Jenseits von Richtigkeit und Präzision: Was Lebensmittel- und Futtermittellabore heute wirklich brauchen

Lebensmittel- und Futtermittellabore arbeiten heute in einem zunehmend anspruchsvollen Umfeld. Die Probenmengen nehmen zu, die gesetzlichen Anforderungen werden strenger, und das Laborpersonal muss häufig mehrere Analysengeräte gleichzeitig bedienen. In diesem Umfeld muss ein Gerät mehr leisten als nur genaue Ergebnisse zu liefern – es muss sich in die Arbeitsabläufe einfügen und von Personen bedient werden können, die möglicherweise nicht über jahrelange gerätespezifische Erfahrung verfügen.

Die Stickstoff- und Proteinanalyse gehört zu den kommerziell wichtigsten Routinemessungen in Lebensmittel-, Futtermittel- und Agrarbetrieben. Gerade hier zeigt sich besonders deutlich, wie groß die Lücke zwischen älteren Gerätekonzepten und den tatsächlichen Anforderungen moderner Labore geworden ist. Diese Überlegungen waren ausschlaggebend für die Entwicklung der Stickstoff- und Proteinanalysatoren der exceed PLUS Serie, die auf der Verbrennungsmethode nach Dumas basieren.

Stickstoff und Protein sind aus praktischen wie regulatorischen Gründen zentrale Kenngrößen in zahlreichen Branchen. In der Landwirtschaft liefern Stickstoffmessungen wichtige Informationen zur Bodenfruchtbarkeit und ermöglichen so ein präziseres Nährstoffmanagement sowie eine gezielte Ertragsoptimierung. In der Lebensmittel- und Futtermittelproduktion ist der aus der Stickstoffmessung abgeleitete Proteingehalt ein zentraler Nährwert mit direkten Auswirkungen auf Kennzeichnungspflichten, Produktqualität und – etwa in der Molkereibranche – auf die kommerzielle Preisgestaltung entlang der gesamten Lieferkette.

Angesichts wachsender globaler Ernährungssicherheitsfragen und zunehmend strengerer regulatorischer Vorgaben in immer mehr Regionen wird die Bedeutung einer präzisen und effizienten Stickstoff- und Proteinanalyse weiter zunehmen. Sie ist fester Bestandteil der Qualitätssicherung auf jeder Stufe: bei der Wareneingangskontrolle, in der Rezepturentwicklung, in der Produktionskontrolle, bei der Warenausgangskontrolle und bei der Kennzeichnung.

Die Kjeldahl-Methode galt lange als Standard für die Stickstoffbestimmung in einer Vielzahl von Probenmatrizes. Doch mit dem wachsenden Bedarf an kürzeren Durchlaufzeiten, höherem Probendurchsatz und mehr Laborsicherheit stellen viele Einrichtungen ihre bisherigen Arbeitsabläufe auf den Prüfstand. Während die Kjeldahl-Methode gefährliche Reagenzien, eine Abzugshaube und Analysenzeiten von etwa 90 Minuten erfordert - und zwar sowohl für eine komplette Charge als auch für eine einzelne Probe - funktioniert die Dumas-Methode grundlegend anders.

Bei der Stickstoff- und Proteinbestimmung nach Dumas wird eine Probe in einen Hochtemperaturofen eingebracht und in einer sauerstoffreichen Umgebung verbrannt, wobei der organisch gebundene Stickstoff in Stickoxide umgewandelt wird. Diese werden zu molekularem Stickstoff (N₂) reduziert, während Schwefel, Chlor und überschüssiger Sauerstoff entfernt und Wasser gebunden werden. Der entstehende Gasstrom wird von einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor gemessen und zur Bestimmung des Stickstoffgehalts ausgewertet. Ein typischer Durchlauf dauert etwa vier bis sechs Minuten pro Probe.

Es kommen keine gefährlichen Reagenzien zum Einsatz, es fällt kein flüssiger Abfall mit besonderem Entsorgungsbedarf an, und es ist keine ständige Überwachung durch das Bedienpersonal erforderlich. Der automatische Probengeber kann einfach mit einer Charge beschickt werden und die Analyse läuft. Die Methode ist nicht nur schneller, sie ermöglicht auch einen stärker automatisierten, wartungsärmeren Arbeitsablauf mit deutlich weniger routinemäßigem Bedienereingriff. Hinzu kommt, dass die Dumas-Verbrennungsmethode einen deutlich geringeren Ressourcenverbrauch aufweist als das nasschemische Kjeldahl-Verfahren.

Genauigkeit und Präzision in der Stickstoff- und Proteinanalyse sind längst etabliert und stehen außer Frage. Sie sind eine Grundvoraussetzung und wurden sowohl für die Kjeldahl- als auch für die Dumas-Methode in zahlreichen Ringversuchen und Studien validiert. So ergab beispielsweise eine aktuelle Studie der französischen Milchwirtschaftsorganisation CNIEL, die Analysenergebnisse von rund 350 Milchproben verglich, eine hohe Übereinstimmung zwischen der Dumas- und der Kjeldahl-Methode über alle untersuchten Milchprodukte hinweg.

Wenn wir heute mit Laboren sprechen, geht es um andere Fragen: Wie lässt sich der Durchsatz aufrechterhalten, wenn erfahrenes Personal das Unternehmen verlässt und neue Mitarbeitende eingearbeitet werden müssen? Wie kann die Bedienung für weniger erfahrenes Personal vereinfacht werden, ohne die Ergebnisqualität zu beeinträchtigen? Wie lassen sich Gefahrstoffe aus den Arbeitsabläufen entfernen? Und wie bleiben die Gesamtbetriebskosten langfristig im Rahmen?

Genau diese Fragen haben die Entwicklung der Dumas-basierten exceed PLUS Analysatoren geprägt. Über die klassischen Vorteile der Dumas-Methode hinaus wurden die Geräte robust und intuitiv bedienbar gestaltet – als Systeme, mit denen Anwender unterschiedlichster Erfahrungsstufen zuverlässige Ergebnisse erzielen können, für eine gleichbleibend hohe Leistung über ein breites Spektrum an Nutzern und Laborumgebungen hinweg. In der Praxis wird der Probendurchsatz weniger durch die reine Analysenzeit bestimmt als durch zwei andere Faktoren: wie viele Probenpositionen tatsächlich für reale Proben zur Verfügung stehen statt für Kalibrierungs- oder Run-In Proben – und wie viel Bedienerzeit für Wartungsarbeiten gebunden ist.

Um die Produktivität weiter zu steigern, wurde der Bedienaufwand bei den exceed PLUS Analysatoren deutlich reduziert, was zu höherem Probendurchsatz führt. Da die Kalibrierung langfristig stabil und matrixunabhängig ist, können Labore unterschiedlichste Probenmatrizes direkt nacheinander in derselben Sequenz messen, ohne für jeden Matrixtyp neu kalibrieren zu müssen. In der Praxis bedeutet das: weniger Probengeber-Positionen werden durch Kalibrierstandards und Referenzproben belegt, mehr Positionen stehen für tatsächliche Proben zur Verfügung – und damit mehr echte Messungen pro Durchlauf.

Der zweite Hebel ist die Wartung. Anders als die Messung, die nach dem Beschicken einer Charge unbeaufsichtigt laufen kann, erfordern Wartungs- und tägliche Run-In Routinen die physische Anwesenheit des Bedieners am Gerät. Genau deshalb kommt es hier so sehr auf Geschwindigkeit und Einfachheit an: Jede Minute, die für einen komplexen Start- oder Wartungsvorgang aufgewendet wird, ist eine Minute, die dem Laborpersonal anderswo fehlt. Labore, die exceed PLUS Analysatoren einsetzen, profitieren von bis zu 60 % weniger Wartungseingriffen im Vergleich zur Vorgängergeneration, kombiniert mit einer schnellen, unkomplizierten täglichen Run-In Routine – wodurch genau die Art von Ausfallzeit reduziert wird, die den Durchsatz eines Geräts sonst begrenzt.

Gleichzeitig wurden die Kosten pro Probe deutlich gesenkt, was Laboren hilft, ihre Betriebskosten zu senken, ohne Abstriche bei der analytischen Leistung machen zu müssen. Diese Einsparungen ergeben sich aus mehreren Faktoren, darunter einen geringeren Verbrauch an Verbrauchsmaterial und längere Wartungsintervalle. Darüber hinaus verschafft der Einsatz von Argon oder CO₂ als kostengünstige Trägergasalternativen zu Helium den Laboren eine größere Unabhängigkeit von den schwankenden Heliummärkten und schützt sie vor steigenden Kosten.

Die wichtigsten Einsatzbereiche der exceed PLUS Serie sind jene, in denen eine zuverlässige, hochdurchsatzfähige Proteinanalyse sowohl betrieblich kritisch als auch kommerziell sensibel ist: Milchprodukte, Getreide, Tierfutter, alternative Proteine, Inhaltsstoffe sowie die breitere Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und die Qualitätssicherung in diesen Branchen hängen von konsistenten, rückverfolgbaren Stickstoffbestimmungen in jeder Phase der Produktionskette ab.

Die Analysengeräte eignen sich zudem hervorragend für die Analyse von Stärke, wo der Nachweis sehr geringer Stickstoffkonzentrationen analytisch anspruchsvoll ist, sowie für die chemische Industrie, einschließlich der Bereiche Polymere, Kunststoffe und Kautschuk, in denen der Stickstoffgehalt ein wichtiger Qualitätsparameter ist.

Die exceed PLUS Serie ist außerdem die richtige Wahl für Labore, die ihre Abläufe nicht länger von Heliumknappheit und Preisschwankungen abhängig machen wollen: Der rapid MAX N exceed PLUS bietet die Option, mit Argon als alternativem Trägergas zu arbeiten, während der rapid N exceed® PLUS mit CO₂ betrieben wird. So können Labore in all diesen Branchen ihren analytischen Durchsatz von einer Lieferkette entkoppeln, die sie nicht selbst kontrollieren.

Zwei Entwicklungen werden die Stickstoff- und Proteinanalyse in den nächsten Jahren weiterhin prägen. Die erste betrifft den Fachkräftemangel: Qualifiziertes Personal ist schwerer zu finden und zu halten als früher, und Labore benötigen zunehmend Geräte, die zuverlässige Ergebnisse liefern – unabhängig davon, wer gerade Schicht hat, und nicht nur in den Händen der bestausgebildeten Fachkraft. Das treibt die Entwicklung hin zu intelligenteren, stärker vernetzten und leichter zu bedienenden Systemen voran, bei denen Hardware und Software eng integriert sind und der Betrieb nur minimale Eingriffe durch Fachpersonal erfordert. Eine über verschiedene Matrizes hinweg stabile Kalibrierung und Wartungsroutinen, die Minuten statt Stunden dauern, sind dabei keine kleinen Annehmlichkeiten, sondern entscheiden darüber, wie viele Proben ein Labor tatsächlich pro Tag verarbeiten kann – unabhängig davon, wie schnell eine einzelne Messung abläuft. So bleibt dem Laborpersonal mehr Zeit für die Dateninterpretation statt für die Gerätepflege. Die zweite Entwicklung betrifft Helium: Da das Angebot weiterhin knapp und die Preise volatil bleiben, wird die Wahl des Trägergases zunehmend vom Randthema zu einem echten Beschaffungskriterium.

Die exceed PLUS Serie ist ein bedeutender Schritt in diese Richtung. Sie zwingt Labore nicht dazu, sich zwischen Leistung und Bedienbarkeit, zwischen Durchsatz und Sicherheit oder zwischen analytischer Kapazität und Nachhaltigkeit zu entscheiden. In einem Bereich, in dem die Anforderungen an analytische Labore stetig wachsen, macht ein solches Gerätekonzept den entscheidenden Unterschied.