Universität Bonn

AG Sensorik, Spurengas- und Geruchsmessung:

Priv.-Doz. Dr. rer.nat. Peter Boeker

Markes Int. GmbH

Antrittsworkshop

23. 10. 2013

Messung von Ebergeruchskomponenten

ohne Aufbereitung mit Thermodesorption

und GC-Time-of-Flight Massenspektrometer

Universität Bonn

Arbeitsgruppe Geruchs- und Spurengasmessungen:

Elektronische Nasen, Olfaktometrie

Analytische Messungen

- Thermodesorption (online, offline)

- Gaschromatographie

- Massenspektrometrie (Time-of-flight MS)

Was ist ‚Ebergeruch‘

• Problem im Zusammenhang mit dem

‚Kastrationsverzicht‘ bei männlichen

Ferkeln ab 2018 EU-weit

• Geschlechtsspezifischer Fehlgeruch

von Fleisch/Fett

• verursacht durch Skatol, Indol und

Androstenon und weitere unbekannte

Komponenten

Eberpheromone

Heterocyclische aromatische Amine

3α-Androstenol

(moschus)

3β-Androstenol

(moschus)

Skatol

(fäkalisch) Grenzwert (DK): 0,25mg/kg

Indol

(fäkalisch)

Androstenon

(urinartig, nach Schweiß) ehem. Grenzwert (D): 0,5mg/kg

4

Ebergeruchsstoffe

Was ist Riechen / Geruch?

• Sinneskanal für gasförmige

Signalstoffe

– Nahrung, Gefahren, soziale Signale

• bewußte Wahrnehmung

– abhängig von Aufmerksamkeit,

Gesundheit, genetischer Ausstattung

• komplexe Bedingungen

– Maskierung, Verstärkung, Adaptation

– sehr unterschiedliche Geruchsschwellen

Aspekte der Ebergeruchsmessung

sensorischeBeurteilung

Maskierung, VerstärkungMischungseffekte

Erwärmung,Erhitzung

Geruchsstoff-gehalte:-Androstenon-Skatol-? ? ?

FlüchtigeGeruchsstoffe:Verteilungs-koeffizienten ?

Veränderung derZusammensetzung

chemisch-analytischeBestimmungen

gaschemischeSpurengas-Messungen

Ziele des Ebergeruchsvorhabens

Zur Zeit wird versucht, die drei bekannten Hauptverursacher von Ebergeruch

im Fett zu messen

Indol

Skatol

Androstenon

Konzentrationen im Fett

14 – 750,7 ng/g (0,14-7,5 ppmW)

23 – 1100 ng/g (0,23-11 ppmW)

50 – 4200 ng/g (0,50-42 ppmW)

Geruchsschwellen

0,3 ppb

0,0056 ppb

0,0009 ppb

Nagata

Datensatz

Konventionelle Messung mit

Extraktion und SPME

8 Quelle: Fischer et al. Anal. Chem. 2011

Headspace Anreicherung Skatol

frühe Abschätzung

Adsorbens

Adsorbens

Gasprobe1 ppb Skatolin Luft

V=1 ml

f=2 ml/mint ~10 secdes

TrägergasHelium

Tabs

T >>Tdes abs

Geruchsschwelle Skatol~1,2 ppb

5,5 pg Skatol

5,5 pg in0,33 ml

Auslaß

Meßsystem

Auslaß

Meßsystem

Tprobe

Bestimmung der Messempfindlichkeit

-10-

ToF GC Unity 2

Des. tube

0 50 100 150 200 250

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

Sig

na

lstä

rke

in

#

Substanzmenge in pg

Indol

0 50 100 150 200

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

Sig

na

lstä

rke

in

#

Substanzmenge in pg

Skatol

0 50 100 150 200 250

0

20000

40000

60000

80000

100000

Sig

na

lstä

rke

in

#

Substanzmenge in pg

Androstenon

Detektionsgrenzen liegen im Bereich

zwischen ~12 und ~15 pg.

Messaufbau für Headspace-Messungen

ToF

GC

Unity

Self constructed

dynamic headspace

Separation Analysis Sample preparation Sampling

Varianten der Probenahme

-12-

Druckaufbau im Vial durch

Trägergaszufuhr Equilibrierung Aufbringung des Probengas

auf die Cold-Trap

Trägergas

Trägergas +

Probengas

Coldtrap

Trägergas

Glastube

ToF GC Unity 2

Statischer

Headspace

Dynamischer

Headspace

Dynamischer

Headspace

(Rührfisch)

Dynamischer

Headspace

(Bubbler)

Dynamischer Headspace + Tube

Umbau Headspace-Unit HS5 von

statisch -> dynamisch

• extended

movement range

• new dual needle

plunger

• separate controlled

heating of plunger

and transfer line

• magnetic stirrer

integrated

Deuterierte interne Standards

100

0

20

40

60

80

Mass

157,80824,0411 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Gem. MS

Vergl. MSIndol

D6-

Indol

100

0

20

40

60

80

Mass

161,50725,890430 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Gem. MS

Vergl. MSSkat

ol

D3-

Skat

ol

100

0

20

40

60

80

Mass

283,99534,1553 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

Gem. MS

Vergl. MSAndr.

D3-

Andr.

N

D3

H

C

N

D

DD

D

D

D

H

OD

D

D

d3-Skatol

d3-Androstenon

d6-Indol

Probenverarbeitung

Messung mit getrennter Anreicherung

Dynamische Basislinienkorrektur (dbc)

10 15 20 25 30

0

10.000.000

20.000.000

30.000.000

40.000.000

50.000.000

ab

un

da

nce

time [min]

B

10 15 20 25 30

0

10.000.000

20.000.000

30.000.000

40.000.000

50.000.000

60.000.000a

bu

nd

an

ce

time [min]

A Androstenon

Indol

Skatol

Charakteristische Ionenspuren

14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 25,0 25,5 26,0

0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

700.000

800.000

900.000

Andro

ste

non

d3-S

kato

l

d3-A

ndro

ste

non

Skato

l

d6-I

ndol

ab

un

da

nce

time [min]

117 (indole)

122+123 (d3-indole)

130 (skatole)

133+134 (d6-skatole)

257+272 (androstenone)

260+275 (d3-androst.)

Indol

SIM traces extracted

from the TICbc

spectrum

SIDA-dynHS-TD-GC-TOFMS

19

0 100 200 300 400 500 600

0

100

200

300

400

500

600

700

800

St.= 1,0210,03

R = 0,98

Un

iBon

n n

g/g

Referenzmessung in ng/g

Skatol (ng/g)

0 1000 2000 3000 4000 5000

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

St.= 0,890,03

R = 0,98

Un

iBo

nn

ng

/g

Referenzmessung in ng/g

Andro.(ng/g)

0 50 100 150 200 250 300 350

0

50

100

150

200

250

300

350

400

St.= 0,970,03

R = 0,97

Un

iBon

n n

g/g

Referenzmessung in ng/g

Indol (ng/g)

Vergleich mit Fraunhofer-Messungen

(HPLC und GC-MS nach Extraktion

Einsatz der MARKES µ-Chamber

Androstenon d3-Androstenon !

Geruchs- und Aromastoffe per GC-O

An Sk

Speckprobe

A B

Retentionszeit

An

Sk

AB

GC MS

ToF

Identifikation

Olfaktometrie

Anreicherung

Fragmentspektrum

Sk

Geruchs-information

GC-Olfaktometrie zur Ermittlung

weiterer Ebergeruchskomponenten

Vielen Dank!