1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik
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Ergot alkaloids form a toxicologically relevant group of mould toxins (mycotoxins) that are among the most common contaminants of foodstuff and animal feed worldwide. Reliable controls are essential to minimise health risks and economic damage. Due to their toxicological relevance, EU limit values for 12 priority ergot alkaloids have been introduced for the first time in 2022 and range from 500 μg/kg in rye milling products down to 20 ug/kg Processed cereal-based foods for infants and young children[1]. High-performance liquid chromatography - mass spectrometry is used to quantify low concentrations of ergots in food, however the European standard analytical procedure cannot be applied due to the lack of isotopically labelled reference standards.
The complex structure of the ergot alkaloids makes a total synthesis extremely challenging, expensive and time-consuming. Therefore, we are focusing on different semi-preparative methods (electrochemistry, organic synthesis, heterogeneous catalysis) to specifically N-demethylate the C8 carbon atom of the lysergic acid moiety. The norergot alkaloid formed is then isotopically labelled using an electrophilic methyl source, i.e. iodomethane or dimethyl sulphate to obtain the specific isotopic labelled ergot alkaloid. Initial experiments have shown that N-demethylation of the ergot alkaloid ergotamine is possible by both electrochemical and wet-chemical organic synthesis. The next step is to improve the previously determined reaction conditions to enable the synthesis of norergotamine on a mg scale for further reactions.
Mykotoxine werden als sekundäre Metabolite von Schimmelpilzen gebildet und haben diverse schädliche Effekte auf Menschen, Tiere und Pflanzen. Laut FAO sind weltweit bis zu 25 % aller Lebens- und Futtermittel mit Mykotoxinen kontaminiert, wodurch jährlich immense ökonomische Verluste entstehen.
Neben den eigentlichen Mykotoxinen rücken zunehmend deren Transformationsprodukte (TPs) in den Fokus. Diese können als natürliche Stoffwechselprodukte toxischer sein als das eigentliche Mykotoxin und stellen eine potenzielle zusätzliche Gefahr für den Verbraucher dar. TPs werden überwiegend mit in vitro und in vivo Techniken untersucht, welche sowohl zeit- als auch kostenintensiv sind. Ziel war es nun, schnelle und zudem verlässliche Techniken zur Simulation von TPs diverser Mykotoxine zu testen. Die Kopplung von Elektrochemie und Massenspektrometrie, kurz EC/MS, als rein instrumenteller Ansatz ist seit vielen Jahren in der pharmazeutischen Forschung etabliert. Hierbei wird mithilfe einer elektrochemischen Durchflusszelle der oxidative Metabolismus einer Substanz simuliert und zugleich analysiert.
Unter Verwendung von EC/MS, EC/LC/MS und HPLC-MS Techniken (MS/MS und FT-ICR) wurden nun die Mykotoxine Zearalenon, Citrinin und Dihydroergocristin (als Modellsubstanz für die Ergotalkaloide) elektrochemisch bei Potentialen bis zu 2500 mV vs. Pd/H2 oxidiert und deren TPs mit mikrosomalen in vitro Ansätzen verglichen. Hierbei konnten mehrere Übereinstimmungen hydroxylierter Spezies, sowohl elektrochemisch als auch biochemisch generiert, festgestellt werden. Die EC/MS ist somit auch in der Lebensmittelanalytik als nützliches und vielseitiges Werkzeug verwendbar.