Die Bestimmung von Koffein in alkoholfreien Getränken
Der globale Getränkemarkt erlebt eine beispiellose Expansionsphase, die weitgehend durch die wachsende Nachfrage nach funktionalen Getränken und hoch energetischen Produkten angetrieben wird. In diesem Szenario dominieren zwei Hauptkategorien: Erfrischungsgetränke (Softdrinks), bei denen es sich in der Regel um alkoholfreie Getränke auf Wasserbasis (oft mit zugesetzter Kohlensäure), Süßungsmitteln und Aromen handelt, sowie Energydrinks, eine spezielle Klasse von funktionalen Getränken, die speziell formuliert wurden, um die körperliche und kognitive Leistungsfähigkeit zu stimulieren.
In beiden Getränkekategorien bleibt eine der interessantesten Zutaten Koffein (1,3,7-Trimethylxanthin). Aus chemischer Sicht wirkt dieses Alkaloid als Stimulans des zentralen Nervensystems, das in der Lage ist, die Wahrnehmung von Müdigkeit zu verringern und die geistige Klarheit zu verbessern. Angesichts seiner Beschaffenheit ist der Koffeingehalt streng reguliert, um einen sicheren Konsum zu gewährleisten: Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) hat präzise kritische Schwellenwerte festgelegt und ein maximales Sicherheitslimit von 400 mg/Tag für einen gesunden Erwachsenen bestimmt. Aus diesen Gründen ist eine hochpräzise analytische Überwachung unerlässlich, um die Einhaltung der Vorschriften zu gewährleisten, die Lebensmittelsicherheit zu garantieren und die korrekte Kennzeichnung des Endprodukts vor der Markteinführung zu zertifizieren.
Analyse direkt an der Produktionslinie
Die quantitative Bestimmung von Koffein in Softdrinks und Energydrinks wird traditionell mittels direkter UV-Vis-Spektrophotometrie durchgeführt – stark eingeschränkt durch die Interferenz von Farbstoffen, organischen Säuren und phenolischen Verbindungen – oder mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), die als Goldstandard gilt. Die HPLC ist jedoch mit erheblichem Arbeitsaufwand verbunden: Sie erfordert eine extreme Mikrofiltration, eine rigorose Entgasung für den Betrieb unter hohem Druck (3500–3800 psi), die Verwendung gefährlicher Lösungsmittel (Methanol und Essigsäure) sowie hochspezialisiertes Personal, wobei die Analysezeiten 20 Minuten pro Probe überschreiten.
Um diese betrieblichen Einschränkungen zu überwinden, bietet das CDR DrinkLab®-System ein At-Line-Analyseverfahren, das auf gebrauchsfertigen Reagenzien und fotometrischer Analyse basiert. Die Probenvorbereitung reduziert sich auf eine schnelle Entgasung, wodurch toxische Lösungsmittel vollständig eliminiert und Interferenzen für eine noch zuverlässigere Messung reduziert werden. Das System kann bis zu 16 Proben gleichzeitig in nur wenigen Minuten analysieren und ermöglicht es auch Mitarbeitern in der Produktion, die Qualitätskontrolle direkt an der Linie durchzuführen.
Matrix-Validierungsstudie
Um die analytische Leistung des CDR DrinkLab®-Systems bei der Koffeinquantifizierung zu validieren, wurde eine Korrelationsstudie durchgeführt, bei der die Ergebnisse mit der offiziellen HPLC-Referenzmethode verglichen wurden. Das Hauptziel bestand darin, die Zuverlässigkeit und Robustheit des Instruments durch die Analyse einer sehr heterogenen Auswahl an Getränken zu testen, die ausgewählt wurden, um die Reaktion des Systems in Gegenwart besonders anspruchsvoller Matrixvariablen wie hohem Säuregehalt, intensiver Pigmentierung, Trübung und der Interferenz von Pflanzenextrakten oder Nährstoffzusätzen zu bewerten.
Die Auswertung untersuchte zehn verschiedene Matrizen, von einer koffeinfreien Probe bis hin zu komplexen Formulierungen wie mit Stickstoff versetztem Kaffee, Energydrinks mit pflanzlichen Koffeinquellen (Matcha, Yerba Mate), anthocyanreichen Säften und mit Aminosäuren angereicherten funktionalen Getränken.
Alle beschriebenen Proben wurden parallel analysiert, um den Koffeingehalt zu quantifizieren. Tabelle 2 veranschaulicht den direkten Vergleich und die Korrelation zwischen den mit dem CDR DrinkLab®-System erhaltenen und den mittels HPLC gemessenen Werten.
Wie die in der Tabelle dargestellten Daten zeigen, ist die lineare Korrelation zwischen der CDR DrinkLab®-Methode und der HPLC über den gesamten Messbereich (bis zu Konzentrationen von über 500 mg/L) ausgezeichnet. Das System bestätigt die absolute Spezifität, was durch das Ausbleiben falsch-positiver Ergebnisse in der Kontrollprobe (0 mg/L) sowie durch das Fehlen relevanter Matrixinterferenzen hervorgeht. Selbst in Gegenwart komplexer Störfaktoren – wie dunkler Pigmente, hoher Trübung oder phenolischer Verbindungen aus pflanzlichen Rohstoffen wie Matcha und Yerba Mate – stimmen die mit dem CDR DrinkLab® ermittelten Werte sehr gut mit den chromatographisch bestimmten Referenzwerten überein. Diese Ergebnisse bestätigen die Eignung des Systems als zuverlässige, genaue und schnelle Alternative für die At-Line-Qualitätskontrolle.
Eine integrierte analytische Plattform
Das CDR DrinkLab®-System bietet eine schnelle, genaue und sichere Alternative zur herkömmlichen HPLC für die Koffeinanalyse. Die hohe Korrelation mit der Referenzmethode (R2 = 0,9747) sowie das Fehlen relevanter Matrixinterferenzen bestätigen seine Eignung für die At-Line-Prozesskontrolle und die unmittelbare Chargenfreigabe.
Über die schnelle Bestimmung von Koffein hinaus liegt der eigentliche Mehrwert der Plattform in ihrer multiparametrischen Vielseitigkeit. Unter Beibehaltung derselben Arbeitsweise und ohne Änderung der Instrumentierung ermöglicht das System, die At-Line-Kontrolle auf weitere kritische Parameter im Bereich der Erfrischungs- und Energydrinks auszuweiten. Dazu gehören die Bestimmung von Alkohol, die für die Verifizierung von Angaben bei Produkten im Low-&-No-Alcohol-Segment unverzichtbar ist, die Analyse von Zuckern, die sowohl für die Charakterisierung des sensorischen Profils als auch für die Einhaltung von Vorschriften im Zusammenhang mit der Zuckersteuer von Bedeutung ist, sowie die Bestimmung der Gesamtsäure und der Phosphorsäure. Letztere sind wichtige Parameter für die mikrobiologische Stabilität, die Haltbarkeit und die analytische Charakterisierung von Colagetränken und funktionellen Getränken.
Zusammenfassend präsentiert sich CDR DrinkLab® als integrierte analytische Plattform für Produktionsbetriebe mit unterschiedlichen Getränkekategorien. Damit überträgt das System auf den Bereich alkoholfreier Getränke dieselbe betriebliche Effizienz und methodische Zuverlässigkeit, die mit dem CDR BeerLab®-System in der Brauindustrie bereits umfassend etabliert ist.
Quellenangaben
- Čižmárová, B., Kraus, V., Jr., & Birková, A. (2025). Caffeinated Beverages - Unveiling Their Impact on Human Health. Beverages, 11(1), 18. MDPI.Pradeep, S., Rameshaiah, G. N., Hadagali, A., & Chandraprasad, M. (2015). Caffeine Extraction and Characterization. International Journal of Current Research and Review (IJCRR), 7(9), 16–19.
- European Food Safety Authority (EFSA). (2015). Scientific Opinion on the safety of caffeine. EFSA Journal, 13(5), 4102.
- Fatima, R., & Madhavi, A. (2026). Validation and Determination of Caffeine Content in Energy Drinks by using HPLC Method. Sultan-Ul-Uloom College of Pharmacy (SlideShare).
- Brandes, H., & Cramer, H. Caffeinated Energy Drink Analysis by HPLC. Reporter US, Vol. 28.4, MilliporeSigma.
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