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

In der Welt der Lebensmittel hinterlassen der Lebensraum eines Tieres und die Art seiner Aufzucht eine dauerhafte Spur in seinem Fleisch. Dieses Konzept, bekannt als Terroir, wird normalerweise mit Wein in Verbindung gebracht, wo Boden, Klima und lokale landwirtschaftliche Traditionen kombiniert werden, um einen einzigartigen Geschmack zu kreieren, der nirgendwo sonst repliziert werden kann. Wissenschaftler vermuten schon lange, dass dasselbe Prinzip auch für Rindfleisch gilt. Genau wie eine Rebe Mineralien aus der Erde absorbiert, nehmen Rinder chemische Elemente aus dem Boden, dem Wasser und den Pflanzen auf, die sie konsumieren. Diese Elemente werden Teil des Gewebes des Tieres und erzeugen eine chemische Signatur, die wie ein natürlicher Fingerabdruck wirkt. Wenn Forscher diesen Fingerabdruck lesen können, können sie genau beweisen, woher ein Stück Fleisch stammt, was Verbraucher vor Betrug schützt und Landwirten hilft, die einzigartige Qualität ihrer Produkte nachzuweisen.

Ein Forschungsteam in Brasilien unternahm den Versuch, diese Idee am Beispiel von Rindfleisch aus dem Cerrado zu testen, einer riesigen tropischen Savannen-Biom-Landschaft, die einen großen Teil des Landes bedeckt. Obwohl der Cerrado das Herz der brasilianischen Viehwirtschaft ist, handelt es sich um eine massive und vielfältige Landschaft. Die Forscher wollten wissen, ob sie Rindfleisch aus einem spezifischen, hochwertigen landwirtschaftlichen Betrieb innerhalb des Cerrado von Rindfleisch unterscheiden konnten, das in anderen Betrieben derselben allgemeinen Region produziert wurde. Sie konzentrierten sich auf ein Unternehmen namens Beef Passion, das seine Rinder durch ein voll integriertes System von der Geburt bis zur Schlachtung verwaltet und so eine ausgeprägte Produktionsumgebung schafft. Um die Antwort zu finden, verließen sie sich nicht auf Geschmack oder Geruch, sondern auf die tatsächliche chemische Zusammensetzung des Fleisches. Sie sammelten Proben des Biceps femoris-Muskels, eines Premium-Teilstücks bekannt als Picanha, sowohl vom Beef Passion-Betrieb als auch aus fünf anderen Gemeinden im Cerrado, die eine typische, nicht spezialisierte Produktion repräsentierten.

Um die verborgene chemische Geschichte des Fleisches zu entschlüsseln, setzten die Wissenschaftler zwei leistungsstarke analytische Werkzeuge ein. Zuerst verwendeten sie eine Technik namens Neutronenaktivierungsanalyse, bei der winzige Proben des getrockneten Fleisches in einem Kernreaktor mit Neutronen beschossen werden, um die darin enthaltenen Elemente zum Leuchten mit Strahlung zu bringen, was eine präzise Identifizierung ermöglicht. Sie verwendeten auch eine Methode namens Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma, um die Probe zu verdampfen und das Gewicht ihrer Atome zu messen. Diese Methoden ermöglichten es ihnen, die Mengen von vierzehn verschiedenen chemischen Elementen im Rindfleisch nachzuweisen und zu messen, darunter Mineralien wie Kalzium, Eisen und Zink sowie Spurenelemente wie Rubidium und Chrom. Als sie die Ergebnisse beider Methoden verglichen, stellten sie fest, dass diese perfekt übereinstimmten, was bestätigte, dass die Daten zuverlässig waren.

Die Forscher standen dann vor einer Herausforderung: Konnten sie den Unterschied zwischen den fünf verschiedenen, nicht spezialisierten Standorten innerhalb des Cerrado erkennen? Als sie versuchten, Computeralgorithmen zu nutzen, um das Rindfleisch nach seinem spezifischen Herkunftsort zu sortieren, waren die Ergebnisse schlecht. Die chemischen Profile des Fleisches aus diesen verschiedenen Städten waren zu ähnlich, um sie voneinander zu unterscheiden, wahrscheinlich weil die landwirtschaftlichen Praktiken und die Umweltbedingungen in diesen Gebieten zu ähnlich waren. Als die Forscher jedoch alle diese nicht spezialisierten Proben zusammen gruppierten und sie gegen die Beef Passion-Proben verglichen, änderte sich das Bild dramatisch. Die Computermodelle, die als hochentwickelte Mustererkennungswerkzeuge fungieren, waren in der Lage, die beiden Gruppen mit vollkommener Klarheit zu trennen.

Die Studie ergab, dass das Rindfleisch des Beef Passion Terroirs über ein distinktes elementares Profil verfügte, das es vom Rest der Region abhob. Die Computermodelle erreichten eine hundertprozentige Genauigkeit bei der Identifizierung, zu welcher Gruppe eine Probe gehörte, was bedeutete, dass es keine Fehler bei der Klassifizierung gab. Die Analyse deutete auf zwei spezifische Elemente als Schlüssel zu dieser Unterscheidung hin: Rubidium und Chrom. Das Fleisch aus dem speziellen Terroir enthielt signifikant höhere Mengen an Rubidium und niedrigere Mengen an Chrom im Vergleich zum Fleisch aus den anderen Standorten. Während die genauen Gründe für diesen Unterschied komplex sind, vermuten die Forscher, dass dies aus der einzigartigen Kombination von Bodenbeschaffenheit, Vegetation und Managementpraktiken der Beef Passion Farm resultiert, welche beeinflusste, wie die Tiere diese Mineralien aufnahmen.

Dieser Befund demonstriert, dass die einzigartigen Umwelt- und Managementbedingungen eines spezifischen Terroirs in der Tat einen detektierbaren chemischen Fingerabdruck auf das Fleisch hinterlassen können. Die Studie legt nahe, dass es durch die Messung einer kleinen Anzahl von Elementen möglich ist, die Herkunft von hochwertigem Rindfleisch mit absoluter Gewissheit zu authentifizieren. Diese Fähigkeit bietet ein leistungsstarkes Instrument, um die Identität von Produkten zu verifizieren, die ihren Wert aus ihrer geografischen Herkunft beziehen, und stellt sicher, dass die Geschichte auf dem Etikett mit der Realität in der Verpackung übereinstimmt. Die Forschung bestätigt, dass der Cerrado nicht nur eine einzige, einheitliche Quelle für Rindfleisch ist, sondern eine Landschaft, in der spezifische, gut verwaltete Regionen Fleisch mit einer ganz eigenen chemischen Identität produzieren können.