Der er udviklet og afprøvet en headspace-teknik til opsamling og koncentrering af flygtige stoffer baseret på adsorption af stofferne i mikrokolonner pakket med aktivt kul, "kul-kanyler".

Der er udviklet og afprøvet en headspace-teknik til opsamling og koncentrering af flygtige stoffer baseret på adsorption af stofferne i mikrokolonner pakket med aktivt kul, "kul-kanyler". Teknikken er relativ simpel og kan kombineres med gaskromatografisk analyse af de adsorberede headspace-stoffer.

I dette arbejde er headspace-teknikken kombineret med kapillar-gaskromatografi til analyse af headspace fra foderstoffer. Kolonnerne var af glas og af typen "WCOT" med carbowax 20 M som stationær fase.

Afdampning af headspace-prøven fra mikrokolonnen blev først udført ved direkte injektion af "kul-kanylen" i gaskromatografens injektionskammer. Ca. 10 pct. af prøven førtes via en "split" (prøvedeler) til kapillarkolonnen. Denne teknik blev senere modificeret, således at hele prøven overførtes kvantitativt til kapillarkolonnen, via en frysefælde (- 196 °C) mellem injektionskammeret og kapillarkolonnen.

Denne kombinerede headspace-gaskromatografiske teknik er afprøvet og anvendt til analyse af headspace fra prøver af rene stoffer samt råvarer og foderblandinger lagret under standardiserede betingelser. Den relative standardafvigelse var ca. 7 pct. ved analyse af et rent stof, hexanal. Standardafvigelsen for de enkelte toppe fra foderstoffers headspace varierede, men var typisk 20 pct. relativt.

I headspace fra foder blev der adskilt og målt et stort antal flygtige stoffer - 20-30 i tørre foderprøver og op til 66 i våde prøver (fisk). Kun et af disse stoffer, hexanal, blev identificeret på basis af retentionstid. Det fandtes i headspace fra næsten alle foderprøver, hvor det dannes ved oxidation af fedt. De øvrige blev identificeret ved topnumre - baseret på retentionstider. Et topnummer kan derfor muligvis repræsentere flere forskellige stoffer med samme retentionstid. Som følge heraf er metoden ikke så specifik, som man kunne ønske.

Der blev målt på headspace fra forholdsvis tørre foderprøver lagret under forskellige betingelser -bl.a. vandindhold, temperatur, lageratmosfære og belysning. Koncentrationen af mange af de flygtige stoffer i headspace var signifikant afhængig af lagerbetingelserne. Især temperaturen havde stor betydning, men effekten af de øvrige lagerbetingelser var også tydelig for adskillige stoffer. Afhængigt af topnummer fandtes bade højere og lavere koncentration i headspace efter ugunstig lagring - høj temperatur, højt iltindhold i lageratmosfære og ved kraftig belysning. Betingelser, der fremmer oxidation af fedt - harskning. Nogle af toppene repræsenterer derfor sandsynligvis harskningsprodukter og kunne eventuelt anvendes som kriterium for harsk foder.

Ved måling på headspace fra gængse råvarer til foderblandinger blev der fundet en ret ensartet sammensætning af flygtige stoffer. De mest afvigende var fiskemel, kødbenmel og rapsskrå. Fiskemel gav dårlige kromatogrammer med ustabil basislinie og dårlig adskillelse af toppene. I rapsskrå fandtes nogle karakteristiske toppe, som muligvis stammer fra isothiocyanater (sennepsolier). Ugunstig lagring af råvarerne påvirkede sammensætningen af headspace omtrent som tidligere omtalt for foderblandinger, men for adskillige toppe var der dog en betydelig råvareafhængig variation.

Der fandtes meget stor forskel mellem sammensætning og indhold af flygtige stoffer i headspace fra fryselagret brisling henholdsvis med og uden tilsætning af antioxidant. Der fandtes 66 toppe på kromatogrammet fra prøven uden antioxidant - ca. tre gange så mange som i prøven tilsat 0,15 % ethoxyquin, og den totale koncentration af flygtige stoffer var langt større. Det tyder igen på, at en stor del af toppene repræsenterer harskningsprodukter.

Det viste sig meget vanskeligt at fremskaffe foderprøver, som med rimelig sikkerhed og af uidentificeret årsag havde haft en negativ indflydelse på fodringsresultater i forsøg eller praktisk husdyrbrug. Derfor lykkedes det ikke at påvise nogen sikker sammenhæng mellem foderresultat og flygtige stoffer i headspace, Til gengæld blev der konstateret en vis sammenhæng mellem indhold af nogle stoffer til de omdiskuterede kriterier for sundhedsmæssig kvalitet af foder - frie fedtsyrer (FFA) og peroxidtal.

Den samlede konklusion af arbejdet må være:

at analyse af flygtige stoffer i headspace fra fedt og foder kan give værdifuld, ny viden om oxidationsforløb Og produkter, der dannes ved harskning. Headspaceanalyser bør derfor indgå i fremtidigt, grundlæggende forskningsarbejde vedrørende harskning.
at headspace-analyser er så vanskelige og dyre, at de næppe kan tænkes anvendt rutinemæssigt til kontrol af foderkvalitet.

Baggrund

De økonomiske relationer inden for husdyrproduktionen har udviklet sig på en sådan måde, at omkostningerne til foder udgør en stigende del af omsætningen. Husdyrproduktionen er herved blevet følsom over for variationer i foderkvalitet. Dette har medført en øget indsats med det formål at forbedre foderkvaliteten samt udvikle bedre kvalitetskriterier.

Der findes acceptable kriterier til vurdering af foderets ernæringsmæssige kvalitet. Den praktiske anvendelse af disse har bidraget til en støt effektivisering af foderudnyttelsen inden for alle husdyrgrene. Ved forsat ernæringsmæssig optimering af husdyrenes foder nærmer man sig en situation, hvor fodermidlernes sundhedsmæssige kvalitet træder frem som en afgørende, kritisk faktor - det fulde produktionaresultat af en ernæringsmæssigt optimal foderration opnås kun, hvis foderet er af en høj sundhedsmæssig kvalitet.

De hidtil anvendte kriterier til vurdering af foders sundhedsmæssige kvalitet er mangelfulde. Dette projekt er gennemført med det formål at undersøge, om man via headspace-teknikken kan nå frem til mere velegnede kriterier til vurdering af foders sundhedsmæssige kvalitet.

Projektet blev påbegyndt i april 1977 med et års løbetid. Resultaterne fra årets arbejde var lovende, men utilstrækkelige til en vurdering af headspace-analysens egnethed til bestemmelse af foderkvalitet. Projektets løbetid blev derpå forlænget med et år fra januar 1979. Der vil i denne rapport specielt blive redegjort for 2. års arbejde.

Til gennemførelse af projektet har Bioteknisk Institut modtaget økonomisk støtte fra Teknologirådet. Til indkøb af det nødvendige apparatur til gennemførelse af projektet har Instituttet modtaget støtte fra F. L. Smidths Jubilæumsfond, Dansk Pelsdyravlerforening og Superfos Blåkilde A/S. Forfatterne beder på Bioteknisk Instituts vegne bevillingsgiverne modfage en hjertelig tak for finansiering af projektet.

Projektets formål

Det var projektets formål at udvikle en analysemetode til anvendelse i foderstofindustrien, baseret på gaskromatografisk adskillelse og maling af foderets indhold af flygtige stoffer, for herigennem at karakterisere dets sundhedsmæssige kvalitet. Det vil sige et forsøg på at måle foderaroma samt fastslå en sammenhæng mellem denne og foderkvalitet.

Projektets baggrund og valg af analysemetode

Som nævnt eksisterer der et påtrængende behov for en analysemetode til vurdering af foders sundhedsmæssige kvalitet. For at en sådan metode kan få praktisk betydning inden for husdyrproduktionen, må den være både billig og hurtig. Omkostningen ved analyse skal stå i et rimeligt forhold til den forventede besparelse, og resultatet af analysen skal foreligge så hurtigt, at man kan forebygge en forventet skade på grund af usundt foder.

At "dårligt" foder har en karakteristisk lugt er en iagttagelse, der i tidens løb er blevet anvendt som et subjektivt kvalitetskriterium for foder og fødevarer. Organoleptisk vurdering (lugt, smag og udseende) anvendes stadig af erfarne folk i foderstofindustrien til vurdering af foder - samt naturligvis af dyrene selv - ædevægring.

At lugtstoffer er flygtige, samt at nedbrydning af næringsstoffer ofte medfører dannelse af flygtige stoffer, er baggrund for ideen til udvikling af en analysemetode til kvalitetsbestemmelse af foder, baseret på gaskromatografisk analyse af flygtige stoffer.

Et foders lugt karakteriserer i høj grad de kemiske, enzymatiske og mikrobielle processer, der er foregået i foderet. Lugten kan for eksempel beskrives som frisk, sur, harsk, muggen eller rådden. Større kendskab til de specifikke, flygtige stoffer, dannet under nedbrydning af næringsstoffer, kan bidrage til en bedre forståelse af nedbrydningeprocesserne og dermed give mulighed for en sikrere vurdering af foders kvalitet.

Den seneste, tekniske udvikling inden for gaskromatografi, specielt med hensyn til kapillarkolonner, åbner mulighed for at adskille og måle blandinger af et stort antal flygtige stoffer i meget små mængder. Headspace-teknik er velegnet i forbindelse med kapillar-gaskromatografi til prøvetagning af flygtige stoffer fra en foderprøve. Imidlertid er hverken headspace-teknik, gaskromatografi eller foderkvalitet entydige begreber, hvorfor der findes et stort antal valgmuligheder vedrørende analyseteknik.

Headspace (luftrum) er en luftprøve, hvor indholdet af flygtige stoffer er i ligevægt med disse stoffer i fast eller flydende form. Ved headspace-teknik forstås udtagning af en luftprøve, eventuelt efterfulgt af en koncentrering af de flygtige stoffer i prøven samt overførsel af disse til gaskromatografisk analyse. På gaskromatografen adskilles og måles headspaceprøvens indhold af flygtige stoffer.

Reference
-	A.O.A.C., 1976: Journal of the Association of Official Analytical Chemists 59: 469.
-	Bigalli, G., 1977: Determination of pentane formed during autoxidation of oils contained in solid samples. Journal of the American Oil Chemists' Society 54: 229-232.
-	Clark, R.G. and Gronin, D.A., 1975: The use of activated charcoal for the concentration and analysis of headspace vapours containing food aroma volatiles. Journal of Food and Agriculture 26: 1615-1624.
-	EP-metode, 1971: Bestemmelse af flygtige kvælstofholdige baser ved mikrodiffusion. De Europæiske Fællesskabers Tidende, nr. L279/7.
-	Handbook of Chemistry and Physios, 1975: CRS Press, Inc. Cleveland, Ohio.
-	DMKB, 1977: Nordisk Metodikkommite för Livsmedel nr. 13, 2. oplag. 3 sider ill.
-	Rasmussen, P.S., 1980: Æg-test: En biologisk metode til bestemmelse af giftige stoffer i foder. Beretning'nr. 94. Bioteknisk Institut. 45 sider, ill. Kolding.
-	Seo, C.W. and Joel, D.B., 1980: Pentane production as an index of rancidity in freeze-dried pork. Journal of Food Science 45: 26-28.
-	Singleton, J.A. and Pattee, H.E., 1978: Headspace techniques used in the analysis of volatile components from lipoxygenase catalysed reactions. Am. Chem. Soc. Symposium: Analysis of Foods and Beverages - Headspace Techniques. Academic Press: 359-393.
-	Stine, G.M. et at., 1954: A modified peroxide test for detection of lipid oxidation in dairy products. Journal of Dairy Science 37: 202-208.
-	Sydor, R. and Pietrzyk, J., 1978: Comparison of porous copolymers and related adsorbants for the stripping of low molecular weight compounds from a flowing air stream. Analytical Chemistry 50 (13): 1842-1847.

Kilde:

Beretning nr. 95, 1980. Bioteknologisk Institut, Holdbergsvej 10, 6000 Kolding. Tlf. 75520433

Gaskromatografisk headspaceanalyse af flygtige stoffer fra foder som et mål for foderkvalitet