Analyse von Nahrungsergänzungsmitteln: Turbidimetrische Titration von Chondroitinsulfat

Chondroitinsulfat ist ein Nahrungsergänzungsmittel und wird als Natriumsalz in Form von Kapseln oder Tabletten angeboten. In der Alternativmedizin wird die Einnahme von Chondroitinsulfat zur Behandlung degenerativer Gelenkerkrankungen wie Osteoarthritis empfohlen. Nach Angaben der US-Normungsorganisation USP (United States Pharmacopeia) wird der Gehalt an Natriumchondroitinsulfat in Nahrungsergänzungsmitteln durch turbidimetrische Titration mit einer DP5-Phototrode™ bestimmt.

(industrietreff) - Was sind Nahrungsergänzungsmittel?
Nahrungsergänzungsmittel dienen üblicherweise zur Ergänzung der täglichen Nahrung. Sie erhöhen die Aufnahme von Stoffen wie Vitaminen, Mineralien, Aminosäuren und Metaboliten. Im Allgemeinen werden sie in Form von Kapseln, Brausetabletten oder Sirup verabreicht. Bekannte Beispiele für Nahrungsergänzungen sind Multivitamine und Mineralstoffe.

Heute stehen viele Produkte in den Regalen, deren Zusammensetzung nicht auf einen einzigen Wirkstoff begrenzt ist. Vielmehr enthalten sie Vitamine, Mineralstoffe, andere Nährstoffe, botanische Ergänzungen sowie Inhaltsstoffe und Extrakte tierischen und pflanzlichen Ursprungs [1]. Diese Nahrungsergänzungen nutzen viele Menschen, um den allgemeinen Gesundheitszustand zu verbessern. Vielfach werden sie aber auch bei der Behandlung bestimmter Krankheiten verabreicht, da man sich in einigen Fällen eine heilende Wirkung erhofft. In letzter Zeit führten ein erhöhter Bedarf sowie der gelungene Nachweis einer heilenden Wirkung bei einigen Patienten zu einer höheren Produktion. Dies geht mit der wachsenden Notwendigkeit einer präzisen Qualitätskontrolle in den Produktionsanlagen einher: Schnelle, robuste und akkurate Analysetechniken sind nötig, um eine effiziente Kontrolle in der Produktion zu erreichen.

Die Nahrungsergänzung Chondroitinsulfat (CS) ist als Natriumsalz in Form von Kapseln oder Tabletten in Drogerien, Lebensmittelgeschäften und Apotheken erhältlich. Zwar bezweifelt die Medizin noch die Wirkung dieses Salzes, doch nutzen Verbraucher es zur Behandlung von Schmerzen, die bei Osteoarthritis auftreten. Tatsächlich wurde in medizinischen Studien belegt, dass Chondroitinsulfat bei der Behandlung dieser Krankheit hilfreich ist. Außerdem wurde berichtet, dass Patienten mit Rücken- und Nackenschmerzen den Einsatz dieser Nahrungsergänzung als Alternativbehandlung zur Schulmedizin [1] in Betracht zogen.

Warum Chondroitinsulfat als Nahrungsergänzungsmittel?

Chondroitinsulfat ist ein Bestandteil von Knorpelmasse, d. h. des Gewebes auf den Knochenenden, das die Knochen unter anderem gegen mechanische Reibung schützt und Stöße auffängt. Insbesondere schmieren Knorpelproteine die Gelenke und verhindern Schäden bei Bewegungen. Für die Verbesserung der Eigenschaften zur Stoßdämpfung und Schmierung werden Polysaccharide an Knorpelproteine gebunden, wobei jedes Polysaccharid aus mehreren Hundert Zuckermolekülen besteht. Chondroitinsulfat, ein komplexes Polysaccharid, besitzt die Eigenschaft, Gewebe aufzubauen, Wasser und Nährstoffe zu speichern und anderen Molekülen die Bewegung durch die Knorpelmasse zu ermöglichen. Dies ist eine wichtige Funktion, da im Knorpel kein Blut zum Austausch von Metaboliten fließt.

Die Zellen produzieren kontinuierlich Knorpelproteine, um verbrauchte Knorpelmasse zu ersetzen. In dem Maße, wie die Knorpelmasse degeneriert, sinkt die Schmierfunktion.

Folglich sind die Knochen nicht länger geschützt und können aneinander reiben. Dies kann akuten Schmerz verursachen – ein Symptom für Osteoarthritis, der graduellen Degeneration von Knorpelmasse. Bisher ist die genaue Ursache für diese Krankheit unbekannt, und die Schulmedizin verfügt noch nicht über eine wirkungsvolle Behandlung, um den degenerativen Prozess zu stoppen. Zur üblichen Behandlung gehört die Schmerzlinderung. Leider ist diese Therapie in manchen Fällen nicht ganz erfolgreich, zudem können unerwünschte Nebenwirkungen auftreten.

Bei degenerativen Gelenkerkrankungen, wie beispielsweise Osteoarthritis, geht die Knorpelzersetzung mit einem Verlust an Chondroitin einher. Studien zeigen, dass Chondroitin die Knochenheilung unterstützen kann. Versuche haben vor allem demonstriert, dass Chondroitinsulfat Gelenkschmerzen lindert und das Fortschreiten der Osteoarthritis möglicherweise verlangsamt. Daher scheint die Verabreichung von Chondroitinsulfat als Nahrungsergänzung zur Alternativbehandlung von Patienten, die an dieser Krankheit leiden, durchaus sinnvoll. Tatsächlich kommt Chondroitinsulfat in der Nahrung nicht in nennenswerten Mengen vor. Hauptquelle ist die tierische Knorpelmasse (z. B. die Luftröhre von Kühen). Die Behandlung basiert auf zwei Theorien: Einerseits bildet Chondroitinsulfat den Rohstoff für die Bildung von Gelenkknorpel. Andererseits verhindert Chondroitinsulfat möglicherweise die Aktivität von Enzymen, die die Knorpelmasse zersetzen.

Analyse von Chondroitinsulfat
Chondroitinsulfat zählt zur Kategorie chemischer Verbindungen, die als Glycosaminoglycane bekannt sind – einer speziellen Form langkettiger Polysaccharide (oder Zucker). In erster Linie setzt sich Chondroitinsulfat aus zwei sich ständig wiederholenden Einheiten zusammen: Glucuronsäure und N-Acetylgalactosamin. In Nahrungsergänzungen liegt Chondroitinsulfat als Natriumsalz vor. Das Rohmaterial für die Herstellung von Natriumchondroitinsulfat stammt aus den Knorpeln gesunder Tiere aus der Viehzucht wie etwa Kühe, Schweine und Geflügel. Reines Natriumchondroitinsulfat hat einen Reinheitsgrad zwischen 90 % und 105 % bezogen auf die Trockensubstanz [2].

Laut US-Pharmacopea wird der Gehalt an Chondroitinsulfat durch turbidimetrische Titration bei 420, 550 oder 660 nm mit Cetylpyridiniumchlorid (Hexadecylpyridiniumchlorid, CPC, C21H38ClN) als Titrationsmittel [2] bestimmt. Die Zugabe von CPC zur Probenlösung führt zur Bildung eines Ionenpaarkomplexes mit Chondroitinsulfat. Dieses Produkt fällt in der Lösung aus und erhöht die Trübung, die mit den Phototroden™ DP5, DP550 oder DP660 durch Eintauchen in die Probenlösung überwacht wird.

Die Phototrode™ ist ein fotometrischer Sensor, der die Überwachung von Trübung und Farbwechseln in einer Probenlösung ermöglicht. Gemessen wird die Abnahme der Transmission des durch die Probe geführten Lichtstrahls, als Folge der Absorption und Lichtstreuung bei der Titration. Ein Konkavspiegel am Boden der Messzelle reflektiert den gedämpften Lichtstrahl zu einem Detektor zurück.

Die exakte Stöchiometrie, d. h. das Verhältnis zwischen den Produkten und den Edukten der Fällungsreaktion zwischen Chondroitinsulfat und dem Titrationsmittel CPC, ist unbekannt. Daher wird vor der Probenanalyse zunächst eine Kalibriertitration mit einer Standardlösung bekannter Chondroitinsulfatkonzentration (mg/ml) durchgeführt. Vom Titrationsmittelverbrauch bis zum Äquivalenzpunkt errechnet sich ein Faktor F in mg/ml. Dieser liefert die Menge an Chondroitinsulfat in Milligramm, die einem Milliliter der CPC-Lösung entspricht. Danach wird dieser Faktor zur Bestimmung der in der Probe vorhandenen Chondroitinsulfatmenge verwendet.

Als Beispiel wurde die Konzentration in 400-mg-Chrondroitinsulfatkapseln durch CPC-Titration nach der beschriebenen Vorgehensweise bestimmt. Um Inhomogenitäten einzelner Kapseln auszugleichen, diente der Inhalt von fünf Kapseln als Probe. Nach sorgfältigem Mischen des Pulvers wurde eine ausreichende Probenmenge verwendet, um etwa 100 mg Chondroitinsulfat in einem 100-ml-Messkolben zu erhalten. Nach Zugabe des 7,2-pH-Puffers und Wasser wurde die Löslichkeit der Probe im Ultraschallbad gesteigert, da das Pulver aufgrund von Füllstoffen wie etwa Kalziumkarbonat und anderer Additive nicht komplett löslich ist. Anschließend wurde der Kolben bis zur Markierung mit Wasser gefüllt, gemischt und zentrifugiert, bevor nach dem Dekantieren 5 ml sorgfältig entnommen und mit CPC titriert wurden.

Die Ergebnisse liegen als Wiederfindungsrate in % vor. Sie ergeben sich aus Messungen bei verschiedenen Wellenlängen, d. h. bei 555 nm und 650 nm mit der Phototrode™ von METTLER TOLEDO, und der Trübung bei 420 nm. Das Titrieren einer Standardlösung aus reinem Natriumchondroitinsulfat diente als weiterer Test des Systems (Bioiberica, zertifizierter Wert: 101 %). Die Wiederfindungsrate zeigt bei allen drei Wellenlängen im Wesentlichen das gleiche Bild, da die Abweichung innerhalb der Messunsicherheit (Genauigkeit) liegt. Auch die Wiederholbarkeit (Präzision), angegeben als relative Standardabweichung in %, zeigt sinnvolle Werte, die zwischen 1 und 0,4 % variieren.

Zusammenfassung
Der Gehalt von Natriumchondroitinsulfat in Nahrungsergänzungsmitteln lässt sich durch Fällungstitration mit CPC (Ausfällung von CS) und durch Überwachung der Trübungszunahme bei der Titration bestimmen. Die DP5-Phototrode™ bietet die Möglichkeit, die Analyse zu automatisieren. Bei einer großen Anzahl von Proben kann die Analyse mit dem Probenwechsler Rondo 60 in Verbindung mit dem Titrator automatisch erfolgen.

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Datum: 12.11.2009 - 12:20 Uhr
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