Neue Methode erkennt Verfälschungen von Olivenöl und verringert die Umweltbelastung

Forscher marokkanischer und französischer Universitäten haben eine neue Methode zur Aufdeckung von Olivenölverfälschungen entwickelt, die den Energieverbrauch und die Umweltbelastung erheblich senken könnte.

Laut den Autoren der Studie, die in der Fachzeitschrift „Food Chemistry“ veröffentlicht wurde, verkürzt das neue Verfahren zudem die für die Olivenölanalyse benötigte Zeit und macht Vor-Ort-Prüfungen auf Verfälschungen breiter zugänglich.

„Die Verfälschung von nativem Olivenöl extra, sei es durch Vermischung mit minderwertigen Olivenölen wie ‚virgin‘-Öl oder mit anderen Pflanzenölen, ist eine Form der Verbrauchertäuschung und wirkt sich negativ auf den Ruf der Hersteller aus“, sagte Hicham Zaroual gegenüber Olive Oil Times.

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Zaroual, Mitautor der Studie, ist Wissenschaftler im Team für Umwelttechnologie, Biotechnologie und Valorisierung von Bioressourcen an der Abdelmalek-Essaadi-Universität in Tetouan, Marokko.

Den Autoren zufolge ist Betrug mit verschiedenen Olivenölqualitäten schwerer aufzudecken als Mischungen mit anderen Pflanzenölen.

„Diese Art von Betrug mindert den ernährungsphysiologischen und sensorischen Nutzen von Olivenöl und führt die Verbraucher in die Irre, insbesondere angesichts strenger Gesetze, die eine klare Klassifizierung im Rahmen von Zertifizierungen wie g.U. oder g.g.A. vorschreiben“, sagte Zaroual.

g.U. (geschützte Ursprungsbezeichnung) und g.g.A. (geschützte geografische Angabe) sind Qualitätszertifizierungen der Europäischen Union, die die Echtheit eines Produkts in Bezug auf Inhalt und Herkunft gewährleisten.

„In einem solchen Kontext ist es entscheidend, selbst minimale Verfälschungen zu erkennen, um die Produktqualität und das Vertrauen der Verbraucher zu wahren“, sagte Zaroual.

Die Studie ergab, dass die Fluoreszenzspektroskopie der seitlichen Vorderseite in Kombination mit fortschrittlichen statistischen Analysen, wie der Diskriminanzanalyse mit partiellen kleinsten Quadraten, eine Klassifizierungsgenauigkeit von bis zu 100 Prozent erreicht.

Die Partial Least Squares Discriminant Analysis ist eine überwachte Methode, die mathematische und statistische Techniken auf chemische Daten (Chemometrie) anwendet, um Proben anhand ihrer Spektralprofile zu klassifizieren.

Wenn eine Methode überwacht wird, bedeutet dies, dass das Modell anhand von beschrifteten Daten trainiert wird.

In diesem Fall wussten die Forscher bereits, welche Olivenölproben natives Olivenöl extra waren und welche verfälscht waren – und in welchem Ausmaß.

Das Modell lernt, Muster zu erkennen, die mit jeder Kategorie verbunden sind, und nutzt dieses Wissen dann, um neue, unbekannte Proben zu klassifizieren.

Den Forschern zufolge ist die neue Methode schneller, einfacher und kostengünstiger als herkömmliche Techniken wie die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie und die Gaschromatographie-Massenspektrometrie.

Die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie wird zur Trennung und Quantifizierung von Verbindungen in flüssigen Proben eingesetzt. Dabei wird die Probe durch eine mit stationärem Material gefüllte Hochdrucksäule gepresst, wo sich die Verbindungen aufgrund ihrer chemischen Wechselwirkungen trennen.

Obwohl die präzise Hochleistungs-Flüssigchromatographie als aufwendig gilt, da sie teure Lösungsmittel, zeitaufwändiger Vor­berei­tung sowie spe­zia­liserter Aus­rüstung und Aus­bil­dung als auf­wändi­g an­gesehen.

Die Gaschromatographie-Massenspektrometrie kombiniert die Gaschromatographie zur Trennung flüchtiger Verbindungen mit der Massenspektrometrie, um diese anhand ihrer Molekülfragmente zu identifizieren.

Obwohl sie sehr genau ist, ist sie technisch komplex, kostspielig und auf flüchtige Proben oder solche beschränkt, die aus chemischen Veränderungen stammen. Außerdem erfordert sie aufwendige Vorbereitungen und qualifiziertes Personal.

„Die neue Technik benötigt nur minimale Ressourcen und kann viele Proben schnell verarbeiten“, sagte Zaroual. „Zudem kann sie in Echtzeit vor Ort eingesetzt werden, um Betrug aufzudecken, ohne dass hochmoderne Labore erforderlich sind, was sie zu einem innovativen Schritt in der Qualitätskontrolle macht.“ 

Den Forschern zufolge hebt sich die Side-Front-Face-Fluoreszenzspektroskopie auch von anderen spektroskopischen Techniken ab, die bereits für die Olivenölanalyse eingesetzt werden.

„Die Side-Front-Face-Fluoreszenzspektroskopie zeichnet sich durch ihre einzigartige Methode aus, die chemische Zusammensetzung von Olivenöl durch fluoreszierende Lichtemissionen bei Bestrahlung mit spezifischer Strahlung zu ermitteln“, sagte Zaroual.

„Dadurch ist sie äußerst empfindlich gegenüber geringfügigen chemischen Veränderungen, die durch Verfälschungen oder Lagerbedingungen verursacht werden“, fügte er hinzu.

Zaroual erklärte, dass andere Techniken, wie die Mittel- und Nahinfrarotspektroskopie, sich auf die Messung der Lichtabsorption durch molekulare Schwingungen konzentrieren, wodurch sie sich besser für die Analyse spezifischer Bestandteile eignen als für die präzise Identifizierung von Verfälschungen.

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„Raman-Verfahren basieren ebenfalls auf molekularen Schwingungen, können jedoch durch störende Fluoreszenzsignale beeinträchtigt werden, was ihre Effizienz einschränkt“, sagte Zaroual. „Die Seiten-Front-Fluoreszenzspektroskopie kann Öle anhand ihrer Fluoreszenzemissionen bei bestimmten Wellenlängen, wie beispielsweise 430 Nanometern, unterscheiden“, fügte er hinzu.

430 Nanometer ist eine wichtige analytische Wellenlänge, bei der sich die chemischen Unterschiede zwischen Ölen im Fluoreszenzsignal zeigen, was eine genaue Klassifizierung und Quantifizierung durch chemometrische Analyse ermöglicht.

Die Forscher fanden heraus, dass Fluoreszenzemissionen bei 430 Nanometern besonders effektiv waren, um zwischen nativem Olivenöl extra und Proben zu unterscheiden, die mit minderwertigeren Ölen wie nativem, raffiniertem Olivenöl oder Oliventresteröl vermischt waren.

Bei dieser Wellenlänge zeigten die durch natürlich vorkommende Verbindungen wie Chlorophylle oder Oxidationsmarker erzeugten Fluoreszenzsignale zeigten je nach Art und Anteil der Verfälschung deutliche und konsistente Unterschiede.

Diese einzigartigen Emissionsmuster wurden mithilfe chemometrischer Modelle wie der Diskriminanzanalyse nach der Methode der kleinsten Quadrate analysiert, die eine Klassifizierungsgenauigkeit von 100 Prozent erzielte.

Den Autoren zufolge ist die neue, auf der Side-Front-Face-Fluoreszenzspektroskopie basierende Methode einfacher anzuwenden und benötigt nur wenige Minuten pro Analyse, deutlich weniger Zeit als die Stunden, die für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie oder die Gaschromatographie-Massenspektrometrie benötigt werden.

„Die Analyse mittels Seiten-Front-Fluoreszenzspektroskopie dauert nur wenige Minuten pro Probe, mit drei Scans pro Probe, was sie ideal für die schnelle Verarbeitung großer Probenmengen macht“, sagte Zaroual. 

„Außerdem wird der Einsatz von Chemikalien und Lösungsmitteln minimiert, was sowohl die Kosten als auch die Umweltbelastung senkt“, fügte er hinzu.

Die Forscher stellten zudem fest, dass der Betrieb des Geräts deutlich weniger Energie erfordert als herkömmliche Methoden.

„Darüber hinaus sind weder hochspezialisierte Fachkenntnisse noch hochmoderne Labore erforderlich, was die Methode für Qualitätskontrolllabore in kleinen Olivenmühlen zugänglich macht“, fügte er hinzu. „Die Side-Front-Face-Fluoreszenzspektroskopie erfordert nur eine grundlegende Schulung für die Bedienung des Geräts und die Auswertung der Ergebnisse, wodurch die Abhängigkeit von hochspezialisiertem Personal verringert wird.“

Dank seiner hohen Empfindlichkeit lassen sich auch sehr geringe Verfälschungsanteile nachweisen.

„Die Studie hat gezeigt, dass die Seiten-Front-Fluoreszenzspektroskopie Verfälschungen von nur fünf Prozent zugesetztem Öl erkennen kann, wenn dieses in natives Olivenöl extra gemischt wird, was die Empfindlichkeit der Technik belegt“, sagte Zaroual.

„Dadurch eignet sie sich auch zur Aufdeckung kleinerer Betrugsfälle, die mit traditionellen Methoden nur schwer zu erkennen sind“, fügte er hinzu.

Den Forschern zufolge ist der beste Zeitpunkt für die Anwendung dieser Methode während der Produktion, wo jeglicher Betrug frühzeitig erkannt werden kann, bevor das Produkt in die Lieferkette gelangt.

„Es kann auch während der Verpackung eingesetzt werden, um die Qualität zu überwachen und die Produktintegrität sicherzustellen“, sagte Zaroual. „Bei Bedarf kann sie auch während des Vertriebs oder im Einzelhandel eingesetzt werden, um die Einhaltung von Vorschriften zu gewährleisten und den Endverbraucher vor Betrug zu schützen.“ 

Zu den Herausforderungen bei der Erzielung optimaler Ergebnisse mit der Seiten-Front-Fluoreszenzspektroskopie gehört der Einfluss externer Faktoren, wie Lagerung oder Einwirkung von Licht und Wärme, die die Fluoreszenzemissionen beeinflussen und die Analyseergebnisse verfälschen können.

„Zudem kann es schwierig sein, Mischungen von Olivenölen mit chemischen Profilen, die denen von nativem Olivenöl extra ähneln, zu unterscheiden, was genauere Referenzmodelle und den Einsatz fortschrittlicher statistischer Werkzeuge erfordert“, sagte Zaroual.

„Chemische Interferenzen durch Polyphenole und flüchtige Verbindungen, die die Fluoreszenzsignaturen verändern, stellen eine weitere potenzielle Herausforderung dar“, fügte er hinzu.

Den Autoren zufolge könnte die Seiten-Front-Fluoreszenzspektroskopie zu einem Standardinstrument für die Überwachung von Olivenöl werden, sobald sie bewertet und durch gesetzliche Rahmenbedingungen zugelassen ist.

„Mit der Entwicklung standardisierter Protokolle und der offiziellen Anerkennung durch Organisationen wie den Internationalen Olivenrat könnte es dazu dienen, die Ein­halt­ung von Her­kunfts- und Quali­täts­zert­i­fi­ka­tionen wie g.U. und g.g.A. zu gew­ähr­le­isen“, so Zaroual. „Das war eines der Ziele bei der En­wick­lung dieser Tech­nik.“ 

Den Forschern zufolge wird sich die zukünftige Arbeit darauf konzentrieren, ein breiteres Spektrum an Pflanzenölen abzudecken und Vorhersagemodelle für eine genauere Betrugserkennung zu verfeinern.

„Die Bemühungen werden sich auf die Entwicklung kompakter, kostengünstiger Geräte für den Feldeinsatz durch Produzenten und Händler konzentrieren“, sagte Zaroual. „Das Team plant außerdem, die Untersuchung der Fluoreszenz in Bezug auf geografische Herkunft und Sorten zu vertiefen, um eine Methode auf der Grundlage geografischer Fingerabdrücke zu entwickeln.“

„Weitere Ziele sind die Verbesserung der Empfindlichkeit, um Verfälschungsgrade unter 0,5 Prozent zu erkennen, sowie die Integration von Systemen der künstlichen Intelligenz zur Analyse von Echtzeitdaten“, schloss Zaroual.

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