Aspects for Food Control and Animal Health Nr. 14: MALDI-TOF MS zur Identifizierung der Tierart von Muskelfleisch

Ein Bericht aus unserem Laboralltag

Jörg Rau (CVUAS), Gudrun Wibbelt (Leibniz-IZW), Bianca Gmeiner (CVUAS)

 

Der Schutz des Verbrauchers vor falsch deklarierten Lebensmitteln (Food Fraud) ist eines der wichtigsten Ziele amtlicher Lebensmittelüberwachung. Bei Fleisch ist für die Kaufentscheidung die Angabe der Tierart besonders relevant. Sichere Analysemethoden für den Echtheitsnachweis, die schnell und kostengünstig eine falsche Deklaration aufdecken, sind gefragt. Das CVUA Stuttgart nutzt hierfür auch die MALDI-TOF Massenspektrometrie. Wir berichten nun in unserem frei zugänglichen e-Journal über die Anwendung dieser Technik zur Identifizierung von Muskelfleisch – vom Aufbau einer Datenbank bis zur umfangreichen Validierung mit über 1000 Proben.

 

Der Inhalt in Schlagzeilen

  • Die MALDI-TOF MS ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Tierartenbestimmung von Muskelfleisch
  • Die Methode erfasst die wichtigsten Tierarten für den menschlichen Verzehr
  • Die Referenz-Datenbank enthält dabei mehr als 260 bestätigte Arten
  • Die validierte Methode ist leicht in Labore mit vorhandener Ausrüstung übertragbar
  • Wir nutzen zum Austausch von Spektren die Nutzerplattform MALDI-UP

 

Für den Nachweis von Täuschungen durch die falsche Angabe der Tierart werden vor allem molekularbiologische, immunologische oder proteinanalytische Methoden verwendet. Letztere kann durch die Verwendung der MALDI-TOF Massenspektrometrie sehr effizient umgesetzt werden.

 

Im vorgestellten Artikel wird eine selbst erarbeitete, einsatztaugliche MALDI-Methode zur Tierartenidentifizierung von Fleisch beschrieben [1]. Frühere Veröffentlichungen und eigene Vorversuche hatten bereits das Potenzial der MALDI-TOF MS für die Unterscheidung von Tierarten bei verschiedenen Lebensmitteln, einschließlich Fleisch, gezeigt [2–5]. Unser Ziel war es nun, durch eine vereinfachte Probenvorbereitung für das weit verbreitete Bruker MALDI-Biotyper® System, eine schnelle und zuverlässige Methode aufzubauen [6]. Dabei wurde eine unabhängige Referenzdatenbank erstellt und ein geeignetes, auf einer umfangreichen Spektren-Sammlung basierendes, Validierungskonzept verwendet [vgl. 7]. Die Methode wird in unserem akkreditierten amtlichen Lebensmittelkontrolllabor regelmäßig eingesetzt [9]. Irreführende, falsche Angaben fallen so in wenigen Minuten auf.

 

Abb. 1: Schema der Schritte der MALDI-TOF MS Analyse, von der Probe zum Ergebnis.

Abb. 1: Schema der Schritte der MALDI-TOF MS Analyse, von der Probe zum Ergebnis.

 

Die Schlüsselkomponente der Methode ist die Sammlung der Referenzspektren, die aus Tierart-sicheren Fleischproben zusammengestellt werden muss. Einer Fingerabdruckdatei gleich, dient diese Datei dem Vergleich mit den Massenspekren der unbekannten Proben. Bei der Sammlung dieser wertvollen Fleischproben erfahren wir dankenswerterweise große Unterstützung durch unsere Partner, die uns Muskelfleisch auch exotischer Tiere zur Verfügung stellen.

 

Dazu Dr. Gudrum Wibbelt, Leibniz-Institut für Wild- und Zootierforschung, Berlin:

„Antilopen wie Oryx oder Kudu, verschiedene Wildschafe, oder Zebras – inzwischen ist auch der Handel mit exotischen Farm- und Wildtieren global. Ein zunehmend größer werdendes und besorgniserregendes Problem ist die Wilderei und in dem Zusammenhang auch falsch deklariertes Exotenfleisch auf dem Teller der Verbraucher. Besonders gilt dies für im Bestand bedrohte Arten. Schnelle, sichere Methoden für die Untersuchung von Fleisch zur Identifizierung der Tierart werden der Überwachung helfen, mögliche illegale Praktiken aufzudecken. Aus diesem Grund unterstützen wir am IZW das Projekt gerne mit Fleischproben von Zoo- und Wildtieren, die bei uns zur pathologischen Untersuchung seziert werden.“

 

Beim Ausbau der MALDI-Spektren-Sammlung wird zukünftig der Austausch mit interessierten Institutionen – beim Thema Fleisch beispielsweise dem Landesbetrieb Hessisches Landeslabor, dem Chemischen und Veterinäruntersuchungsamt Rhein-Ruhr-Wupper (CVUA RRW), Krefeld und dem Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz, Koblenz – für uns immer wichtiger. Dies erleichtert es uns, als amtliches Labor analysensichere Einzellabor-Verfahren zu erstellen, die einer Akkreditierung standhalten.

 

Wir haben mit der MALDI-TOF MS nun die Möglichkeit, bei deutlich reduziertem Aufwand eine hohe Anzahl an Untersuchungen preiswert, schnell und valide durchzuführen. Hiermit wird die Aufdeckung von Lebensmittelbetrug (Food Fraud) erleichtert.

 

Untersuchungsergebnisse

In unserem Labor wird die Tierartbestimmung mit MALDI-TOF MS bei der amtlichen Untersuchung tierischer Lebensmittel seit 2017 eingesetzt. Die Ergebnisse für 2018/19 zeigten bereits die einfache Anwendung in der Routine [9]. In 2020 und den bisher vorliegenden Proben aus 2021 wurden am CVUA Stuttgart weitere 122 geeignete Proben Fleisch (gewachsenes Muskelfleisch und Hackfleischartige Erzeugnisse, jeweils roh oder gegart) mit MALDI untersucht. Erfreulicherweise stellten wir bei diesen Untersuchungsproben im o. g. Zeitraum keine Hinweise auf Fehldeklaration bezüglich der Tierartangabe fest.

 

Ausblick

Die im Artikel dargestellten Ergebnisse unserer Forschung zum schnellen Echtheitsnachweis motivieren uns, auch zukünftig an der methodischen Ergänzung der MALDI-TOF MS zu arbeiten, um die vorteilhafte Technik auf weitere für den Verbraucher- und Artenschutz relevante Untersuchungen auszudehnen [3, 6].

 

Im März 2020 wurde das Manuskript als Preprint offen zur Diskussion gestellt [9]. Der Beitrag ist nun abschließend im e-Journal „Aspects of Food Control and Animal Health“ erschienen [1].

 

Wir bedanken uns für die offene und vertrauensvolle Zusammenarbeit bei allen Beteiligten und deren Mitarbeitenden. Ohne die Sammlung und Einsendung von tierartsicheren Proben unserer Partner, dem Leibniz-Institut für Wild- und Zootierforschung, Berlin, dem Chemischen und Veterinäruntersuchungsamt Karlsruhe, dem Bayrischen Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit, Standort Erlangen, dem CVUA RRW, Krefeld, dem Chemischen und Veterinäruntersuchungsamt Freiburg, dem Staatlichen Tierärztlichen Untersuchungsamt-Diagnostikzentrum Aulendorf, sowie der Wilhelma, Stuttgart wäre die Arbeit nicht möglich gewesen.

 

Referenzen

[1] Rau J, Hiller E, Männig A, Dyk M, Wenninger O, Stoll P, Wibbelt G, Schreiter P (2021) Animal Species Identification of Meat Using MALDI-TOF Mass Spectrometry. Aspects of Food Control and Animal Health 14, 1–12.

[2] Flaudrops C, Armstrong N, Raoult D, Chabrière E (2015) Determination of the Animal Origin of Meat and Gelatin by MALDI-TOF-MS. Journal of Food Composition and Analysis 41, 104–112.

[3] Rau J, Korte N, Dyk M, Wenninger O, Schreiter P, Hiller E (2020) Rapid animal species identification of feta and mozzarella cheese using MALDI-TOF mass-spectrometry. Food Control 117, 107349.596.

[4] Stoll P, Rau J (2015) Tierartendifferenzierung von Fleisch mittels MALDI-TOF MS (Poster) 44. Deutscher Lebensmittelchemikertag 14.–16.09.2015 Karlsruhe.

[5] Hiller E, Männig A, Rau J (2017); Tierartendifferenzierung bei Fleisch – Mit MALDI-TOF MS von der Datenbank zur Validierung. Deutsche Lebensmittelrundschau 113, 12–16.

[6] Dyk M, Wenninger O, Guckert C, Fuchs J, Wind C, Hiller E, Schreiter P, Rau J (2020): Collection of Sample Preparation Protocols for MALDI-TOF MS based identification of meat, dairy products, fish and iInsects. Aspects of Food Control and Animal Health 13, 1–13.

[7] Rau, J, Eisenberg T, Wind C, Huber I, Pavlovic M, Becker R (2021) Aus der § 64 LFGB-Arbeitsgruppe MALDI-TOF: Leitlinien für die Validierung von Spezies-Identifizierungen mittels MALDI-TOF-MS. Journal für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit.

[8] Gmeiner B, Rau J (2020). Ein Bericht aus unserem Laboralltag: Hirsch-Gulasch und Büffel-Mozzarella – Schneller Nachweis der Echtheit per MALDI-TOF MS. Aufgerufen am 12. Dezember 2021.

[9] Rau J, Hiller E, Männig A, Dyk M, Wenninger O, Stoll P, Wibbelt G, Schreiter P (2021) Animal Species Identification of Meat Using MALDI-TOF Mass Spectrometry. Preprint. 18.03.2021, ChemRxiv. Cambridge: Cambridge Open Engage.

 

Hinweise für das Fachkollegium

Die MALDI-TOF MS Technologie nimmt im Arbeitsgang der Identifizierung von Mikroorganismen eine zentrale Position ein. MALDI kann aber noch deutlich mehr. Neue Anwendungen und Datenbanken, wie die hier gezeigte, wachsen rapide. In vielen Laboren können so bestehende Geräte-Systeme besser ausgenutzt werden, was die Kosten und den Aufwand reduziert. Das ist besonders in amtlichen Laboren mit ihren oft beschränkten finanziellen und personellen Ressourcen ein wichtiges Argument.

 

Am CVUA Stuttgart liegen die Schwerpunkte bei der Ergänzung der Datenbanken für Mikroorganismen, für Muskelfleisch und für die Tierartbestimmung in Milch und Käse [3]. Andere Fragestellungen werden in Baden-Württemberg an den CVUAs in Freiburg, Karlsruhe und Sigmaringen erarbeitet (Fischarten, Insekten). Gemeinsam engagieren wir uns, unser Fachwissen und unsere Praxiserfahrung auf Veranstaltungen und Schulungen weiterzugeben. Kurzprotokolle verschiedener Probenvorbereitungen, für die gute Erfahrungen vorliegen, sind unter https://maldi-up.ua-bw.de/protocols.asp zu finden.

 

Referenzen zu einer Datenbank zusammenzutragen, ist mit einem etwas größeren Aufwand verbunden. Sei es um abgesicherte Referenzproben zu sammeln, oder daraus nach standardisierten Protokollen qualitätsgesichert die Referenz-Spektren zu erstellen. Auch hier bietet die Technik beste Möglichkeiten, den Aufwand zu reduzieren: Immer mehr Anwender schätzen das „spectra-sharing“, also den direkten Austausch mit anderen Laboratorien und Experten, da Datenbank-Referenzen und Probenspektren auf elektronischem Wege schnell geteilt werden können. Ein stetig wachsendes Angebot dieser Spektren (inklusive der im Artikel genannten 527 Referenz- und 1088 Validierungsspektren) steht dem MALDI-Anwender zum Tausch über MALDI-UP zur Verfügung. Auf diesem Wege ließ sich bereits eine vielfältige gegenseitige Unterstützung (Spektren- und Materialaustausch, Wissenstransfer und Schulung) mit unseren Partnern in der amtlichen Kontrolle und der Wissenschaft organisieren.

 

Weiterführende Links

 

Artikel erstmals erschienen am 03.01.2022