Probarea originalităţii unui produs din punct de vedere al provenienţei geografice şi biologice (vegetale sau animale) este un subiect extrem de important în contextul siguranței alimentare, a calităţii alimentelor și protecției consumatorilor, în conformitate cu legislația națională și standardele și orientările internaționale.
Pe o piață concurențială, în care consumatorii conştientizează impactul pe care alimentele sau anumiţi constituenţi ai produselor alimentare le pot avea asupra sănătății lor, posibilitatea de a verifica / confirma autenticitatea şi calitatea materiilor prime ce stau la baza produselor reprezintă o reală provocare. Inovarea ştiinţifică şi evoluţia tehnologică sunt cele care oferă astăzi soluţii practice pentru identificarea fraudei şi a falsificării unui produs, inclusiv în cazuri deosebit de sofisticate.
Izotopii stabili reprezintă unul din cei mai sensibili și fiabili markeri de origine, constituind baza unei serii de metode oficiale sau standarde internaţionale pentru testarea autenticităţii produselor alimentare. Esenţa acestor metode este măsurarea conţinutului în izotopi stabili (2H, 13C, 18O, 15N, etc) a produsului sau a unei componente specifice (ex. ingredient sau moleculă-țintă) a acestuia.
Izotopii stabili – markeri de origine
În natură, materia organică şi anorganică reprezintă un amestec de doi sau mai mulţi izotopi (stabili şi instabili), măsurarea abundenţei naturale a acestora fiind utilizată cu succes în cercetările de geochimie, de mediu sau siguranţă alimentară. În materia organică, principalele bio-elemente (H, C, N, O, S) prezintă izotopi stabili diferiţi (D, H; 13C, 12C; 15N, 14N; 18O, 17O, 16O; 36S, 34S, 33S, 32S).
Diferenţele dintre proprietăţile fizice şi chimice ale compuşilor izotopici (compuşi chimici constând din molecule ce conţin diferiţi izotopi ai aceluiaşi element) sunt determinate de diferenţa de masă între nucleele atomilor, lucru ce poate fi pus în evidenţă utilizând măsurătorile prin spectrometrie de masă pentru determinarea rapoartelor izotopice ale elementelor (ex. 2H/1H, 13C/12C, 15N/14N, 18O/16O, 34S/32S şi 87Sr/86Sr).
Separarea parţială a izotopilor uşori de izotopii grei în cursul proceselor fizice şi în timpul reacţiilor chimice este cunoscută ca separare/fracţionare izotopică, adică fenomenul de schimbare a raportului izotopic al aceluiaşi element. Această schimbare se poate produce prin tranziţia compusului de la o stare de agregare la alta (ex. trecerea apei din fază lichidă în fază de vapori) sau într-un alt compus chimic (ex. dioxidul de carbon în carbon organic) sau se poate manifesta prin diferenţa între compoziţiile izotopice a doi compuşi aflati în echilibru chimic (ex. bicarbonat dizolvat şi dioxid de carbon) sau echilibru fizic (ex. apă în stare lichidă şi vaporii de apă).
Studiile de autentificare a alimentelor cu ajutorul metodelor spectrometrice ce implică determinarea izotopilor stabili ca markeri de origine prezintă o importanţă deosebită atât pe plan naţional cât şi internaţional datorită posibilităţii de a furniza rezultate obiective în protejarea alimentelor (ex. caracterizarea originii materiei prime utilizate, protejarea denumirii de origine, asigurarea specificităţii tradiţionale şi protejarea indicaţiei geografice).
Conţinutul izotopic şi distribuţia în moleculele plantelor şi animalelor este influenţată de condiţiile climatice, arealul geografic (altitudine, latitudine, distanţa faţă de ocean/mare), practicile agricole – distribuţia izotopilor în nutrienţii absorbiţi şi căile metabolice care implică moleculele – astfel că izotopii pot fi utilizaţi pentru a urmări originea unui compus dat, în comparaţie cu o moleculă chimică identică care provine dintr-o altă sursă.
În materiile organice vegetale raportul izotopilor nu este constant, el fiind influenţat de fracţionarea izotopică ce are loc de-a lungul căilor biosintetice şi de conţinutul izotopic originar al moleculelor folosite de plantă pentru fotosinteză.
Aplicaţii ale izotopilor stabili la ICSI Rm. Vâlcea
Autentificarea unui produs alimentar poate acoperi diverse aspecte, de la certificarea corectitudinii etichetării şi declaraţiei de provenienţă, până la identificarea falsificării sau denaturării cu ingrediente mai ieftine.
Produsele alimentare sunt compuse din patru elemente principale: carbon, hidrogen, oxigen și azot, care sunt prezente în mod natural în mai multe forme izotopice, distribuţie influenţată de fenomenele naturale şi de activităţile sau procesele umane. Fenomenul de separare izotopică poate fi măsurat utilizând, în principal, două tehnici analitice, ambele implementate cu succes în cadrul Institutului Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice şi Izotopice – ICSI Rm. Vâlcea pentru expertizarea unor produse alimentare precum vinul, oţetul, distilatele, sucurile de fructe, mierea, uleiurile vegetale, etc. şi acreditate, începând cu anul 2008, în conformitate cu cerinţele organismelor de acreditare şi certificare şi cu standardele internaţionale pentru laboratoarele de încercări/testare.
Deoarece proprietăţile izotopice ale produselor obţinute din plante sunt influenţate de factori de mediu precum temperatura, precipitaţiile, latitudinea, altitudinea, distanţa faţă de mare, sol etc., pentru a verifica trasabilitatea produselor de pe piaţă se pot realiza hărţi izotopice cu probe de referinţă. În mod similar, în cazul produselor de origine animală, privit din punct de vedere isotopic, este valabilă expresia „eşti ceea ce mănânci”, astfel că în baza informaţiilor privind originea declarată (date legate de apa potabilă din zona de provenienţă, furaje, nutrienţi) ele pot fi verificate în acelaşi mod.
Vinul, mustul, distilatele și alte produse pe baza de vin
Metodele izotopice permit confirmarea originii şi autenticităţii alcoolului. Astfel, în cazul produselor vitivinicole, prin analiza izotopilor stabili se poate determina: originea botanică a alcoolului; adiţia de zaharuri înainte şi după fermentare (specific vinurilor dulci); adiţia de apă; originea geografică; anul de producţie. În cazul distilatelor, se poate identifica materia primă din care provine alcoolul.
Spectrometria de masă pentru rapoarte izotopice (IRMS) măsoară rapoartele globale ale izotopilor stabili, precum 13C/12C, furnizând indicatori suplimentari de autenticitate, care să permită decelarea dintre cele două grupe de plante C3 (din care fac parte strugurele, sfecla de zahăr) şi C4 (din care fac parte trestia de zahăr, porumbul).
Pentru identificarea adaosul de zaharuri provenite din plante ale grupei C3 (ex. sfecla de zahar), altele decât strugurele, este esenţială utilizarea complementară a tehnicii SNIF-RMN pentru determinarea rapoartelor izotopice deuteriu/hidrogen (D/H) din anumite grupări specifice ale moleculei de etanol.
Adiţia de apă este determinată cu ajutorul analizei raportului izotopic al oxigenului prin IRMS. Pentru a valida originea geografică a unui vin, trebuie utilizate rapoartele izotopice ale elementelor oxigen, hidrogen și carbon. Pentru interpretare, rezultatele analizelor sunt comparate cu datele izotopice ale referinţelor aflate în baza de date a ICSI Rm. Vâlcea.
Mierea
Autenticitatea mierii este evaluată pe baza analizelor izotopice, putând fi detectate o serie de practici neconforme legate de: declaraţia de origine; tipul de miere; adaosul de sirop de zahăr sau fructe.
Chiar dacă analiza melisopalinologică determină sortimentul floral din care provine mierea, singura metodă care poate confirma falsificarea (detectarea şi cuantificarea adaosului de zaharuri originare din grupa plantelor C4) unei probe de miere este analiza izotopică a carbonului, atât din zaharurile cât şi din proteina mierii.
În cazul mierii autentice, zaharurile şi proteina din miere ar trebui să fie originare din aceiaşi materie primă. Independent de hrana albinelor (ex. flori de salcâm, tei, rapiţă, polifloră), relaţia dintre rapoartele izotopice ale carbonului din zaharurile şi poteina extrasă din miere este constantă.
Fructe, sucuri de fructe, produse pe bază de fructe
Raportul izotopilor stabili ai bio-elementelor carbon, hidrogen şi oxigen în fructe, legume, sucuri de fructe, precum şi produse care au la bază aceste ingrediente, reprezintă un instrument important atât în determinarea originii fructelor şi legumelor cât şi pentru evaluarea conformităţii şi autenticităţii produselor procesate (ex. gem de fructe, sucuri fără adaos de zahăr).
Analiza multi-izotopică a carbonului, azotului şi oxigenului, şi uneori a stronţiului, poate valida originea geografică / regională declarată a unui produs alimentar. Analiza rapoartelor izotopice ale carbonului şi deuteriului permit identificarea în sucurile de fructe a adaosurilor de zahăr din plante C4 (ex. trestie de zahăr) sau zahăr din plante C3 (ex. sfeclă de zahăr). Totodată, prin analiza izotopilor stabili ai oxigenului şi hidrogenului, se poate identifica adaosul de apă din sucurile naturale.
Diverse alte aplicaţii ale izotopilor stabili au fost dezvoltate în cadrul ICSI Rm Valcea, pe diverse alte matrici alimentare precum oţetul, uleiurile vegetale, veninul de albine, cerealele sau pigmenţii vegetali. Cercetările în domeniul evaluării şi certificării calităţii şi autenticităţii produselor alimentare pe baza utilizării izotopilor stabili ca markeri de origine, în special al produselor bio sunt într-un continuu progres.
