Zastosowanie analizy instrumentalnej w badaniach autentyczności i zafałszowań żywności

Obiedziński M.W., Bartnikowska E.

Dział Monitoringu Żywności i Ochrony Środowiska

Instytutu Przemysłu Mięsnego i Tłuszczowego

Warszawa, ul. Rakowiecka 36

Rozwojowi cywilizacji towarzyszył postęp technologiczny, a temu z kolei rozwój sposobów fałszowania i podrabiania żywności oraz napojów. Prawie 2000 lat temu w Indiach znano zarówno sposoby fałszowania produktów z ziarna roślin zbożowych i olejów jadalnych, jak i sposoby ich wykrywania. W prawie rzymskim opisano sposoby fałszowania oliwy z oliwek oraz wina. W kolejnych stuleciach opisano sposoby wykrywania oraz przeciwdziałania fałszowaniu autentyczności przypraw. Rozwój cywilizacyjny sprzyjał zatem z jednej strony doskonaleniu sposobów podrabiania i fałszowania, tj. obniżania jakości produktów a z drugiej sposobom ich wykrywania oraz zapobiegania tego typu praktykom. Wykrywanie zafałszowań i podrabiania żywności i napojów wymaga stosowania różnorodnych metod analitycznych, od prostych i szybkich testów do bardzo skomplikowanych, tak aby zapewnić możliwie najwyższą wiarygodność wyników badań.

Celem niniejszego przeglądu jest przedstawienie zagadnień związanych z potwierdzeniem autentyczności, bądź zafałszowania żywności, napojów i dodatków, np. przypraw oraz technikami analitycznymi stosowanymi w tym zakresie.

Krótka charakterystyka prawa żywnościowego UE

Podstawowym obowiązkiem producentów i dystrybutorów artykułów rolno-spożywczych na świecie jest zagwarantowanie, że żywność oferowana do sprzedaży i konsumpcji jest bezpieczna (zabezpiecza wysoki poziom ochrony zdrowia) oraz odpowiedniej jakości. Ten podstawowy kanon jest nadrzędnym celem prawa żywnościowego Unii Europejskiej. Ponadto prawo żywnościowe Unii Europejskiej dokładnie precyzuje: odpowiedzialność wszystkich osób włączonych w cykl produkcji, przetwórstwa i obrotu żywnością, metody zapewniające, aby żywność dostępna na rynku była bezpieczna pod względem zdrowotnym i odpowiedniej jakości, np. ocena i analiza ryzyka, HACCP, jak również w jaki sposób powinny być efektywnie chronione ekonomiczne interesy konsumenta, w tym zasady kontroli urzędowej oraz publicznej i zapewnia spójność ustawodawstwa w tym zakresie wszystkich krajów – członków UE.

Produkcja żywności, jej przetwórstwo i obrót regulowane są w Unii wieloma dyrektywami i regulacjami. Wzajemne relacje między dyrektywami ramowymi (horyzontalnymi) i szczegółowymi (pionowymi) przestawiono schematycznie na ryc. 1.

W dorobku legislacyjnym UE dotyczącym żywności można wyróżnić trzy grupy uregulowań:

Pierwsza grupa – dotyczy zagadnień bezpieczeństwa i jakości rozumianych bardzo szeroko, w tym także autentyczności i zapobieganiu fałszowania i podrabiania artykułów spożywczych. Regulacje prawne tej grupy dotyczą problematyki higieny żywności, dodatków, rozpuszczalników, materiałów będących w kontakcie z żywnością, kontaminantów, “novel foods” i systemu urzędowej kontroli żywności. Większość tych regulacji ma charakter horyzontalny, ale wśród nich są również dyrektywy szczegółowe (pionowe) dotyczące głównie higieny produkcji żywności pochodzenia zwierzęcego.

Druga grupa – obejmuje informacje podstawowe dla konsumenta, w tym deklarację ilościową składników i “novel foods”.

Trzecia grupa - dotyczy wymagań jakościowych, wspólnych dla produkcji rolniczej. Przykładami uregulowań tej grupy mogą być szczegółowe (pionowe) dyrektywy dotyczące miodu, cukru, czekolady, mleka i jego przetworów, żywności dietetycznej, żywności produkowanej regionalnie, znaków i nazw pochodzenia terytorialnego lub znaków chronionych.

W uregulowaniach prawnych każdej grupy inne jest podejście do zagadnień autentyczności produktów oraz ochrony interesów ekonomicznych konsumenta. Celowe fałszowanie lub podrabianie jest nadużyciem interesów ekonomicznych konsumenta; może prowadzić do narażenia zdrowia konsumenta, jak również do nadużyć zaufania do producenta i marki.

Zagadnienia dotyczące autentyczności żywności

W Polsce konsument często jest narażony na zakup i spożycie zafałszowanych artykułów rolno-spożywczych. Aspekty dbałości o bezpieczeństwo ekonomiczne konsumenta oraz jakość produktów będą w niedalekiej przyszłości zyskiwały coraz bardziej na znaczeniu. Wskazują na to ostatnie dyrektywy UE dotyczące ochrony praw konsumenckich. Są one w sposób pośredni adresowane do urzędowych służb kontroli. Wyniki badań laboratoriów referencyjnych i odwoławczych tych służb będą rozstrzygały o zasadności skarg i uczciwości producenta.

Podrabianie lub fałszowanie żywności polega na:

a)      dodaniu pośledniejszego lub mniej odżywczego składnika,

b)     usunięciu bardziej wartościowych składników lub ich częściowym zastąpieniu przez mniej wartościowe,

c)      celowym nieusunięciu mniej wartościowych składników z surowców w czasie przetwarzania żywności.

Celowe podrabianie lub fałszowanie produktu rolno-spożywczego jest oszustwem w stosunku do konsumenta, może również zagrażać zdrowiu konsumenta, np. dodanie glikolu etylowego do wina; podważać zaufanie do producenta lub marki produktu.

Konsekwencje związane z podrabianiem lub fałszowaniem żywności opisane są nie tylko w określonych regulacjach prawnych Unii Europejskiej, ale także w regulacjach nieobowiązkowych, ustanowionych przez stowarzyszenia producentów, np. AFCASOLE (Association of Soluble Coffee Manufacturers of the EU), Stowarzyszenie Producentów Kawy Rozpuszczalnej, czy AIJN (Association of the Industry of Juices and Nectars from Fruits and Vegetables), Stowarzyszenie Producentów Soków i Nektarów z Owoców i Warzyw.

Podstawowym sposobem wykrywania zafałszowań i podrabiania jest porównywanie charakterystyk produktów określonego pochodzenia z podejrzanymi. Postęp techniczny sprzyja postępowi w fałszowaniu i podrabianiu, a przeciwdziałanie tym ostatnim wymaga stosowania coraz bardziej wysublimowanych technik analitycznych. Obecnie już nie wystarcza analiza wagowa oraz analiza podstawowych cech fizycznych produktu. W tabeli 1 przedstawiono przykładowe rodzaje zafałszowań i stosowane techniki ich wykrywania.

Tabela 1

Przeciwdziałanie tego typu karygodnym praktykom ma ogromne znaczenie nie tylko z punktu widzenia jakości i bezpieczeństwa produktów, ale również ekonomiczne. Sukces można osiągnąć jedynie dysponując odpowiednio wykształconym systemem urzędowej kontroli żywności, dysponującym zapleczem laboratoryjnym z właściwym wyposażeniem technicznym oraz wysoko wyszkolonym personelem.

Zastosowanie technik instrumentalnych w badaniach zafałszowań żywności.

Analizy instrumentalne stanowią obecnie bardzo ważne uzupełnienie badania cech fizycznych i składu podstawowego produktów spożywczych i są niezbędne dla zapewnienia wysokiej wiarygodności wyników badań zafałszowań i podrabiania żywności i napojów. W tego typu badaniach największe zastosowanie znalazły techniki chromatograficzne oraz elektroforetyczne.

Chromatograficzne i elektroforetyczne techniki rozdziału i izolacji badanych związków sprzężone ze spektrometrią masową są standardem w badaniach przypraw, dodatków zapachowych, dodatków do żywności, wykrywaniu skażeń chemicznych żywności. Dla przykładu techniką wysokorozdzielczej chromatografii gazowej (WRGC) można posłużyć się dla stwierdzenia autentyczności naturalnych zapachów lub mieszanek zapachowych, zaś poprzez analizę cukrów prostych techniką WRGC i nielotnych wielocukrów techniką chromatografii cieczowej można wykryć zafałszowania soków owocowych syropami cukrowymi (np. cukrem inwertowanym z buraka cukrowego). Chromatografia cieczowa wykorzystywana jest dla rozdziału i scharakteryzowania barwników antocyjanowych występujących w poszczególnych rodzajach owoców jagodowych; może być więc zastosowana do wykrywania podrabiania lub fałszowania soków lub przetworów owocowych (dżemy, powidła itp.). Wspomnianymi technikami można odróżnić podrabianie napojów alkoholowych pochodzenia biologicznego alkoholem chemicznym, jak również podrabianie markowych napojów. Technika chiralnej chromatografii gazowej i cieczowej pozwala na rozdzielanie enancjomerów poszczególnych związków, co umożliwia określenie pochodzenia (naturalne, czy syntetyczne) aromatów lub związków aktywnych biologicznie zastosowanych w produkcji żywności.

W badaniach nad pochodzeniem produktów ważną rolę odgrywają techniki elektroforetyczne, ostatnio najbardziej rozwijająca się elektroforeza kapilarna. Poprzez analizę składu białek tymi technikami można identyfikować pochodzenie gatunkowe mięsa, mleka, odmian pszenicy, jęczmienia.

Znacznie bardziej skomplikowane badania oparte o chemometryczne rozpoznawanie wzorca (pattern recognition techniques) stanowią cenne uzupełnienie omówionych wcześniej badań metodami chromatograficznymi i elektroforetycznymi. Analizy widma w podczerwieni uzyskane dla produktów o różnym składzie podstawowym cukrów, białek, wody, substancji mineralnych itp. pozwalają na rozróżnienie poszczególnych odmian owoców, a nawet produktów otrzymanych z tańszych owoców, czy też zawierających dodatek cukrów lub syropów. Podobne zastosowanie mogą znaleźć analizy widma w zakresie światła widzialnego oraz nadfioletowego. Z kolei badania z użyciem spektroskopii rezonansu magnetycznego pozwalają rozróżnić pochodzenie tłuszczu zawartego w produkcie. Coraz większego znaczenia nabierają techniki oparte o biologię molekularną, w szczególności metody immunoenzymatyczne. Znajdują one zastosowanie w szczególności do wykrywania żywności i jej składników modyfikowanych genetycznie.

Metody badania udziału poszczególnych izotopów w cząsteczkach znajdują szczególne zastosowanie w stwierdzaniu miejsca uprawy produktów pochodzenia roślinnego. Izotopy wodoru (1H, 2H: deuterium, 3H: tritium), węgla (12C, 13C, 14C), i tlenu (16O, 18O) są pobierane ze środowiska uprawy przez rośliny i stanowią jak gdyby swoisty “odcisk” miejsca ich rozwoju. Dlatego są bardzo dobrymi markerami dla stwierdzenia pochodzenia produktu. Metoda pomiaru scyntylacji węgla 14C jest z powodzeniem stosowania do badania wieku wina i innych produktów. Inna metoda spektrometrii masowej oparta o badania wzajemnej proporcji izotopów 13C/12C w cząsteczce pozwala na zidentyfikować dodatek tańszych cukrów, trzcinowego lub kukurydzy, do produktów owocowych, lub miodów.

Sprzężone techniki chromatograficzne (chromatografii cieczowej i gazowej) znalazły zastosowanie w badaniach autentyczności olejów roślinnych, a w szczególności oliwy z oliwek, których ochrona jakości, w tym autentyczności jest przedmiotem prawodawstwa UE.

Wybrane przykłady metod stosowanych do badania autentyczności produktów spożywczych.

Badania chromatograficzne składu cukrów do oceny autentyczności produktu znalazły zastosowanie w ocenie miodów, syropów cukrowych, soków i napojów owocowych, grzybów, mleka UHT, naturalnych gum, kawy rozpuszczalnej. Zazwyczaj najprostszym sposobem fałszowania jest dodanie tańszych cukrów, lub środków słodzących, symulujących składniki występujące naturalnie. W wykrywaniu zafałszowań tego typu najczęściej wykorzystuje się techniki chromatograficzne: chromatografię gazową i cieczową. W przypadku mleka analiza zawartości laktozy pozwala identyfikować zastosowany sposób termicznego utrwalania mleka.

Zafałszowania mięsa i produktów mięsnych polegają zazwyczaj na zastosowaniu mniej cennych surowców, o obniżonej jakości. Tradycyjne techniki mikroskopowe stosowane w tego typu badaniach są obecnie zastępowane testami imunnoenzymatycznymi, ELISA, metodami chromatograficznymi badania składu tłuszczów oraz białek, jak również badaniami stosowanych dodatków żywności, w tym autentyczności stosowanych substancji aromatyzujących, przypraw itp.. Badania te są wspomagane analizą składników mineralnych technikami spektralnymi i innymi w zależności od rodzaju i możliwości zafałszowań.

Techniki chromatograficzne są stosowane w szczególności do badań autentyczności tłuszczów poprzez badania składu puli kwasów tłuszczowych, triacylogliceroli, steroli, witamin etc. Badania te umożliwiają np. odróżnienie dziewiczej oliwy z oliwek od oliwy przetwarzanej przy zastosowaniu procesów termicznych (rafinacji), domieszek olejów tańszych do olejów roślinnych, lub tłuszczów zwierzęcych, odróżnienie olejów roślinnych „organicznych” od przetwarzanych metodami tradycyjnymi. Do identyfikacji miejsca pochodzenia tłuszczów wykorzystywane są spektrometryczne techniki pomiarów izotopów.

Przedstawiając powyższe rozważania należy podkreślić, że chociaż udział żywności o jakości obniżonej z powodu rozbieżności pomiędzy deklaracją producenta na opakowaniu a zawartością generalnie nie jest duży, to jednak badania te są konieczne i potrzebne dla ochrony interesów ekonomicznych konsumenta, a czasami również jego zdrowia. Postęp techniczny z jednej strony sprzyja doskonaleniu produktów rolno–spożywczych w aspekcie ich jakości i zdrowotności, z drugiej stwarza możliwość nieuczciwego fałszowania żywności i podrabiania autentyczności. Z tych powodów dla weryfikacji jakości żywności koniecznym jest stosowanie coraz bardziej wysublimowanych i często obecnie drogich metod analitycznych.

Wartość

Zmiany atrybutów jakości

ŻYWNOŚĆ przetworzona

PROCESY TECHNOLOGICZNE

SUROWIEC

                                                                                    Dyrektywy poziome  - - H

              DODATKI do ŻYWNOŚCI

                MATERIAŁY w KONTAKCIE z ŻYWNOŚCIĄ

                  HIGIENA ŻYWNOSCI (w tym aspekty weterynaryjne)

                    ŻYWNOŚĆ SPECJALNEGO PRZEZNACZENIA

                            V -- Dyrektywy pionowe -

URZĘDOWY NADZÓR i KONTROLA ŻYWNOŚCI

Ryc. 1. Zakres działania urzędowej kontroli żywności

Tabela 1. Typowe rodzaje zafałszowań i techniki stosowane do ich wykrywania