Food Profiling Qualitätssicherung in der Lebensmittelproduktion Systemweite Strategien zur Authentizitätsbestimmung von Rohstoffen

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1 Runder Tisch Geoschutz LANUV NRW, Recklinghausen, 16. Juli 2014 Food Profiling Qualitätssicherung in der Lebensmittelproduktion Systemweite Strategien zur Authentizitätsbestimmung von Rohstoffen www. profiling.org Prof. Dr. Markus Fischer 1 Operative Ebene Beteiligte Gruppen 2 TP 1 Genomics HSFS, Universität Hamburg, Markus Fischer TP 2 Proteomics Core Facility Proteomanalytik, UKE, Universität Hamburg, Hartmut Schlüter TP 3 Metabolomics (flüchtig / nicht flüchtig) A) NMR Abteilung, Fachbereich Chemie, Uni. Hamburg, Thomas Hackl (NMR) B) HSFS, Universität Hamburg, Markus Fischer (UPLC UHR MS n, LC/GC MS n ) C) DFA, Freising, Peter Schieberle / Martin Steinhaus (GCxGC TOF MS) TP 4 Isotopolomics Institut für Lebensmittelchemie, Uni. Hohenheim, Walter Vetter TP 5 Bioinformatik / Datenmanagement Lehrstuhl für Angewandte Bioinformatik, Universität Tübingen, Oliver Kohlbacher TP 6 Aptamere HSFS, Universität Hamburg, Markus Fischer TP 7 Automation / Schnelltests Lehrstuhl für Analytische Chemie, TU München, Reinhard Nießner / Michael Seidel 1

2 Was machen wir und vorauf zielen wir? Was machen wir? o Vernetzte und systemweite Abdeckung der OMICS Kaskade im Bereich Lebensmittelanalytik o Wozu? Davon abgeleitete Schnelltestsysteme o Rohstoffidentifizierung o Geographische Herkunftsnachweise o Unterscheidung von konventioneller und ökologischer/biologischer Ware 3 Warum? Food Fraud Food Fakery Alleinige Kontrolle von Frachtpapieren ist vielfach nicht ausreichend Wer sicher sein möchte braucht Werkzeuge zur Überprüfung o Schutz des Verbrauchers vor Täuschung und Gesundheitsgefährdung o Schutz der Marke o Schutz des Unternehmens 4 2

3 Food Profiling Direkter Kontakt zu KMU Projektbegleitender Ausschuss Verbände der Lebensmittelindustrie Unternehmen der Lebensmittelindustrie unterschiedlicher Branchen Rohstoff Importeure Dienstleistungsunternehmen Hardware Hersteller 5 Struktur Operative Ebene Datenerfassung horizontal TP 5 Bioinformatik Datennutzung TP 1 Genomics TP 2 Proteomics TP 3 Metabolomics TP 4 Isotopolomics TP 6 Aptamere TP 7 Arrays/Schnelltest A: NMR vertikal B: LC MS n C: GCxGC MS Applikationen für KMU systemweite Abdeckung best mögliche Technologien sehr hohe Auflösung feinstrukturiertes Bild 6 3

4 Systemweite Betrachtung endogene Faktoren Pflanzlicher Rohstoff (Transkriptom) Genom Isotopolom Peptide DNA Spurenenlemente Isotope RNA Proteom Gesamtheit Genom Transkriptom Proteom Metabolom Isotopolom Einzelelement Gene Transcripte (mrna) Elemente/Isotope Metabolom endogene Faktoren = molekularer Aufbau einer pflanzlichen oder tierischen Zelle 7 Systemweite Betrachtung exogene Einflüsse Produktionsrückstände Lösungs, Reinigungsmittel, Mineralöle etc. Mikroorganismen (gewollt/ungewollt) Milchsäurebakterien, Salmonellen, EHEC, etc. Verpackung z.b. Migration von Mineralöl aus Recyclingmaterialien Pflanzlicher Rohstoff Peptide DNA Spurenenlemente Exogene Verbindungen Isotope Standortfaktoren Kontaminanten (z.b. PCB, Dioxine, Metalle, Mykotoxine), Rückstände (z.b. Pestizide, Tierarzneimittel), Elemente, Klima, Düngemittel, Wasser, etc. Lagerung und Verarbeitung Chem. Reaktionen, Aroma, Farbveränderungen, etc. Zusatzstoffe z.b. Konservierungsmittel Fremdeintrag (Kreuzkontaminationen) z.b. Allergene exogene Einflüsse = Umwelt & Produktion 8 4

5 Systemweite Betrachtung Produktionsrückstände Lösungs, Reinigungsmittel, Mineralöle etc. Mikroorganismen (gewollt/ungewollt) Milchsäurebakterien, Salmonellen, EHEC, etc Verpackung z.b. Migration von Mineralöl aus Recyclingmaterialien Pflanzlicher Rohstoff Peptide DNA Spurenenlemente Exogene Verbindungen Isotope Standortfaktoren Kontaminanten (z.b. PCB, Dioxine, Metalle, Mykotoxine), Rückstände (z.b. Pestizide, Tierarzneimittel), Metalle, Klima, Düngemittel, Wasser, etc. Lagerung und Verarbeitung Chem. Reaktionen, Aroma, Farbveränderungen, etc. Zusatzstoffe z.b. Konservierungsmittel Fremdeintrag (Kreuzkontaminationen) z.b. Allergene Systemweite Betrachtung = molekularer Aufbau & Umwelt & Produktion 9 Datenerfassung Blickwinkel Genomics (TP 1) Proteomics (TP 2) Datenerfassung Metabolomics (TP 3) Peptide DNA Spurenenlemente Exogene Verbindungen Isotope (Transkriptomics) Isotopolomics (TP 4) Analyt Genom Proteom Metabolom Isotopolom Technologie Genomics Proteomics Metabolomics Isotopolomics FOOD PROFILE Definiert durch molekularen Aufbau der Zelle & Umwelt & Produktionsfaktoren 10 5

6 Abhängigkeiten Bewertung FOOD PROFILE Genom Proteom Metabolom Isotopolom Exogen stabil Speziesspezifisch Arten, Sortenunterscheidung Exogen beeinflussbar Standort / Bedingungen Produktionsbedingungen: Düngung (Bio/nicht Bio), etc. Bodenbeschaffenheit: Salzgehalt, ph Wert, Feuchtigkeit Klimatische Verhältnisse, Reifegrad Herkunftsnachweis Differenzierung von Rohstoffbestandteilen Schale / Kern non targeted (nicht gerichtet) Datenerfassung Fingerprinting Barcoding Technisch maximale Menge an Daten wird erfasst! 11 Workflow Probenbeschaffung Extraktion Datenakquise (Datenerfassung, TP 1 4) Datenanalyse (Datenverarbeitung, TP 5) Identifizierung von Unterschieden zwischen zwei Probenpopulationen (TP 1 5) Applikation (TP 6, 7) 1. Reduktion der großen und unübersichtlichen Datensätze Tausende 2. Extraktion der relevanten Informationen Wenige 3. Identifizierung von Markern: Mutationen, Strukturen, Elemente, Verhältnisse Einzelne 12 6

7 Datenmanagement Genomics Proteomics Metabolomics Isotopolomics Datenerfassung Externe Datenbanken Bioinformatik Datenmanagement de novo Datenbanken Datensammlung Datenarchivierung Down stream Prozesse: Datenprozessierung Datenextraktion Identifizierung von Unterschieden Datenprozessierung 13 Wie geht s weiter? Ziele o Rohstoffidentifizierung o Geographische Herkunftsnachweise o Produktionsverfahren (Bio/konventionell) Zielerreichung 1. Non targeted fingerprinting und barcoding Verfahren 2. Entwicklung von einfachen targeted Methoden Identifizierung von Mutation, spezifischen n, Schlüsselmetaboliten oder Isotopenverhältnissen Entwicklung geeigneter gerichteter (targeted) Nachweisverfahren 14 7

8 FOOD PROFILING: Was steht am Ende des Projektes? Nachhaltige Handlungsabläufe für die Überprüfung der Authentizität von Rohstoffen Schnell und Einfachmethoden Expertenpool Technische und wissenschaftliche Unterstützung für KMU 15 Runder Tisch Geoschutz LANUV NRW, Recklinghausen, 16. Juli 2014 Food Profiling Qualitätssicherung in der Lebensmittelproduktion www. profiling.org Prof. Dr. Markus Fischer Wissenschaft schafft Vertrauen 16 8