Gıda Teknolojisi

Gıda analizlerinde izotop oranı kütle spektrometresi

İzotop oranı kütle spektrometresi (IRMS), elementlerin izotop oranlarını belirleyen ve birçok alanda kullanılabilen hassas ileri düzey bir analitik tekniktir. IRMS, gıdaların coğrafi kökeni, üretim yöntemi ve tedarik zincirinde yaşanan kontaminasyon sorunları gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak değişen karbon, nitrojen, hidrojen ve oksijen gibi elementlerin kararlı izotop oranlarını belirlemek için uygulanır. Bu özelliği sayesinde bilindik kütle spektroskopisinden bir adım daha ileri giderek derinlemesine elemental düzeyde bir analiz gerçekleştirir. Çok hassas ve ileri düzey bir analitik teknik olması sebebiyle çevre, arkeoloji vb. alanlar dışında gıda alanında da yaygın olarak kullanılmaktadır.

 

Özellikle gıda tedarik zincirinde tüketicilerin şeffaflık taleplerinin karşılanması ve küresel bir sorun olmaya devam eden gıda hilelerinin azaltılmasına yönelik kullanılabilecek en güvenilir ve ileri düzey yöntemlerden biri olması nedeniyle gıda güvenliğinin sağlanmasında önemli bir rol oynamaktadır. IRMS özellikle gıda ürünlerinin menşenin ve kalitesinin belirlenmesinde, ayrıca katkı maddelerinin tespitinde önemli bilgiler sağlayarak modern gıda biliminde uygulanan başlıca tekniklerden biri haline gelmiştir. (¹³C/¹²C) karbon, (²H/¹H)  hidrojen, (¹⁸O/¹⁶O) oksijen, (³⁴S/³²S) kükürt, (¹⁵N/¹⁴N) azot ve (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr) stronsiyum gıda güvenliğinin belirlenmesinde sıklıkla kullanılan izotoplardır ve gıda ürünleri için doğal bir parmak izi sağlar. İleri gıda güvenliği analizlerinde IRMS’in bazı uygulamaları şunlardır:

 

COĞRAFİ MENŞE (İŞARETLER) TESPİTİ VE İZLENEBİLİRLİK

Coğrafi işaret geleneksel ürünlerin menşe ve kalitesi hakkında bilgi sağlayarak üretici ve tüketicileri haksız rekabete karşı korur, tarımsal ürünlere bölgenin kültürel kimliğini de yansıtarak ekonomik değerini artırır ve sürdürülebilir kırsal kalkınmayı teşvik eder. Son yıllarda coğrafi işaretli ürünlerin korunmasında menşe (Protected Designation of Origin, PDO) ya da mahreç işareti (Protected Geographical Indication, PGI) sertifikaları uygulanmaktadır. Bitki ve hayvanlar, organizmalarındaki bileşikleri oluşturan ¹³C/¹²C, ¹⁵N/¹⁴N, ¹⁸O/¹⁶O ve  ²H/¹H gibi kararlı izotop oranları sayesinde yetiştikleri bölgenin çevresel ve fiziksel özelliklerini yansıtır. 

 

Örneğin, coğrafi bölge ve iklimle¹³C/¹²C oranı değişiklik gösterirken toprak türü, sıcaklık ve yağış gibi iklim ve ekosisteme bağlı değişkenler ¹⁵N/¹⁴N izotop oranını etkiler. Yerel yağış ve iklim koşulları, bitkilerin ²H/¹H ve ¹⁸O/¹⁶O) izotop oranlarına etki eder, yüksek enlem, rakım ve kıyıdan uzaklık da aynı zamanda bu izotop oranlarının değişmesine sebep olur. Ülkemizde doğal ve işlenmiş gıda ürünleriyle ilgili coğrafi işaret tesciliyle ilgili bilinç gittikçe artmakta ve yaygınlaşmaktadır. Birçok üründe coğrafi işaret alınmıştır, ancak çoğu fiziksel ve klasik yöntemlerle gerçekleştirilmiştir. Daha doğru, hilelerin tamamen engellenmesi ve yanlış beyanların olmaması için izotop oranı gibi daha ileri düzey verilerle coğrafi işaretlerin yapılması gerekmektedir.

 

Zeytinyağının coğrafi menşesinin yanlış beyan edilmesi günümüzde dünya genelinde sıkça karşılaşılan sorunlardan biridir ve ciddi ekonomik kayıplara sebep olmaktadır. Birçok çalışma zeytinyağının kalite parametreleri ile coğrafi orijinini doğrulamaya yöneliktir. Zeytinyağının kompozisyonu zeytin çeşidi, çevresel koşullar, meyve olgunluğu ve üretim teknolojisi gibi birçok değişkene bağlıdır. Bu nedenle kimyasal kompozisyona dayalı orijin belirlemek için birçok faktör göz önünde bulundurulmalıdır, bu da gerekli işaret bileşenleri belirlemeyi zorlaştırır. Kararlı izotop oranı tayini (¹³C/¹²C, ¹⁸O/¹⁶O ve ²H/¹H) ile zeytin ağaçlarının enleme bağlı değişimiyle denize uzaklık ve su stresi, atmosferik nem ve sıcaklık gibi çevresel koşullara bağlı olan değişkenler belirlenerek zeytinyağının coğrafi menşesini belirleme çalışmalarını yapmak mümkündür. İzotop oranı ölçümleri bitkisel yağlar, alkollü/alkolsüz içecekler, bal, pirinç, baharatlar, sebzeler, deniz ürünleri, et, süt ve süt ürünlerinin orijin belirleme çalışmalarında umut vaat eden, güvenilir bir yöntemdir.

 

ORGANİK ÜRÜNLERİN DOĞRULANMASI

Organik gıda ürünleri, organik gübre kullanımı da dahil olmak üzere standart üretim yöntemlerine göre genellikle geleneksel ürünlerden ayrılır. Organik tarımla üretilen meyve ve sebzeler daha sağlıklı, daha güvenilir ve iyi tarım uygulamalarıyla üretildiklerinden çevre dostu oldukları için yüksek fiyatlarına rağmen tüketiciler tarafından tercih edilmektedir. Organik meyve ve sebzeler belirli standartlarda (EC Council Regulation no: 834/2007) üretilir ve üretim aşamasında sentetik gübre kullanılmaması gereklidir. Organik meyve ve sebzelerin yüksek fiyatlarla tüketiciye sunulması bu ürünlerde sentetik gübre kullanılmasına rağmen “organik” olarak yanlış etiketlenip piyasaya sunulmaktadır. Bu durumda, IRMS ile tespit edilen ¹⁵N/¹⁴N oranı, bitki büyümesi sırasında kullanılan gübrenin organik ya da sentetik olduğunun belirlenmesini sağlayarak organik ürünlerin doğrulanmasında uygulanır.

 

GIDADA TAKLİT VE TAĞŞİŞİN TESPİTİ

Gıda ürünlerinin tağşişini veya yanlış beyanını içeren gıda sahtekarlığı, gıda endüstrisinde önemli bir sorun haline gelmiştir. IRMS; bitkisel yağlar, bal, sirke ve meyve suyu gibi ürünlerde taklit ve tağşişin belirlenmesinde kullanılmaktadır. Uluslararası Codex Alimentarius (2011) balın hiçbir katkı maddesi içermemesi ve saf olması gerektiğini belirtmektedir. Ancak dünya genelindeki yükselen tüketici talebi ve azalan arı popülasyonundan dolayı artan baskı bal hilelerini artırmakta, önemli ve potansiyel olarak büyüyen bir sorun haline getirmektedir. Bal tağşişi, tüketiciler için ekonomik ve güven kaybına sebep olurken, gıda güvenliği açısından da risk oluşturur. Balda tağşiş genellikle balın aromasını değiştirmek, miktarını artırmak ya da üretim maliyetini düşürmek amacıyla mısır, darı ve şeker kamışı gibi bitkilerden elde edilen şeker şuruplarının eklenmesi gibi yöntemlerle yapılır. IRMS sayesinde bal tağşişini önlemeye yönelik tedbirler alınabilir, sahte ballar tespit edilerek tedarik zincirinden çıkarılabilir ve tağşiş edilmiş ürünler kaynağına kadar izlenebilir. IRMS, ¹²C ve ¹³C izotoplarındaki küçük farkları tespit ederek balın bileşimi, üretim yöntemi ve menşesi hakkında önemli bilgiler sunan güçlü bir analitik tekniktir. 

 

Türk Gıda Kodeksi tarafından natürel sızma zeytinyağının kalite ve saflık kriterleri tanımlanmıştır. Natürel sızma zeytinyağı tüketiciler tarafından tercih edilen, önemli besin ve organoleptik özellikleri sebebiyle Akdeniz diyetinin temel bir simgesi olarak kabul edilmektedir. Duyusal özellikleri ve önemli besinsel değerleri sebebiyle artan ticari önemi bu ürünü düşük kalitedeki yabancı yağların, esterleştirilmiş veya rafine edilmiş yağların karıştırılmasıyla taklit ve tağşişe maruz hale getirmektedir. Gaz kromatografisi konfigürasyonuna sahip IRMS ile zeytinyağının ¹³C/¹²C değeri belirlenerek herhangi prina yağı ya da düşük kalitedeki bitkisel yağların tespiti sağlanabilmektedir.

 

GIDA TEDARİK ZİNCİRİ

Gıda tedarik zincirinde gıda güvenliğini tehdit eden mikrobiyolojik, ağır metaller, radyoaktif kontaminasyon, pestisit ve veteriner ilaç kalıntıları vb. bileşenler tedarik zincirinin herhangi bir aşamasında ortaya çıkabilen tehlikelerdendir. Örneğin, mısırda aflatoksin, süt ürünlerinde melamin, yer fıstığında Salmonella gibi kamuoyunda geniş yankı bulan gıda güvenliği sorunlarına ek olarak henüz tam olarak karakterize edilmemiş iklim değişikliğinin gıda üretimine etkileri ve gıda endüstrisinde uygulanan nano parçacıklar gibi yeni riskler ortaya çıkabilir. Gaz kromatografisi ya da sıvı kromatografisi konfigürasyonlu IRMS ile uçucu ve uçucu olmayan kalıntı tespitleri ¹³C/¹²C oranı belirlenerek yapılabilmektedir.   

 

ARKEOLOJİK ÇALIŞMALAR 

IRMS arkeolojik ve tarihi çalışmalarda gıda kalıntılarının yaşını belirlemek ya da tahıl ve kemik gibi organik materyalleri inceleyerek geçmiş uygarlıklar hakkında fikir sahibi olunmasına da katkı sağlamaktadır. Arkeolojik kazılarda bulunan diş ve kemiklerde izotop oran tespiti sayesinde dönemin beslenme alışkanlıkları hakkında bilgi sahibi olunabilmektedir. Tüketicilerin gıda güvenliği, gıdaların orijini, üretim şekilleriyle ilgili bilgisi ve tutumları her geçen gün artarak gıda seçimlerinde şeffaflık ve özgünlük talep etmektedir. “Organik” etiketine sahip, coğrafi işaretli ürünlerin yüksek fiyatları bu ürünlerin doğrulamalarının yapılması ihtiyacını artırmaktadır. IRMS gıda ürünlerinde elementlerin izotopik bileşimi hakkında kesin ve ayrıntılı bilgi sunarak gıda güvenliğini sağlama, gıda menşesini izleme ve gıda hileleriyle mücadelede tercih edilen güçlü bir analitik tekniktir.

 

Gıda inovasyon merkezinde bulunan ileri gıda güvenliği laboratuvarı tarım-gıda sektöründe faaliyet gösteren Ar-Ge merkezleri, özel laboratuvarlar ve üniversitelere gıda güvenliği ve kalitesi konusunda uzman araştırmacıları ve ileri teknolojik analitik cihazlar içeren zengin alt yapı olanaklarıyla hizmet vermeyi amaçlamaktadır. Elemental analiz, sıvı kromatografisi ve gaz kromatografisi olmak üzere üç farklı konfigürasyona sahip izotop oranı kütle spektrometresi (EA-IRMS, LC-IRMS, GC-IRMS) ile gıdalarda taklit/tağşiş belirlenmesi ve coğrafik orijin tespit edilmesine yönelik çalışmaların yapılması hedeflenmektedir. Bunun yanı sıra, sıvı kromatografisi-kütle spektrometresi (LC-MS Thermo LTQ XL Orbitrap), headspace gaz kromatografisi kütle spektrometresi (HS-GC-MS/MS)-FID dedektör, indüktif eşleşmiş plazma-optik emisyon spektrometresi (ICP-OES) ve masa üstü nukleer manyetik rezonans spektrometresi (Benchtop NMR) gibi yüksek teknolojiye sahip cihazlarla bulaşan, kalıntı ve yapı tayini çalışmaları yapılmakta, gıdaların kalite parametreleri belirlenebilmektedir.

 

INNOFOOD PROJESİ NEDİR?

Avrupa Birliği ve Türkiye Cumhuriyeti tarafından finanse edilmekte olan, T.C. Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, Rekabetçi Sektörler Programı kapsamında gerçekleştirilen INNOFOOD Projesi, gıda sektörünün bölgesel rekabet gücünün artırılmasına yönelik araştırma ve inovasyon tesislerinin geliştirilmesini kapsıyor. Türkiye’nin kalkınmada öncelikli bölgesi olarak tanımlanan ve Sinop-Hatay boylamının doğusunda yer alan 12 Düzey II bölgesinde başta olmak üzere, tüm Türkiye’de güçlü ve rekabetçi bir gıda ve içecek sektörünün oluşması hedeflenmekte.

 

INNOFOOD Projesi, gıda ve içecek sektöründe faaliyet gösteren KOBİ ve girişimleri desteklemek için; Ar-Ge, inovasyon, pilot işleme hatları ve test/analiz laboratuvarları kuran kapsamlı bir alt yapı yatırımı ve kapasite geliştirme projesidir. Projeyle gıda ve içecek sektöründeki KOBİ’lerin ürün kalitesini ve güvenliğini iyileştirmesi, Ar-Ge temelli ürün ve üretim teknolojisini geliştirmesi ve katma değerli ürünlerle ulusal/uluslararası rekabet gücünü artırması hedefleniyor.

 

REFERANSLAR

Elementar Application note: Detection of sugar adulteration of honey using a new, highly robust LC-IRMS technique.

 

Elementar Application note: Determining the  δ15N isotope ratio of fruit and vegetables with BiovisION.

 

Katerinopoulou K., Kontogeorgos A., Salmas E.C., Patakas A., Ladavos A., Geographical Origin Authentication of Agri-Food, Foods, 2020, 9, 489.

 

6769 sayılı Sınai Mülkiyet Kanunu https://www.mevzuat.gov.tr/MevzuatMetin/1.5.6769.pdf

 

Codex Alimentarius Commission (2019): Standard for Honey CXS 12-1981.

 

Bajoub A., Bendini A., Fernández-Gutiérrez A., Carrasco-Pancorbo A., Olive oil authentication: A comparative analysis of regulatory frameworks with especial emphasis on quality and authenticity indices, and recent analytical techniques developed for their assessment. A review, Critical Reviews in Food Ccience and Nutrition, 2017, 58(5), 583-857.

 

Liu H., Liu Y., Wadood A.A., Rogers K.M., A review of recent compound-specific isotope analysis studies applied to food authentication, Food Chemistry, 2023, 415, 135791.

 

Simsek A., Bilsel M., Goren A.C., 13C/12C pattern of honey from Turkey and determination of adulteration in commercially available honey samples using EA-IRMS, Food Chemistry, 2012, 130, 1115-1121.

 

Larsen T., Fernandes R., Wang V.Y., Roberts P., Reconstructing Hominin Diets with Stable Isotope Analysis of Amino Acids: New Perspectives and Future Directions, Bioscience, 2022, 72(7), 618-637.