Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Izotopska
sestava lahkih
elementov v
hrani
Sonja Lojen, Nives Oginc,
Stojan Žigon, Polona
Vreča
Pristnost hrane- ustreza specifikacijam glede porekla (geografskega,
botaničnega….), načina pridelave (ekološko,
integrirano, konvencionalno….) in predelave
(recepture, dodatki, načini procesiranja….)
Zaščitena označba porekla (ZOP)
→ morata pridelava in predelava potekati na
definiranem geografskem območju, katerega ime
nosi proizvod;
→ na lastnosti takega kmetijskega pridelka ali živila
bistveno vpliva geografsko okolje, ki vključuje naravne
in človeške dejavnike kot so podnebje, kakovost tal,
lokalno znanje in izkušnje (npr. kraška burja, gorski
pašniki ipd.).
Zaščitena geografska označba (ZGO)
→ mora biti pridelan ali predelan na definiranem geografskem
območju, katerega ime nosi. Surovine npr. lahko izvirajo iz
drugega območja, → med proizvodom in geografskim območjem mora obstajati
povezava. Kmetijski pridelek ali živilo mora imeti posebno
kakovost, sloves in druge značilnosti, ki izvirajo iz
določenega geografskega območja.
Zajamčena tradicionalna posebnost (ZTP)
→ proizveden iz tradicionalnih surovin ali
→ je zanj značilna tradicionalna sestava, ali
→ je zanj značilen tradicionalen način pridelave oziroma
predelave oziroma receptur.
Z označbo zajamčene tradicionalne posebnosti se predvsem zaščiti receptura ali način proizvodnje. Kmetijske proizvode
zajamčene tradicionalne posebnosti lahko proizvajajo vsi, ki se
držijo predpisane recepture, postopka in oblike. Proizvodnja ni geografsko omejena.
Ekološko pridelana živila
Pravilnik o ekološki pridelavi in predelavi kmetijskih pridelkov
oziroma živil, Uradni list 8/2014 (3.2.2014)
→ prepoved rabe GSO
→ stroge omejitve rabe farmacevtskih in fitofarmacevtskih
pripravkov
→ omejitve uporabe dodatkov in pomožnih tehnoloških sredstev
→ stroge omejtive rabe sintentičnih gnojil
Kje si lahko pomagamo s
stabilnimi izotopi?
Stabilni izotopi so pomembno, a ne edino orodje za
določanje pristnosti in porekla živil. Ponavadi jih
uporabljamo skupaj z drugimi parametri – govorimo o
izotopskem in elementnem (kemijskem) odtisu živil
– izotopska sestava več bioaktivnih elementov (C, N, O,
S, H) – geografsko, botanično poreklo
– „netradicionalni izotopi“ (npr. Sr – geografsko poreklo)
– elementna sestava (glavni elementi, elementi v
sledovih, esencialni elementi….) – geografsko poreklo
– vsebnost, sestava biokemičnih komponent, npr.
sladkorjev, proteinov, lipidov….in izotopska sestava
posameznih elementov v njih
Kje nam pomagajo izotopi?
Potvorbe: je snov/spojina naravna sestavina hrane ali
je bila dodana?
Naravno ali sintetično?
Arome, barvila…..
Skladno z deklaracijo?
Ekološka/konvencionalna pridelava, sveže iztisnjen sok
ali koncentrat….
Geografsko poreklo
Vina, siri, mesni izdelki, olja, začimbe…..
Katere informacije dobimo s pomočjo
stabilnih izotopov?
Izotop Proces frakcionacije Informacija
2H/1H18O/16O
Izparevanje, kondenzacija,
precipitacija
Geografsko
področje
13C/12C Asimilacija, fotosinteza,
metabolizem
Vir, pristnost
15N/14N Nitrifikacija/denitrifikacija,
biomagnifikacija,
gnojenje….
Kmetijska
praksa, izvor
hrane/krme,
poreklo
34S/32S Biogeni/abiogeni procesi Geografsko
področje, okolje
87Sr/86Sr Geokemijske province in
procesi
Geografsko
področje
geografija ↔ biologija?
Stabilni izotopi lahkih elementov
• interakcije organizem - okolje
• vpliv hidrološko – klimatskih dejavnikov
• tla
• metabolizem
Genetski dejavniki
• prilagoditve
• pogoji pridelave/vzreje
Elementna sestava
• sestava tal/geološka podlaga
Stabilni izotopi težkih elementov
• sestava tal/geološka podlaga
Pristopi za določanje pristnosti
Metoda internega standarda – primer:
proteini v medu
„cut-off“ metoda – primerjava z bazo
podatkov pristnih proizvodov – primer:
sadni sokovi
Trikotnik potvorb – primer sadnih sokov
Ogrinc et al., JAFC, 2009
90 95 100 105 110
-30
-25
-20
-15
-10
11
13 34
12
6 7 1
Authentic orange and grapefruit samples
Orange and grapefuit juices from the market
REF ZoneBR Zone
BC Zone
RC ZoneBCR Zone
(D/H)I cut-off point
13
C cut-off point
Cane
Beet
1
3C
[‰
]
(D/H)I [ppm]
Izotopska sestava nekaterih znanih mineralnih vod (po Ehrelinger et al.)
Izotopska sestava italijanskih ustekleničenih vod (Raco et al., 2013)
Ogljik: območja δ13C vrednosti v naravi
http://www.cefns.nau.edu/geology/
Ogljik: botanično poreklo
C3: najstarejši tip fotosinteze, prevladuje pri rastlinah v
zmernem podnebju, predstavlja 95 % rastlinske
biomase (90 % rastlinskih vrst); značilna je velika
izotopska frakcionacija, te rastline so obogatene z 12C
35 ‰ < δ13CVPDB < -21‰
poprečje -27 ‰
sladkorna pesa, pšenica,
solata, krompir, cvetača,
jabolka….
CO2 + H2O C6H12O6 + O2 + H2O
12C se preferenčno vgrajuje v biološka tkiva
C4 (Hatch-Slack): bolj učinkovit od C3 na vročih
sušnih območjih oziroma kjer je količina hranil (N,
CO2) omejena; za fiksacijo C porabijo 1/3 količine
vode v primerjavi s C3 rastlinami; značilna za 3 %
znanih rastlinskih vrst
-16 ‰ < δ13CVPDVB < -9‰
poprečje -13 ‰
sladkorni trs, koruza, proso
CAM (Crassulacean acid metabolism): adaptacija na
puščavsko okolje; listne reže so ponoči odprte in
asimilirajo CO2, čez dan so zaprte, da preprečijo
izgubo vode. Fiksacija C je podobna kot pri C4 ciklu.
Obstajajo tudi rastline, ki lahko kombinirajo C3 in
CAM fotosintezo; 7% vrst rastlin ima ta tip fotosinteze
-34 ‰ < δ13CVPDB<-10 ‰
agave, kaktusi, orhideje
(vanilija!), nekatere
buče, ananas…
Morska trava-10‰
C3 rastline
-27 ‰ C4 rastline
-13 ‰CAM rastline
-10 to -34‰
atmosferski CO2
(ruralni)
-7.8 ‰
makroalge
-15‰Fitoplankton -22‰
zooplankton -20‰
vretenčarji -17‰
Ogljik in njegovi izotopi v terestričnih ekosistemih
DIC -0‰
DOC -23‰
Premog ~ -25‰
Zem. plin ~ -45‰Nafta ~ -30‰
Fosilni C
atmosferski CO2
(urbani)
-7.8 to -12 ‰
antropogeni
CO2 -26‰
tlaorganska
snov
talni CO2
Pedogeni
karbonat
Podzemna voda
DIC -30 to +37 ‰
CaCO3 0‰
-27‰ -13‰ ?
-22‰ -8‰ ?
-12‰ -2‰ ?
Brenčič & Vreča, Journal of Geochemical Exploration 107 (2010) 391–399
Izotopska sestava raztopljenega anorganskega ogljika v ustekleničenih
vodah na slovenskem tržišču; določevanje izvora CO2
Vis
ok
e v
red
no
sti –
na
ravn
i C
O2
M. Brenčič, P. Vreča / Food Chemistry 101 (2007) 1516–1525
Primer: pristnost slovenskega medu
Dolgotrajna in razmeroma draga pridelava –
pogoste potvorbe
Najpogostejše potvorbe: DODAJANJE VODE IN
SLADKORJA – v obliki saharoze ali fruktozno-
saharoznega sirupa
Dovoljeni dodatki: do 5 % sladkorja (izjemoma 10%
pri medu akacije)
DETEKCIJA IZVORA SLADKORJA ZAHTEVA METODE
IZOTOPSKE ANALIZE OGLJIKA V SLADKORJU IN
PROTEINIH IN PO MOŽNOSTI V POSAMEZNIH
SLADKORJIH - ZANESLJIVE PRI DODATKIH < 7%
Kropf et al., J Agric Food Chem. 22;58(24):12794-803, 2010
271 vzorcev slovenskega medu
akacija, cvetlični, lipa, kostanj,
gozdni, hojev, smrekov
nekaj potvorjenih
Kropf et al., J Agric Food Chem. 22;58(24):12794-803, 2010
-28 -26 -24 -22 -20 -18
-2
0
2
4 r = 0,95
1
3C
ho
n -
1
3C
pro
t [‰
V-P
DB
]
13
C honey [‰ V-PDB]-27.5
-23.5
-21.5
-17.5
13C
Internal
standard
Authentic
Adulterated
Uporaba proteinov v medu kot internega
standarda za oceno pristnosti
napovedna vrednost 95%
Kropf et al., J Agric Food Chem. 22;58(24):12794-803, 2010
Klasifikacija slovenskega medu glede na botanični tip in
geografsko poreklo na osnovi δ13C celokupnega medu,
δ13C in δ15N proteionv
Klasifikacija slovenskega medu glede na botanični tip in
geografsko poreklo na osnovi izotopske in elementne
sestave in fizikalno kemijskih parametrov 122 vzorcev
(akacija, lipa, kostanj) – skupaj izmerjenih parametrov: 23
Kropf et al., Food Chem. 121, 839-846, 2010
regija akacija lipa kostanj
Alpska 100 100 94,1
Dinarska 100 100 100
Panonska 96,7 / 87,5
Mediteranska / 100 /
skupaj 98,2 100 94,6
% pravilno klasificiranih vrst medu
Kropf et al., Food
Chem. 121, 839-846,
2010
Rezultati linearne
diskriminantne analize
(122 vzorcev, 23
parametrov)
Slovenski jabolčni sok (idared, zlati delišes, topaz 2011,
2012) K. Bizjak Bat et al. / Food Chemistry 203 (2016) 86–94
regija Alpska Dinar
ska
Mediateran
ska
Panonska submediteran
ska
%
pravilnih
Alpska 13 1 0 0 0 92,9
Dinarska 1 9 0 1 1 75,0
Meditera
nska
0 0 10 0 0 100,0
Panonska 1 2 0 13 0 81,3
submedit
eranska
2 0 1 0 7 70,0
sorta Zlati delišes Idared Topaz % pravilnih
Zlati delišes 16 5 3 66,7
Idared 2 19 1 86,4
Topaz 4 0 12 75,0
Skupaj napovedna vrednost: 83,9 %
Skupaj napovedna vrednost: 75,8 %
K. Bizjak Bat et al. / Food Chemistry 203 (2016) 86–94
Valenzuela et al., PloS ONE
7(3), e34234, 2012
Zhao et al., J Sci Food Agric 2016; 96: 3950–3955
S.W. Erasmus et al. / Food Chemistry 192 (2016) 997–1005
po
Mc
Cu
tch
an
et
al.,
2003
Po
Be
n-D
av
id &
Fla
he
rty
, J M
am
ma
l(2
012)
93 (
2):
312
-328
Zhao et al., J Sci Food Agric 2016; 96: 3950–3955
S.W. Erasmus et al. / Food Chemistry 192 (2016) 997–1005
Dušik in njegovi izotopi v naravi
http://w
eb.s
ahra
.arizona.e
du/p
rogra
ms/isoto
pes/n
itro
gen.h
tml
K. Knoeller
Izotopska frakcionacija dušika med
denitrifikacijo
0 20 40 60 80 100 12020
30
40
50
60
70
80
90
negnojeno
distrični fluvisol
evtrična rjava tla
Koncentracija NO3
- (mg/l)
0 20 40 60 80 100 120
40
50
60
70
80
90
100
110 mineralno gnojilo
0 20 40 60 80 100 12020
30
40
50
60
70
80
90
Čas (dni)
hlevski gnoj
0 20 40 60 80 100 120
10
20
30
40
50
60
70
komunalna gošča
0 20 40 60 80 100 120
0
5
10
15
20
25
30
negnojeno
distrični fluvisol
evtrična rjava tla
15N -NO3 (‰ )
0 20 40 60 80 100 120-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16 mineralno gnojilo
0 20 40 60 80 100 1200
4
8
12
16
20
24
28
32
36
Čas (dni)
hlevski gnoj
0 20 40 60 80 100 1200
4
8
12
16
20
24
28
32
komunalna gošča
Ek
olo
ška
li in
ten
ziv
na
pri
de
lav
a?
Sintetična gnojila: -5,9 ‰ < δ15N < +5,8 ‰Šturm et al., Isot. Envir. Health Stud. 47, 214-220, 2011
Naravna gnojila: -2,0 ‰ < δ15N < +30,0 ‰
ruk
ola
pe
terš
ilj
en
div
ija
rad
ič P
alla
rosa
rad
ič š
tru
ca
r
po
r
če
en
če
bu
la
cv
eta
ča
ko
ren
kro
mp
ir
pa
rdiž
nik
pa
prik
a
rum
en
a k
ole
rab
a
Šturm et al. 2011
Vzorci zelenjave s slovenskega trga 2010
Kombinirano gnojenje: primer solate (L. sativa)Šturm et al. J Sci Food Agric 2011; 91: 262–267
Prikrivanje uporabe sintetičnega gnojila z organskim
dognojevanjem: eksperimentalna ocena iz lončnega
poskusa
Založno gnojenje:
40 mg N/kg;
Obročno gnojenje:
20+20 mg N/kg (30 DAT)
δ15N vrednost organskega gnojila: +14.8 ‰ (Valentin)
δ15N vrednost sintetičnega gnojila: +5.9 ‰ (Ca nitrat)
δ15N vrednost talne raztopine: +6,4 ‰
NO3-
δ15N
δ18Ovelik razpon vrednosti(-10 do +80 ‰)
značilno območje vrednosti za
atmosferski dušik in sintetična gnojila
Vir: USGS
C = sintetično gnojilo (nitrati); OA, OB = naravna gnojila
H. Laursen et al. / Food Chemistry 141 (2013) 2812–2820
kro
mp
ir
kro
mp
ir
C = sintetično gnojilo (nitrati); OA, OB = naravna gnojilaH. Laursen et al. / Food Chemistry 141 (2013) 2812–2820
(celokupni dušik)
Žve
plo
: g
eo
gra
fsk
o p
ore
klo
• Velik razpon δ34S v tleh, rastlinskih in živalskih tkivih
• Rastline žveplo asimilirajo v obliki sulfata in ga
reducirajo, a ga ne izločajo, zato je izotopska
sestava S praviloma podobna tisti v tleh
• Pomemben vir žvepla v tleh je atmosferska
depozicija zlasti v območjih blizu morja („sea
spray“) in v kontaminiranih območjih
• Izotopska sestava S v sulfatu je odvisna od
njegovega vira (morski, sežig fosilnih goriv,
predelava rud)
Elementna in izotopska sestava slovenskega mleka (2014, 2015)
Ogrinc, Potočnik in sodelavci – v delu
Br, Cl in δ18O – najpomembnejši parametri za
ločitev mediteranske regije od ostalih
Mn, δ15N v kazeinu in Sr – najpomembnejši
parametri za ločitev panonske regije od ostalih
Se in δ34S v kazeinu – najpomembnejša
parametra za ločitev dinarske regije od ostalih
Najboljša separacija je bila dosežena poleti 2014
z napovedno vrednostjo 100%
Povzetek: Kaj nam povedo izotopi lahkih
elementovi?H, O• geografski izvor vode• geografski izvor proteinov (npr. meso, semena…)
• geografski izvor C-hidratov (npr. med, moka)
• geografski izvor maščob (npr. olja, voski)
• pristnost pijač (voda, vino, sokovi)
S• oddaljenost od morja
• viri žvepla za rastline (gnojilo)
• viri prehrane živali
N• vir dušika za rastline (gnojilo)
• viri hrane živali (prehranjevalna veriga)
C• viri (rastlinske) prehrane (C3 vs. C4)
• potvorbe pijač, medu…
Namesto sklepa
Stabilni izotopi lahkih elementov: najpomembnejše, a ne vsemogočno orodje za določevanje porekla hrane
V kombinaciji z elementno sestavo (glavni, stranski in elementi v sledovih), biokemično sestavo (sladkorji, pigmenti….) in fizikalno-kemijskim parametri se napovedna vrednost pri klasifikaciji po regijah, vrstah ali viru lahko zelo izboljša