Lebensmittelechtheit: Next Generation Sequencing-Verfahren führen zu neuen Erkenntnissen

Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser. Diese Lebensweisheit gilt auch bei der Herstellung von Lebensmitteln. Woraus besteht ein Lebensmittel? Ist alles drin, was auf der Zutatenliste steht? Können sich Verbraucher, aber auch die Händler und Einkäufer von Lebensmitteln und Rohwaren auf die Richtigkeit der Angaben verlassen? Eigentlich sollte dies selbstverständlich sein.

„Die Authentizität und Qualität von Lebensmitteln sind für die europäischen Verbraucher und die Lebensmittelindustrie wichtig und für die Handelsbeziehungen auf einem globalen Markt von wesentlicher Bedeutung. Die jüngsten Lebensmittelskandale haben die Notwendigkeit eines koordinierten Vorgehens bei der Bekämpfung von Lebensmittelbetrug deutlich gemacht“, heißt es dazu auf der EU-Website für Lebensmittelbetrug und Qualität (Food Authenticity | Knowledge for policy (europa.eu). Hier finden sich auch die aktuellen, monatlich zusammengefassten Berichte über Lebensmittelbetrug (Food Fraud Summary December 2020 | Knowledge for policy (europa.eu).

Analysen schaffen Sicherheit und Vertrauen
Betrug und Verfälschungen bei Lebensmitteln gab es schon immer, beruhigend ist dies nicht. Sei es Wasser im Wein oder das Strecken von Olivenöl mit anderen Ölen. Die Liste ist lang. Laut DLG sind vor allem Olivenöl, Fisch, Bio-Lebensmittel, Milch, Getreide, Honig und Ahornsirup, Kaffee und Tee, Gewürze, Wein und Obstsäfte betroffen.

Immer öfter gelangen Betrügereien, bei denen Hersteller minderwertige oder gefälschte Lebensmittel teuer verkaufen, in den Fokus von Presse und Fahndern. Aber auch in der Lebensmittelindustrie sind der mögliche Betrug und der Schutz davor ein wichtiges Thema. Bei unterschiedlichsten Audits wird nach Maßnahmen gefragt, wie Verfälschungen erkannt und verhindert werden könnten.

Wie so oft ist die Mehrheit ehrlich, dies gilt auch für Lebensmittelunternehmen. Aber bei den verzweigten weltweiten Handelsströmen kann viel passieren und Kontrollen sind notwendig. Es geht allerdings nicht nur darum Betrügereien aufzudecken, sondern in erster Linie um Sicherheit und Vertrauen und beides lässt sich mit Kontrollen gewinnen. Durch Laboranalysen, die die Authentizität des Lebensmittels bestätigen, kann einerseits das Vertrauen der Einkäufer in den Verkäufer gestärkt werden, andererseits kann der Verkäufer mit Analysenergebnissen die Berechtigung für das Vertrauen in seine Ware belegen.

Die staatlichen Untersuchungsämter kontrollieren und decken auf. Dabei kommen zunehmend verbesserte Methoden und neue Technologien für die Authentizitätsprüfung zum Einsatz. Zur Kontrolle, z. B. von Fleisch- und Fischproben, finden etwa NGS-Analysen immer häufiger Anwendung, um Täuschung und Irreführung bis hin zu Lebensmittelbetrug aufzudecken. Einige Untersuchungsbehörden verfügen bereits über die NGS-Technologie und setzen diese auch erfolgreich ein, weitere Einrichtungen werden folgen (Szabo et. al. 2020).

Zielgerichtete Suche nach Lebensmittelverfälschungen
Einige Dienstleistungslabore stehen dabei bereits mit Rat und Tat zur Seite. Hier können beispielsweise komplexe Lebensmittel mithilfe von molekularbiologischen Analysen schon lange zielgerichtet untersucht werden. Die Probe muss dafür allerdings auch die Erbsubstanz (DNA) der gesuchten Spezies enthalten. Durch Hitze und Säure kann die gesuchte DNA zerstört werden, dies gilt es bei der Analyse zu berücksichtigen.

2013 sorgte der Pferdefleischskandal für Schlagzeilen. Pferdefleisch wurde in unterschiedlichen Lebensmitteln gefunden, die als Rindfleischprodukte deklariert waren. Das beigemengte Pferdefleisch hingegen war nicht ausgewiesen. 500 Tonnen Pferdefleisch wurden so als Rindfleisch ausgegeben und auf den Markt gebracht und als erstes in Lasagne nachgewiesen. Ein Pariser Gericht hat für dieses Vergehen mittlerweile vier Verantwortliche zu Gefängnisstrafen verurteilt. (ZEIT-ONLINE, 16.04.2019).

Doch wie wird Pferdefleisch beispielsweise in Rinderlasagne nachgewiesen? Eine Frage, die mit einer zielgerichteten Analyse beantwortet werden kann. Besteht, warum auch immer, die Vermutung, dass Pferdefleisch in dem Produkt sein könnte, so kann das Labor danach suchen. Mittels PCR können spezifische DNA Gensequenzen des Zielorganismus, in diesem Fall vom Pferd, mit sogenannten Primern so vermehrt werden, dass genau diese gesuchte typische „Pferd Sequenz“ nachgewiesen werden kann.

Bei Tieren werden hauptsächlich speziesspezifische Primer der mitochondrialen Cytochrom b Gene und der Cytochrom-C-Oxidase-Untereinheit-I-Gene eingesetzt. Mittlerweile gibt es sogenannte Multiplex-PCRNachweise mit denen in der zu untersuchenden Probe die An- oder Abwesenheit von mehreren Tierarten überprüft werden können. Die zielgerichteten Nachweise von Rind, Schwein, Pferd, Esel, Huhn, Pute, Kaninchen, Schaf, Ziege, Wasserbüffel, Katze und Hund sind mittels real time PCR Verfahren möglich. Nicht selten spielen bei der zielgerichteten Suche religiöse Vorgaben eine wesentliche Rolle. Rindfleischprodukte sollten beispielsweise frei von Schweinefleisch sein. Mit molekularbiologischen Methoden kann dies sicher belegt werden.

Aber könnten nicht auch ganz andere als die gesuchten Tierarten in der Probe vorhanden sein? Das ist denkbar, aber mit einer zielgerichteten Analyse schwer zu belegen. Die Ergebnisse von nicht zielgerichteten Analysen komplexer Lebensmittel wie beispielsweise einer Rinderlasagne oder von Kräutern und Gewürzen könnten für ungeahnte Überraschungen sorgen. Andererseits aber auch das Vertrauen stärken.

Nicht zielgerichtete Analysen per NGS-Technologie
Unter dem Namen „next generation sequencing” (NGS) werden genanalytische Verfahren zusammengefasst, bei denen Millionen von DNA-Fragmenten gleichzeitig vervielfältigt und dann parallel sequenziert werden können. Der Zeitaufwand der Sequenzierung ist gesunken, die Anforderungen an die Auswertung der enormen Datenmengen sind allerdings technisch sehr aufwändig und anspruchsvoll.

Bei dieser Methode besteht weder eine Begrenzung auf die Anzahl der Ziele noch auf die Auswahl an zielgerichteten Testkits. Die gesamte DNA der Lebensmittelprobe kann mithilfe von NGS-Verfahren untersucht werden. Die Ergebnisse geben dann Auskunft darüber, welche Tier- und Pflanzenarten sich in der Probe befinden. Hierzu werden aus der Probe Millionen von Sequenzdaten erhoben und ausgewertet. Beispielsweise könnte eine Oreganoprobe auf Fremdpflanzen untersucht werden oder Fleischzubereitungen auf verarbeitete Tierarten.

In der von LADR eingesetzten Datenbank können die Lebensmittelproben auf das Vorhandensein von überprüft werden. Analysedauer bis zum Ergebnis – drei Tage.

Ungezielt können folglich in Lebensmitteln mittels NGS-Methoden tausende Organismen gleichzeitig nachgewiesen werden. Für die Überprüfung der Echtheit von Lebensmitteln ist diese Technologie eine umfassende Informationsquelle. Besteht das Fischfilet aus Kabeljau? Zur Beantwortung dieser Frage ist der Einsatz des NGS Verfahren übertrieben. Aber eine Studie aus dem Jahr 2016 in Brasilien belegte beispielsweise bei Fischkuchen aus getrocknetem Kabeljau, dem sogenannten Bacalhau, eine Fehlkennzeichnungsrate von 41 % innerhalb der in die Stichprobe einbezogenen Produkte (Carvalho et al., 2017).

Lebensmittelkontrolle – Ausblick
Der Einsatz des NGS-Verfahrens wird zukünftig immer häufiger in der Routine Anwendung finden um die Echtheit von Lebensmitteln zu überprüfen. Mittels NGS kann die Qualität und Integrität der geprüften Produkte bestätigt werden. Die Hersteller von Lebensmitteln können die geforderten Qualitäts- und Sicherheitsstandards gewährleisten. Und die Händler von Lebensmitteln können die geforderten Spezifikationsparameter belegen.

Literatur:
https://www.dlg.org/de/lebensmittel/themen/publikationen/expertenwissen-sensorik/food-fraud-lebensmittelverfaelschungen

https://www.dlg.org/de/lebensmittel/themen/publikationen/expertenwissen-sensorik/food-fraud-teil-2-lebensmittelverfaelschungen

Szabo et al. Journal of Consumer Protection and Food Safety (2020) 15:85–89, Etablierung der § 64 LFGB Arbeitsgruppen „NGS – Bakteriencharakterisierung“ und „NGS – Speziesidentifizierung“. https://doi.org/10.1007/s00003-019-01255-z

Carvalho et al. Food Control 2017, 183-186, Food metagenomics: Next generation sequencing identifies species mixtures and mislabeling within highly processed cod products. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2017.04.049

Haynes et al., Food Control 2019, 134-143, The future of NGS (Next Generation Sequencing) analysis in testing food authenticity. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2019.02.010

Kontakt:
Dr. Burkhard Schütze
LADR GmbH MVZ Dr. Kramer & Kollegen
Fachbereich Lebensmittelanalytik
Lauenburger Straße 67
21502 Geesthacht
Tel.: 04152/803 188
E-Mail: lebensmittel@ladr.de
www.ladr-lebensmittel.de

Ausgabe März/April 2021 „Der Lebensmittelbrief/ernährung aktuell”