Überprüfung der Authentizität von Rindfleisch (Bio) mit Hilfe der stabilen Isotope der Bioelemente

Abstract

Die stabilen Isotope der Bioelemente haben sich in der heutigen Analytik als Möglichkeit etabliert die Authentizität eines Agrarproduktes zu überprüfen, dies kann auch für Rindfleisch, insbesondere aus dem ökologischen Landbau genutzt werden. Die Authentizität des Rindfleisches umfasst dabei sowohl die Herkunft, als auch die Nahrungsgrundlage der Rinder.<br /> Die Grundlage ist zum einen die Fraktionierung des schweren Sauerstoffs und Wasserstoffs im Wasserkreislauf. Daraus ergeben sich spezifische Isotopenverhältnisse im Grundwasser in den verschiedenen Regionen von Deutschland, welche sich über das Trink- und Gewebewasser der regionalen Futterpflanzen im Rind widerspiegeln.<br /> Dabei müssen jahreszeitliche Effekte zu einer korrekten Differenzierung berücksichtigt werden. Mit diesen Isotopen kann sowohl Nord- und Süddeutsches Rindfleisch, als auch ausländisches Rindfleisch, wie z. B. aus Argentinien differenziert werden.<br /> Durch die spezifischen Stickstoff- und Schwefelisotopenverhältnisse der Futterpflanzen, die zum einen durch die anthropogene Düngung des Bodens und zum anderen durch geologische Bedingungen vorgegeben sind, ergibt sich gerade in der ökologischen Landwirtschaft ein örtlicher Bezug, der sich in der weiterführenden Nahrungskette, d.h. im Rindfleisch widerspiegelt. So konnten Rindfleischproben von drei ökologischen Betrieben aus dem Großraum Köln über einen Zeitraum von 18 Monaten mit Hilfe dieser Isotope differenziert werden. Ist die Datenbasis der Rindfleischproben umfassend, können mit Hilfe dieser Isotope auch länderübergreifende Differenzierungen durchgeführt werden.<br /> Bei der Anwendung der Isotope der Bioelemente sind gerade beim Stickstoff mögliche Spannweiten der Isotopenverhältnisse im Rind zu beachten. So konnte in der Einzeluntersuchung von 30 Rindfleischproben gemäß dem „Schweizer Schnitt“ eine Variabilität der Isotopenverhältnisse festgestellt werden.<br /> Die Nahrungsgrundlage kann mit Hilfe der Isotopenverhältnisse des Kohlenstoffs nachvollzogen werden. Gerade in der ökologischen Landwirtschaft wird auf die Verfütterung von Maissilage verzichtet, welche jedoch in konventionellen Betrieben einen erheblichen Anteil darstellt. Dieser Fütterungsfaktor/Ernährungsfaktor spiegelt sich wiederum in den spezifischen Isotopenverhältnissen des Kohlenstoffs wider. <br /> In der Summe wird damit mit Hilfe der stabilen Isotope der Bioelemente eine physikalische Markierung über das Trinkwasser und die Nahrung weitergegeben. Somit ist auch möglich, bei gleichernährten Rindern Chargenüberprüfungen durchzuführen.<br /> Auch eine kurzzeitige Änderung der Trinkwasserbasis zeigt keinen signifikanten Einfluss auf die Aussagekraft der Isotopenverhältnisse des Sauerstoffs und Wasserstoffs.

<strong>Stable isotope variation as a tool to trace the authenticity of beef</strong><br /> Organic beef originating principally from Germany was analyzed for the hydrogen, carbon, oxygen, nitrogen and sulfur stable isotopic composition to test the possibility of tracing back the geographical origin. First the stable isotopic distribution of the elements of life in different parts of beef was analyzed. For that verification 30 beef parts of two cattle with different ages were examined. Concerning the standard deviation the variances of the isotopic ratios were small in both examined cattle. These variances of the stable isotopes of life could be confirmed in comparison with 69 further samples of ecological farming. The isotopic ratios of nitrogen have to be mentioned. In comparison with carbon and sulfur the standard deviation is doubled in both examined cattle. This could be an effect of the 3 ‰ nitrogen shift of the metabolism. The variances of the remaining stable isotopes of life have to be more or less an effect of the turnover of the metabolism. Taking the ages of the cattle into account, there is no hint that the different ages have an effect on the stable isotopic variances of the stable isotopes of life in the meat. Since there is a well-known pattern of D/H and ¹⁸O/¹⁶O in meteoric water and in ground water, there should be an existing link to the tissue water in the beef. Therefore different organic beef samples from various German farms have been collected and analyzed over nearly two years. To check the differentiation of foreign beef, samples from Argentina, Chile and Austria were included in the study. The analyses of meat samples indicate that it is possible to trace back the region e.g. Argentina and Germany. An important parameter for the differentiation is the seasonal effect of the tissue water, as it could be demonstrated with samples from 3 German farms in the Colonian bay. Including the seasonal effect of oxygen and hydrogen in the discrimination procedure it is possible to differentiate between samples of north and south Germany and also foreign samples from Chile and Austria. Otherwise without the seasonal effect, optimal differentiation could only be done if there is a significant difference of 5 ‰ in the ground water, respectively for ¹⁸O/¹⁶O ratio. By including the stable isotope ratios of the other elements of life further information is available: soils show different isotopic ratios of ¹⁵N/¹⁴N and ³⁴S/³²S depending on the geological composition, cultivation and atmospheric sulfur deposition. As organic farming is mainly obliged to use only self produced fodder, that ratio is reflected in the beef as well. Therefore it is possible to differentiate samples from the same region, as it could be demonstrated on organic beef samples from three farms in the Colonian bay and eleven farms in north Germany. The study analyzed samples from 83 farms in Germany, where the ranges of nitrogen and sulfur ratio of Germany could be set between 3,1 ‰ and 8,1 ‰ for nitrogen and 1,4 ‰ and 8,5 ‰ for sulfur ratios. Certainly authenticity of beef is not only linked with the geographical origin but can also reflect the differentiation of organic and conventional farming. The fodder of organic cattle farming consists mainly of C3-plants and the use of C4-plants is more usual in conventional cattle farming. A ¹³C/¹²C ratio above –20 ‰ appears as a limit for organic farming. As the cattle are often transported in various regions for slaughtering, the influence of new drinking water was checked in a short experiment where 8 cattle from a university farm in Bonn got in two-day steps drinking water from alpine regions. In comparison with the drinking water from Bonn, its D/H and 18O/16O ratios were significant decreased. Nevertheless there was no significant effect in the tissue water of the beef within seven days.