Vitamin K1 – Analyse in Lebensmitteln für besondere medizinische Zwecke (FSMP)

Verbesserte Probenvorbereitung optimiert die Bestimmung von Phyllochinon (Vitamin K1)

Juni 2021. Die Zeit, in der die Analyse von Phyllochinon (Vitamin K1) in FSMP-Produkten (Foods for Special Medical Purposes) durch Unterbefunde und nicht-reproduzierbare Ergebnisse beeinträchtigt war, gehört nun der Vergangenheit an. Eine einfache Modifikation der Methode CEN EN 14148:2003 ermöglicht es, angereichertes Vitamin K1 vollständig und reproduzierbar aus der Matrix zu extrahieren, sogar im Fall einer Verkapselung des Vitamin-K1-Rohstoffs. Anstelle des zeitaufwändigen enzymatischen Verdaus der Probe wird eine Ultraschallbehandlung angewendet. Die Validierungsdaten zeigen: Die Lösung analytischer Herausforderungen kann manchmal auch einfach sein.

Funktion und Analytik von Vitamin K

Vitamin-K1-Struktur mit Vitamin-K-reichen Lebensmitteln

Die tägliche Aufnahme von Vitamin K über die Nahrung ist essentiell, weil es beispielsweise an der Blutgerinnung, am Knochenstoffwechsel und an der Regulierung des Zellwachstums beteiligt ist. Auch im Fall besonderer medizinischer Ernährungsbedürfnisse ist eine ausreichende Versorgung mit Vitamin K1 zu gewährleisten. Daher werden FSMP-Produkte mit Vitamin K, meist in Form von Vitamin K1, angereichert.

Die Analyse des Vitamin-K1-Gehalts in Lebensmitteln wird verbreitet mit der CEN 14148:2003 Methode durchgeführt. Hierzu wird das Fett der Probe durch eine enzymatische Behandlung mit Lipase und nachfolgender Extraktion mit einem unpolaren Lösungsmittel entfernt und der Extrakt mittels Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) analysiert. Anschließend wird Vitamin K1 einer Nachsäulenderivatisierung unterzogen, was eine fluorimetrische Detektion ermöglicht.^[1]

Quantifizierung von mikroverkapseltem Vitamin K1

Produzierende von Lebensmitteln für besondere medizinische Zwecke (FSMP), Nahrungsergänzungsmitteln und Functional Food nutzen immer häufiger die Vorzüge der Mikroverkapselung. Bei dieser Technologie wird ein bioaktiver Inhaltsstoff, wie z.B. Vitamin K1, in kleinen Tropfen (ca. 5 - 50 µm) mit einem essbaren Polymer, wie beispielsweise Gummi Arabicum, Stärke oder Maltodextrin, ummantelt. Dadurch ist der bioaktive Inhaltsstoff weniger anfällig für Oxidation, welche durch erhöhte Temperaturen, Licht und Luftsauerstoff ausgelöst wird. Weiterhin kann eine Mikroverkapselung helfen, fettlösliche Komponenten wie Vitamin K1 in wässriger Lösung zu halten.^[2]

Die bioaktive Komponente wird jedoch nicht nur vor Umwelteinflüssen geschützt, sondern auch vor der quantitativen Extraktion. Die richtige und präzise Analyse von Vitamin K1, insbesondere in fettarmen FSMP Produkten, stellte für Labore bislang eine Herausforderung dar. Die Folge waren schwankende Ergebnisse und Unterbefunde.^[3]

Die Lösung: Ultraschall als ultra-effiziente Vorbehandlung

Um eine Probenaufarbeitung zu entwickeln, die die zuverlässige und quantitative Analyse von Vitamin K1 mit Hilfe der CEN EN Methode 14148:2003 in FSMP-Produkten ermöglicht, auch wenn Vitamin K1 in verkapselter Form vorliegt, wurden verschiedene Vorgehensweisen getestet: Weder die zusätzliche Behandlung mit Enzymen zur Polymerzersetzung, noch der Einsatz von Salzsäure erwiesen sich als geeignet. Da jedoch intensives Mörsern des Probenmaterials die Wiederfindung von Vitamin K1 verbesserte, wurde schließlich eine mechanische Behandlung im Ultraschallbad erprobt und somit der Weg zu zuverlässigen Analysenergebnissen geebnet.

Die Ultraschallbehandlung ersetzt nun den enzymatischen Verdau mit Lipase. Zusätzlich konnte durch diese Änderung die benötigte Analysenzeit der Probenaufarbeitung um 1,5 h verkürzt werden

Validierungsdaten belegen die Eignung in der Praxis

Die Validierung anhand von 5 FSMP-Produkten und zwei Referenzmaterialien beweist die hervorragende Eignung dieses Verfahrens zur reproduzierbaren und richtigen Analyse von Vitamin K1 in FSMP-Produkten: Die sechsfache Aufarbeitung und Vitamin-K1-Bestimmung in den Materialien resultierte in relativen Standardabweichungen zwischen 1,0 und 9,5 % sowie mittleren Wiederfindungen nach Dotierung zwischen 80 und 110 %. Gemäß den Guidelines der U.S. Food and Drug Administration (FDA) sind diese Wiederfindungen für den betreffenden Konzentrationsbereich als zufriedenstellend zu bewerten.^[4]

In den zertifizierten Referenzmaterialien Nist 1869 (Säuglingsnahrung auf Sojabasis) und Nist 3280 (Vitamintablette) wurden 108 ± 1,0 % bzw. 95 ± 4,3 % des zertifizierten Gehalts wiedergefunden. Diese innerhalb des Akzeptanzbereiches gemessenen Ergebnisse bestätigen zusätzlich, dass Vitamin K1 durch die Modifikation der Probenaufarbeitung nicht abgebaut wird.

Haben Sie Fragen zur Analyse von Vitamin K1 in Ihren Produkten?

Weiterführende Informationen zur Entwicklung der neuen Aufbereitungsmethode von FSMP-Proben finden Sie in unserem Infoposter "Vitamin K1 quantification in FSMP products containing ≤ 25 g fat/100 g". Bei Fragen rund um die Analytik von FSMP-Produkten wenden Sie sich gerne an Ihren persönlichen Kundenbetreuer bzw. Ihre persönliche Kundenbetreuerin oder direkt an unseren Experten Tobias Spiess.

Literaturangaben

[1] DIN EN 14148:2003-10 Bestimmung von Vitamin K1 mit HPLC.
[2] Corrêa-Filho, L.C., Maldao-Martins, M., Alves, V.D. 2019. Advances in the Application of Microcapsules as Carriers of Functional Compounds for Food Products. Applied Sciences. Vol. 9 (571), p.1-18.
[3] Delmonte, P., Barrientos, St., Rader, J.I. 2013. Modifications of AOAC Official Method 999.15 to Improve the Quantification of Vitamin K-1 in Complex Formulated Nutritional Products. Food Composition and Additives. Vol. 96 (1), p. 91-101.
[4] U.S. Food & Drug Administration (FDA). 2019. Quantitative Method Acceptability Criteria. Guidelines for the Validation of Chemical Methods for the FDA Foods and Veterinary Medicine Program. 3^rd Edition, Appendix 2, p. 23.