Authentication of beef from a Brazilian Cerrado terroir using elemental fingerprints and machine learning

في عالم الغذاء، يترك المكان الذي يعيش فيه الحيوان والطريقة التي يُربى بها أثراً دائماً على لحمه. هذا المفهوم، المعروف باسم "التروار" (terroir)، يرتبط عادةً بالنبيذ، حيث تتحد التربة والمناخ وتقاليد الزراعة المحلية لإنشاء نكهة فريدة لا يمكن تكرارها في مكان آخر. وقد اشتبه العلماء لفترة طويلة في أن هذا المبدأ نفسه ينطبق على لحم البقر. فمثلما تمتص كرمة العنب المعادن من الأرض، يمتص الماشي العناصر الكيميائية من التربة والمياه والنباتات التي يستهلكها. وتصبح هذه العناصر جزءاً من أنسجة الحيوان، مما يخلق بصمة كيميائية تعمل كبصمة إصبع طبيعية. وإذا استطاع الباحثون قراءة بصمة الإصبع هذه، فيمكنهم إثبات المصدر الدقيق لقطعة اللحم، مما يحمي المستهلكين من الاحتيال ويساعد المزارعين على إثبات الجودة الفريدة لمنتجاتهم.

وضع فريق من الباحثين في البرازيل هدفاً لاختبار هذه الفكرة باستخدام لحم البقر من منطقة "سيرادو"، وهي منطقة حيوية واسعة من السافانا الاستوائية تغطي جزءاً كبيراً من البلاد. وبينما تعد "سيرادو" قلب صناعة الماشية في البرازيل، إلا أنها تمثل مشهداً طبيعياً ضخماً ومتنوعاً. أراد الباحثون معرفة ما إذا كان بإمكانهم تمييز لحم البقر من عملية زراعية محددة وعالية الجودة داخل منطقة "سيرادو" عن لحم البقر المنتج في مزارع أخرى في المنطقة العامة نفسها. وقد ركزوا على شركة تدعى "بيف باشن" (Beef Passion)، والتي تدير ماشيتها من خلال نظام متكامل تماماً من الولادة حتى الذبح، مما يخلق بيئة إنتاج متميزة. ولإيجاد الإجابة، لم يعتمدوا على الطعم أو الرائحة، بل على التركيبة الكيميائية الفعلية للحم. فقد جمعوا عينات من عضلة "بايس فوريليس" (biceps femoris)، وهي قطعة فاخرة تُعرف باسم "بيكانيا"، من عملية "بيف باشن" ومن خمس بلديات أخرى عبر منطقة "سيرادو" التي تمثل إنتاجاً نمطياً غير متخصص.

وللكشف عن القصة الكيميائية الخفية للحم، استخدم العلماء أداتين تحليليتين قويتين. أولاً، استخدموا تقنية تسمى "تحليل التنشيط النيوتروني"، والتي تتضمن قذف عينات صغيرة من اللحم المجفف بنيوترونات في مفاعل نووي لجعل العناصر الموجودة بداخلها تتوهج بالإشعاع، مما يسمح بتحديد دقيق. كما استخدموا طريقة تسمى "مطيافية الكتلة بالبلازما المقترنة حثياً"، والتي تعمل على تبخير العينة لقياس وزن ذراتها. سمحت هذه الأساليب لهم بالكشف عن وقياس كميات أربعة عشر عنصراً كيميائياً مختلفاً موجوداً في لحم البقر، بما في ذلك المعادن مثل الكالسيوم والحديد والزنك، بالإضافة إلى العناصر الزهيدة مثل الروبيديوم والكروم. وعندما قارنوا النتائج بين كلتا الطريقتين، وجدوا أنها تتفق تماماً، مما أكد أن البيانات كانت موثوقة.

ثم واجه الباحثون تحدياً: هل يمكنهم التمييز بين المواقع الخمسة المختلفة غير المتخصصة داخل منطقة "سيرادو"؟ عندما حاولوا استخدام خوارزميات الكمبيوتر لتصنيف لحم البقر حسب بلد المنشأ المحدد، كانت النتائج ضعيفة. فقد كانت الملفات التعريفية الكيميائية للحم البقر من هذه البلدات المختلفة متشابهة جداً بحيث يصعب التمييز بينها، ويرجع ذلك على الأرجح إلى أن الممارسات الزراعية والظروف البيئية في تلك المناطق كانت متشابهة للغاية. ومع ذلك، عندما قام الباحثون بتجميع كل هذه العينات غير المتخصصة معاً وقارنوها بعينات "بيف باشن"، تغيرت الصورة بشكل كبير. فقد تمكنت نماذج الكمبيوتر، التي تعمل كأدوات متطورة للتعرف على الأنماط، من فصل المجموعتين بوضوح تام.

كشفت الدراسة أن "تروار" لحم بقر "بيف باشن" يمتلك ملفاً تعريفياً عنصرياً متميزاً يميزه عن بقية المنطقة. وحققت نماذج الكمبيوتر دقة بنسبة مائة بالمائة في تحديد المجموعة التي تنتمي إليها العينة، مما يعني عدم وجود أي أخطاء في التصنيف. وأشار التحليل إلى عنصرين محددين كعنصر أساسي لهذا التمييز: الروبيديوم والكروم. فقد احتوى لحم البقر من "التروار" الخاص بنسب أعلى بكثير من الروبيديوم ومستويات أقل من الكروم مقارنة بلحم البقر من المواقع الأخرى. وبينما تعد الأسباب الدقيقة لهذا الاختلاف معقدة، يقترح الباحثون أنها تنبع من المزيج الفريد من تكوين التربة، والغطاء النباتي، وممارسات الإدارة في مزرعة "بيف باشن"، والتي أثرت على كيفية امتصاص الحيوانات لهذه المعادن.

تثبت هذه النتيجة أن الظروف البيئية والإدارية الفريدة لـ "تروار" معين يمكن أن تترك بالفعل بصمة كيميائية قابلة للكشف على لحم البقر. وتشير الدراسة إلى أنه من خلال قياس مجموعة صغيرة من العناصر، يمكن توثيق أصل لحم البقر عالي القيمة بيقين مطلق. وتوفر هذه القدرة أداة قوية للتحقق من هوية المنتجات التي تعتمد في قيمتها على منشئها الجغرابي، مما يضمن أن القصة المكتوبة على الملصق تطابق الواقع الموجود في العبوة. ويؤكد البحث أن "سيرادو" ليست مجرد مصدر واحد موحد للحوم البقر، بل هي مشهد طبيعي حيث يمكن لمناطق محددة مدارة جيداً أن تنتج لحماً له هوية كيميائية خاصة به.