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Titelaufnahme

Titel
Entwicklung eines Monitoring-Systems zur Identifizierung und Quantifizierung von Antibiotika und ihrer Umwandlungsprodukte in Honig / Reinhard Michel
AutorMichel, Reinhard In der Gemeinsamen Normdatei der DNB nachschlagen
Erschienen2010
UmfangVII, 180, LV S. : graph. Darst.
HochschulschriftPaderborn, Univ., Diss., 2010
SpracheDeutsch
DokumenttypDissertation
URNurn:nbn:de:hbz:466-20100527014 Persistent Identifier (URN)
Dateien
Entwicklung eines Monitoring-Systems zur Identifizierung und Quantifizierung von Antibiotika und ihrer Umwandlungsprodukte in Honig [4.26 mb]
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Nachweis
Klassifikation

Deutsch

Dipl.-Chem.-Ing. Reinhard Michel

Entwicklung eines Monitoring-Systems zur Identifizierung und Quantifizierung von Antibiotika und ihrer Umwandlungsprodukte in Honig

Honig als naturbelassenes Produkt unterliegt strengen Qualitätsauflagen, die durch zahlreiche rechtliche Verordnungen geregelt sind. Dazu zählt unter anderem, dass Honig frei von Antibiotikarückständen sein muss. Antibiotikarückstände in Honig und allgemein in Lebensmitteln können u.a. allergische Reaktionen nach dem Verzehr auslösen. Zudem wird durch das ubiquitäre Vorliegen von Antibiotikarückständen in der Umwelt der Selektionsdruck auf pathogene resistente Bakterienstämme erhöht und dadurch die Resistenzbildung forciert. Aus humanmedizinischer Sicht und im Sinne des Verbraucherschutzes ist es also eminent wichtig, Antibiotikarückstände in Lebensmitteln bzw. Honig und Honigprodukten nachzuweisen, um diese ggf. aus dem Verkehr ziehen zu können.

Ziel dieser Arbeit war es, ein routinetaugliches Monitoringsystem zu entwickeln, dass die Mindestleistungskriterien (MRL, MRPL) für den Nachweis von Antibiotikarückständen in Honig erfüllen. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Optimierung der Probenvorbereitung und die Identifizierung und Quantifizierung der Analyte mit LC-MS Verfahren. Die Analyten gehören zu den Antibiotika-Substanzklassen der Aminoglykoside, Tetracycline, Sulfonamide, Makrolide, Fluorchinolone, Nitrofurane. Mit den Einzelwirkstoffen Trimethoprim und Chloramphenicol waren somit insgesamt 63 Substanzen in das Monitoringsystem zu integrieren. Zudem wurde durch Implementierung eines Online-SPE Moduls die manuelle Festphasenextraktion automatisiert, um bessere Reproduzierbarkeiten und eine Kostenreduktion zu erreichen.

Innerhalb einer Marktstudie (70 Honigproben) wurden mit den entwickelten Methoden keine Rückstände von Antibiotika in Honig nachgewiesen, bei der Kontrolle von Rohhonigen jedoch Sulfonamide (50 ± 2 μg/kg Sulfathiazol, 0,5 ± 0,03 μg/kg Sulfadimidin), Tetracycline (3 ± 0,3 μg/kg Demeclocyclin) und in zwei Proben Chloramphenicol. Die so gewonnenen Daten wurden außerdem chemometrisch ausgewertet, um geographische und botanische Klassifizierungen von Honigen vornehmen zu können. Die Aussagekraft des erstellten PCA (Principal Component Analysis, Hauptkomponentenanalyse)-Modells ist schon bei geringer Probenanzahl relativ genau. So konnten Sortenhonige (Akazie, Gebirgsblüte, Raps, Wald) anhand der LC-MS Analysendaten in Gruppen eingeordnet werden. Die chemometrische Auswertung der Rückstandsmessdaten kann somit – in Ergänzung zur Pollenanalyse - eine genauere Klassifizierung der Honige ermöglichen.

Im Vergleich zu den bisher veröffentlichten Methoden zur Rückstandsuntersuchung von Honig deckt das in dieser Arbeit entwickelte Monitoringsystem ein größeres Spektrum antibiotisch aktiver Stoffe ab. Insbesondere der Nachweis von Tetracyclinen inklusive Wirkstoff-Epimeren, Isomeren und weiterer Metabolite bzw. Abbau- und Umwandlungsprodukte bietet die umfangreichste Methodik im Vergleich zu literaturbekannten LC-MS-Methoden.

Die Positivbefunde an Antibiotika zeigen, dass eine Kontrolle notwendig ist, um im Sinne des Verbraucherschutzes belastete Ware aus dem Verkehr ziehen zu können. Zukünftig sollte das Monitoringprogramm ständig aktualisiert werden, um weitere, bislang noch nicht berücksichtigte (illegal eingesetzte) Antibiotika-Wirkstoffe und Metabolite mit hoher Empfindlichkeit zu detektieren. Nur so ist zu gewährleisten, dass Honig und Honigprodukte keine relevanten Eintragsquellen für antibiotisch wirksame Stoffe in die Nahrungsmittelkette darstellen und damit langfristig auch keine Risikofaktoren bei der Bildung von Antibiotikaresistenzen.

English

Dipl.-Chem.-Ing. Reinhard Michel

Development of a monitoring-system for identification and quantification of antibiotics and corresponding conversion products in honey by means of LC-MS/MS

Honey as a natural finish product has to fulfill strict criteria. Therefore national authorities in the European Union and Switzerland have passed laws regarding the quality of honey. The use of antibiotics in the apiculture against the American fire blight and other bacterial diseases can cause residues in the food-grade honey. The occurrence of antibiotic residues can lead to allergic reactions and furthermore promote antibiotic-resistances. Under these circumstances it is very important to detect veterinary residues in food stuff, in special honey and other bee products and withdraw products containing antibiotics from the market.

Aim of this work was to develop a monitoring-system to detect residues of antibiotic application in the apiculture. To determine the antibiotics in honey, liquid-liquid extraction and solid phase extraction coupled to LC-MS/MS technique was used. Beside the main antibiotics furthermore a couple of metabolite (degradation and conversion products formed in vivo and in vitro) can be detected. This work describes the method development for in total 63 antibiotic substances. The following antibiotic classes were included in the monitoring-system: aminoglycosides, tetracyclines, sulfonamides, macrolides, fluoroquinolones, nitrofuranes and the single agent’s chloramphenicol and trimethoprim. An online-SPE (solid phase extraction) was introduced in the LC-MS/MS system to get better reproducibility and to lower the cost of each analysis. The methods meet the criteria according to the EU-regulation 470/2009 in conjunction with regulation 37/2010/EU and were validated on the basis of the regulation 2002/657/EU.

Within a market survey (N=70) of honeys from regional supermarkets no antibiotic residues could be observed. However, during the routine control of raw honeys in some cases sulfonamides (50 ± 2 µg/kg sulfathiazole; 0.5 ± 0.03 µg/kg sulfadimidine), tetracyclines (3 ± 0.3 µg/kg demeclocycline) and in two samples chloramphenicol were confirmed. The collected analysis data of the routine monitoring was also implemented by using chemometric software to classify honeys regarding the botanical and geographical origin. The utilized principal component analysis (PCA) differs between honeys sorts for example acacia, honeydew, rape and mountain blossom honey. In addition to the classical pollen analysis the chemometric evaluation is a reliable tool for the classification of raw honeys.

The LC-MS/MS methods for the determination of antibiotics in honey include a broad spectrum of substances. In particular the analysis of tetracyclines provides data about the main substances and also involves degradation and conversion products. In comparison to published methods the analysis of tetracyclines in honey is the most comprehensive method. The requirement of a routine control monitoring-system is shown by positive findings of antibiotics in raw honey. To ensure the high quality of honey the developed needs to be updated by new antibiotics and/or metabolites in the future. In the long-range the lower occurrence of antibiotics in food and in this case honey leads to a reduction of risk factors for antibiotic resistances.