Ile miodu jest w miodzie?
Wykorzystanie metod izotopowych w badaniach autentyczności produktów spożywczych

Miód to naturalny produkt spożywczy wytwarzany przez pszczoły. Jest on wysoko ceniony przez konsumentów jako produkt autentyczny, naturalny i zdrowy. Na rynku miód oferowany jest w wielu odmianach. Żywność pochodzenia naturalnego jest coraz bardziej doceniana przez konsumentów ze względu na rosnącą świadomość znaczenia produktów naturalnych oraz aspektów środowiskowych i zdrowotnych takiej żywności. Z tego powodu bardzo ważna jest dokładna kontrola produktów, aby zweryfikować, czy jakość i pochodzenie opisane na etykiecie są prawdziwe.

Fot. newfabrika

Zafałszowanie produktów spożywczych wiążę się z użyciem tańszych składników lub zamienników do jego produkcji, w przypadku miodu np. syropu glukozowo-fruktozowego. Nieautentyczność produktów spożywczych natomiast związana jest z przedstawianiem ich niezgodnie z rzeczywistością, tworząc produkt przerobiony, nieprawdziwy, co związane może być z błędnym opisem na etykiecie produktu.

Według statystyk np. Niemcy importują ok. 83% miodu, głównie z UE i USA. Mimo że przepisy prawne dotyczące miodu są bardzo rygorystyczne w UE, to poszczególne regulacje krajowe i kontrole na całym świecie są zupełnie inne i nie zostały jeszcze zharmonizowane. Prowadzi to do różnych poziomów jakości, odmiennych oczekiwań konsumentów, a także różnych opinii prawnych dotyczących zbywalności miodu. W UE miód może być sprzedawany tylko z etykietą „miód”, jeśli produkt składa się w 100% z tego produktu.

Na rynku azjatyckim są też różne rodzaje miodu, np. miód „tradycyjny” zgodny z definicją zawartą w prawie UE, ale także miód wytwarzany przez karmienie pszczół syropem cukrowym. Taki produkt nie byłby sprzedawany pod etykietą „miód” w UE i byłby uważany za zafałszowany na równi z miodem, który został celowo rozcieńczony syropem cukrowym.

Komisja Europejska opublikowała w grudniu 2013 r. raport o oszustwach w branży spożywczej, w którym wymieniono dziesięć najczęściej fałszowanych artykułów spożywczych. Według tego rankingu miód zajmuje szóste miejsce. W ostatnich latach odnotowano liczne przypadki zafałszowań miodu. W takich okolicznościach pozyskiwanie i handel autentycznym miodem wysokiej jakości jest trudnym zadaniem dla producentów, importerów, eksporterów i sprzedawców.

Ocena autentyczności jest jedną z najważniejszych części badania miodu, obok parametrów jakościowych i obecności zanieczyszczeń. Autentyczność miodu obejmuje z jednej strony określenie pochodzenia geograficznego i botanicznego w celu weryfikacji dokładnego oznakowania rodzaju miodu i prawidłowej deklaracji pochodzenia zgodnie z wymogami prawnymi.

Z drugiej strony należy ocenić, czy miód został zafałszowany obcymi cukrami, czy też został wyprodukowany przez nadmierne karmienie pszczół. Analiza mikroskopowa widma pyłkowego jest nadal referencyjną metodą określania pochodzenia geograficznego i botanicznego. Weryfikacja autentyczności miodu to złożone zadanie analityczne. Określenie wspólnych parametrów jakościowych, takich jak widmo cukrów (fruktoza, glukoza, sacharoza, maltoza, turanoza, melezitoza i inne mniej znaczące cukry), aktywność pszczelich enzymów (diastaza, inwertaza), zawartość proliny, spektrum pyłków mogą nie być wystarczająco czułe, aby wykryć i udowodnić domieszki obcych cukrów do miodu.

Miód jest produktem naturalnym wykazującym duże różnice w składzie, w zależności od pochodzenia geograficznego, typu botanicznego i czynników środowiskowych, które komplikują określenie dokładnych specyfikacji produktu i odróżnienie go od produktów nieoryginalnych. Ponadto miody sprzedawane detalicznie są często mieszankami handlowymi o różnym pochodzeniu geograficznym i botanicznym, co jeszcze bardziej utrudnia wyznaczenie granic. Dlatego metody analityczne stosowane do wykrywania zafałszowań muszą być w miarę możliwości niezależne od tych czynników. Z historycznego punktu widzenia kamieniem milowym w tym zakresie było wprowadzenie analizy stabilnych izotopów do badania miodu.

Analizę spektrometrii masowej stabilnych izotopów węgla ¹³C/¹²C (δ¹³C-IRMS) można zastosować do rozróżnienia różnych źródeł cukru. Węgiel jest pierwiastkiem, który ma trzy izotopy, dwa z nich są trwałe (¹²C i ¹³C, różnią się jednym neutronem w jądrach atomowych) oraz jeden z nich jest promieniotwórczy ¹⁴C. Metoda wykorzystana do analizy zafałszowań miodu obejmuję izotopy trwałe (ich okres rozpadu jąder atomowych jest bardzo długi, dlatego przyjmujemy, że są trwałe). ¹³C jest cięższym atomem (ze względu na obecność dodatkowego neutronu w jądrze) dlatego trudniej wchodzi w reakcje chemiczne i procesy fizyczne niż atomy węgla ¹²C, ale z drugiej strony jego wiązania są trwalsze niż ¹²C.

W poszczególnych procesach np. fotosyntezy, cięższe i lżejsze izotopy trwałe biorące w nich udział, różnie wbudowują się np. w tkanki organizmów żywych. Stosunek ciężkiego węgla ¹³C i lekkiego ¹²C pozwala nam określić, który z nich przeważa, ponieważ zarówno cukry miodowe (pochodzące z nektaru i spadzi zebranej przez pszczoły), jak i syropy cukrowe, które mogą być użyte do zafałszowań, pochodzą z roślin. Wpływ na proporcje izotopów węgla w cukrach ma rodzaj procesu fotosyntezy roślin (rośliny typu C3 i C4).

W ten sposób możliwe jest rozróżnienie naturalnych lub syntetycznych źródeł cukru na podstawie ich wartości izotopowych δ¹³C. Pierwsza metoda IRMS dla miodu została opracowana pod koniec lat 80. XX wieku i opublikowana jako metoda AOAC. Celem tej metody było wykrycie cukrów z roślin C4 (trzciny cukrowej i kukurydzy) w miodzie.

W przypadku zafałszowania patoki cukrami C3, można wykorzystać specyficzną cechę miodu: wartości δ¹³C białka wyizolowanego z miodu, miodu ogółem i poszczególnych cukrów wchodzących w skład miodu (glukoza, fruktoza, sacharoza, maltoza, turanoza, melezitoza) są prawie identyczne w miodach autentycznych. Porównując poszczególne odchylenia między wartościami δ¹³C różnych składowych miodu, można ocenić, czy miód jest autentyczny, czy też został poddany manipulacji obcymi cukrami (C4/C3). Właściwym rozwiązaniem technicznym tego problemu analitycznego jest wykorzystanie chromatografii cieczowej (LC) sprzężonej ze spektrometrem mas stosunków izotopowych IRMS (LC-IRMS), LC IsoLink™ IRMS System Thermo Scientific (rys.1).

Metoda LC-IRMS opiera się na rozdziale składowych miodu wchodzących w skład cukrów: fruktoza, glukoza oraz wielocukry. Chromatograf cieczowy rozdziela poszczególne cukry, które następnie są utlenianie do dwutlenku węgla, w którym oznaczany jest stosunek izotopów węgla ¹³C/¹²C. Określono następujące wartości graniczne: wartości δ¹³C fruktozy i glukozy nie mogą różnić się więcej niż ±1‰; wartości δ¹³C białka pochodzącego z miodu, miodu ogółem, fruktozy, glukozy, di- i trisacharydów (wielocukry) nie mogą różnić się więcej niż ±2,1‰. Jeżeli dany miód przekracza te wartości graniczne, można założyć, że jest zafałszowany obcymi cukrami.

Rys. 2. Przykład zastosowania przestrzennego analizy izotopów trwałych tlenu, do odtworzenia cyklu hydrologicznego. Fot. Agata Trojan

Dzięki analizie miodu metodą IRMS jesteśmy w stanie określić jego pochodzenie geograficzne. Metoda opiera się na rozłożeniu cząsteczki na wodór i tlen w bardzo wysokiej temperaturze w warunkach beztlenowych TC/EA – IRMS.

Rys. 3. Wyniki przeprowadzonych analiz, pokazały przewagę i większą dokładność metody z wykorzystaniem chromatografii cieczowej LC-IRMS LC IsoLink™ IRMS System Thermo Scientific. Czerwonym kolorem oznaczono przekroczenie wartości granicznych. Analizy całości miodu i białek nie wykazały zafałszowań, dopiero dokładniejsza analiza poszczególnych cukrów wchodzących w skład miodu pokazała skalę problemu i oszacowanie zafałszowań w niektórych przypadkach na poziomie 1%. Fot. Agata Trojan

Inną metodą oznaczeń zafałszowań produktów spożywczych jest analiza NMR, czyli spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego, podczas gdy NMR był do tej pory stosowany w kontekście miodu głównie jako alternatywna lub uzupełniająca metodologia w stosunku do analizy izotopów trwałych IRMS, tutaj przeprowadza się analizę wszystkich substancji zawartych w miodzie i ich poziomów stężeń oraz porównuje się je z odpowiednimi widmami. Miody wykazujące „nietypowy” profil 1H-NMR (przekroczenie typowych zakresów stężeń stwierdzanych dla miodów autentycznych, wykrycie związków markerowych w syropie) są automatycznie uznawane odpowiednio za nieautentyczne lub zafałszowane.

Jednak przed tymi metodami nadal istnieją poważne wyzwania: (a) stworzenie bardzo obszernych i reprezentatywnych baz danych, które w pełni odzwierciedlają naturalną zmienność składu miodu w zależności od pochodzenia botanicznego i geograficznego, (b) rozważenie możliwych różnic w składzie ze względu na czynniki sezonowe, produkcyjne lub klimatyczne. Obecnie profilowanie NMR musi być uzupełniane innymi metodami analitycznymi, takimi jak analiza stabilnych izotopów, aby zawsze uzyskiwać rozsądne poziomy wykrywalności (5–10% obcych cukrów). Ponadto nadal istnieje trudność w udowodnieniu związku przyczynowego między nietypowym profilem 1H-NMR a domieszką obcych cukrów w przypadku braku widocznych sygnałów znanych markerów zafałszowania (np. obcych oligosacharydów w miodzie).

Analizy izotopowe kojarzą się również z metodą spektrometrii mas sprzężonej z indukcyjnie wzbudzaną plazmą (ICP-MS). Niestety nie jest ona w stanie przeanalizować pierwiastków takich jak: węgiel, wodór i tlen, które wykorzystywane są w badaniach autentyczności.

Rozwój metod analitycznych postępuje w bardzo szybkim tempie. W dzisiejszych czasach możemy badać, analizować i sprawdzać rzeczy, o których wcześniej nie myślano. Analizy z wykorzystaniem izotopów stabilnych są nieinwazyjnymi metodami pozwalającymi na bardzo szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach. W myśl zasady „jesteśmy tym, co jemy” i na podstawie analizy izotopów stabilnych, możemy sprawdzić bądź odtworzyć nie tylko dietę, a nawet paleodietę, ale również odpowiedzieć na pytanie, czy pszczoły były dokarmiane cukrem?

Mgr Agata Trojan
Anchem dystrybutor Thermo Scientific

Zamów prenumeratę czasopisma "Pasieka"