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

खाद्य जगत में, जहाँ कोई पशु रहता है और उसे जिस तरह से पाला जाता है, वह उसके मांस पर एक स्थायी छाप छोड़ता है। यह अवधारणा, जिसे टेरुआ (terroir) के रूप में जाना जाता है, आमतौर पर वाइन से जुड़ी होती है, जहाँ मिट्टी, जलवायु और स्थानीय कृषि परंपराएं मिलकर एक अनूठा स्वाद बनाती हैं जिसे कहीं और दोहराया नहीं जा सकता। वैज्ञानिकों को लंबे समय से संदेह रहा है कि यही सिद्धांत बीफ (गोमांस) पर भी लागू होता है। जिस प्रकार एक अंगूर की बेल पृथ्वी से खनिज सोखती है, उसी प्रकार मवेशी उस मिट्टी, पानी और पौधों से रासायनिक तत्वों को सोखते हैं जिनका वे सेवन करते हैं। ये तत्व पशु के ऊतकों का हिस्सा बन जाते हैं, जिससे एक रासायनिक हस्ताक्षर बनता है जो एक प्राकृतिक उंगलियों के निशान (फिंगरप्रिंट) की तरह कार्य करता है। यदि शोधकर्ता इस फिंगरप्रिंट को पढ़ सकें, तो वे सटीक रूप से सिद्ध कर सकते हैं कि मांस का एक टुकड़ा वास्तव में कहाँ से आया है, जिससे उपभोक्ताओं को धोखाधड़ी से बचाया जा सके और किसानों को उनके उत्पादों की विशिष्ट गुणवत्ता सिद्ध करने में मदद मिल सके।

ब्राजील में शोधकर्ताओं की एक टीम ने सेरैडो (Cerrada) के बीफ का उपयोग करके इस विचार का परीक्षण करने के लिए हाथ बढ़ाया, जो एक विशाल उष्णकटिबंधीय सवाना बायोम है और देश के एक बड़े हिस्से को कवर करता है। हालाँकि सेरैडो ब्राजील के पशुपालन उद्योग का केंद्र है, लेकिन यह एक विशाल और विविध परिदृश्य है। शोधकर्ता यह जानना चाहते थे कि क्या वे सेरैडो के भीतर एक विशिष्ट, उच्च-गुणवत्ता वाले कृषि फार्म के बीफ को उसी सामान्य क्षेत्र के अन्य फार्मों द्वारा उत्पादित बीफ से अलग पहचान सकते हैं। उन्होंने 'बीफ पैशन' नामक एक कंपनी पर ध्यान केंद्रित किया, जो जन्म से लेकर वध तक एक पूर्ण एकीकृत प्रणाली के माध्यम से अपने मवेशियों का प्रबंधन करती है, जिससे एक विशिष्ट उत्पादन वातावरण निर्मित होता है। उत्तर खोजने के लिए, उन्होंने स्वाद या गंध पर भरोसा नहीं किया, बल्कि मांस की वास्तविक रासायनिक संरचना पर ध्यान दिया। उन्होंने बीफ पैशन ऑपरेशन से और सेरैडो के पांच अन्य नगर पालिकाओं से 'बायसेप्स फेमोरिस' मांसपेशी (एक प्रीमियम कट जिसे पिकांन्हा के रूप में जाना जाता है) के नमूने एकत्र किए, जो विशिष्ट, गैर-विशेषीकृत उत्पादन का प्रतिनिधित्व करते थे।

मांस की छिपी हुई रासायनिक कहानी को उजागर करने के लिए, वैज्ञानिकों ने दो शक्तिशाली विश्लेषणात्मक उपकरणों का उपयोग किया। सबसे पहले, उन्होंने न्यूट्रॉन एक्टिवेशन एनालिसिस नामक तकनीक का उपयोग किया, जिसमें सूखे मांस के छोटे नमूनों को परमाणु रिएक्टर में न्यूट्रॉन से बमबारी की जाती है ताकि उनके भीतर के तत्व विकिरण के साथ चमक सकें, जिससे सटीक पहचान संभव हो सके। उन्होंने इंडक्टिवली कपल्ड प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री का भी उपयोग किया, जो नमूने को वाष्पित करके उसके परमाणुओं के भार को मापता है। इन विधियों ने उन्हें बीफ में मौजूद चौदह अलग-अलग रासायनिक तत्वों का पता लगाने और उन्हें मापने की अनुमति दी, जिनमें कैल्शियम, आयरन और जिंक जैसे खनिज, साथ ही रुबिडियम और क्रोमियम जैसे सूक्ष्म तत्व शामिल थे। जब उन्होंने दोनों विधियों के परिणामों की तुलना की, तो उन्होंने पाया कि वे पूरी तरह से सहमत थे, जिससे पुष्टि हुई कि डेटा विश्वसनीय था।

इसके बाद शोधकर्ताओं के सामने एक चुनौती आई: क्या वे सेरैडो के भीतर पांच अलग-अलग गैर-विशेषीकृत स्थानों के बीच अंतर कर सकते थे? जब उन्होंने कंप्यूटर एल्गोरिदम का उपयोग करके बीफ को उसके विशिष्ट मूल स्थान के आधार पर वर्गीकृत करने की कोशिश की, तो परिणाम निराशाजनक रहे। विभिन्न कस्बों से प्राप्त बीफ की रासायनिक प्रोफाइल एक दूसरे से अलग करने के लिए बहुत समान थी, जिसका कारण संभवतः उन क्षेत्रों में खेती के तरीके और पर्यावरणीय स्थितियां बहुत एक जैसी थीं। हालाँकि, जब शोधकर्ताओं ने इन सभी गैर-विशेषized नमूनों को एक साथ समूहबद्ध किया और उनकी तुलना बीफ पैशन के नमूनों से की, तो तस्वीर नाटकीय रूप से बदल गई। कंप्यूटर मॉडल, जो परिष्कृत पैटर्न-पहचान उपकरण के रूप में कार्य करते हैं, दो समूहों को पूर्ण स्पष्टता के साथ अलग करने में सक्षम थे।

अध्ययन से पता चला कि बीफ पैशन के टेरुआ का एक विशिष्ट मौलिक प्रोफाइल था जो इसे शेष क्षेत्र से अलग करता था। कंप्यूटर मॉडल ने यह पहचानने में सौ प्रतिशत सटीकता हासिल की कि नमूना किस समूह से संबंधित था, जिसका अर्थ था कि वर्गीकरण में कोई गलती नहीं हुई। विश्लेषण ने दो विशिष्ट तत्वों को इस अंतर की कुंजी के रूप में इंगित किया: रुबिडियम और क्रोमियम। विशेष टेरुआ के बीफ में अन्य स्थानों के बीफ की तुलना में रुबिडियम का स्तर काफी अधिक और क्रोमियम का स्तर कम था। हालांकि इस अंतर के सटीक कारण जटिल हैं, शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि यह मिट्टी की संरचना, वनस्पति और प्रबंधन प्रथाओं के अनूठे संयोजन से उपजा है, जिसने जानवरों द्वारा इन खनिजों को अवशोषित करने के तरीके को प्रभावित किया।

यह खोज प्रदर्शित करती है कि एक विशिष्ट टेरुआ की अनूठी पर्यावरणीय और प्रबंधन स्थितियां वास्तव में एक पता लगाने योग्य रासायनिक हस्ताक्षर अंकित कर सकती हैं। अध्ययन बताता है कि तत्वों के एक छोटे सेट को मापकर, उच्च-मूल्य वाले बीफ के मूल को पूर्ण निश्चितता के साथ प्रमाणित करना संभव है। यह क्षमता उन उत्पादों की पहचान सत्यापित करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण प्रदान करती है जो अपने मूल्य के लिए अपने भौगोलिक मूल पर निर्भर करते हैं, यह सुनिश्चित करती है कि लेबल पर लिखी कहानी पैकेज के भीतर की वास्तविकता से मेल खाती है। यह शोध पुष्टि करता है कि सेरैडो केवल बीफ का एक एकल, एकसमान स्रोत नहीं है, बल्कि एक ऐसा परिदृश्य है जहाँ विशिष्ट, सुव्यवस्थित क्षेत्र अपनी स्वयं की रासायनिक पहचान वाला मांस पैदा कर सकते हैं।