich sein können. Die Wissenschaftler wollen ihre Forschungsarbeiten zur Modernisierung der Systeme für die Sicherheitskontrolle der Lebensmittel in verschiedenen Ländern fortsetzen.

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    Tags:
    Gift, Lebensmittel, Nationale Universität für Nuklearforschung (MEPhi)