Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Wissenschaft und Forschung: Ausgabe 09/2014, 08.10.2014

Sind fälschungssichere Lebensmittel ein Traum oder bald Realität?

Lebensmittel der oberen Preisklasse verleiten «schwarze Schafe» immer wieder zum Fälschen und damit zum Betrug der Konsumenten. Bisher waren Zertifikate die einzige Chance, die Echtheit der Produkte zu garantieren. Wissenschaftler der ETH Zürich haben jetzt ein unsichtbares Etikett entwickelt, mit dem sich Lebensmittel direkt markieren und Panschereien leicht analysieren lassen.

Bilder: Fotolia, ETH Zürich

Hochpreisige Lebensmittel stehen immer wieder im Mittelpunkt von Skandalen, wenn Kontrollen aufdecken, dass «schwarze Schafe» minderwertige Ware als Premiumqualität angepriesen und völlig überteuert verkauft haben. Solche Betrugsfälle schaden nicht nur der gesamten Branche, sondern zerstören auch nachhaltig das Vertrauen der Konsumenten. Eine pfiffige Idee von Wissenschaftlern der ETH Zürich hat grosses Potenzial, beispielsweise Olivenöl vor Fälschern zu schützen. Dazu haben die Forscher ein Etikett entwickelt, das sich nicht ablösen lässt, denn es steckt in verschwindend kleinen Mengen im Produkt selbst und ist daher von aussen nicht zu entfernen. Dieses besondere «Etikett» besteht aus winzigen, magnetischen DNA-Partikeln, die in einer Silicathülle verpackt dem Öl beigemischt sind. Dank dieser Methode lässt sich teures Olivenöl leicht auf Fälschungen und Panschereien prüfen.

Am Anfang stand die Erdölindustrie.

Die Idee zu dieser Kennzeichnungsart hat eine längere Geschichte und stammt ursprünglich aus der Erdölindustrie, wie Robert Grass, Dozent am Departement Chemie und angewandte Biowissenschaften (D-CHAB) der ETH Zürich, erklärt: «Es gibt schon lange Bestrebungen, Flüssigkeiten zu markieren oder Codes einzubringen. Wir haben lange Erfahrungen, mit magnetischen Partikeln zu markieren, doch hier fehlt die Variabilität. Die Lösung kam dann aus der Biochemie, die sich rasant entwickelt. Als Chemiker haben wir letztlich zwei Aspekte verlinkt und einen statistisch generierten künstlichen Code entwickelt.» Den Code erzeugen die Wissenschaftler mit einem Zufallsgenerator und synthetisieren Buchstabe für Buchstabe beziehungsweise Molekül für Molekül zu einem Strang. Dieser Code lässt sich mit quantitativer PCR (Poly­merase Chain Reaction) nachweisen.

Praktische Umsetzung.

Was technisch leicht umzusetzen ist, hat in der Praxis jedoch seine Tücken, denn die Experten mussten einen Weg finden, die codierten DNA-Moleküle in das Öl einzubringen. «Dazu haben wir die DNA mit einer Silicathülle umgeben, sodass sie vor Umwelteinflüssen und vor chemischen Attacken geschützt ist. Für die bessere Mischbarkeit haben wir die Kügelchen hydrophobisiert», so der Wissenschaftler.

Um die Partikel wieder aus dem Öl fischen zu können, griff das Team um Grass auf seine Erfahrungen mit magnetischen Partikeln zurück und magnetisierte das Etikett. Sie verwendeten dazu Nanopartikel aus Eisenoxid, die sie in die Silicathülle einschlossen. Versuche im Labor zeigten, dass das Etikett im Öl gut lösbar ist und zu keinen optischen Veränderungen führt. Das Etikett blieb auch bei Erhitzung stabil und überstand unbeschadet einen Alterungsversuch. Aufgrund des integrierten magnetischen Eisenoxids liessen sich die Partikel zudem leicht aus dem Öl entfernen. Mithilfe einer fluorid­haltigen Lösung gewannen die Forscher die DNA wieder zurück und analysierten diese mit PCR. Winzige Mengen bis zu einem Mil­lionstel Gramm pro Liter und ein Volumen von einem Tausends­telliter genügen, um die Authentizitätstests der Ölprodukte durchzuführen. Auf diese Weise lässt sich auch das Panschen nachweisen. Entspricht die Konzentration der DNA nicht dem ursprünglichen Wert, dann bedeutet das, dass anderes Öl zugemischt worden ist.

Für die Lebensmittelindustrie tauglich.

Was sich im Labor schon bewährt hat, ist bereit für den Einsatz in der Praxis. Ein grosses Potenzial liegt in der Lebensmittelbranche. «Viele Konsumenten haben das Bedürfnis zu wissen, woher die Lebensmittel stammen, da sie für bestimmte Produkte, wie etwa Biolebensmittel oder Waren aus besonderen Regionen, bereit sind, einen höheren Preis zu bezahlen. Aus chemischer Sicht handelt es sich bei Bio- und Nicht-Bio-Produkten um das Gleiche beziehungsweise dieselbe Zusammensetzung. So liegt der Wert des Produkts im Ursprung oder in der Art und Weise der Herstellung. Im Moment schützen Papiere diesen Wert. Doch solche Zertifikate basieren auf Vertrauen. Wir wollen einen technischen Nachweis liefern oder zumindest die Chance aufzeigen, dass es einen technischen Nachweis gibt. Wir stehen damit erst am Anfang der Geschichte und buchstäblich an der Grenze zum Markt und damit zum Konsumenten», so Grass.

Was technisch kein Problem ist, kann jedoch an der Skepsis des Marktes scheitern. Die Bedenken der Konsumenten – vor allem in Bezug auf Nanotechnologie – sind zum Teil begründet, doch auch undifferenziert, was zu Ängsten führt. In der Gentechnik ist es ähnlich, sodass die Wissenschaftler nun herausfinden müssen, was Konsumenten bevorzugen. «Das ist ein wichtiger Dialog. Viele Menschen wollen sichere Lebensmittel kaufen und wissen, woher sie kommen. Der Wunsch nach Sicherheit ist vorhanden. Aber wann ist es ihnen Wert, ein Risiko oder Kosten einzugehen, diesen Nachweis haben zu wollen? Zudem werden die Lieferketten immer länger und globaler, sodass das Sicherheitsbedürfniss noch grösser werden wird. Auch der Preisdruck ist ein Thema, und die Skandale der Vergangenheit zeigten, dass die papierbasierte Vorgehensweise nicht immer funktioniert. Mit unserer Methode können wir eine technische Sicherheit geben», erklärt der Wissenschaftler.

Für Konsumenten unbedenklich?

Bisher ist die Idee der Forscher noch nicht in der Branche umgesetzt. Die Basis ist zwar gelegt, aber es fehlt noch ein Industriepartner für die Realisierung. «Der Code ist so gestaltet, dass Verbraucher diesen praktisch im Salat mitessen können. Alle Komponenten, die wir verwenden, sind bereits Bestandteil in unseren Konsumgütern. Eisenoxid ist als E 172 schon lange als Zusatzstoff in unserer Ernährung erlaubt. Auch Silicatpartikel (E 551) und ähnliche Verbindungen, beispielsweise Magnesiumsilikat (E 533 a), sind bekannte und zugelassene Stoffe. Zudem verwenden wir unglaublich verschwindend kleine Mengen davon», so Grass.

Obwohl die technische Umsetzung mit dem statistisch generierten Code neu ist, gibt es bereits eine verwandte Anwendung. Die Forschungsanstalt Agroscope hat spezifische Bakterien entwickelt, um den original Emmentaler vor Fälschungen zu schützen. «Die Kollegen verwenden zwar keine neue DNA, aber etwas Ähnliches. Da im Käse ohnehin Bakterien und deren DNA vorhanden sind, ist das für Konsumenten keine Hemmschwelle. Bei unserer DNA könnte diese schon bestehen», meint der Forscher. So haben sie bereits einen Ausweg für das Dilemma gefunden. Statt der synthetisch generierten DNA lässt sich auch natürliches Erbmaterial von Früchten oder Gemüse verwenden. «Wir können zur Markierung des Olivenöls beispielsweise eine Mischung aus exotischen Ananasvarianten und der DNA einer Kiwi verwenden und so den Code generieren. So lässt sich die Angst nehmen, dass die DNA vielleicht doch unerwünschte Auswirkungen hat. Die Entscheidung, ob künstliche oder natürliche DNA, hängt ganz davon ab, wie nahe der Code an die Konsumenten kommt. Im Grunde ist das eine Entscheidung, die der Verbraucher fällt, und zwar damit, wie gut das Produkt im Markt ankommt», sagt der Experte.

Nicht nur für Olivenöl geeignet.

Auch wenn die ETH-Forscher zuerst Olivenöl für ihre Versuche gewählt haben, ist die Anwendung nicht darauf beschränkt. Denkbar sind nicht nur Lebensmittel, sondern auch Zwischenprodukte, die in die Lebensmittelkette gelangen und weniger konsumentenorientiert sind. Die Wissenschaftler können zum Beispiel auch Glutamat markieren. Es gibt eine ganze Reihe, die interessant ist, wie zum Beispiel Milchprodukte als Gegenpol zum Agroscope-Käse. Das Etikett lässt sich auch für die Kennzeichnung von Regio­nen nutzen, was im Extremfall sogar bis zum Nachweis für jeden Lieferanten gehen kann. Doch für den Wissenschaftler ist eine Frage, wie weit Interessenten gehen möchten. Von der technischen Seite gibt es keine Limitierungen.

Auch der finanzielle Aspekt ist ebenfalls kein Problem, da das Etikett mit rund 0,02 Cent sehr kostengünstig ist. Für die Experten ist der limitierende Faktor die Akzeptanz und auch die Zulassung. Ob und wie sich die Innovation letztlich umsetzen lässt, ist für Grass auch abhängig von den Partnern: «Wir sind Chemiker und Wissenschaftler und wissen, dass das technisch ein Teil des Problems ist. Das können wir anpassen und verändern, aber es braucht mehrere Partner in der Kette, bis sich eine Neuerung umsetzen lässt.»


Literaturhinweis: Michaela Puddu, Daniela Paunescu, Wendelin J. Stark, and Robert N. Grass: Magnetically Recoverable, Thermostable,
Hydrophobic DNA/Silica Encapsulates and Their Application as Invisible Oil Tags. ACS Nano, 8(3), 1677-1685. DOI:10.1021/nn4063853




Mit magnetischen DNA-Partikeln lässt sich Olivenöl so markieren, dass es fälschungssicher ist