Methoden für die Unterscheidung von ökologisch und konventionell erzeugten Lebensmitteln

Bioprodukte werden heute immer stärker international und über komplexe Wertschöpfungsketten produziert und gehandelt. Dadurch werden Kontrollen, welche die Authentizität der Bio-Produkte zuverlässig gewähren, immer schwieriger. Höhere Preise für Bioprodukte waren in der Vergangenheit zudem Motivation hinter einzelnen Betrugsfällen in der Biobranche. Aus diesem Grund braucht es weitere Methoden, welche die Kontrollen der Zertifizierungsstellen unterstützen und ergänzen. Außer dem analytischen Nachweis von chemisch-synthetischen Pestizidrückständen, der bereits seit geraumer Zeit in der Praxis etabliert ist, gibt es weitere analytische und ganzheitliche Methoden, welche biologische und konventionelle Lebensmittel differenzieren können. Vor diesem Hintergrund war es das Ziel der Studie, die bestehenden oder in der Entwicklung befindlichen differenzierenden Methoden zur Unterscheidung biologisch von herkömmlich erzeugten Nahrungsmitteln zu beschreiben und ihre Praxistauglichkeit zu bewerten. Hierfür wurden eine umfangreiche Literaturstudie sowie ergänzende Expertengespräche durchgeführt

Weiterentwicklung und Nutzungsempfehlungen validierter Methoden zur Unterscheidung von ökologischen und konventionellen Produkten

Ein Verfahren, welches ökologische oder konventionelle Erzeugung eines Produktes analysieren kann, ist für die Anwendung im Zweifelsfall sinnvoll. Ziel des Projektes war es dementsprechend, diskriminierende Methoden zu evaluieren und diese nach vorgängig festgelegten Kriterien, wie Anwendungsmöglichkeiten und Aussagesicherheit für Qualitätssicherungssysteme in den Unternehmen, aber ebenso für die Anwendung im Kontrollsystem durch Kontrollstellen und den zuständigen Behörden, zu bewerten. Anhand einer zu Beginn des Projektes erstellten Methodenübersicht wurden drei solcher Methoden zur Erprobung und Weiterentwicklung im Verlauf des Projektes ausgewählt: Isotopenmassenspektroskopie (IRMS), Fluoreszenz-Anregungs Spektroskopie (FAS) und Profiling-Techniken. Die IRMS basiert auf der Untersuchung der natürlichen Verteilung der stabilen Isotope der Bioelemente in einem Produkt. Die Isotopenverhältnisse des Stickstoffs spiegeln die Düngung im ökologischen und konventionellen Landbau, die Isotope des Gewebewassers geben die regionalen und länderspezifischen Unterschiede wider. Auch andere Isotope, wie der Kohlenstoff, sind bei der Herkunftsanalyse hilfreich. Insgesamt wurden neun Produkte evaluiert und die Datenbank wurde auf vier Leitprodukte (Weizen, Möhren, Kartoffeln und Hühnereier) konzentriert. Grundlage der Stabil-Isotopen-Methode ist der Aufbau von Referenzdatenbanken. Liegt eine statistisch relevante Größe der Datenbank vor, so kann die Methodik der stabilen Isotope mit hoher Sicherheit angewendet werden. Im Projekt wurden 816 Proben auf die Isotopenverhältnisse der Bioelemente analysiert. Die erstellten Datenbanken wurden mit 329 Blindproben geprüft. Es konnte aufgezeigt werden, dass die stabilen Isotope signifikante Differenzierungsmöglichkeiten für Produkte aus ökologischer und konventioneller Landwirtschaft bieten, insbesondere wenn eine Verknüpfung mit Informationen über die Düngungsart gewährleistet werden kann. Ein wesentlicher Vorteil ist dabei die Darstellung der Wahrscheinlichkeit, mit der die Aussage charakterisiert werden kann. Mit der FAS wurden Hühnereier und Weizenproben untersucht. Die FAS ist ein Verfahren, bei dem nach definierter optischer Anregung die Lichtemission einer Probe zeitabhängig gemessen wird. Im Rahmen dieses Projektes wurden 82 Proben Hühnereier und 130 Proben Weizen nach ihrer Herkunft aus ökologischer oder konventioneller Erzeugung untersucht. Mit dem beschriebenen Verfahren wurden circa 90 % der Hühnereier und 80 % der codierten Weizenproben korrekt beurteilt. Nach einer einjährigen Lagerung von Weizenproben bei –26 °C konnte die Differenzierung der Proben reproduziert und die Keimfähigkeit in Testversuchen nachgewiesen werden. Die Analyse der Ergebnisse verdeutlicht, dass teilweise noch Untersuchungsbedarf besteht und eine Verbesserung der Trennschärfe und Verkürzung des zeitlichen Aufwandes erreicht werden könnte. Mit Profiling-Techniken werden in einem Analysengang ganze Substanzklassen in biologischen Proben wie Weizen erfasst. Zur Analyse der Stoffwechselprodukte, hier Metabolite genannt, wurde die Gaschromatografie-Massenspektrometrie eingesetzt. Für das Profiling wurden Weizenkontingente, jeweils aus einer ökologischen und einer konventionellen Anbauvariante, verwendet. Metabolit-Profiling leistete eine Unterscheidung nach Anbauart für die einzelnen Sorten und für den Weizen der drei einzelnen Anbaujahre. Jedoch wurde die Erfassung der anbauartbedingten Änderungen des Metaboloms erschwert durch deutliche sorten- und wachstumsperiodenabhängige Schwankungen im Metabolom. Dennoch konnte gezeigt werden, dass einige Metabolite mit signifikanten Unterschieden zwischen den Anbauarten in der Regel über alle Sorten erhöhte bzw. niedrigere Werte aufweisen. Als Ursache für dieses heterogene Ergebnis wird der Einfluss jahreszeitlicher Schwankungen auf die Proteingehalte gesehen, der den Einfluss der Anbaumethode überlagert. Die Praxistests zeigten, dass beide Methoden nur dann gute Ergebnisse leisten, wenn eine ausreichend gute Referenzbasis vorhanden ist, mit der die Ergebnisse der untersuchten Proben verglichen werden können. Bezüglich der mit der IRMS untersuchten Fragestellung, ob ein Produkt von einem bestimmten Betrieb, einer Gruppe von Betrieben oder aus einer bestimmten Region stammt, sind die Ergebnisse vielversprechend. Um die Methode hinsichtlich dieser Fragestellung zu einem gängigen Qualitätssicherungsinstrument zu entwickeln, bedarf es allerdings einer Standardisierung der Verfahren für die Probenahme, Probenaufbereitung und Analytik sowie des Aufbaus einer gemeinsamen Referenzdatenbank. Dieser Ansatz wird mit dem Konzept „Wasserzeichen“ weiterverfolgt werden

Neue Analysemethoden und ihre Anwendungsmöglichkeiten für die Qualitätssicherung und Kontrolle

Drei Methoden zur Rückverfolgung und Unterscheidung von ökologischen und konventionellen Produkten werden bewertet. Es soll beurteilt werden, ob und wie diese Methoden in der Qualitätssicherung und im Kontrollsystem eingesetzt werden können, um die ökologische Qualität eines Produktes zu überprüfen. Die zu beurteilenden Methoden sind die Isotopenmassenspektrometrie (IRMS), die Fluoreszenz-Anregungs-Spektroskopie (FAS) und Profiling-Techniken. Die beiden letztgenannten Methoden zeigen erste vielversprechende Ergebnisse für die Beurteilung der Echtheit von Bio-Produkten. Bislang hat jedoch nur die Isotopenmassenspektroskopie das Potenzial, ein wichtiges Instrument im Qualitätssicherungs- und Kontrollsystem zu werden, indem sie Rückschlüsse auf die Plausibilität der geografischen Herkunft eines Produkts bzw. die Herkunft aus einem bestimmten Betrieb erlaubt

A Case Study to Establish a Basis for Evaluating Geographic Origin Claims of Timber From the Solomon Islands Using Stable Isotope Ratio Analysis.

Global demand for low-cost forest products is leading manufacturers and traders to source timber and wood products from vulnerable nations and delicate ecosystems. One small island nation, the Solomon Islands, is seeing exploitation of natural resources accelerating to such a point that its natural forests may be exhausted by 2036. The main causes of natural forest loss on the archipelago are unsustainable or illegal logging practices. Various laws in consumer countries require that members of industry ensure that only legally sourced timber is placed onto their respective national markets. Those that break these laws or fail to act in a way that is compliant may be subject to harsh penalties. This study aims to establish scientific data to evaluate claims that timber has originated from the Solomon Islands. This will enable Operators to carry out due diligence analysis and permit members of Law Enforcement to conduct forensic investigations. Eighty timber core samples comprising 13 different genera of tropical trees were obtained from mature trees in two sites in the Solomon Islands (Guadalcanal and Kolombangara islands) during the period August 2019 to November 2019 using a Pickering Punch sampling device. Homogenised core samples were subject to δ O, δ H, δ C, and δ S stable isotope analysis using elemental analysis-isotope ratio mass spectrometry. Additional stable isotope data from relevant taxa and geographic origins (elevation, geographic co-ordinates) were also included in this research as an initial assessment of differences in stable isotope ratios between countries. Results show that significant differences are evident in the stable isotope ratios of the sampled taxa within the Solomon Islands (Guadalcanal and Kolombangara Islands) and between other countries. These data can be used as a basis of evaluation to evaluate origin claims of timber or wood products from the Solomon Islands, particularly Kolombangara Island. Furthermore, in the right context, these data can also be used to establish whether timber or wood products declared to be from origins other than the Solomon Islands have stable isotope ratios that are consistent with data from the Solomon Islands. If not, this would suggest foreign timber/forest products are from elsewhere and are being passed-off as originating from the Solomon Islands

Stable Isotope Ratio Analysis for the Comparison of Timber From Two Forest Concessions in Gabon.

Consumers are becoming increasingly aware of the environmental impacts caused by deforestation and illegal logging and there is an increasing demand for supply chain transparency and traceability of wood products. Many importing and exporting nations have implemented regulations which aim to control the origin and species of traded timbers of high ecological importance and economic value. However, despite growing interest in method development for timber authentication purposes, many studies have been limited by insufficient numbers of authentic timber reference samples. Our aim was to address the differences in stable isotope ratio profile of bulk, homogenized wood samples collected from living or recently felled trees in two FSC concessions in Gabon, which are approximately 240 km apart, for the purposes of origin classification and protecting valuable forest commodities. Forty-seven timber samples comprising 10 genera of tropical trees were obtained using a Pickering Punch sampling device or chainsaw from two forest concessions in Gabon (Precious Woods Group and Compagnie des Bois du Gabon) during July 2019. Samples were subject to δ O, δ H, δ C, δ N, and δ S stable isotope analysis using elemental analysis-isotope ratio mass spectrometry (EA-IRMS). Results show that significant differences are evident in the stable isotope ratios of between Precious Woods Group and Compagnie des Bois du Gabon forest concessions. Relationships are evident between climatic and geological variables and the stable isotope ratios of the samples suggesting that further degrees of origin classification may be achievable in Gabon. For other species, insufficient numbers meant the possibility to determine discriminating factors between the two concessions was limited though data from these samples may prove useful to contribute to the understanding of stable isotope variability in tropical timber. The data presented establish a basis for evaluating origin claims of forest products and timber from the Compagnie des Bois du Gabon and Precious Woods Group concessions and lay a foundation for future development of timber tracking technologies in Gabon. The technique can be used for purposes of due diligence or forensic investigation by law enforcement as part of demand-side regulations such as the EU Timber Regulation, Illegal Logging Prevention Act, or the Lacey Act