Die Bedeutung der Stickstoffanalyse

Lebens- und Futtermittel enthalten verschiedenste Bestandteile. Einer der wichtigsten ist das Protein, da es im Wesentlichen den Preis eines Produktes bestimmt. Da nahezu alle Lebensmittel unserer Nahrungspyramide mehr oder weniger Protein enthalten, werden auch nahezu alle Produkte auf ihren Proteinanteil untersucht und später im Verkauf mit entsprechenden Etiketten (siehe Abbildung 1) gekennzeichnet. Theoretisch hat man einen Gesamtbedarf an Nahrung für einen Erwachsenen von ca. 2000 Kcal ermittelt, den jedes Individuum mit Produkten aus der Nahrungspyramide decken sollte - von den Produkten unten in der Abbildung viele, von denen oben entsprechend weniger.

Abbildung 1: Nahrungspyramide (l.) und Nährwertinformationen bei Milchpulver (r.).

Der Blick auf das Etikett eines jeden Lebensmittels zeigt die Angaben zu den sogenannten Nährwertinformationen - heutzutage festgeschrieben in Europäischen Gesetzen mit einer Kennzeichnungspflicht für alle Hersteller. Die Angaben zu Eiweiß/Protein, Kohlenhydrate/Zucker, Fett, Ballaststoffen und Natrium sind hier Pflichtangaben. Alle weiteren sind freiwillig. Das Beispiel in Abbildung 1 zeigt die Nährwertinformationen eines Milchpulvers zur Kleinkindernährung.

Abhängig vom Alter hat man einen Tagesbedarf an Protein, Fett, Ballast- und Mineralstoffen ermittelt :

Tabelle 1: Empfohlene Nährwerte für Erwachsene und Kinder.

Quelle: EURODIET (2001) Nutrition & Diet for Healthy Lifestyle in Europe. Core Report, IGD GDA Technical Working Group.

Analysiert man beispielsweise Getreide auf seine Hauptbestandteile, so ergeben sich für 100 g Produkt für die prominentesten Inhaltsstoffe annäherungsweise die folgenden Werte :

Tabelle 2: Inhaltsstoffe verschiedener Getreidearten

Quelle: Wikipedia.

Für den Marktpreis ist aber der Proteingehalt maßgeblich verantwortlich. Auf welcher Basis lässt sich dieser nun quantitativ ermitteln?

Dazu muss zunächst die Frage beantwortet werden, wie der Stickstoff in das Lebensmittel bzw. Futtermittel hineinkommt, was beispielhaft am Stickstoffkreislauf in der Natur erklärt werden kann (s. Abbildung 2, unten). Dieser zeigt, wie aus Bodenstickstoff, Luftstickstoff sowie Sonnenlicht organischer Stickstoff in Biomasse erzeugt wird. Über Nutztiere und Mensch schließt sich der Kreislauf dann wieder über Abwasser und Kläranlagen. Der Stickstoff wird also vielfach in natürlichen Organismen umgewandelt und in hochkomplexe Biomoleküle eingebaut, was eine Bestimmung verkompliziert.

Abbildung 2: Der Stickstoffkreislauf in der Natur: Zunächst reagiert anorganischer und organischer Bodenstickstoff unter Zufuhr von Wasser und Licht zu Pflanzenprotein. Tierische und pflanzliche Proteine kommen in die menschliche Nahrungskette, wobei sich der Kreislauf über die Analyse von nun wieder anorganischem Stickstoff in Abwasser und Düngemitteln schließt.

Diese zunächst einfachen Abläufe bringen mit den Proteinen hochkomplexe Makromoleküle hervor, die aus mehreren Aminosäureketten bestehen. Die Grundstruktur entsteht zunächst durch die einfache Aneinanderkettung von Aminosäuren über die sogenannte Peptidbindung zwischen der Säurefunktion und der Aminogruppe der einzelnen Bausteine. Hieraus ergeben sich Kettensequenzen von Aminosäuren (Primärstruktur), die sich dann zu den komplexeren dreidimensionalen Strukturen zusammenlagern, indem z.B. intermolekulare Wasserstoff-brückbindungen zu den bekannten b-Faltblatt oder a-Helixstrukturen (DNA) führen. Aufgrund von 20 verfügbaren Aminosäuren ergeben sich rein statistisch bereits nahezu unendlich viele Kombinationsmöglichkeiten.

Der interessante Zusammenhang zwischen Biomolekül und Stickstoffanalyse ist nun die Tatsache, dass der Stickstoff in Lebensmitteln und Futtermitteln lediglich in diesen Aminosäureketten der Proteine eingebaut ist. Daher lässt eine Bestimmung des Stickstoffs einen quantitativen Rückschluss auf die enthaltene Proteinmenge zu, wenn in der Aminosäurekette nur eine eingeschränkte Zahl der insgesamt 20 verfügbaren Aminosäuren vorhanden sind. Durch den sogenannten Proteinfaktor ist eine Umrechnung von Stickstoff- in Proteingehalt möglich. Internationale Konventionen haben diese Proteinfaktoren festgelegt und vereinheitlicht (siehe Tabelle 3).

Proteingehalt [%] = Stickstoffgehalt [%] * Proteinfaktor

Tabelle 3: Proteinfaktoren für verschiedene Lebensmittelgruppen

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Die Aufschlussmethode besteht also aus einer Stickstoffbestimmung, während die Proteingehalte daraus rechnerisch ermittelt werden.