Dank der Unterstützung des Weihenstephaner Fördervereins für Brau-, Getränke- und Getreidetechnologie e.V. (WFBGG e.V.) konnten zentrale Komponenten der AF4-Anlage erneuert und technisch auf den neuesten Stand gebracht werden. Diese Investition erweitert die analytischen Möglichkeiten deutlich und schafft die Grundlage für aktuelle und zukünftige wissenschaftliche Arbeiten.
Was ist die AF4-Analytik?
Die Asymmetrische Fluss-Feldflussfraktionierung (AF4) ist eine schonende, größenbasierte Trennmethode für Partikeln oder Makromoleküle in Lösung. Die Probe fließt in einem dünnen Kanal parallel zu einer semipermeablen Membran. Durch einen Querstrom wird ein Teil der Flüssigkeit durch die Membran gezogen, wodurch die Partikeln zur Membran hin konzentriert werden. Die Diffusion wirkt der Konzentration entgegen: kleinere Teilchen bewegen sich stärker zurück in den Kanal, größere Teilchen bleiben näher an der Membran. Dadurch trennt AF4 Moleküle nach ihrer hydrodynamischen Größe, ohne eine feste stationäre Phase zu verwenden. Die Retentionszeit hängt von der Diffusionskonstante, der Kanalgeometrie und den Flussraten ab. In Lebensmitteln und Getränken, etwa in Bier, erlaubt AF4 die Charakterisierung von Proteinen, Polyphenol-Komplexen und Polysacchariden im nahezu unveränderten Zustand, wie sie tatsächlich in der Flüssigkeit vorkommen.
AF4-Trennprinzip nach Moreno Ravelo, R. (2024), Characterization of macromolecular substances in cereal-based beverages using AF4-MALS-DRI (mediaTUM). Die Probe wird injiziert (1), durch einen Querstrom gegen die Membran fokussiert (2), es entsteht eine diffusionsabhängige Konzentrationsverteilung (3) und eine laminar-fließende Trägerströmung trennt die Analytgrößen nach Größe, wobei kleinere Partikel zuerst eluieren (4).
An die AF4-Trennung können verschiedene Detektoren angeschlossen werden, um zusätzliche Informationen über die eluierenden Moleküle zu gewinnen. So erlaubt ein Multi-Angle Light Scattering (MALS)-Detektor die Bestimmung der absoluten molaren Masse, während ein Konzentrationsdetektor, z. B. Differential Refractive Index (DRI), die Molekülkonzentration misst. Die Kombination dieser Detektoren ermöglicht die direkte Charakterisierung von Proteinen, Polyphenol-Komplexen und Polysacchariden in Getränken und Lebensmitteln, ohne dass Referenzsubstanzen benötigt werden.
AF4 in der aktuellen Forschung: Anwendung auf Bierpolysaccharide
Karatairis, Chrysovalantis, Iain Whitehead, Christoph Neugrodda und Thomas Becker (2025): „Limitation of non-starch polysaccharides concentration as a filterability predictor in unfiltered bottom-fermented beers“, LWT – Food Science and Technology, Volume 237. Link zum Paper: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0023643825014732
In dieser Studie wurde AF4-MALS-RI-DAD genutzt, um die makromolekularen Eigenschaften (z. B. molare Masse, Polydispersität) von nicht-stärkehaltigen Polysacchariden (NSP) in ungefilterten, untergärigen Bieren zu charakterisieren und deren Einfluss auf die Filterbarkeit zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass allein die Konzentration von NSPs kein verlässlicher Prädiktor für die Filterleistung ist. Vielmehr beeinflussen hohe molare Massen, breitere Verteilungsbreiten und ein hoher Anteil großer Moleküle (>500 × 10³ g/mol) die Filterbarkeit negativ, obwohl die üblichen Qualitätskriterien (z. B. β-Glucan-Konzentration) eingehalten wurden. Die AF4-Analyse lieferte dabei tiefere Einblicke in die makromolekularen Eigenschaften der Polysaccharidfraktionen in ihrem nativen Zustand in der Biermatrix.
Sie haben Interesse an der AF4-Analytik?
Bei Fragen zur Methode oder zur Durchführung der Analysen wenden Sie sich bitte an:
Dr. Jennifer Schneiderbanger
Laborleitung: Lehrstuhl für Brau- und Getränketechnologie, Technische Universität München
Kontakt: jennifer.schneiderbanger(at)tum.de
Telefon: +49 (0)8161 – 71-3267
Fabian Lauck
