DOI

Érkezett: 2022. május – Elfogadva: 2022. július

¹ Tokaj-Hegyalja Egyetem, Lorántffy Intézet, Szőlészeti és Borászati Tanszék
² Pannon Egyetem, Soós Ernő Kutató- Fejlesztő Központ, Víztechnológiai Kutatócsoport

Kulcsszavak

amfora, kvevri, kerámiatojás, organikus termelés, antioxidánsok, NMR-vizsgálat, kvercetin, procianidinek, katechinek, kávésav, p-kumársav, galakturonsav, borostyánkősav, kaftársav, borkősav, almasav, hidroxifahéjsav

2. Bevezetés

A natúr borkészítési filozófia napjainkra mozgalommá növekedett, számos országban készítőkre és fogyasztóközönségre talált. Filozófiájuk szerint még soha nem használt a borkészítő társadalom ennyi növényvédőszert a szőlőben, ennyi borászati segédanyagot és tartósítószert, mint napjainkban, ami rendkívül káros mind az élővilág, mind a növényvilágra és nem fenntartható gazdálkodások. Vissza kell térni a gyökerekhez, a régmúlt idők borászati gyakorlatához, ahol a borkészítés művészet és lelke van az így készített boroknak, a termőhely szelleme ötvöződik a borász művészi világával. Különösen igaz ez a Dél-Kaukázusban készített amforaborok világára [1].

Ezekkel a termékekkel szemben gyakran felmerülő ellenérv az, hogy egyrészt mikrobiológiailag nem stabilak, hiszen nem történnek olyan technológiai műveletek, amelyek csökkentenék a szőlőről bekerülő és a mustban, borban felszaporodó mikroorganizmusok nagyságrendjét, másrészt nincs megfelelő növényvédelmi tevékenység a szőlőben olyan kórokozókkal szemben (pl. feketerothadás), amelyek megváltozott kémiai összetételt okoznak, illetve mikotoxinokat termelhetnek. További aggályos tényező, hogy a különféle tárolóedények migrációs tulajdonságairól kevés vizsgálati eredmény áll rendelkezésre.

3. Szakirodalmi áttekintés

3.1. A natúrbor fogalma, készítésének sajátosságai

A natúrbor-készítés mozgalmának gyökereit 1978 körül kell keresni, a francia Beaujolais-ban Marcel Lapierre és Julet Chauvet készített először bioszőlőből kén- és adalékmentes borokat [2].

A natúr borokra gyakran használt elnevezések: low-intervention wine („kis beavatkozású” bor), naked wine („meztelen” bor), raw wine („nyers” bor), amelyek a készítés során alkalmazott szabályokra utalnak.

2020. márciusában Charta elnevezéssel a francia Agrárminisztérium, az INAO (Institut national de l’origine et de la qualité – Nemzeti Eredet- és Minőségvédelmi Intézet) és a DGCCRF (Direction générale de la concurrence, de la consommation et de la répression des fraudes – Verseny-, Fogyasztási- és Csalás Elleni Főigazgatóság), a Natúr Borok Szövetségével közösen fogadta el a natúr borok szabályzatát és hivatalosan a „vin méthode nature” elnevezést.

3.1.1. A natúrborok legfontosabb jellemzői:

1. Minősített organikus (EU vagy Nature&Progrés), vagy legalább az átállás második évében lévő ültetvényről származó szőlőből kell származniuk;
2. A borkészítésre szánt szőlőt kizárólag kézzel szabad szüretelni;
3. Kizárólag spontán erjedési folyamatokat alkalmazhatnak,
4. Tilos adalék-anyagok hozzáadása;
5. Tilos a szőlő összetételének módosítása (sav-, alkoholnövelés);
6. Tilosak a „durvának” minősített beavatkozások (pl. szűrés, tangenciális szűrés, villám-pasztörizálás, hőkezelés, fordított ozmózis);
7. Erjedés előtt és közben tilos kén hozzáadása;
8. A címkéken a kénhasználattól függően kétféle logót használhatnak a termelők: „kén hozzáadása nélkül” ill. „˂30 mg/l kén hozzáadásával”;
9. A nem natúrbornak számító tételeknek egyértelműen elkülöníthetőknek kell lenniük (differenciált címkézés) – elkerülve így a fogyasztó megtévesztését [2].

3.2. Héjonerjesztett fehérborok

A natúrborok speciális kategóriája a héjon erjesztett fehérborok, amely gyakran viseli a kvevri-, amfora-, borostyán- és narancsbor nevet. A változó trendek hatására a régi, hagyományos stílusok kezdenek megjelenni a borászok körében is. A héjon erjesztett fehérborok népszerűsége folyamatosan növekszik, hasonlóan, mint a naturális borokra irányuló egyre növekvő kereslet. A narancsborok ezen túlmenően különleges kategóriát képviselnek, hiszen a héjon áztatásnak köszönhetően egyszerre hordozzák a fehérborokra jellemző ízeket a vörösborokra jellemző textúrával és tanninokkal együtt [3]. A fogyasztók különösen kedvelik, amikor a tárolóedényzet speciális aromavilággal gazdagítja a bor ízét, így egyre több borkészítő használ kerámiatojást és amforát. E technológiának Franciaországban, Portugáliában, USA-ban, Olaszországban, Szlovéniában és Ausztriában számos követője van [4, 5, 6, 7, 8]. Eltérő szín (a mélysárgától a borostyánig), megnövekedett polifenol-tartalom [9, 10, 11], illékony vegyületek (vanília, pörkölt mogyoró, dió) képződése [12, 7], minerális jegyek megjelenése [13, 14] a legfontosabb megkülönböztető jegyek.

A héjjal való érintkezés időtartamának különösen fontos szerepe van nemcsak az erjedés, hanem az utána következő érlelés során is. A hosszú héjjal való érintkezési idő elősegíti mind a fenolos, mind az ásványi anyagok beoldódását. A borászati szempontból fontos procianidinek és katechinek a héjban, magban, kocsányban fordulnak elő, az egyszerű fenolok (kávésav, p-kumársav) legnagyobb koncentrációban a bogyóhúsban találhatók. A minél hosszabb idejű héjon áztatás, az alkohol növekvő koncentrációja, valamint az erjedés során folyamatosan növekvő hőmérséklet hatására, a magból a borba kerülő tanninok részaránya is növekszik. Ez a folyamat a fenolos anyagokat tartalmazó sejtek javuló áteresztőképességével és/vagy felrepedésével hozható összefüggésbe. Ha a kierjedt újbort az erjedés befejeződése után még hosszabb ideig tartják héjon, összetételében a magból származó tanninok válnak dominánssá és a polimer pigmentek aránya is megnő [15, 16]. A termőhely [17], a szőlőfajta [18], a tőketerhelés [19], mustok, borok fenolos összetételére gyakorolt hatásával több kutatási eredményt is publikáltak.

A polifenolok közül kiemelkedő jelentősége van a kvercetinnek és a sikiminsavnak. A kvercetin 10-20 mg/l, a sikiminsav pedig 30-50 mg/l mennyiségben található meg fehérborokban. Erre a Nemzetközi Szőlészeti és Borászati Hivatal Bor és Egészség szakbizottságának vezetője, hívta fel a figyelmet, miután a madárinfluenza ellenszereként alkalmazott, a kínai csillagánizs kivonatából készített Tamiflu nevű gyógyszernek is ez a két vegyület a fő hatóanyaga. Ezzel a fehérborok fogyasztásának jótékony hatása is újabb érvet kapott [20].

3.3. Speciális tároló edényzetek

3.3.1. Amfora

Világszerte sokfelé készítik, minden fazekasmester egyedi eljárást és alapanyagot használ fel, sokszor a formavilág is változik. Magyarországon egy hazai fazekas munkái a legelterjedtebbek, amforáinak alapanyaga tűzálló anyag, amelyet saját anyagából készült samottal soványítottak. Tömör, kagylós törésfelületű, alapanyagai színesre égő tűzálló agyagok, amelyek az 1200-1250 °C-os égetés után savnak, lúgnak ellenálló cseréppé alakulnak, amelynek vízfelvétele 4% alatti (1. ábra).

Az amforahasználat legfontosabb jellemzői:

• A fémtartállyal szemben, az amforában mikrooxidáció megy végbe;
• Amíg a fahordó erőteljes nyomot hagy a borok illatában és ízében, addig az amforákban a szőlőfajta és a terroir jellege érvényesül;
• Az amforákban a szőlőfajta olyan sajátos tulajdonságai válnak hangsúlyosabbá, amelyet egyébként a konvencionális borkészítési eljárások elfednek (pl. a furmint szőlőfajta gyógynövényes ízvilága);
• A terrakotta amforák olyan ásványi anyagokból készülnek, amelyek hasonlóak a szőlőtalaj összetételéhez, amelyeket a szőlőtőkék életük folyamán felvehetnek, így a szőlő az erjesztés és érlelés alatt ahhoz hasonló kémiai közegbe kerül, mint amilyenben a tőkén volt; az amforában történő borkészítés így felerősíti a borokban az ásványos jegyeket;
• Az amfora hatásos hőszigetelő képessége folyamatosan biztosítja, hogy az erjedési folyamat kiegyensúlyozott hőmérsékleti körülmények között menjen végbe.

3.3.2. Kerámiatojás

A kerámiatojás Ausztráliában elterjedt cement anyag alapú, tojásra emlékeztető formájú edényzet. A kertámiatojások gyártói között jó hírnévre tett szert egy ausztrál vállalkozás, amely világszerte értékesíti borerjesztésre és tárolásra alkalmazható termékeit. Az ausztrál edényzetek 11-12 mm falvastagságúak, 675 liter az űrtartalmuk és 180 kg az önsúlyuk. Égetésük 1285 oC-on, 42 órán tart, amely az edény falának különleges mikroporózusos szerkezetét biztosítja. A fordított tojás formája speciális anyagáramlást biztosít, amely a benne tárolt erjedő must előnyös keveredését biztosítja (2. ábra).

4. Anyag és módszer

4.1. Azonos évjáratú natúrborok összehasonlító elemzése kerámiatojás és agyagamfora használat esetén

A vizsgált borok származására vonatkozó adatokat az 1. táblázat tartalmazza. A Tállyán működő borászatban natúr borkészítési technológiát alkalmaznak a boraik elkészítéséhez. A szőlőterületeik Tállya és Mád határában találhatók 8 dűlőben, Furmint és Hárslevelű fajtákkal, integrált gazdálkodásban foglalkoznak. Törekednek a lehető legkevesebb növényvédő szer felhasználására, felszívódó hatóanyagot egyáltalán nem alkalmaznak. A boraik spontán módon erjednek, nem használnak borászati kezelőanyagot, a borokat kénmentesen készítik és töltik le. Az erjesztéshez a fentebb ismertetett ausztrál kerámiatojásokat használják.

A Furmint egy bodrogkeresztúri pincészetben készült, organikus termelésű szőlőből. Az erjesztést Magyarországról származó fekete agyag amforában (3. ábra) végezték.

A Franciaországban található Savoie borvidék egyik jellegzetes fehér szőlőfajtája a Roussette de Savoie amely ampelográfiai tulajdonságait tekintve sok hasonlóságot mutat a Furmint szőlőfajtával. A genetikai vizsgálatok a rokonsági kapcsolatot nem erősítették meg, viszont az elmúlt években az Altesse fajta Európa szerte megjelenik különböző édes borairól híres borvidékeken. Tokajban, a Lencsés-dűlőből származik az alapanyag, amely a Tokaji Borvidék Szőlészeti és Borászati Kutatóintézetében került feldolgozásra és egy agyag-amforában erjedt.

A kémiai összetétel vizsgálata nagyműszeres analitikával (NMR- Nucleic Magnetic Resonance) történt a Diagnosticum Zrt. Szerencsi laboratóriumában.

H NMR technika [22]: H NMR spektrumok rögzítése 26,85°C-on Bruker AVANCE 400 spectrométerrel és 400’54 ASCEND magnet rendszerrel (Bruker, Karlsruhe, Germany) proton NMR módban, frekvencián of 400.13 MHz. A célzott vizsgálathoz való minta előkészítés és vizsgálati paraméterek a következők voltak: pH állítás pH 3,1-ra automata BTPH rendszerrel, deutérium és tetrametil- szilán adagolása, relaxációs késés 4 s, mintavételi idő 3,98 s, spektrális szélesség: 8223,68 Hz.

Az adatok statisztikai elemzéshez MANOVA és függetlenség vizsgálatot használtunk és az IBM Corp. 2016 SPSS Statistics for Windows, Version 23.0. Armonk, NY (USA) szoftvert.

5. Vizsgálati eredmények

5.1. A kerámiatojásban és az amforában készített natúrborok NMR-vizsgálata

Az eredményeket a 2. táblázat mutatja.

A Bruker BioSpin GmbH adatbázisában szereplő normál fehérbor készítési eljárással készített fehérborok analitikai értékeivel összehasonlítva megállapítható, hogy a vizsgált héjon erjesztett fehérborok alacsonyabb borkősav tartalommal és magasabb citromsav, galakturonsav, borostyánkősav, kaftársav tartalommal rendelkeznek. A borkősav, almasav, citromsav a szőlőből származik, míg a galakturonsav, borostyánkősav az erjedés során képződik. Az eredményekből látható, hogy az erjedés végére a borkősav nagyobb része csökken borkőkiválás formájában, mint egy normál fehér bor esetében és az almasav is elbomolhat a természetes tejsavbaktérium flóra jelenlétének köszönhetően. A sikiminsav, amelynek előnyös élettani hatást tulajdonítanak, inkább fajtajellemzőnek bizonyul, mert csak az Altesse amforabor esetében volt mérhető számottevő koncentráció-különbség a többi bormintához képest. A kaftársav (kaffeoil-borkősav) hidroxifahéjsav származék és a kávésav borkősavval alkotott észtere, a szőlőbogyó húsának egyik legjelentősebb fenolos vegyülete. A hosszabb ideig tartó héjon áztatás és erjedés eredményeképpen a héjon erjesztett fehérborokban magasabb értékek mutathatók ki a normál fehérborokhoz képest, a kerámiatojásokban ötszörös mennyiség volt mérhető. Amennyiben a mustban jelen van redukált glutation (GSH), a kaftársav-orto-kinon elsőként ezzel lép reakcióba, 2-glutationil-kaftársavat (grape reaction product, GRP) képezve. A GRP színtelen, nem reagál polifenol-oxidázzal és nem lép fel barnulás.

Összehasonlítva az amfora- és kerámiatojás borokat NMR analízissel és MANOVA statisztikai módszerrel, az alábbi megállapításokat tettük:

• Azokat, az egyes bormintákból származó mérési adatokat, amelyek között látszólag sincs különbség, elhagytuk. A többi paramétert csoportonként értékeltük, mivel a MANOVA egyik feltétele, hogy az együtt vizsgált változók száma nem lehet magasabb a megfigyelések számánál (tehát 3-nál, mert ennyi a megfigyelések száma edényzet-típusonként).
• Ezen felül azonban a változók a többváltozós varianciaanalízis egyéb feltételeinek megfeleltek: a reziduumok normális eloszlásúak és szórásuk homogén két kivétellel, ahol enyhén sérül: fumársav és metilbutanol esetén. Nincs „extreme” vagy „outlier” egy dimenzióban (itt megfelelő csere 4 esetben), és Mahalanobis távolság alapján több dimenzióban sem, a végső csoportok közt nincs multikollinearitás, ezért a fumársavat, a galakturonsavat és a 2-metil- propanolt nem vizsgáltuk külön, mert nem adott volna új, értékelhető eredményt az adott csoportban vizsgált egyéb változókhoz képest.
• A vizsgált egyértékű, nem magasabb rendű alkoholok (etanol, metanol) mennyiségében nem találtunk a tárolóedény típusától függő eltérést (F(2;3)=2,681;p=0,641).
• Szőlő eredetű szerves savtartalom (borkősav, almasav, citromsav) esetén együtt vizsgálva nincs jelentős eltérés a borok közt tároló edénytípus szerint (F(2;3)=6,856;p=0,130). Azonban önállóan a borkősavat (F(2;3)=23,115;p<0,05) és almasavat (F(2;3)=36,914;p<0,05) tekintve van eltérés: a kerámia tojásban tárolt borok borkősav tartalma magasabb, almasav tartalma alacsonyabb az amfora tételekhez képest.
• Az erjedés során képződött szerves savak (tejsav, ecetsav, borostyánkősav) esetén együtt vizsgálva nincs jelentős eltérés a borok közt tároló edénytípus szerint (F(2;3)=2,064;p=0,343). Azonban önállóan a tejsavat (F(2;3)=11,755;p<0,05) és borostyánkősavat (F(2;3)=10,814;p<0,05) tekintve van eltérés: a kerámia tojásban tárolt borok tejsav és borostyánkősav tartalma alacsonyabb az amfora tételekhez képest. A modellen kívül vizsgálva a fumársav mennyisége nem eltérő (t(4)=4,303;p=0,238), a galakturonsav (t(4)=4,303;p<0,05) mennyisége eltér tároló edény szerint, a kerámia tojás esetén alacsonyabb.
• Az erjedési melléktermékek tekintetében (acetoin, acetaldehid) a tényezőket együttesen vizsgálva szignifikáns eltérést találtunk (F(2;3)=36,718;p<0,05). Az acetaldehid tartalom a kerámia tojásban adódott alacsonyabbnak (F(2;3)=36,718;p<0,05). Ugyanez mondható el az acetoin mennyiségére is, amely a szignifikancia határ közelében volt (F(2;3)=6,852;p=0,059).
• A magasabb rendű alkoholokat (2,3-butándiol, 2-feniletanol, 3-metil-butanol) együttesen vizsgálva nincs eltérés (F(2;3)=6,826;p=0,130), a butándiol önálló vizsgálata esetén a szignifikancia határon mozog az eredmény (F(2;3)=7,383;p=0,053), a kerámia tojásban adódik alacsonyabbnak.
• A polifenolok (sikiminsav, trigonelline, kaftársav) együttes vizsgálata során nem mutattunk ki szignifikáns különbséget (F(2;3)=13,606;p=0,069), de a kaftársav mennyisége jelentősen magasabb a kerámia tojásokban, ha értékeit egyedileg értékeltük (F(2;3)=36,977;p<0,05).
• A prolin mennyiségében függetlenség vizsgálat alapján statisztikailag igazolható eltérést találtunk, a kerámia tojásban alacsonyabb a mennyisége (t(4)=2,770;p<0,05). A szabad aminosavakra jellemző, hogy a borokban közel 50%-ban a prolin van jelen, 10% az arginin részesedése, az amforaborok esetében megmarad ez az arány, azonban a kerámiatojásokban a tokaji borokra jellemző részesedési arányt mutatja (30-25%) [23].

6. Következtetések

A natúr borkészítési technológia egy olyan szemlélet borban való megjelenítése, amely magában hordozza egyrészről készítőjének természetközeli elhivatottságát, másrészről a termőföld sajátosságainak lenyomatát. Nagyon fontos szerepet kap a higiénia, amely nélkül a vegyszermentes technológia alkalmazása lehetetlenné válik. A természetességhez és a fenntarthatósághoz való ragaszkodás indokolhatja a különböző tárolóedények nyújtotta lehetőségek kipróbálását és hozzáadott értékkel ruházza fel az így készített borokat. Minden tárolóedényzet hozzátesz, alakít a bor kémiai összetételén. A piaci pozícionálásban is fontos tényezők lehetnek nemcsak azért, mert különlegesek és egyediek, hanem azért is, mert a hozzájuk fűzött eszmei értékek (a szőlőtermés az anyaföldtől elválva hasonló közegben töltheti be borrá való alakulásának életútját) megkülönböztető jelleggel ruházhatják fel ezeket a bortípusokat.

7. Irodalom

[1] Chichua, D. (2009): Production of wine in Kvevri: History, description, analysis. (Hozzáférés: 27.12.2021)

[2] Geönczeöl A. (2020): Natúrbor – borforradalom, vagy csak egy mellékszál, Agrofórum Extra 86 116-122. (Hozzáférés: 2021.12.27.)

[3] Dara, J. (2020): Orange Wine is Trending for All the Right Reasons. Wine Enthusiast. (Hozzáférés: 2021.12.27.)

[4] Mandal, K. (2010): Genetische Charakterisierung von Wildhefe-Referenzstämmen mit geeigneten Markern. Wissensbericht 2010. Klosterneuburg, Austria, Institut für Weinbau Klosterneuburg:235-236.

[5] Barisashvili, G. (2011): Making wine in kvevri - a unique Georgian tradition. (Hozzáférés: 2021.12.27.)

[6] Kaltzin, W. (2012): „Natural wines” als. Trend. Seminar Önologisch XI. (Hozzáférés: 2021.12.27.)

[7] Martins,N., Garcia, R., Mendes, D., Costa Freitas, A.M., da Silva, M.G., Cabrita, M.J. (2018): An ancient winemaking technology: Exploring the volatile composition of amphora wines. LWT 96 288-295.

[8] Issa-Issa, H., Lipan, L., Cano-lamadrid, M., Nems, A., Corell, M., Calatayud-Garcia, P., A.Carbonell-Barrachina, Á., López-Lluch, D. (2021): Effect of Aging Vessel (Clay-Tinaja versus Oak Barrel) on the Volatile Composition, Descriptive Sensory Profile, and Consumer Acceptance of Red Wine. Beverages 7 35. DOI (Hozzáférés: 2021.12.27.)

[9] Shalashvili, A., Ugrekhelidze, D., Targamadze, I., Zambakhidze, N. & Tsereteli, L. (2011): Phenolic Compounds and Antiradical Efficiency of Georgian (Kakhethian) Wines. Journal of Food Science and Engineering 1 361-365.

[10] Rossetti, F. & Boselli, E. (2017): Effects of in-amphorae winemaking on the chemical and sensory profile of Chardonnay wine. Scientia Agriculturae Bohemica, 48 (1) 39-46.

[11] Bene ZS. & Kállay M. (2019): Polyphenol contents of skin-contact fermented white wines. Acta Alimentaria 48 515-524.

[12] Baiano, a., Mentana, A., Quinto, m., Centonze, D., Longobardi, F., Ventrella A., Agostiano, A., Varva, G., De Gianni, A., Terracone, C. (2015): The effect of in-amphorae aging on oenological parameters, phenolic profile and volatile composition of Minutolo white wine. Food Res. Int. 74 294-305.

[13] Diaz, C., Laurie, V.F., Molina, A.-M., Bücking, M. & Fisher, R. (2013): Characterization of selected organic and mineral components of kvevri wines. Am. J.Enol.Vitic. 64 532-537.

[14] Diaz, C. (2014): Investigation of traditional winemaking methods with a focus on spontaneous fermentation and the impact on aroma. Doktorin dissertation, RWTH Aachen University, Aachen, Németország

[15] Darias-Martin, J., Rodríguez, M.O., Rosa, E.D., Lamuela-Raventós, M. (2000): Effect of skin contact on antioxidant phenolics in white wine, Food Chemistry 71 (4) 483 – 487. DOI

[16] Bene ZS. & Kállay M. (2018): A szőlő fenolos vegyületeinek borokra gyakorolt hatása a héjonerjesztés során. In: szerk. Dankó L.: Narancsbor-Fejezetek a gasztronómiai újdonságok témaköréből. Bodrogkeresztúr. Tokajbor-Bene Kft. Kiadó. pp.18-25.

[17] Gambelli, L.& Santaroni, G.P. (2004) Polyphenols content in some Italian red wines of different geographical origins. Journal of Food Composition and Analysis. 17 (5) 613–618.

[18] Landrault, N., Poucheret, P., Ravel, P., Gasc, F., Cros, G., Teissedre, P.L. (2001): Antioxidant capacities and phenolics levels of french wines from different varieties and vintages. J. Agric. Food Chem. 49 (7) 3341–3348.

[19] Leskó, A. (2011): A tőketerhelés hatása a szőlőbogyó, a must és a bor összetételére. PhD-értekezés, BCE, Budapest

[20] Kállay M. (2007): A bor alkotóelemei, a hazai borok sajátosságai. Az Országgyűlés mezőgazdasági bizottságának „A bor hatása az egészségre - Molekulától a betegágyig” című rendezvény szakmai előadása (Hozzáférés: 2021.12.27.)

[21] Légli A. (2015): A Légli Kőagyag Amfora. https://www.legli.hu/amfora (Hozzáférés: 27.12.2021)

[22] Godelmann, R., Fang, F., Humpfer, E., Schutz, B., Bansbach, M., Schafer, H., Spraul, M. (2013): Targeted and Nontargeted Wine Analysis by H-1 NMR Spectroscopy Combined with Multivariate Statistical Analysis. Differentiation of Important Parameters: Grape Variety, Geographical Origin, Year of Vintage. Journal of Agricultural and Food Chemistry 61 (23) 5610-5619.

[23] Csomós E. (2003): Magyar fehér- és vörösborok összehasonlító vizsgálata a szabad aminosav és a biogén amin tartalom alapján. PhD-értekezés, BMGE, Budapest

DOI

Érkezett: 2021. február – Elfogadva: 2022. június

¹ Bálint Analitika Kft.

Kulcsszavak

vízben oldódó és vízben nem oldódó vitaminok, vitamerek, koenzimek, kofaktorok, napi beviteli érték (RDI – Recommended Daily Intake), izotóphígítás

2. Bevezetés

A vitaminok olyan szerves molekulák, melyek az emberi és állati szervezet működéséhez elengedhetetlenül fontosak. Szükségesek a sejtállomány gyarapodásához, illetve fenntartásához, bizonyos szervek hibátlan működéséhez, a normál anyagcsere fenntartásához [1]. A vitaminok összetett szerves molekulák, amelyeknek szerkezete, illetve a szervezetben betöltött funkciója egymástól nagyon eltérő, ezért a legegyszerűbb, ha oldhatóságuk alapján csoportosítjuk őket. Ennek alapján megkülönböztetünk vízben-, és zsírban oldódó vitaminokat [1]. Vízben oldódó vitaminok a C-, és B-vitaminok. Ezeket a vitaminokat a szervezet nem képes sokáig tárolni, többnyire a vizelettel ürülnek a szervezetből, ezért szükséges naponta pótolni a megfelelő mennyiségben őket. Zsírban oldódó vitaminok: A-, D-, E- és K-vitaminok (1. táblázat).

Ellentétben a vízben oldódókkal, ezeket a vitaminokat a szervezet akár hónapokig is képes tárolni. A vitaminokat a változatos táplálkozással tudjuk bevinni szervezetünkbe.

Megkülönböztetünk természetes, az élelmiszerekben előforduló vitaminokat és szintetikus, az élelmiszerekhez adalékolt vitaminokat. Sajnos az utóbbiak nem tudnak úgy hasznosulni, mint a természetes formájuk, illetve csökkentik más tápanyagok hasznosulását, és a vesét is megterhelik. A mintákhoz adalékolt vitaminok mellett ugyanis nincsenek a felszívódáshoz szükséges enzimek, koenzimek, kofaktorok, ellentétben az élelmiszerekben természetesen előfordulókkal. A 1169/2011/EU rendelet XIII. melléklete alapján a felnőttek számára ajánlott napi vitamin és ásványi anyag beviteli referencia értékek A-vitamin vonatkozásában 800 µg/nap, D-vitamin esetén 5 µg/nap, E-vitamin vonatkozásában 12 mg/nap és K-vitamin esetén 75 µg/nap [2]. A K3-vitamint állattenyésztésben alkalmazzák, a takarmányokhoz adalékolják [3]. viszont A K3-vitamin emberi fogyasztásra szánt élelmiszerekhez nem keverhető így étrend-kiegészítőkben sem fordulhat elő [12]

A vitaminok vizsgálatánál fontos jelezni, hogy az élelmiszerhez adott vitamin vizsgálatáról van-e szó vagy a teljes vitamintartalom meghatározásáról. A természetben előforduló B-vitaminok és vitamerek ugyanis sokszor kötött formában vannak jelen a mintában, melyből hidrolízissel vagy enzimes előkészítéssel lehet őket felszabadítani [4]. Zsírban oldódó vitaminok esetén ugyanakkor a minta-előkészítés mindig tartalmaz szappanosítási lépést, mely során felszabadulnak kötött formájukból a vitaminok így lehetőség nyílik a teljes vitamintartalom meghatározására [5],[6],[7],[8],[9]. Jelen dolgozatban zsírban oldódó vitaminok meghatározásával foglalkozunk.

A vitaminok vizsgálatát szabvány szerint folyadékkromatográfiás (HPLC) módszerrel kell végezni, optikai detektorral (HPLC-UV). Ezek a szabványok magas koncentrációban (>mg/100g) előforduló vitaminok meghatározását tartalmazzák. A kisebb koncentrációban (µg/100g) előforduló vitaminok vizsgálatához vagy hosszadalmasabb és bonyolultabb előkészítésre van szükség, amelynek során nagyfokú minta-tisztítást és dúsítást végzünk (pl. preparatív HPLC-vel) [5],[6],[7],[8],[9], vagy olyan méréstechnikát kényszerülünk alkalmazni, amely lehetővé teszi a komplex mátrixok vizsgálata során is a célkomponensek szelektív meghatározását. Ilyen kapcsolt technika a folyadékkromatográfia – tandem tömegspektrometria (LC-MS/MS), melyet izotóphígítással alkalmazva a vizsgált vegyületek koncentrációja nagy pontossággal meghatározható. Izotóphígítás során a mintákat a célkomponensek izotópjelölt (2H, 13C, 15N, 18O) analógjaikkal, mint belső standardokkal (internal standard, ISTD) adalékolunk és keverünk el homogén módon. Ezen ISTD-k kompenzálják a célkomponensek veszteségeit mind a minta-előkészítés, mind a műszeres vizsgálat során [4]. Laboratóriumunk elkötelezett az izotópjelölt ISTD-k használata mellett, ezért olyan LC-MS/MS módszert dolgoztunk ki zsírban oldódó vitaminok kismennyiségű meghatározására, mely az összes izotópjelölt analógot (vitaminok deuterált vegyületeit) tartalmazza. A közleményünk célja zsírban oldódó vitaminok (A, D2, D3 és E) búzalisztből, üdítőből, pezsgőtablettából és étrend-kiegészítőből történő meghatározása LC-MS/MS műszeregyüttessel, illetve a módszer validálása és alkalmazása. További célunk volt a K3-vitamin étrend-kiegészítőkből történő meghatározására LC-MS/MS módszer kidolgozása, mely során a megfelelő érzékenység eléréséhez kémiai származékképzést próbáltunk ki.

3. Anyag és módszer

3.1. Felhasznált anyagok és eszközök

A vitaminok (A, D2, D3, E és K3) analitikai minőségű standardjait, az izotópjelölt analógok közül a D2-vitamin-d3-at, D3-vitamin-d3-at, E-vitamin-d6-ot és K3-vitamin-d8-at, az L-ciszteint, aszkorbinsavat, nátriumhidroxiot, az Ascentis Express C8 (100 x 3 mm, 2,7 µm) HPLC oszlopot, a HPLC minőségű oldószereket és a hangyasavat a Sigma-Merck Kft.-től (Budapest, Magyarország) szereztük be. Az A-vitamin-d6-ot a Cambridge Isotope Laboratories-tól (Andover, MA, USA) rendeltük. A standardokat (A-vitamin kivételével) és az E-vitamin-d6, K3-vitamin-d8 belső standardokat etilalkoholban oldottuk, úgy hogy koncentrációjuk 1 mg/mL legyen. Az oldatokat hűtőben +4 °C-on legfeljebb fél évig tároltuk. A D2-vitamin-d3 (100 µg/mL metanolban) és D3-vitamin-d3 (1000 µg/mL metanolban) jelzett standardok oldat formában érkeztek. Az A-vitamint és az A-vitamin-d6-ot 0,1% (m/v) butil-hidroxi-toluolt (BHT) tartalmazó metanolban oldottuk (1 mg/mL) és -18 °C-on legfeljebb fél évig tároltuk. A kalibrációhoz 10 µg/mL-es standard keveréket (A, D2, D3, E) és 10 µg/mL-es egyéni K3 standard oldatot készítettük metanolban és hűtőben +4 °C-on 3 hónapig tároltuk. A belső standardokból 20 µg/mL-es ISTD standard keveréket (A-vitamin-d6, D2-vitamin-d3, D3-vitamin-d3, E-vitamin-d6) és 10 µg/mL-es egyéni K3-vitamin-d8 ISTD standard oldatot készítettük metanolban és hűtőben -18 °C-on legfeljebb 3 hónapig tároltuk.

Az LC-MS/MS vizsgálatokhoz Shimadzu Nexera UHPLC LC-30AD folyadékkromatográfiás rendszert használtunk, amely egy SIL-30AC auto samplert, CTO-20AC kolonna termosztátot és egy CBM-20A communications bus module-t (Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan) foglalt magában. Az UHPLC-hez kapcsolt hármas kvadrupol tömegspektrométer egy IonDrive Turbo V Source ionforrással rendelkező AB Sciex 6500+ QTRAP volt és egy Turbo V Source ionforrással szerelt 6500 QTRAP készülék (a két rendszert felváltva használtuk). A mérő szoftver Analyst (1.7.1) és a mennyiségi meghatározáshoz használt szoftver MultiQuant (3.0.3) volt (Sciex; Warrington, Cheshire, UK).

Az extrakcióhoz használt rázógép egy CAT S50 flask shaker (M. Zipperer GmbH, Ballrechten-Dottingen, Németország) volt. A minták bepárlásához a TurboVap II (Biotage, Uppsala, Svédország) típusú bepárlót használtunk. A folyékony vitamin táplálék kiegészítő körvizsgálati és reggeliző pehely minőség ellenőrző (quality control, QC) mintákat a FAPAS-tól (Food Analysis Performance Assessment Scheme, Sand Hutton, UK) rendeltük, illetve a csecsemőtápszer körvizsgálati mintát a Nemzeti Élelmiszerlánc-biztonsági Hivataltól (NÉBIH, Budapest, Magyarország) rendeltük.

3.2. Minta-előkészítés A-, D2-, D3- és E-vitaminok meghatározására

A vizsgálat búzalisztből, üdítőből, pezsgőtablettából és étrend-kiegészítőből történt. 1,00 g homogén mintát mértünk 60 mL-es üvegcsővekbe és 50 µL 20 µg/mL-es ISTD oldatot (A-vitamin-d6, D2-vitamin-d3, D3-vitamin-d3, E-vitamin-d6) pipettáztunk rájuk, majd 20 mL etanolt és 5 mL desztillált vizet adtunk hozzájuk. Ezt követően 0,5 g aszkorbinsavat és 5 mL 12,5 M nátriumhidroxid oldatot mértünk a mintákra. A mintákat 60°C-on mágneses kevertetőn kevertettük másfél óráig. Az extrakciót/szappanosítást követően a mintákat hagytuk szobahőmérsékleten lehűlni, majd 5 mL desztillált vizet és 5 mL n-hexánt adtunk a mintákhoz. A mintát 1 óráig rázattuk (700 rpm), majd 10 percig hagytuk a folyadék fázisokat szétválni. A hexános fázisból 1,0 mL-t üveg bepárlócsővekbe pipettáztunk és 40°C-on nitrogén áram alatt szárazra pároltunk. A mintamaradékot 1,0 mL metanolban oldottuk vissza és PTFE fecskendőszűrőn (Gen-lab Kft., Budapest, Magyarország) HPLC vial-ba szűrtük. A minta-előkészítés során a minta hígulása ötszörös volt.

3.3. LC-MS/MS módszer A-, D2-, D3- és E-vitaminok meghatározására

A vitaminokat C8-as HPLC oszlopon választottuk el lineáris és bináris gradiens elúcióval (1. ábra). A vizes mozgófázis (eluens A) 0,1% (v/v) hangyasavas víz volt, a szerves mozgófázis (eluens B) 0,1% (v/v) hangyasavas metanol volt. Az oldószer gradiensben a B eluens aránya 0 és 3 perc között 80%-ról 100%-ra nőtt, B eluens aránya 3 és 10 perc között 100% volt, B eluens aránya 10 és 10.1 perc között 80%-ra csökkent és 14 percig 80% volt. Az áramlási sebesség 0,5 mL/perc, az analízis idő 14 perc volt, az injektálási térfogat 5 µL, a kolonna termosztát 30 °C volt. Az MS/MS detektálási körülményeket a 2. táblázat tartalmazza. Az ionforrás beállításai a következők voltak: köpenygáz: 45 egység, gas 1 (porlasztó gáz): 40 egység, gas 2 (szárító gáz): 40 egység, szárítógáz hőmérséklete: 350 °C, kapilláris feszültség: +5500 V.

3.4. Minta-előkészítés K3-vitamin meghatározására étrend-kiegészítőből

60 mL-es üvegcsövekbe 1,00 g homogén mintát mértünk és 100 µL 10 µg/mL-es K3- vitamin-d8 ISTD oldatot pipettáztunk rájuk, majd 20 mL etanolt és 5 mL desztillált vizet adtunk hozzájuk. A mintákat szobahőmérsékleten 1 óráig rázógépen extraháltuk (700 rpm), majd 15 mL desztillált vizet és 5 mL n-hexánt adtunk hozzájuk. A mintát 1 óráig rázattuk (700 rpm), majd 10 percig hagytuk a folyadék fázisokat szétválni. A hexános fázisból 1,0 mL-t üveg bepárlócsővekbe pipettáztunk és 40 °C-on nitrogén áram alatt szárazra pároltunk. A mintamaradékot 0,5 mL metanolban oldottuk vissza és 0,5 mL frissen készült 0,2% (v/v) hangyasavas L-cisztein (1 mg/mL-es) oldatot adtunk hozzájuk. Vortex-kevertetést követően fél óráig hagytuk állni a mintákat szobahőmérsékleten, míg a reakció lezajlott, majd újabb kevertetést követően hidrofil PTFE fecskendőszűrőn (Gen-lab Kft., Budapest, Magyarország) HPLC vial-ba szűrtük a mintákat. A minta-előkészítés során a minta hígulása ötszörös volt.

3.5. LC-MS/MS módszer K3-vitamin meghatározására

A K3-vitamint származékképzés után C8-as HPLC oszlopon választottuk el lineáris és bináris gradiens elúcióval (2. ábra). A vizes mozgófázis (eluens A) 0,1% (v/v) hangyasavas víz, a szerves mozgófázis (eluens B) 0,1% (v/v) hangyasavas metanol volt. Az oldószer gradiensben a B eluens aránya 0 és 1 perc között 20% volt, B eluens aránya 1 és 5 perc között 20-ról 70%-ra nőtt, B eluens aránya 5.1 és 8 perc között 95% volt, majd 8,1 percnél 20%-ra csökkent a B eluens aránya és 12 percig 20% volt.

Az áramlási sebesség 0,45 mL/perc, az analízis idő 12 perc volt, az injektálási térfogat 10 µL, a kolonna termosztát 30 °C volt. Az MS/MS detektálási körülményeket a 3. táblázat tartalmazza. Az ionforrás beállításai a következők voltak: köpenygáz: 45 egység, gas 1 (porlasztó gáz): 40 egység, gas 2 (szárító gáz): 40 egység, szárító gáz hőmérséklete: 350 °C, kapilláris feszültség: +5500 V.

3.6. Ionátmenetek optimálása

0,1% (v/v) hangyasavas metanollal hígított 1 µg/mL-es egyéni standard oldatokat infúziós fecskendőből fecskendő pumpával juttatunk a tömegspektrométerbe és az automata optimáló szoftver segítségével minimum 2 ionátmenetet állítottunk be mindegyik komponens esetén, kivéve a K3-vitaminnál. K3-vitamin esetén a standard oldatból (10 µg/mL) 0,5 mL-t származékoltunk 0,5 mL L-cisztein oldattal és a származékot optimáltuk 6 ionátmenettel a tömegspektrométerben, hogy megtaláljuk azokat az átmeneteket, melyekkel a mintában előforduló mátrix vegyületek nem rendelkeznek a K3-származék retenciós időablakán belül.

3.7. Módszer-validálás

A zsírban oldódó A-, D2-, D3- és E-vitaminok búzaliszt, üdítő, pezsgőtabletta és étrend- kiegészítő mintákból történő meghatározását laboratóriumon belüli validálással érvényesítettük. A vizsgált analitikai teljesítményjellemzők az következők voltak: szelektivitás, azonosítás (ion arányok), visszanyerés 0,5 és 5 mg/kg-os szinteken 10-10 párhuzamos minta vizsgálatával, ismételhetőség és reprodukálhatóság. A mennyiségi meghatározás határát (LOQ) a jel/zaj arányból határoztuk meg. A K3 vitamin étrend-kiegészítőből történő meghatározását azonos eljárás alapján validáltuk 0,1 és 1,0 mg/kg-os szinten 8-8 ismétléssel. A kalibrációt hétpontos mérőgörbe illesztéssel vizsgáltuk a pontok: 0,01 µg/mL, 0,05 µg/mL, 0,10 µg/mL, 0,50 µg/mL, 1,0 µg/mL, 5,0 µg/mL és 10,0 µg/mL volt. Az ISTD-k koncentrációja 0,2 µg/mL volt.

4. Eredmények és értékelésük

4.1. LC-MS/MS módszer zsírban oldódó vitaminok meghatározására

A zsírban oldódó vitaminok apoláros jellegükből adódóan atmoszférikus nyomású kémiai ionizációval (APCI), mint ionforrással vizsgálhatók LC-MS mérések során [10]. Az általunk használt készülék ugyanakkor electrospray (ESI) forrással is nagy érzékenység mellett ionizálta a vitaminokat, így APCI-ra nem volt szükség. Az ionátmenetek optimálását követően a kromatográfiás elválasztást C8-as HPLC oszlopon próbáltuk, mert az A-, D2-, D3- és E-vitaminok lipofil jellegükből (1. táblázat) adódóan a C18-as kolonnán túl nagy visszatartást mutatnak. Ezenfelül sok minta tartalmaz nagy mennyiségben természetes eredetű és/vagy hozzáadott béta-karotint, amelynek hidrofóbicitása még nagyobb, így C18-as kolonnáról csak hosszú mosást követően lehet eluálni. C8-as oszlopon a vitaminok visszatartása jelentősen csökkent a C18-as kolonnán mutattakhoz képest (1. ábra). A savas kémhatású eluensek használatát a pozitív ionizációs mód miatt választottuk.

A K1- és K2-vitaminokhoz képest a K3-vitamin natív formában nehezen ionizálható, így LC-MS-sel nehezen vizsgálható. Yuan és munkatársai kémiai származékképzést javasoltak K3-vitaminra, ami után már megfelelő érzékenységgel detektálható ez a vitamin is MS készülékkel [11]. Az általunk alkalmazott származékképzés alapja Yuan és munkatársai módszere, melyben ciszteaminnal reagáltatják a K3-vitamint azonos körülmények között, amelynek során egy Michael addíciós reakció megy végbe [11]. Mi nem ciszteaminnal, hanem L-ciszteinnel végeztük a reakciót. A származék hidrofobicitása a cisztein bevitelét követően jóval alacsonyabb, mint a natív K3-vitaminé (4. táblázat) és visszatartása is ez által csökken a C8-as oszlopon (2. ábra).

A K3-vitamin és az L-cisztein közti származékolás végbemeneteléről tömegspektrum felvételével bizonyosodtunk meg. A 3.4. szakaszban leírtak alapján 5 µg/mL-es származékolt oldatot készítettünk és a származék tömegspektrumát Q1 scan módban vettük fel 200 – 400 m/z tartományban pásztázva (3. ábra).

A feltételezett származék kvázi molekulaionjának (protonált molekulának) [M+H]⁺ monoizotópos tömege 294,1 Da, amelynek jele meg is jelent a spektrumban (3. ábra).

Tehát a reakció feltételezhetően L-ciszteinnel is végbement, amit product ion spektrum felvételével is igazoltunk (4. ábra).

A product ion spektrumban a 294,1 m/z iont fragmentáltuk 15 V ütközési energiával, a fragmenseket a 4. táblázat tartalmazza. A 115,1 m/z és 205,1 m/z ionok egyértelműen a K3-vitaminhoz tartoznak, Yuan és munkatársai által közölt K3-vitamin fragmensek szerkezeteit igazolja [11]. A 173,1 m/z fragmens megfelel a K3-vitamin protonált molekulájának, a 122,1 m/z fragmens pedig az L-cisztein protonált molekulája.

4.2. A módszerek validálása, körvizsgálat

A módszerek validálása során a vakmintákban nem volt interferáló jel a célkomponensek retenciós időablakain belül és a mintákban detektált célkomponensek ion-arányaik megegyeztek a kalibráló oldatokban számolt ion-arányokkal, így az MS/MS azonosítás feltétele teljesült. A kalibráció 0,01 és 1,0 µg/mL koncentráció között volt lineáris, felette (1,0 – 10,0 µg/mL) kvadratikus jellegűvé vált a görbe. Az ISTD-vel korrigált relatív visszanyerési értékek teljesítették a 80-120%-os kritériumot és a precizitás értékek (RSD%) se haladták meg a 10%-ot (5-9. táblázat).

A meghatározás alsó határának (LOQ) az alsó kalibrációs pontot határoztuk meg, mely a minta 5-szörös hígulása miatt így 0,05 mg/kg-nak felel meg. Az LOQ-t kisebb mintahígítással vagy az injektálási térfogat növelésével lehetne tovább csökkenteni. A módszer pontosságát hazai és nemzetközi körvizsgálatokban történő részvételekkel igazoltuk. A NÉBIH által szervezett programban a csecsemő tápszer A- és E-vitamint tartalmazott; a mintához rendelt értékek A- és E-vitamin vonatkozásában 0,495 és 13,6 mg/100 g voltak. Az általunk detektált értékek: 0,465 és 13,6 mg/100 g, ami -0,3 és 0,0 Z-score-nak felelt meg. A sikeres körvizsgálat feltétele a -2 ≤ Z ≤ 2. A FAPAS szervezésében a második körvizsgálati mintában egy folyékony vitamin étrend-kiegészítő D3-vitamin tartalmát vizsgáltuk és 0,206 mg/100 g D3-vitamint detektáltunk.

A célérték 0,211 mg/100 g volt, amire a számolt Z-score -0,2, így az elfogadható. Körvizsgálati eredményeinket a 10. táblázatban foglaltuk össze.

5. Következtetések

Jelen dolgozat célja egy új LC-MS/MS módszer kidolgozása volt zsírban oldódó vitaminok meghatározására élelmiszer és étrend-kiegészítő jellegű mintákban. A vizsgálatot izotóphígítással kombinálva sikerült nagy pontosságú és magas precizitású módszert fejleszteni, melyet laboratóriumon belül validáltunk, illetve hazai és nemzetközi körvizsgálatokban sikeresen alkalmaztunk.

6. Irodalom

[1] Zempleni, J., Suttie, J.W., Gregory III, J.F., Stover, P.J. (2013): Handbook of Vitamins, 5th Edition, CRC Press, Boca Raton, FL, USA.

[2] Az Európai Parlament és a Tanács 1169/2011/EU rendelete (2011): a fogyasztók élelmiszerekkel kapcsolatos tájékoztatásáról, az 1924/2006/EK és az 1925/2006/EK európai parlamenti és tanácsi rendelet módosításáról és a 87/250/EGK bizottsági irányelv, a 90/496/EGK tanácsi irányelv, az 1999/10/EK bizottsági irányelv, a 2000/13/EK európai parlamenti és tanácsi irányelv, a 2002/67/EK és a 2008/5/EK bizottsági irányelv és a 608/2004/EK bizottsági rendelet hatályon kívül helyezéséről. Az Európai Unió Hivatalos Lapja L 304/18.

[3] FDA (2021), Vitamin K Substances and Animal Feed

[4] Tölgyesi, Á. (2021): Gyakorlati példák a folyadékkromatográfiával kapcsolt hármas kvadrupol rendszerű tandem tömegspektrometria élelmiszer-, bio- és textilanalitikai alkalmazására, Kromatográfus különszám, Gen-lab Kft., Budapest, Magyarország

[5] MSZ EN 12822:2014. Élelmiszerek. Az E-vitamin meghatározása nagy hatékonyságú folyadékkromatográfiával. Az alfa-, béta-, gamma- és delta-tokoferol mérése.

[6] MSZ EN 12823-1:2014. Élelmiszerek. Az A-vitamin meghatározása nagy hatékonyságú folyadékkromatográfiával. 1. rész: Az all-E-retinol és 13-Z-retinol mérése.

[7] MSZ EN ISO 6867:2001. Takarmányok. Az E-vitamin-tartalom meghatározása. Nagy hatékonyságú folyadékkromatográfiás módszer (ISO 6867:2000).

[8] MSZ EN 12823-2:2000. Élelmiszerek. Az A-vitamin meghatározása nagy hatékonyságú folyadékkromatográfiával. 2. rész: A béta-karotin mérése.

[9] MSZ EN 12821:2009. Élelmiszerek. A D-vitamin meghatározása nagy hatékonyságú folyadékkromatográfiás módszerrel. A kolekalciferol (Dˇ3^-vitamin) vagy az ergokalciferol (Dˇ2^-vitamin) mérése.

[10] Arachchige, G.R.P., Thorstensen, E.B., Coe, M., McKenzie, E.J., O’Sullivan, J.M., Pook, C.J. (2021): LC-MS/MS quantification of fat soluble vitamers – A systematic review, Anal. Biochem. 613,113980. DOI

[11] Yuan, T.-F., Wang, S.-T. Li, Y. (2017): Quantification of menadione from plasma and urine by a novel cysteaminederivatization based UPLC–MS/MS method, J. Chromatogr. B 1063 p.107-111. DOI

[12] Az Európai Parlament és a Tanács 1925/2006/EK rendelete (2006. december 20.) a vitaminok, ásványi anyagok és bizonyos egyéb anyagok élelmiszerekhez történő hozzáadásáról / Regulation (EC) No 1925/2006 of the European Parliament and of the Council of 20 December 2006 on the addition of vitamins and minerals and of certain other substances to foods

DOI

Érkezett: 2021. március – Elfogadva: 2022. június

¹ Debreceni Egyetem, Mezőgazdaság-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Élelmiszertudományi Intézet
² Debreceni Egyetem, Mezőgazdaság-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Táplálkozástudományi Intézet

Kulcsszavak

gabona, őszi búza, termesztési évek, ásványianyag-tartalom, foszfor, kálium, magnézium, kalcium, mangán, cink, réz, összetételi változások az évek függvényében, boxplot diagram

2. Bevezetés

A búza szemtermése összességében jelentős tápanyagforrás az emberiség számára [1]. Az emberi szervezetbe bekerülő ásványi anyagok jelentős része gabonafélékből származik [2]. Ugyanakkor a hasznosítás során érdemes azt is figyelembe venni, hogy a búzaszemben az ásványi anyagok megoszlása nem egyenletes, az ásványi anyagot javarészt a héjrészek (korpa) tartalmazzák, ugyanakkor számos országban csak az ásványi elemekben jóval szegényebb endospermiumot hasznosítják [3, 4]. Ennek megfelelően ugyan a teljes kiőrlésű lisztek és a belőlük előállított termékek magasabb ásványianyag-tartalommal rendelkeznek, de ebben az esetben a mikotoxinoknak a táplálkozási láncba való bekerülésének valószínűségével is számolnunk kell. Éppen ezért a kiegyensúlyozott és változatos étrend, mint valamennyi más élelmiszercsoportnál, a cereália-alapú termékek fogyasztásánál is kiemelkedő fontosságú.

A szakirodalmi adatokat tekintve, meglehetősen változatos képet kapunk az ásványi anyagok összetétele tekintetében, az adatok széles intervallum tartományban mozognak, erről tanúskodnak az 1. táblázatban összegyűjtött irodalmi adatok.

Ezzel összefüggésben az utóbbi néhány évtizedben több kutató [15, 16] mutatott rá arra, hogy bizonyos mikrotápanyagok hiánya világszerte valós problémát jelent, ezáltal egyre magasabb a populáción belül azoknak az aránya, akik valamilyen tápanyaghiányban szenvednek. Míg ezzel párhuzamosan más kutatók [17, 18] arról számolnak be, hogy az élelmiszerekben is csökkent bizonyos ásványi anyagok mennyisége. Állításuk szerint a vas, a jód és a cink azok az ásványi elemek, amelyek mindennapi étrendünkből a leginkább hiányoznak. Ezt erősíti meg a WHO 1996-os és 2002-es [19, 20] felmérése is, amely szerint a világ lakosságának mintegy fele érintett lehet a vas és a cink hiányában. Egyes irodalmi források szerint [21] erre a problémára a búzából készült liszt ásványi anyagokkal való kiegészítése is megoldást jelenthet.

Az 1960-as évektől kezdődően a termesztés során a hangsúly olyan fajták alkalmazásán volt, melyek a megfelelő termésátlagok biztosításával valóban hozzájárulhatnak a globális élelmiszerhiány leküzdéséhez, de mindeközben a táplálkozás-élettani szempontból is kiemelkedő jelentőségű ásványi anyagok mennyiségének alakulása jóval kevesebb figyelmet kapott [22]. A növekvő termésátlagok együtt járhatnak az ásványianyag-tartalom csökkenésével a búzaszemben [23], ugyanakkor ezt megítélni nem egyszerű, hiszen mint tudjuk a növényi termékek minősége, beleértve az ásványianyag-tartalmat is, számos tényező együttes hatásának eredményeként alakul ki. A termények összetétele a növény biológiai jellemzőitől, az alkalmazott agrotechnikai tényezőktől és a fennálló álló ökológiai viszonyoktól is függhet [24, 25].

Mindezen ismeretek birtokában és az irodalmi adatokkal összevetve egy 30 éves adatsor elemtartalmi adatainak feldolgozását és statisztikai elemzését végeztük el, annak érdekében, hogy a kutatók és a szakma iránt érdeklődők számára reális képet alkothassunk a gabonafélék és ezen belül az őszi búza ásványi anyag összetételéről, annak időbeli változásáról.

3. Anyag és módszer

A tanulmányunk alapját képező őszibúza-minták az 1974 és 2004 év közötti időszakból származnak. Évenként eltérő nagyságú mintahalmaz állt rendelkezésünkre, de összességében véve több ezer minta elemzését végezték el az említett időtartományban. A vizsgálati minták elsődlegesen olyan agrotechnikai kísérletekből kerültek ki, amelyeknél eltérő ökológiai viszonyok között, különböző termőtájak hatását vizsgálták, valamit értékelték az elért terméseredményeket.

A mintaelőkészítés során a minták aprítását Retsch Sk-1 illetve Sk-3 típusú készülékkel végeztük el. Az ásványi anyagok mennyiségének meghatározásához kezdetben a hamvasztásos feltárásos módszert [26], míg később a nedves roncsolásos eljárást alkalmaztuk [27]. Az utóbbi módszer szerint a mintákból 1 g mennyiséget mérünk be roncsolócsövekbe, ezt követően salétromsavval és hidrogén-peroxiddal elvégeztük a roncsolást, megfelelő hőmérsékleten. A zárt térben végzett nedves roncsolási eljárás lehetővé teszi a minta összes elemtartalmának a feltárását. A roncsolást követően az elemtartalom meghatározáshoz 1988-ig SP 90-s PYE UNICAM atomabszorpciós spektrofotométert használtunk, majd ezt követő időszakban egészen 1998-ig induktív csatolású plazma optikai emissziós spektrométert (ICP-OES) LABTAM 8440-est (LABTAM Ltd. Ausztrália), majd OPTIMA 3300 DV típusú ICP-OES (Perkin-Elmer Ltd, USA) készüléket alkalmaztunk. A méréseket a Debreceni Agrártudományi Egyetemen (DATE), majd jogutódjának a Debreceni Egyetem, Mezőgazdaság-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Élelmiszertudományi Intézet Műszerközpontjában végeztük el. Vizsgálati módszereink ellenőrzése végett hiteles anyagminták használatával hazai és nemzetközi körmérésekben vettünk részt, továbbá mind a lisztminőség-, mind az ásványianyag-tartalom vizsgálatok esetében BCR CRM 189 (European Reference Material) hiteles teljes kiőrlésű búzamintát alkalmaztunk. A közölt adatok szárazanyag tartalomra vonatkoznak.

A kapott eredmények kiértékeléséhez SPSS 22.0 statisztikai programcsomagot használtunk, illetve átlag, szórás és relatív szórásértékeket határoztunk meg. Mérési eredményeink ábrázolásához boxplot-ot alkalmaztunk, ami egy olyan grafikus elemzési módszer, mely esetében az interkvartilis elhelyezkedése információt nyújt a vizsgálati adatok eloszlásáról illetve tájékoztat minket ez a diagramtípus a kiugró értékek alakulásáról is. A boxplot diagram segítségével lehetőségünk nyílik az extrém kiugró értékek elkülönítésére az adathalmazon belül, ugyanis ilyen nagy számú mérési adat feldolgozása során elkerülhetetlen ezen értékek mérési eredmények közötti megjelenése, melyeket a statisztikai feldolgozás során kihagytunk az értékelésből.

4. Eredmények

Méréseink 30 év mintamennyiségét ölelték fel. Mintegy 4200 minta adatainak eredményeit dolgoztuk fel. A minták foszfortartalma 1,5-5,6 g/kg, káliumtartalma 1,6-5,8 g/kg, kalciumtartalma 200-780 mg/kg, magnéziumtartalma 600-2000 mg/kg, cinktartalma 6,00-79,0 mg/kg, réztartalma 1,7-10,4 mg/kg, mangántartalma pedig 13,0-69,1 mg/kg között változott. Ezek az adatok (2. táblázat) jól illeszthetők a feltüntetett irodalmi adatok sorába, a táblázat értékei a szélsőértékeket, valamint az interkvartilis terjedelmet mutatják be, mely utóbbi adat kifejezi, hogy milyen értékközben ingadozik a mért értékek középső 50%-a.

Elemenként vizsgálva a rendelkezésre álló adatokat, a statisztikai feldolgozás eredményeit boxplot diagram formájában az 1. ábrán szemléltetjük.

A foszfor és a kálium esetében a szórásértékek viszonylag széles tartományt fogtak át, de az interkvartilis értékeket vizsgálva megállapítható, hogy az eredményeink jellemzően a 2,9-4,0 g/kg tartományba esnek. A vizsgálati évek átlagában a foszfor esetében 2,9-3,4 g/kg, míg a káliumnál 3,3-3,9 g/kg közötti a tartomány szélessége. Ezek az értékek már jó egyezést mutatnak az irodalomban is feltüntetett adatokkal. E két makroelem koncentrációja tekintetében a vizsgált 30 év viszonylatában nem állapítottunk meg csökkenést.

A vizsgálati minták kalciumtartalmának értékei a 30 éves időszakaszt tekintve ugyancsak tág intervallumba esnek. Mérési eredményeinket összesítve 200 és 780 mg/kg közötti értékeket határoztunk meg. A 30 év átlagában a statisztikai elemzés során kapott adatok interkvartilis terjedelme már jóval szűkebb tartományt ölel fel. A vizsgált értékek középső 50%-a 336 és 395 mg/kg között helyezkedik el. Az alsó kvartilis esetében a legalacsonyabb értéket 1977-ben mértük. Az ebben az évben vizsgált minták átlaga 252 mg/kg Ca-tartalmat mutatott. A legnagyobb felső kvartilis értéket 2003-ban határoztuk meg. Akkor átlagosan 530 mg/kg Ca-tartalmat mutattunk ki. A kalciumtartalom szignifikáns csökkenéséről ebben az időszakban sem tudunk beszámolni az általunk vizsgált minták esetében.

A magnéziumtartalom eredményei az irodalmi adatokkal összhangban széles, 600-2000 mg/kg közötti tartományba estek. Az interkvartilis terjedelem 1029 és 1213 mg/kg közötti értékeket ad a vizsgálati évek átlagában, a különbség az egyes évek között ez esetben is jelentős, hiszen a 25% percentilis érték 1978-ban volt a legalacsonyabb 622 mg/kg, míg a 75% percentilis érték 1980-ban volt kiemelkedő 1703 mg/kg értékkel.

Vizsgálati adatainknál a mangántartalom alakulásában átlagban közel 20%-os relatív szórásértéket határoztunk meg. A szórásértékeket jól szemlélteti a boxplot diagram. Eredményeink 13,0-69,1 mg/kg között változtak, azonban a 25 és 75%-os percentilis közötti tartomány már csak 33,0 és 42,9 mg/kg közötti, vagyis a vizsgálati adatok 50%-a ebben a szűk tartományban található meg. A statisztikai elemzés azonban számos kiugró értéket is jelez a diagramon.

A mikroelemek, mint a cink és a réz esetében még a mangántartalomhoz képest is nagyobb relatív szórásértékekkel találkoztunk. A vizsgálati évek átlagában cinknél 25,8%-os relatív szórásértéket számoltunk, míg a réz esetében 22,8% volt ugyanez az eredmény. A boxplot diagramon jól látható, hogy a mérési adatok széles skálán mozognak, nagy a szórás és az egyedi eredmények között számos kiugró érték is látható. A dobozdiagram eredményeit tekintve a 25 és 75%-os percentilis tartomány értékei a cink esetében 19,9-28,5 mg/kg közöttiek, míg a réz esetében ugyanezen tartomány értékei 3,7-4,9 mg/kg között változtak.

5. Következtetések

A búza a gabonafélék között világviszonylatban is domináns szántóföldi növény, amely a belőle készített növényi eredetű termékek meghatározó részét teszi ki, így összességében fontos ásványi anyagokat biztosít az emberi szervezet számára. Napjainkban számos kutató veti fel azt a kérdést, hogy a különböző élelmiszeralapanyagok előállítására termesztett szántóföldi kultúrák esetében évtizedek alatt miként változott az ásványi anyagok mennyisége, azok egymáshoz viszonyított aránya, miközben változtak a rendelkezésre álló fajták, változnak az ökológiai viszonyok és természetesen változik az alkalmazott agrotechnika, vagyis minden olyan tényező, amely egyidejűleg befolyásolja egy növényi termék minőségét és annak táplálkozási értéket.

Vizsgálati eredményeink 1974 és 2004 közötti termesztési évekből és különböző termesztési helyekről származtak. A vizsgált termőterületeken jellemzően eltérő ökológiai viszonyok között, különböző agrotechnikai kezelések eredményességét vizsgálták, eltérő fajtákkal.

A vizsgálati évek átlagát tekintve az analizált minták elemei közül a foszfor-, a kálium- és a magnéziumtartalom esetében tapasztaltunk alacsonyabb relatív szórási adatokat, rendre 11,7%, 11,0%, 13,0% értékekkel. Mérési eredményeink szórása a réz és cink esetében már jóval hektikusabb volt. A réznél 22,8%, a cinknél pedig 25,8%-os relatív szórásértéket találtunk.

A vizsgált 30 év viszonylatában ásványianyag-tartalom csökkenést nem tapasztaltunk. Ugyanakkor hangsúlyozzuk, hogy megbízható következtetést és hiteles idősoros megállapításokat kizárólag archivált minták egyidejű mérési eredményei alapján lehet levonni. Munkánkat ennek szellemében kívánjuk folytatni.

6. Irodalom

[1] Zhao, F. J., Shu,Y.H., Dunham, S.J., Rakszegi, M., Bedo, Z., McGrath,S. P., Shewry, P. R. (2009):Variation in mineral micronutrient concentrations in grain of wheat lives of diverse origin. Journal of Cereal Science. 49. 290-295. DOI

[2] Henderson, L., Irving, K., Gregory J., Bates, C. J., Prentice, A., Perks, J. (2003): The national diet & nutrition survey: adults aged 19-64 years, vol. 3. Her Majesty’s Stationery Office. London

[3] Szabó, S. A., Regiusné, M. Á., Győri, D., Szentmihályi, S. (1987): Mikroelemek a mezőgazdaságban I. Esszenciális mikroelemek. Mezőgazdasági Kiadó. Budapest

[4] Kutman, U. B., Yildiz, B., Cakmak, I. (2011): Improved nitrogen status enhances zinc and iron concentrations both int he whole grain and endosperm fraction of wheat. Journal of Cereal Science. 53. pp. 118-125. DOI

[5] Dworak, L. (1942): A talajból felvett táplálóanyagok mennyisége a fontosabb gazdasági növényekben. In: Köztelek Zsebnaptár (Szerk.: Szilassy Z – Budai B.) p. 389. OMGE. Budapest

[6] Pais, I. (1980): A mikrotápanyagok szerepe a mezőgazdaságban. Mezőgazda Kiadó, Budapest.

[7] Győri, Z. (1983): Mezőgazdasági termékek tárolása és feldolgozása. Egyetemi jegyzet. Debreceni Agrártudományi Egyetem. Debrecen

[8] Győri, Z. (2002): Tápanyaggazdálkodás és minőség. In: Győri, Z., Jávor, A. (eds.): Az agrokémia időszerű kérdései. Debreceni Egyetem ATC, MTA Talajtani és Agrokémiai Bizottsága. Debrecen. pp. 79-89.

[9] Győri, Z. (2015): Az őszi búza ásványielem-tartalmának változása Magyarországon 1839-től napjainkig. Agrokémia és Talajtan. 64 (1): pp. 189-198. DOI

[10] Győri, Z. (2017): Az őszi búza ásványianyag tartalmának értékelése az új vizsgálatok tükrében/eredményeként, Evaluation of the mineral content of winter wheat in light of/as a result of the new studies. Élelmiszervizsgálati Közlemények 63 (2) pp. 1519-1534.

[11] Győri, Z., Győriné, M. I. (1998): A búza minősége és minősítése. Mezőgazdasági Szaktudás Kiadó. Budapest

[12] Dániel, P., Győri, Z., Szabó, P., Kovács, B., Prokisch, J., Phillips, C. (1998): A sertések ásványianyag ellátottságával összefüggő vizsgálatok. 1. Közlemény: Sertéstakarmányok ásványianyag-tartalma. Állattenyésztés és takarmányozás. 47. pp. 277-286.

[13] Kincses, S.-né (2002): Az NPK-trágyázás hatása az őszi búza és kukorica szemtermésének mennyiségére és ásványianyag tartalmára. In: Győri, Z., Jávor, A. (szerk.): Az agrotechnika időszerű kérdései. Debreceni Egyetem. Agrártudományi Centrum. Mezőgazdaságtudományi Kar. MTA Talajtani és Agrokémiai Bizottsága. Debrecen. pp. 163-171.

[14] Oury, F. X., Leenhardt, F., Rémésy, C., Chanliaud, E., Duperrier, B., Balfourier, F., Charmet, G. (2006): Genetic variability and stability of grain magnesium, zinc and iron concentrations in bread wheat. European Journal of Agronomy. 25. pp. 177-185. DOI

[15] Whelch R. M., Graham R. D. (2002): Breeding crops for enhanced mivronutrient content. Plant and Soil. 245. pp. 205-214. DOI

[16] Graham R. D., Welch R. M., Saunders D. A., Ortiz-Monasterio I., Bouis H. E., Bonierbale, M., de Haan. S., Burgos. G., Thiele. G., Liria. R., Meisner. C. A., Bebbe S. E., Potts M. J., Kadian M., Hobbs P. R., Gupta R. K., Twomlow S. (2007): Nutritious subsistance of food systems. Advances in Agronomy. 92. pp. 1-74. DOI

[17] White P. J., Broadley M. R. (2005): Historical variation in the mineral composition of edible horticultural products. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 80. pp. 660-667. DOI

[18] White P.J., Broadley M. R. (2005) Biofortifying crops with essential mineral elements. Trends in Plant Science. 10. pp. 586-593. DOI

[19] WHO (1996): Trace elements in human nutrition and health. World Health Organization. Geneva

[20] WHO (2002): The World Health Report 2002. Reducing Risks. Promotin Healthy Life. World Health Organization. Geneva

[21] Gleason G., Sharmanov T. (2002): Anemia prevention and control on four central Asian republics and Kazakhstan. Journal of Nutrition. 132. pp. 867-870. DOI

[22] Morris C. E., Sands D. C. (2006): The breeder’s dilemma – yield or nutrition? Nature Biotechnology. 24 (9):1078-1080. DOI

[23] Fan M. S., Zhao, F. J., Fairweather_Tait S. J., Poulton, R. P., Dunham J. S., McGrath P. S. (2008): Evidence of decreasing mineral density in wheat grain over the last 160 years. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 22 (4) pp. 15-324. DOI

[24] Burján, Z., Győri, Z. (2013): A termőhelyek hatása a búzaszem és a liszt ásványi anyag és fehérjetartalmára. Agrokémia és Talajtan. 62 (2) pp. 387-400. DOI

[25] Győri, Z. (2018): Essential Mineral Element Status in Wheat and Maize Grains. EC Nutrition 13 (1) pp. 1-3.

[26] Varju, M. (1972): Növényi anyagok hamvasztásának néhány módszertani kérdése. Agrokémiai és Talajtan 21 (1-2) pp. 139–153.

[27] Kovács, B., Győri, Z., Prokisch, J., Loch J., Dániel, P. (1996): A study of plant sample preparation and inductively coupled plasma emission spectrometry parameters. Communications in soil Science and Plant Analysis. 27. pp. 1177-1198. DOI

DOI

Érkezett: 2021. május – Elfogadva: 2022. július

¹ Semmelweis Egyetem ETK, Dietetikai és Táplálkozástudományi Tanszék

Kulcsszavak

polifenolos vegyületek, cukorbetegség, gyógyhatásúnak tekinthető élelmiszer, becsült glomeruláris filtrációs ráta (eGFR), DPPH-, ABTS-, ORAC-, FRAP-, CUPRAC-, Folin-Ciocalteu- módszerek, galluszsav-egyenérték, katechin-egyenérték

2. Bevezetés

A méhek 125 millió éve léteznek, és evolúciós sikerük lehetővé tette, hogy olyan többéves fajjá váljanak, amely a Föld gyakorlatilag minden élőhelyét képes kihasználni. Ez a fennmaradási képesség nagyrészt az általuk előállított különleges termékek (méz, méhviasz, méreg, propolisz, virágpor és méhpempő) kémiai összetételének és alkalmazásának köszönhető. A méhek kórokozó mikroorganizmusok ellen használt szerét, a propoliszt az ember ősidők óta gyógyszerként használja [1].

A propolisz, magyar nevén méhszurok, méhragasztó, egy ragacsos, gyantás anyag, amelyet a méhek (Apis mellifera L.) a méhviasz, a nyál és a fák kérgének, rügyeinek, illetve leveleinek nedveiből állítanak elő [2, 3]. Főleg nyárfából, de nyírből, fűzből, vadgesztenyéből, fenyőből, tölgyből, szilfából és égerfából is szoktak gyűjteni [4]. A propolisz összetételét többnyire a növényi gyanták, viaszok, illóolajok és a virágpor adják. Ezeken kívül tartalmaz még kisebb mennyiségben egyéb anyagokat, például részben méhek által előállított vegyületeket [2].

A méhek sokrétűen használják fel a kaptárban a propoliszt, többek között fertőtlenítésre, a kaptár építésére, karbantartására, és védelmi célokra [2, 4, 5, 6], valamint a kaptárban a nedvesség és a hőmérséklet egész évben stabilan tartására, ezzel tömítik el a lyukakat és repedéseket, valamint a kaptár belső falát. A propolisz a mézelő méhek úgynevezett szociális immunrendszerének is fontos eleme, amely kórokozó ellenes (antimikrobiális) tulajdonságai révén a méhcsalád egészének nyújt bizonyos általános védelmet a fertőzések és paraziták ellen [8, 9].

3. A propolisz jellemzői

A propolisz fizikai, kémiai összetevői, minősége, élettani és gyógyászati célú felhasználásának lehetőségei a propolisz származásától, azaz az éghajlattól, a botanikai forrástól és a méhek fajától is függ [4, 10]. A termék színe is a származás függvénye, általában barna, ugyanakkor a sárgától-feketéig terjedő összes árnyalat megjelenik benne, sok esetben pirosas és zöldes tónussal. A propolisz illata aromás, a méz, a gyanta, a viasz és a vanília illatjegyei vegyülnek benne. Íze igen jellegzetes [4].

A nyers propolisz jellemzően 50% növényi gyantából, 30% viaszból, 10% illó- és aromaolajból, 5% pollenből, továbbá 5% egyéb szervesanyagból áll. A propoliszban több mint 300 komponenst azonosítottak, amelyek a forrástól függően különböznek egymástól [9].

A propoliszban található vegyületek közé tartoznak a polifenolos vegyületek (fenolsavak, flavonoidok és észtereik, pl. koffeinsav fenilészter), diterpének, szeszkviterpének, lignánok, aromás aldehidek, alkoholok, aminosavak, zsírsavak, szerves savak, szénhidrogének, vitaminok és ásványi anyagok [9, 11].

A propolisz fő bioaktív alkotóelemei a flavonoidok, amelyek nagymértékben hozzájárulnak a propolisz farmakológiai hatásaihoz. A flavonoidok mennyiségét a mérsékelt égövi propolisz minőségének értékelésére szolgáló kritériumként használják. A flavonoidok a biológiai tulajdonságok széles spektrumával rendelkeznek, például antibakteriális, vírusellenes és gyulladáscsökkentő hatással [9].

Bár az illékony anyagok a propolisz alkotóelemeinek csak 10%-át teszik ki, a jellegzetes gyantaszagért felelősek, és hozzájárulnak a propolisz egészségre gyakorolt jótékony hatásaihoz. Az illékony anyagok között a terpenoidok dominálnak, amelyek fontos szerepet játszanak a jó minőségű propolisz és a rosszabb minőségű vagy hamisított propolisz megkülönböztetésében, továbbá antioxidáns, antimikrobiális, valamint egyéb biológiai aktivitást mutatnak [9].

Bár a különböző méhfajok különböző növényeket kedvelnek, az azonos fajok által termelt propolisz kémiai profilja sem mindig azonos. A propolisz összetétele méhcsaládonként, helyenként és évszakonként változik, és ez megnehezíti a vizsgálatát és az egészséggel kapcsolatos állítások egységes megfogalmazását [12]. A propoliszban található bioaktív anyagok védő tulajdonságai jelentős előnyöket biztosíthatnak az emberi egészség megtartásában is [5].

Az elmúlt években számos tanulmány megerősítette azt, hogy a különböző propolisz minták kémiai összetétel és biológiai aktivitás tekintetében teljesen eltérőek lehetnek egymástól [1, 7].

4. Propolisz tartalmú termékek

A kereskedelemben jelentős számú propoliszt tartalmazó termék áll rendelkezésre: orvosi és vény nélkül kapható készítmények, egészség megtartását segítő élelmiszerek és italok [7].

A propolisz tinktúra a nyers propolisz oldószerrel (amely leggyakrabban víz és etanol elegye) készült kivonata. Ismereteink szerint a propolisz tinktúrákkal kapcsolatban vannak olyan gyakorlati, alkalmazási kérdések, amelyekre célszerű lenne választ adni, illetve egységes szabályozást alkalmazni:

• Különböző elkészítési receptek ismeretesek;
• A nyers propolisz eltérő ideig történő áztatása különböző tinktúrákat eredményez;
• Az extrahálószerek különbségei (eltérő mennyiség és etanol koncentráció) hogyan hatnak a készítmények összetételére;
• nem ismert a nyers propolisz és a tinktúra összetétele közötti kapcsolat

A tinktúrák mellett elérhetők egyéb propolisz tartalmú élelmiszerekkel is például szopogató tabletta, propoliszos méz, propolisz kivonattal töltött kapszula [3].

Egyes országokban már elérhetők standardizált propolisz termékek, állandó bioaktív anyag koncentrációval [13].

5. Dózis és biztonság

Egereken és embereken végzett klinikai vizsgálatok arról számolnak be, hogy a propolisz és alkotórészei általában jól tolerálhatók, nem mérgezőek, kivéve, ha nagyon nagy mennyiségben alkalmazzák azokat [5].

A propolisz pontos adagjának meghatározása – a vizsgált populáció, az adagolási rend és a termék tisztasága alapján – nehézségekbe ütközik, mivel a propoliszban található fenolos vegyületek földrajzi eredet szerint változnak, a bioaktivitás is jelentősen eltérhet, ami megnehezíti a helyes adagolás meghatározását [14].

Egy tanulmány szerint a korábbi állatkísérletek alapján és egy biztonsági tartalékot alkalmazva az egészséges emberek számára a propolisz biztonságos dózisa 70 mg/nap [15].

6. A propolisz élettani és terápiás hatásai

A propoliszra az elmúlt években egyre nagyobb figyelem irányult az emberi szervezetre gyakorolt előnyös hatása miatt. Egyre szélesebb körben fogadják el, mint betegségmegelőző és terápiás szert. A propoliszban található hasznos anyagok biológiai hozzáférhetősége azonban különböző, amit az egyénileg eltérő élettani állapotok is befolyásolnak. Egy tanulmány szerint a propolisz fogyasztása következtében annak hatóanyagai a vérplazmában is kimutathatók [16].

6.1. Fertőzések leküzdése, immunrendszer

A propolisz a lehetséges gyógyhatású élelmiszernek („nutraceuticals”) tekinthet. A propolisz-kivonatok antibakteriális, antivirális és gombaölő hatással rendelkeznek [3]. A propolisz immunvédő és antioxidáns tulajdonságait bioaktív fitokémiai összetevői magyarázzák, függetlenül annak származásától. Egy 2019-es áttekintő tanulmány a propolisz egészségügyi előnyeiként az immunrendszer támogatását említette [5].

A propolisz-kiegészítés hatását COVID-19 vírussal fertőzött betegek körében is tanulmányozták. Egy friss, 2020-ban végzett jó minőségű (kettős-vak, placebo kontrollált) kutatásban a propolisz klinikai tünetekre gyakorolt hatását vizsgálták. A fertőzöttséget PCR-teszttel erősítették meg a 18-75 éves résztvevőknél. Az intervenciós csoport résztvevői (n=40) 2 héten keresztül naponta háromszor kaptak 300 mg iráni zöld propolisz kivonatot tartalmazó tablettát, míg a kontrollcsoport (n=40) ilyen kezelésben nem részesült. A vizsgálat fő eredménye volt, hogy az időtartamot és a kiindulási tünetek súlyosságát tekintve a propoliszt kapó csoportban gyorsabban javultak a betegség klinikai tünetei [17].

6.2. Daganatos betegségek

A propolisz antioxidáns hatású, mely előnyös lehet a szervezet számára a túlzott mértékben képződő szabadgyökök semlegesítése kapcsán [3], így hozzájárulhat a gyulladásos folyamatok, a daganatképződés, idősödési folyamatok szabályozásához, kontrolljához. Gyulladáscsökkentő tulajdonságát brazil, kínai, maláj eredetű propoliszok kapcsán mutatták ki. A tumor ellenes hatását nemcsak in vitro, hanem in vivo (élő szervezetben zajló) kísérletekben is bizonyították [3].

Egy másik kutatás eredményei szerint, a brazil vörös propolisz antioxidáns tulajdonságokkal rendelkezett és laboratóriumi körülmények között jelentősen csökkentette az emberi daganatos sejtek túlélésének százalékos arányát [10]. A török propoliszok alkoholos kivonatai szintén daganatos sejtek növekedését gátló hatást mutattak humán (máj, vastagbél, emlő, méhnyak, prosztata) daganatos sejtekkel szemben [18].

Ígéretes eredménnyel zárult az a vizsgálat, amelynek célja annak kiderítése volt, hogy sejtkultúrában a propolisz és a benne található polifenolos/flavonoid vegyületek sejtszaporodást gátló hatással lehetnek-e humán húgyhólyag daganatra. Ennek alapján a propolisz alkalmas lehet a betegség műtét melletti kiegészítő kezelésére, a tumor kiújulási esélyének mérséklésére vagy megelőzésére [19].

6.3. Cukorbetegség

A propolisz emberi szervezetre gyakorolt hatásával kapcsolatban a vércukorszint csökkentését is tanulmányozták [2]. Egy megbízható, több hasonló célú vizsgálat eredményeiből készült összesített, átfogó elemzés szerint a propolisz alkalmazása az éhomi vércukorszintet 0,8 mmol/l-rel csökkentette a kezelésben nem részesülő személyekéhez képest. Emellett a propolisz szedése csökkentette a HbA1c (a hemoglobin egyik alegysége. A Szerk.) értékét is, mely a vizsgált személyek vércukorszintjének alakulását mutatja visszamenőleg 1-3 hónapos időszakaszra. Érdekességként említhető, hogy a kezelés az inzulinszintet nem befolyásolta, így ebből következik, hogy a vércukorszint-csökkenés nem az inzulin hatásából eredt. A vizsgálatokban csaknem 400 cukorbeteg vett részt, akiket naponta 226-1500 mg propolisszal kezeltek 56-180 napon át. A szerzők szerint a pozitív eredmények ellenére azonban még további kutatások szükségesek a propolisz típusával (összetételével) és adagolásával kapcsolatban. A dózistartományok ugyanis tágak voltak, illetve a felhasznált propoliszok származási helye változatos volt [2]. A propolisszal kapcsolatos tanulmányokban megfogalmazták, hogy fontos a földrajzi és növénytani eredetnek az ismerete, ugyanis ezek hatással lehetnek a propolisz biológiai aktivitására, hatására és szerves alkotórészeinek összetételére [3].

Egy másik tanulmány célja az volt, hogy 2-es típusú cukorbetegekben a brazil zöld propolisz hatását vizsgálja vérvizsgálati adatok változásán keresztül. A vizsgálatban 80 fő vett részt, ebből 39 fő placebot kapott. A másik csoportba tartozó 41 fő naponta 226,8 mg brazil zöld propoliszt kapott a 8 hetes időtartam alatt. Az eredmények azt jelzik, hogy az előbb említett mennyiségben és gyakorisággal alkalmazott brazil zöld propolisz a 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő betegeknél mérsékelheti a húgysavszint és a veseszövődményeket jelző eGFR értékek (estimated Glomerular Giltration Rate – becsült glomeruláris filtrációs ráta). romlását [20].

Diabéteszes lábszárfekély gyógyulásával kapcsolatban kedvező hatásról számoltak be ausztrál propoliszokat vizsgálva. Kedvező sebgyógyító szerepet említettek a kínai propolisz kivonatokkal kapcsolatban is [3].

6.4. Szív és keringési betegségek

Egy 2017-ben publikált humán kutatásban - a propolisz oldatok szájon keresztüli alkalmazásával - a vér lipid-szintjének változását vizsgálták. A kettős-vak, placebo-kontrollos klinikai vizsgálatban a 67 alanyból 35 fő kapott propoliszt, míg 32 főnek placebot (propoliszt nem tartalmazó) kiegészítést adtak. A propoliszos csoportban a HDL-szint (nagysűrűségű lipidek – High Density Lipoprotein) jelentős növekedését figyelték meg 90 nap elteltével. Ez a hatás hozzájárulhat a szív- és érrendszeri betegségek kockázatának csökkenéséhez [21].

Egy 2019-es áttekintő tanulmány a propolisz egészségügyi előnyeiként többek között a vérnyomáscsökkentést említi. A szakirodalmi áttekintő dolgozatban összesen 63 publikációt tekintettek át, amelyek többségét az állatkísérletekről szóló beszámolók tették ki, de néhány kulcsfontosságú humán vizsgálat is szerepelt közöttük. Az eredmények szerint propolisz hatékony antioxidáns és gyulladáscsökkentő szer lehet. Ezek alapján vélelmezhetően hatásos a különböző krónikus betegségek, pl. a szív és érrendszer egészségének megőrzésében, az érelmeszesedés visszaszorításában és a magas vérnyomás csökkentésében is [5].

6.5. A bőr és az idegrendszer

A propolisz összetevői széles körben alkalmazhatók sebek és magának az emberi bőrnek gyógyítására, és hozzájárulhatnak egyes idegrendszeri betegségek (Alzheimer-kór, Parkinson-kór) tüneteinek csökkentéséhez is [5].

Az idegrendszeri betegségekkel kapcsolatos kutatások mellett a propolisz retinasejtekre gyakorolt védő hatásairól is beszámoltak [22]. A propolisz a különböző szembetegségek, például az öregedő népességben jelentkező makuladegeneráció, és a fiatalabb generációban a rövidlátás megelőzésére is használható lehet, de ennek bizonyításához még további vizsgálatok szükségesek [5].

A kereskedelemben kapható propolisztartalmú bőrápolási termékek köre egyre bővül, a krémek és testápolók vannak túlsúlyban. A bőrápolási termékek többsége a reklámok szerint „nyugtató, nedvességben gazdag, öregedés lassító” hatású, ekcéma ellen is hatékony [23].

6.6. Tápcsatorna

A különféle propoliszok előnyös tulajdonságait vizsgálva a brazil zöld propolisz esetében a bélrendszer működésének serkentését említették, illetve a gyomorfekély kezelésével kapcsolatos kedvező hatását, míg a propolisz májvédő funkcióját állatkísérletekben bizonyították [3].

A propoliszban lévő polifenolok támogathatják az egészséges bélflóra kialakulását, fennmaradását a patogén baktériumok szaporodásának korlátozásával, és ezen túlmenően megakadályozzák azok emberi bélsejtekhez való tapadását [24]. A propolisz gyulladásos bélbetegségekre gyakorolt lehetséges terápiás hatását napjainkban is vizsgálják, de a klinikai alkalmazás előtt még számos kísérletet kell elvégezni [5].

6.7. Allergizáló hatás

Számos előnyös élettani hatása mellett, a propolisz allergiás reakciókat (duzzanat, bőrgyulladás, csalánkiütés) is kiválthat az arra hajlamos egyéneknél. Ez leginkább a méhészek körében lehet jellemző, ugyanakkor egyéni érzékenységtől is függ [3]. Ezért ajánlott, hogy a propolisz termékek terápiás alkalmazását minden esetben orvosi felügyelet mellett ajánlják [5].

6.8. Élettani és terápiás hatás összegzése

Számos tanulmány igazolta azt, hogy a megfigyelt kedvező élettani hatások nem egyes kiemelt vegyület, hanem a propolisz komplex összetevői együttes hatásának eredményeként jöhetnek létre [9].

Összességében elmondható, hogy jó gyógyhatású tulajdonságokkal rendelkező természetes eredetű anyagként a propolisz és alkotóelemei széles körben alkalmazhatók, többek között a seb- és bőrgyógyítás, egyes idegi betegségek és az érelmeszesedés területén. A propolisz egészségi hatása iránti érdeklődés, és a publikációk száma az utóbbi 30 évben egyfolytában növekszik. Azonban még több humán klinikai vizsgálatra van szükség ahhoz, hogy megerősítsék a propolisz jótékony hatását egy-egy adott népesség-csoport számára. A preklinikai vizsgálatok alátámasztják a propolisz antioxidáns és gyulladáscsökkentő hatását, amely a különböző krónikus betegségek, köztük a szívbetegségek, a cukorbetegség, a magas vérnyomás, daganatok, és az idegrendszeri degeneratív betegségek (pl. Alzheimer-kór) megelőzését, vagy a betegség előrehaladási ütemének mérséklését támogatja [5].

7. A propolisz alkalmazásának új területei

A propolisz felhasználásának egyik területe lehet a haszonállatok növekedési teljesítményének és termelékenységének javítása. Az eddigi ismeretek alapján elmondható, hogy a propolisz jótékony hatással van a vizsgálatba vont állatok normális laboratóriumi értékeire, növekedésére és termelékenységére. Ezen felül az állati takarmányok gyártásakor az antibiotikumok lehetséges alternatívájaként tekintik, mert előnye, hogy a mikroorganizmusokban nem vált ki rezisztenciát [25].

Az utóbbi néhány év intenzív kutatásainak másik területe a propolisz alkalmazása az élelmiszerek tartósításában. Az élelmiszer tartósítószerek közé elsősorban antimikrobiális és antioxidáns szerek tartoznak. Az élelmiszerekhez hozzáadott antimikrobás szerek két célt szolgálnak: az élelmiszerek természetes romlásának megfékezését és a mikroorganizmusok, köztük a patogén mikroorganizmusok általi szennyeződés elkerülését/ellenőrzését. Az antioxidánsokat pedig az eltarthatósági idő meghosszabbítására és a romlás megakadályozására használják. A propolisz kedvezően egyesíti az antioxidáns és antimikrobiális tulajdonságokat. Az élelmiszer-tartósító szerként való nagyüzemi felhasználása azonban még nem valósult meg, mert ehhez a készítmény megfelelő szabványosítására lenne szükség [7].

8. A propolisz antioxidáns tulajdonságai

A propolisz antioxidáns tulajdonságait főként a benne található bioaktív összetevők, elsősorban a fenolos vegyületek határozzák meg, a botanikai és földrajzi eredet függvényeként. A propolisz fenolos vegyület profilja némileg eltér a mézétől. Míg előbbiben a botanikai eredet döntően meghatározza a profilt, és a domináns flavonoidok a kvercetin, miricetin, krizin, apigenin, luteolin, pinocembrin és pinobanksin, a fenolos savak közül pedig a p-hidroxibenzesav, p-kumársav, fahéjsav, galluszsav, ferulsav és kávésav, addig a propoliszban (mely Közép-Európában jellemzően a nyárfából és nyírfából származik), a krizin, kaempferol, apigenin, pinocembrin és and pinobanksin a leginkább jellemző, a fenolos savak mellett pedig azok észterei (pl. kávésav és ferulsav észterek) is előfordulnak. Utóbbiak közül a daganatmegelőző tulajdonságok tekintetében kiemelkedő a kávésav feniletil észtere (bár hatása az egyéb kísérő fenolos vegyületek szinergens hatásától is függ). A propoliszban levő polifenolok igazoltan gátolják az amino, oxid és peroxid típusú szabadgyökök képződését, továbbá a szabadgyökök és átmeneti fémek között kialakuló komplexek létrejöttét, valamint a lipid peroxidációt [26].

A propolisz eredetétől függő különbségek mellett a szakirodalom nem egységes az antioxidáns vegyületek kivonási módszerének tekintetében sem, az eltérések jelentősen befolyásolhatják az extrakció eredményét. A rendelkezésre álló adatok alapján a kísérletekben a kivonás főként etanol-víz különböző elegyeivel történt, de előfordul metanollal, illetve más oldószerekkel végzett extrakció is. Az antioxidáns tulajdonságok meghatározásának módszerei tekintetében kizárólag in vitro, spektrofotometrián alapuló kísérletek eredményeiről számolnak be, melyek között gyökfogó tulajdonság meghatározása (DPPH – 2,2-diphenil-1-picrilhidrazil, ABTS – 2,2’-azino-bisz(3-etilbenzothiazolin-6-szulfonsav), ORAC – Oxygen Radical Absorbance Capacity – oxigén szabadgyök abszorbancia-kapacitáson alapuló módszer), továbbá összes polifenol tartalom (Folin-Ciocalteu módszer) és összes flavonoid tartalom szerepel. Bár a különböző helyekről származó propolisz kivonatok esetében többnyire a mézzel azonos nagyságrendű polifenol tartalmat mértek (jellemzően 18-500 mg galluszsav egyenérték/ml tartományban), török minta esetében előfordul 19.000 mg galluszsav egyenérték/ml feletti érték is, de brazil mintákra is mértek 1.000 mg galluszsav egyenérték/ml feletti értékeket. Hasnoló a helyzet az összes flavonoid tartalom tekintetében is, ahol a minták többsége a méz jellemző tartományában marad (1-25 mg katechin egyenérték/ml), azonban előfordulnak kiugróan magas eredmények is: közel 5000 mg katechin egyenérték/ml egy algériai, valamint 29.000 mg katechin egyenérték/ml feletti érték egy török propolisz esetében. Ami a gyökfogó képességet illeti, itt is a méz tartományában eső értékekről számolnak be a kutatók (pl. 50-80 gátlási % DPPH gyök esetén), de kiugró értékek itt is jellemzőek (pl. 90,7–99,34 gátlási % egy maláj méz esetében). A mézhez hasonlóan, a propolisz esetében is számos tanulmány igazolta annak hatékonyságát különböző állati és humán testnedveken, illetve sejtkultúrákon végzett, oxidációt gátló tulajdonságok tekintetében.

9. A propolisz és a méz szinergens kölcsönhatása

A különböző származású propoliszok nemcsak egymással, hanem mézzel keverve is szinergens kölcsönhatást mutathatnak. Irakból származó propolisz kivonatok keverését követő mikrobiológiai vizsgálatokban sikerült különböző patogének (E. coli, S. aureus, C. albicans) elleni szinergens hatást igazolni. Hasonlóan, állatkísérletekben a sebgyógyító hatás (repithelizáció) mértéke fokozott volt a propolisz keverék esetében [27].

Az érzékszervi jellemzők romlása miatt a propoliszt jellemzően maximálisan 1%-os arányban keverik mézhez. Már ebben a koncentrációban is a fenolos vegyületek, fenolos savak és flavonoidok mennyiségének négy-ötszörös növekedését mérték, és többszörösére nőtt a keverék antocián és karotinoid tartalma is. A flavonoidok közül különösen a galangin, krizin, pinocembrin és pinobanksin, míg a fenolos savak közül a ferulsav, kávésav és p-kumrsav mennyisége nőtt. A különböző in vitro módszerekkel mért gyökfogó (ABTS, DPPH), illetve fémion redukáló képesség (FRAP – Ferric Reducing Antioxidant Power – vasredukáló antioxidáns kapacitás, CUPRAC – Cupric Reducing Antioxidant Capacity – rézredukáló antioxidáns kapacitás) szintén többszörös növekedést mutatott [26].

A propolisz és méz szinergens kölcsönhatását antimikrobiális vizsgálatokban is igazolták. A kutatásban antibiotikumokra rezisztens E. coli, S. aureus és C. albicans törzsekkel szemben a méz mind az egyes törzsek, mind azok keverékeinek kultúráiban erősítette a propolisz hatását [29].

10. Köszönetnyilvánítás

Az anyag összeállításához Bencsik Boglárka demonstrátor hallgató is hozzájárult.

11. Irodalom

[1] Bankova, V. (2005): Recent trends and important developments in propolis research, eCAM; 2 (1) pp. 29–32 DOI

[2] Csupor, D. (2020): A propolisz és a cukorbetegség: mítosz vagy valóság? [online] PirulaKalau. (Hozzáférés 2021. 06. 05.)

[3] Soós, Á. (2020): Nyers és extrahált propoliszok elemtartalmi vizsgálata és földrajzi eredet szerinti azonosítása. Doktori (PhD) értekezés, Debreceni Egyetem, Kerpely Kálmán Doktori Iskola.

[4] Pedrotti, W. (2009): A szépítő, gyógyító méz, propolisz és társaik. pp. 48-52. Ventus Libro Kiadó.

[5] Braakhuis, A. (2019): Evidence on the Health Benefits of Supplemental Propolis. Nutrients, 11, p. 2705. DOI

[6] Cornara, L.; Biagi, M.; Xiao, J.; Burlando, B. (2017): Therapeutic properties of bioactive compounds from different honeybee products. Front. Pharmacol. 2017, 8, p. 412.

[7] Bankova V., Trusheva P.B. (2016): New emerging fields of application of propolis, Maced. J. Chem. Chem. Eng. 35 (1), pp. 1–11.

[8] Simone M., Evans J. D., Spivak M. (2009): Resin collection and social immunity in honey bees, Evolution 63, pp. 3016–3022. DOI

[9] Huang S., Zhang CP., Wang K., Li GQ., Hu F.L. (2014): Recent Advances in the Chemical Composition of Propolis, Molecules, 19, pp. 19610-19632; DOI

[10] de Mendonça, I., Porto, I., do Nascimento, T., de Souza, N., Oliveira, J., Arruda, R., Mousinho, K., dos Santos, A., Basílio-Júnior, I., Parolia, A. & Barreto, F. (2015): Brazilian red propolis: phytochemical screening, antioxidant activity and effect against cancer cells. BMC Complementary and Alternative Medicine, 15 (1).

[11] Batista, L.L.V.; Campesatto, E.A.; Assis, M.L.B.d.; Barbosa, A.P.F.; Grillo, L.A.M.; Dornelas, C.B. (2012): Comparative study of topical green and red propolis in the repair of wounds induced in rats. Rev. Col. Bras. Cir. 2012, 39, pp. 515–520.

[12] Anjum, S.I.; Ullah, A.; Khan, K.A.; Attaullah, M.; Khan, H.; Ali, H.; Bashir, M.A.; Tahir, M.; Ansari, M.J.; Ghramh, H.A. (2018): Composition and functional properties of propolis (bee glue): A review. Saudi J. Biol. Sci. 2018

[13] Berretta, A., Silveira, M., Cóndor Capcha, J. & De Jong, D. (2020): Propolis and its potential against SARS-CoV-2 infection mechanisms and COVID-19 disease: Running title: Propolis against SARS-CoV-2 infection and COVID-19. Biomed Pharmacother., 131, 110622, DOI

[14] Farooqui, T.; Farooqui, A.A. (2012): Beneficial effects of propolis on human health and neurological diseases. Front. Biosci. 2012, 4, pp. 779–793.

[15] Alkis, H.E.; Kuzhan, A.; Dirier, A.; Tarakcioglu, M.; Demir, E.; Saricicek, E.; Demir, T.; Ahlatci, A.; Demirci, A.; Cinar, K.; et al. (2015): Neuroprotective effects of propolis and caffeic acid phenethyl ester (CAPE) on the radiation-injured brain tissue (Neuroprotective effects of propolis and CAPE). Int. J. Radiat. Res. 2015, 13, pp. 297–303.

[16] Yesiltas, B.; Capanoglu, E.; Firatligil-Durmus, E.; Sunay, A.E.; Samanci, T.; Boyacioglu, D. (2014): Investigating the in-vitro bioaccessibility of propolis and pollen using a simulated gastrointestinal digestion System. J. Apic. Res. 2014, 53, pp. 101–108.

[17] Miryan, M., Soleimani, D., Dehghani, L., Sohrabi, K., Khorvash, F., Bagherniya, M., Sayedi, S. & Askari, G. (2020): The effect of propolis supplementation on clinical symptoms in patients with coronavirus (COVID-19): A structured summary of a study protocol for a randomised controlled trial. Trials, 21.

[18] Turan, I., Demir, S., Misir, S., Kilinc, K., Mentese, A., Aliyazicioglu, Y. & Deger, O. (2015): Cytotoxic Effect of Turkish Propolis on Liver, Colon, Breast, Cervix and Prostate Cancer Cell Lines. Tropical Journal of Pharmaceutical Research, 14(5), pp. 777-782.

[19] Štajcar D. (2009): Propolis and its flavonoid compounds cause cytotoxicity on human urinary bladder transitional cell carcinoma in primary culture, Period biol, Vol 111, No 1, 2009.

[20] Fukuda, T., Fukui, M., Tanaka, M., Senmaru, T., Iwase, H., Yamazaki, M., Aoi, W., Inui, T., Nakamura, N. & Marunaka, Y. (2015): Effect of Brazilian green propolis in patients with type 2 diabetes: A double-blind randomized placebo-controlled study. Biomedical Reports, 3(3), pp. 355-360.

[21] Mujica, V., Orrego, R., Pérez, J., Romero, P., Ovalle, P., Zúñiga-Hernández, J., Arredondo, M. & Leiva, E. (2017): The Role of Propolis in Oxidative Stress and Lipid Metabolism: A Randomized Controlled Trial. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, 2017, Article ID 4272940. DOI

[22] Nakajima, Y.; Shimazawa, M.; Mishima, S.; Hara, H. (2007): Water extract of propolis and its main constituents, caffeoylquinic acid derivatives, exert neuroprotective effects via antioxidant actions. Life Sci. 2007, 80, pp. 370–377

[23] New Zealand Medicines and Medical Devices Safety Authority, Eczema Cream. 2014. (Hozzáférés 2018.03.10.)

[24] Alkhaldy, A.; Edwards, C.A.; Combet, E. (2018) The urinary phenolic acid profile varies between younger and older adults after a polyphenol-rich meal despite limited differences in in vitro colonic catabolism. Eur. J. Nutr. 2018.

[25] Silva-Carvalho R., Baltazar F., Almeida-Aguiar C. (2015) Propolis - A complex natural product with a plethora of biological activities that can be explored for drug development, Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, Article ID 206439, 29 pages,. DOI

[26] Habryka, C., Socha, R., Juszczak, L. (2020) The Effect of Enriching Honey with Propolis on the Antioxidant Activity, Sensory Characteristics, and Quality Parameters, Molecules, 25, 1176. DOI

[27] Al-Waili, N. Mixing two different propolis samples potentiates their antimicrobial activity and wound healing property: A novel approach in wound healing and infection, Veterinary World, EISSN: 2231-0916, 1188.

[28] Martinello, M, Mutinelli, F. (2021) Antioxidant Activity in Bee Products: A Review, Antioxidants 10, 71. DOI

[29] Al-Waili, N., Al-Ghamdi, A., Ansari, M. J., Al-Attal, Y., Salom, K. (2012), Synergistic Effects of Honey and Propolis toward Drug Multi-Resistant Staphylococcus Aureus, Escherichia Coli and Candida Albicans Isolates in Single and Polymicrobial Cultures, Int. J. Med. Sci. 2012, 9, 793.

DOI

Érkezett: 2021. május – Elfogadva: 2022. július

¹ Debreceni Egyetem, Élelmiszertudományi Intézet

Kulcsszavak

fűszerek, kenyér, dúsítás, makroelem, táplálkozási referenciaérték (NRV)

2. Bevezetés

A tudatos élelmiszerfogyasztók felismerték és elfogadták, hogy az „egészségesebb” élelmiszerek fogyasztása megelőzhet bizonyos betegségeket (Az „egészségesebb” élelmiszer kifejezés megtévesztő lehet, mert az EU jogszabályai szerint „egészségtelen” élelmiszert közfogyasztásra bocsájtani tilos. Jelen esetben elfogadom, hogy ez a kifejezés inkább pozitív középfokot jelent. A Szerk.). A kutatók mellett az ipar is törekszik az „egészségesebb” élelmiszerek fejlesztésére és előállításra [1, 2]. A kenyér és a pékáruk fontos szerepet töltenek be az emberi táplálkozásban. A búzakenyér általában hatékony energiaforrás, és pótolhatatlan tápanyagokat tartalmaz. E termékek funkcionális komponensekkel való dúsítása széles körben elterjedt az egészségvédelem javítása érdekében [3]. Ilyen komponensek például a fűszerek és fűszernövények [1, 2], továbbá a gabonafélék melléktermékei, a pszeudo-gabonafélék, a zöldség- vagy gyümölcstermékek [3].

Több közleményban olvashatunk a kenyerek dúsításáról különféle anyagokkal, melyet Varga-Kántor és munkatársai [4] is részleteztek.

A dúsított kenyerek táplálkozás-élettani szempontból értékesebbek egy egyszerű kenyérnél, hiszen olyan összetevőket tartalmaznak, amelyek jótékony hatással vannak az egészségre. Ilyenek például a fűszer- és gyógynövények.

Ezeket a növényeket, amelyek egyaránt fontosak a gyógyszeriparban és a gasztronómiában az emberek régóta használják. Erős, koncentrált illattal és ízzel rendelkeznek, így nagy mennyiségű fűszernövény elfogyasztása akár kedvezőtlen érzékszervi hatású lehet [5]. Az általunk alkalmazott fűszereket és hatóanyagaikat több betegség kezelésére is használják. Ilyen irányú felhasználásukról számos tudományos könyv és tanulmány számol be.

A kísérleti programunkban mért és felhasznált fűszerekről az alábbi forrásokban lehet részletes leírást találni: Pushpagadan [6], Kurian [7], Peter [8], Charles [9], Gupta [10], Kintzios [11], Chen [12], Sasikumar [13], Pandey [14]. Ezek a művek a fűszerek eredetét, az emberre gyakorolt élettani hatásait és történetét ismertetik.

A magas antioxidáns és betegségmegelőző hatású vegyületeket tartalmazó fűszerek magas elemtartalommal rendelkeznek, ami a kiegyensúlyozott táplálkozás és életvitel szempontjából fontos. Az 1. táblázat más szerzők méréseit tartalmazza ezekre a paraméterekre.

Míg Barin és munkatársai [15] és az USDA [21] 22.000 mg/kg, a többi szerző 10.000 és 15.000 mg/kg kalcium koncentrációt mért a bazsalikomban. A kapor esetében Rahmatollah és Mahbobeh [17] valamint az USDA [21] eredményei hasonlóak voltak, míg Özcan [16] alacsonyabb koncentrációt mért. Az USDA adatbázisa [21] magasabb kalciumtartalmat adott meg oregánó esetében, mint Barin és munkatársai [15] és Öczan [16]. A fűszerkömény kalciumtartalma hasonló volt [16, 21], míg a metélőhagyma esetében [15, 21] 1.000 mg/kg különbség volt. A rozmaringot vizsgálva az eredményekből látható, hogy két szerző hasonló, körülbelül 8.000 mg/kg-os eredményt mért [18, 19], a másik két esetben azonban magasabb kalciumtartalmat határoztak meg [16, 21]. A fokhagyma granulátum esetében nem volt szignifikáns különbség a mért koncentrációk között [20, 21].

A káliumtartalom esetében a legmagasabb koncentrációt a kaporban mérték. Két szerző 34.000 mg/kg-hoz közeli káliumtartalmat határozott meg [16, 21], de Rahmatollah és Mahbobeh [17] értékei ennél kétszer magasabbak voltak. A bazsalikom esetében három szerző 24.000 mg/kg feletti koncentrációt mért [16, 18, 21], azonban Ozygit és munkatársai [19] csak 8.000 mg/kg káliumtartalmat mértek. Az oregánó esetében a mért paraméter értékei 12.000 és 19.000 mg/kg között voltak. A kömény esetében a kapott eredmények jelentősen eltértek. A metélőhagymában az USDA adatbázisa [21] több mint 26.000 mg/kg káliumtartalmat írt le. A rozmaring kálium koncentrációja két esetben [16, 21] hasonló volt. Ozygit és munkatásai [19] ettől kisebb értéket mértek, míg Özcan [16] körülbelül 2.000 mg/kg-mal magasabbat. A fokhagyma granulátum eredményeiben nem volt jelentős eltérés.

A magnéziumtartalom eredményeit vizsgálva minden fűszer esetében jelentős eltérések mutatkoztak a kutatók által mért, és közzétett koncentrációkban. A meghatározott értékek a fokhagyma granulátum kivételével ezres nagyságrendűek voltak.

Hasonló tendencia figyelhető meg a nátriumtartalomnál is, mivel a mért koncentrációk jelentősen eltérnek a vizsgálatokban.

Foszfor esetében a szerzők hasonló értékeket mértek az oregánónál, valamint a fokhagyma granulátumnál. A többi fűszernövénynél jelentős, akár ezres nagyságrendű eltérések is voltak a szerzők eredményei között.

A fűszerek kéntartalmánál látható, hogy a kaporban igen eltérő koncentrációkat határoztak meg, valamint a fokhagyma granulátum igen magas értékkel rendelkezett.

3. Anyag és módszer

3.1. A kenyerek elkészítése

Ebben a vizsgálatban hét szárított fűszer (bazsalikom, kapor, oregánó, fűszerkömény, metélőhagyma, rozmaring és fokhagyma granulátum) és 42 dúsított kenyér makroelem tartalmát határoztuk meg.

A termékek alapanyagait egy debreceni szupermarketekben szereztük be. A fűszerek vizsgálata után a kenyereket Varga-Kántor és munkatársai [4] és Kántor és munkatársai [20] receptje alapján készítettük el.

Ezek a minták különböző koncentrációban tartalmaztak szárított fűszereket (0, 2, 4, 6, 8, 10 és 12 g). A további összetevők: 500 g búzaliszt (BL 55), 8 g 10%-os ecet, 44 g napraforgóolaj, 5 g só, 5 g kristálycukor, 30 g élesztő, 150 ml tej (2,8% zsír) és 25 °C-os, 100 ml víz. Az összetevőket szobahőmérsékleten, eredeti csomagolásukban, sötétben vagy hűtőben tároltuk a termékek elkészítéséig. A dagasztás után a kelesztési idő szobahőmérsékleten 1 óra volt. A következő lépés a kenyerek formázása és egy tízperces pihentetés volt. A kenyereket légkeveréses sütőben, 210 °C-on, 95%-os páratartalom mellett 15 percig sütöttük (RXB 606, légkeveréses sütő, Budapest, Magyarország). Sütés után a termékeket 6 percig a sütőben hagytuk.

3.2. Az elemtartalom meghatározása

A fűszerek esetében a boltban vásárolt mintákat nem szárítottuk ki, de a kenyereket az MSZ 20501-1 [22] szerint szárítottuk. A minták előkészítését Kovács és munkatársai [23] módszere alapján végeztük. A kenyerek roncsolócsőbe történő bemérése után, 10 ml salétromsavat (69% v/v; VWR International Ltd., Radnor, USA) adtunk a mintákhoz, majd egy éjszakán át állni hagytuk. Az előroncsolást 60 °C-on 30 percig végeztük. Kihűlés után, a főroncsolás előtt 3 ml hidrogén-peroxidot (30% v/v; VWR International Ltd., Radnor, USA) használtunk, majd a mintákat 120 °C-on tartottuk 90 percig. Lehűlés után nagytisztaságú vízzel történő hígítást végeztünk (Millipore SAS, Molsheim, Franciaország) majd szűrőpapíron (388, Sartorius Stedim Biotech SA, Gottingen, Németország) leszűrtük az elegyet. Az elemtartalmat ICP-OES (Induktív csatolású plazma optikai emissziós spektrométer, Thermo Scientific iCAP 6300, Cambridge, UK) segítségével határoztuk meg. Az alkalmazott hullámhosszok a következők voltak: Ca (315.8 nm), K (769.8 nm), Mg (280.2 nm), Na (818.3 nm), P (185.9 nm) és S (180.7 nm).

3.3. Statisztikai elemzés

Az eredményekből átlagot, szórást, valamint a statisztikailag igazolható különbségek meghatározására egytényezős varianaciaanalízist (Tukey és Dunnett’s T3 teszt) alkalmaztunk SPSS statisztikai szoftverrel (version 13; SPSS Inc. Chicago, Illinois, USA). A vizsgálatokat három ismétlésben végeztük.

3.4. Napi beviteli érték számítása napi beviteli referencia értékből (NRV)

Az NRV értékeket az 1169/2011-es rendelet [24] valamint az EFSA tudományos közleménye [25] tartalmazza. Az adatokat százalékban tüntettük fel 100 g termékre vonatkoztatva, mely körülbelül 1,5 szelet kenyér elfogyasztását jelenti. Ez az alábbi képlettel számítható ki:

NRV(%) = (kenyerek elemtartalma/napi referencia bevitel) x100

Nátrium esetében 2000 mg a napi referenciabevitel [25], míg kén esetében nem találtunk erre vonatkozó adatot.

4. Eredmények és értékelésük

4.1. A fűszerek elemtartalmának mérési eredményei

Az általunk vizsgált fűszernövények makroelem-tartalmának eredményeit a 2. táblázatban közöljük. Az értékeket eredeti anyagokra vonatkoztatva adtuk meg.

A legnagyobb kalciumkoncentrációt a bazsalikom esetében mértük, melyet a metélőhagyma követett. Hasonló volt a mért érték a kaporban és az oregánóban. A rozmaringnál több mint 10.000 mg/kg értéket határoztunk meg, míg a fűszerkömény esetén a koncentráció magasabb volt, mint 6.000 mg/kg. A legalacsonyabb kalciumtartalmat a fokhagyma granulátumban mértük.

A káliumtartalom esetében szintén kimagasló eredménye volt a bazsalikomnak és a kapornak. A fűszerköményben, metélőhagymában és a fokhagyma granulátumban a koncentrációk 10.000 mg/kg fölött voltak. Az oregánó és rozmaring fűszernövények mutatták a legalacsonyabb értékeket a vizsgált növények között.

A legmagasabb magnéziumtartalmat a bazsalikomban mértük, melynek kétszer nagyobb volt a koncent-rációja, mint a kapornak, mely szintén magas értékkel rendelkezett a többi vizsgált mintához képest. 2.000-3.000 mg/kg közötti eredményt mutatott az oregánó, fűszerkömény, metélőhagyma és a rozmaring. A legalacsonyabb magnéziumtartalom a fokhagyma granulátumban volt.

Kiemelkedő nátriumtartalmat a kaporban mértünk, azonban a többi mintánál a koncentrációk igen alacsonyak voltak. Több, mint 100 mg/kg-os eredményt kaptunk a bazsalikom és a fokhagyma granulátum mintákban. A többi esetben 100 mg/kg alatti értékeket mértünk.

A foszfortartalomnál a fűszerkömény koncentrációja volt a legmagasabb, melyet a fokhagyma granulátum követett. 3.000-4.000 mg/kg közötti értékeket mértünk a bazsalikom, kapor és metélőhagyma esetében. A legalacsonyabb koncentrációja a rozmaringnak volt.

A kéntartalom meghatározása során minden mintánál több mint 1.000 mg/kg-os koncentrációt mértünk. Hasonlóan kiemelkedő értékeket kaptunk a kapor és fokhagyma granulátum esetében, melyet több mint 3.000 mg/kg-os koncentrációval követett a metélőhagyma minta. A többi fűszernél a bazsalikom kivételével 1.000 és 2.000 mg/kg közötti kéntartalmat detektáltunk.

Az 1. táblázat eredményeit összevetve az általunk mért koncentrációkkal megállapítottuk, hogy vizsgálataink során magasabb eredményeket kaptunk a metélőhagyma kalcium-, valamint a kapor és a fűszerkömény kéntartalmában, továbbá alacsonyabb értékeket mértünk a kapor, oregánó és metélőhagyma kálium-, és a metélőhagyma foszfortartalmában. A mért koncentrációkból azonban arra következtethetünk, hogy a kapott eredmények hasonlóak a többi tanulmányban említett értékekkel, kivéve a nátriumtartalomra vonatkoztatott adatokat. Ebben az esetben ugyanis a szakirodalmi adatoktól jelentősen eltérő eredményeket láthatunk.

4.2. A fűszerrel dúsított kenyerek mérési eredményei

A kenyereket előre meghatározott recept alapján [4, 20] készítettük el, melyeknél szintén készültek fűszert nem tartalmazó minták. Ennek eredményei alapján megállapítottuk, hogy a szakirodalmi adatokhoz hasonlóak voltak a kontroll kenyerek mért paraméterei (Ca: 476; K: 2.200; Mg: 260; Na: 2585; P: 1478 és S: 1008 mg/kg [4]; Ca: 510; K: 2418; Mg: 285; Na: 3180; P: 1512 és S: 948 mg/kg [20]), kivéve a nátriumtartalmat.

Az eredményeket szárazanyag-tartalomra vonatkoztatva adtuk meg (3., 4. és 5. táblázat). A táblázatokban az „a” jelölés mutatja a szignifikáns eltérést a kontroll mintától oszloponként.

4.2.1. Kalciumtartalom eredményei

A dúsított kenyerek kalciumtartalmát a 3. táblázat mutatja be. A fűszerek hozzáadása a legtöbb esetben növelte a dúsított kenyerek elemtartalmát. A legnagyobb növekedést a bazsalikomos kenyerek esetében tapasztaltuk. Ebben az esetben a különbség a kontrollmintához képest több mint 500 mg/kg volt. A kaprot, metélőhagymát és rozmaringot tartalmazó kenyerek körülbelül 300 mg/kg különbséget mutattak a kontroll és a 12 g fűszerekkel dúsított kenyér között. Az oregánóval és köménnyel dúsított kenyerek többlet-értéke kisebb, 100-200 mg/kg körüli volt.

Bár az oregánó kalciumtartalma meghaladta a 10.000 mg/kg-ot, a dúsított kenyérben nem tapasztaltunk olyan mértékű növekedést, mint a hasonló kalciumtartalmú fűszerek használatakor.

A legalacsonyabb kalciumtartalmat a fokhagyma granulátumos kenyérben határoztuk meg, amely 12 g fűszert tartalmazott. A többi minta a kontrollhoz képest szignifikáns eltéréseket mutatott.

4.2.2. Kálium tartalom eredményei

A vizsgált minták káliumtartalmát szintén a 3. táblázat tartalmazza. Az eredmények alapján az látszik, hogy a bazsalikom és a kapor hozzáadása növelte meg leginkább a kenyerek káliumkoncentrációját. A 12 g köménnyel dúsított kenyerek esetében mintegy 300 mg/kg eltérést tapasztaltunk a kontroll mintához képest. A többi esetben a különbség alig volt több, mint 200 mg/kg.

A káliumtartalom tekintetében a legnagyobb növekedést a bazsalikomos és a kapros kenyerek, majd a köményes, oregánós és fokhagyma granulátumos termékminták követték. A legalacsonyabb értékeket minden esetben a rozmaringos és a metélőhagymás kenyerekben mértük. Ez a különbség valószínűleg már a kontroll kenyerekben való eltérésnek köszönhető.

4.2.3. A magnéziumtartalom eredményei

A kenyerek magnéziumtartalmáról szóló adatokat a 4. táblázatban közöltük. A fűszerekben a legmagasabb értékeket a bazsalikom és a kapor esetében mértük, ami befolyásolta a kenyerek magnéziumtartalmát. A mintákat vizsgálva a legmagasabb magnéziumtartalmat a bazsalikommal dúsított termékekben határoztuk meg. Ez volt a legnagyobb eltérés (200 mg/kg) a kontroll és a 12 g fűszert tartalmazó minták között. Ezt az eredményt követték a kaporral dúsított kenyerek. A köményes és a rozmaringos termékek hasonló tendenciát mutattak, maximum 60 mg/kg-os eltéréssel, a legtöbb fűszert tartalmazó minta és a kontroll között. Az oregánós kenyerek esetében a növekedés mértéke 40 mg/kg volt a legtöbb fűszert tartalmazó kenyérben a kontroll termékhez képest. Azoknál a fűszereknél, ahol a magnéziumtartalom 2000 mg/kg alatt volt, nem volt szignifikáns különbség a dúsított kenyerekben. Az azonos fűszermennyiséget figyelembe véve minden esetben a bazsalikomos kenyerekben mértük a legmagasabb értékeket. A legalacsonyabb koncentrációt a fokhagyma granulátumos és metélőhagymás kenyerekben mutattuk ki.

4.2.4. A nátrium tartalom eredményei

Az elkészített termékek nátriumtartalmára vonatkozó adatok a 4. táblázatban láthatók. A mintákat tekintve a mért értékek 2.400 és 3.100 mg/kg között voltak. A fűszerek nátrium tartalma alacsony volt a többi makroelemhez képest, kivéve a kaprot. A bazsalikomos, oregánós, köményes és fokhagyma granulátumos termékek eredményeiben nem volt statisztikailag igazolt különbség. A kapros minták esetében a növekedés oka valószínűleg a fűszer nátriumtartalma volt, ami befolyásolta a végtermékek elemtartalmát.

A metélőhagyma és a rozmaring esetében a fűszerek nátriumtartalma 100 mg/kg alatt volt. Ezért az egyik esetben a csökkenés, a másik esetben a növekedés nem magyarázható. Az azonos mennyiségű fűszert figyelembe véve a legmagasabb nátriumtartalmat a rozmaringos, kapros és bazsalikomos kenyerekben mértünk. Ez a tendencia a kontroll kenyerek esetében is megfigyelhető volt. Mivel a kenyerek kézzel készültek ezért előfordulhat, hogy a konyhasó eloszlása nem minden esetben volt sikeres, ebből is adódhatnak eltérések.

4.2.5. A foszfortartalom mérési eredményei

A minták foszfortartalomra kapott eredményei az 5. táblázatban láthatók. Az eredmények alapján a kenyerek foszfortartalma hasonló volt. A legtöbb esetben nem volt statisztikailag igazolható különbség a minták között. A köményes és fokhagyma granulátumos termékekben kisebb eltéréseket mértünk, ami a fűszerek foszfortartalmából adódik. Ezeknél a fűszereknél a foszfortartalom meghaladta a 4.000 mg/kg-ot. A többi fűszernél minden más esetben 4.000 mg/kg alatti koncentrációt határoztunk meg.

A legmagasabb foszfortartalmat a köményes termékekben mértük, ezt követik a kapros, fokhagyma granulátumos és a bazsalikomos kenyerek. A legalacsonyabb koncentrációt a metélőhagymával ízesített termékekben határoztuk meg; azonban alacsony foszfortartalmat mértünk a rozmaringos és oregánós kenyerekben is.

4.2.6. A kéntartalom eredményei

A kenyerek kéntartalmát az 5. táblázat mutatja be. A kapott koncentrációk alapján a bazsalikomos és fokhagyma granulátumos termékeknél nagyobb, míg a többi dúsításnál csak kisebb eltéréseket mértünk a fűszermennyiségek növelésénél. A fűszereket elemezve a legmagasabb kéntartalmat a kaporban és a fokhagyma granulátumban határoztuk meg (több mint 7.000 mg/kg), azonban a kenyérhez a nagyobb mennyiség hozzáadása nem emelt annak mért koncentrációján. Látható, hogy a többi esetben sem növekedett meg a mért paraméter értéke a fűszermennyiségek mennyiségének növelésével. Kisebb eltérések tapasztalhatók, azonban a fűszerek kéntartalma nem volt jelentős hatással a végtermékek kén tartalmára.

A táplálkozási referenciaértékből (NRV) számított napi beviteli hozzájárulás eredményei

A 3., 4. és az 5. táblázat rendre a (Ca, K), (Mg, Na), illetve a (P) a napi hozzájárulási értékeket mutatja 100 g termékre vonatkoztatva.

Kalciumtartalom esetén napi 100 g kontroll kenyér elfogyasztása a napi kalciumbevitel 5-6%-át fedezi. A mintákban a fűszerek mennyiségének növelésével ezek az értékek is emelkedtek. A legmagasabb hozzájárulást a bazsalikomos kenyerek, majd a rozmaringos, kapros és metélőhagymás termékek esetében számoltuk.

A kálium tartalom esetében a kontroll kenyerek hozzájárulása 10 és 11% között volt. Különböző mennyiségű fűszer hozzáadásánál kisebb növekedést számoltunk, mint a kalcium tartalom esetében. A legtöbb fűszeres kenyér esetében a napi hozzájárulás növekedése akár 3%-ot is elért (bazsalikomos és kapros minták) a kontroll termékekhez képest.

A kontroll kenyerek magnéziumtartalma a napi magnéziumbevitel körülbelül 7%-át teszi ki. Ebben az esetben is a bazsalikomos kenyérben mutatkoztak a legjelentősebb eltérések. A növekedés mértéke több mint 5% volt 12 g fűszer esetében a kontroll mintához képest.

Az összes minta nátrium beviteli értéke 12 és 13% körüli értéket mutatott. A kapros és rozmaringos termékek esetében ezek az értékek emelkednek.

A foszfortartalmat tekintve az összes kenyér a napi foszforbevitel több mint 20%-át fedezi. A köményes minták hozzájárulása minimális növekedést mutatott. A 12 g fűszerrel dúsított kenyérnél a kontroll termékekhez képest 2% körüli volt a növekedés.

5. Következtetések

Amint az eredmények is mutatják, maguk a fűszerek magas makroelem tartalommal rendelkeznek. A bazsalikom kiemelkedő volt a kalcium, a kálium, a magnézium és a nátrium tekintetében. Magas értékeket mértünk még a kaporban, metélőhagymában, oregánóban és fokhagyma granulátumban is.

A dúsított kenyerekben nőtt a kalcium-, kálium- és magnéziumtartalom. A kalcium esetében a legnagyobb eltérést a bazsalikom termékekben tapasztaltuk. A többi mintánál is egyértelmű növekedés volt tapasztalható, kivéve a fokhagyma granulátum alkalmazása során.

A bazsalikomos és a kapros termékek kálium tartalma tekintetében is kiemelkedő eredményeket értünk el. A kontroll minta és a 12 g fűszeres kenyér között, közel 600 mg/kg különbséget mértünk.

A magnéziumtartalomban nem volt szignifikáns különbség. Nagyobb koncentrációnövekedés csak a bazsalikomos termékeknél volt tapasztalható.

Nátriumtartalomnál a rozmaringos és a kapros minták mutattak némi emelkedést, ami azonos mennyiségű fűszer esetén is megfigyelhető.

A foszfor- és kéntartalom között nem találtunk jelentős különbségeket; hasonló eredményeket mértünk.

Az eredmények alapján a makroelemek közül a legnagyobb napi hozzájárulást a bazsalikomos kenyerek adták, melyet a kapros kenyerek követtek. A kenyerek nátriumtartalma esetében a kapros és rozmaringos termékek napi beviteli hozzájárulásai voltak a legnagyobbak.

Összességében sikerült olyan termékeket előállítani, amelyek elemtartalma a legtöbb esetben jelentősen eltért a kontroll kenyerekétől, így a termékek hozzájárulása a napi referenciaértékekhez is emelkedett.

6. Köszönetnyilvánítás

A kutatást a Magyarországi Innovációs és Technológiai Minisztérium Felsőoktatási Intézményi Kiválósági Programja (NKFIH-1150-6/2019) finanszírozta, a Debreceni Egyetem 4. tematikus programja keretében.

7. Irodalom

[1] Balestra F., Cocci E., Pinnavaia G., Romani S. (2011): Evaluation of antioxidant, rheological and sensorial properties of wheat flour dough and bread containing ginger powder. LWT- Food Science and Technology 44 (3) pp. 700-705. DOI

[2] Gawlik-Dziki U., Swieca M., Dziki D., Baraniak B., Tomiło J., Czyz J. (2013): Quality and antioxidant properties of breads enriched with dry onion (Allium cepa L.) skin. Food Chemistry 138 (2-3) pp. 1621-1628. DOI

[3] Dziki D., Rozy1o R., Gawlik-Dziki U., Swieca M. (2014): Current trends in the enhancement of antioxidant activity of wheat bread by the addition of plant materials rich in phenolic compounds. Trends in Food Science and Technology 40 (1) pp. 48-61. DOI

[4] Varga-Kántor A., Alexa L., Topa E., Kovács B, Czipa N. (2021): Szárított bazsalikommal dúsított kenyerek vizsgálata és eredményeinek értékelése. Élelmiszervizsgálati közlemények. LXVII (4) pp. 3665-3671. DOI

[5] Gibson, M. (2018). Food Science and the Culinary Arts. Academic Press is an imprint of Elsevier

[6] Pushpagadan P., George V. (2012): Basil. In: Peter KV (ed) Handbook of Herbs and Spices. Volume 1. Second edition. Woodhead Publishing Limited

[7] Kurian, A. (2012): Health benefits of herbs and spices. In: Peter KV (ed) Handbook of Herbs and Spices. Volume 2. Second Edition. Woodhead Publishing Limited.

[8] Peter K.V. (2012): Introduction to herbs and spices: medicinal uses and sustainable production. In: Peter KV (ed) Handbook of Herbs and Spices. Volume 2. Second Edition. Woodhead Publishing Limited.

[9] Charles D.J. (2013): Antioxidant Properties of Spices, Herbs and Other Sources. Springer Science+Business Media New York.

[10] Gupta R. (2012): Dill. In: Peter KV (ed) Handbook of Herbs and Spices. Volume 1. Second edition. Woodhead Publishing Limited.

[11] Kintzios S.E. (2012): Oregano. In: Peter KV (ed) Handbook of Herbs and Spices. Volume 2. Second Edition. Woodhead Publishing Limited.

[12] Chen H. (2012): Chives. In: Peter KV (ed) Handbook of Herbs and Spices. Volume 1. Second edition. Woodhead Publishing Limited.

[13] Sasikumar B. (2012): Rosemary. In: Peter KV (ed) Handbook of Herbs and Spices. Volume 1. Second edition. Woodhead Publishing Limited.

[14] Pandey U.B. (2012): Garlic. In: Peter KV (ed) Handbook of Herbs and Spices. Volume 1. Second edition. Woodhead Publishing Limited.

[15] Barin J.S., Pereira J.S.F., Mello P.A., Knorr C.L., Moraes D.P., Mesko M.F., Nóbrega J.A., Korn M.G.A., Flores E.M.M. (2012): Focused microwave-induced combustion for digestion of botanical samples and metals determination by ICP OES and ICP-MS. Talanta 94 pp. 308-314. DOI

[16] Özcan M. (2004): Mineral contents of some plants used as condiments in Turkey. Food Chemistry 84 (3), pp. 437-440. DOI

[17] Rahmatollah R., Mahbobeh R. (2010): Mineral contents of some plants used in Iran. Pharmacognosy Researh 4 pp. 267-270. DOI

[18] Özcan M.M., Akbulut M. (2007): Estimation of minerals, nitrate and nitrite contents of medicinal and aromatic plants used as spices, condiments and herbal tea. Food Chemistry 106 (2) pp. 852-858. DOI

[19] Ozyigit I.I., Yalcin B., Turan S., Saracoglu I.A., Karadeniz S., Yalcin I.E., Demir G. (2018): Investigation of Heavy Metal Level and Mineral Nutrient Status in Widely Used Medicinal Plants’ Leaves in Turkey: Insights into Health Implications. Biological Trace Element Research 182 pp. 387-406. DOI

[20] Kántor A., Fischinger L.Á., Alexa L., Papp-Topa E., Kovács B., Czipa N. (2019): Funkcionális kenyér, avagy a fokhagyma és készítményei hatása a kenyér egyes paramétereire/Functional bread, or the effects of garlic and its products on certain parameters of bread. Élelmiszervizsgálati közlemények/Journal of Food Investigation 65 (4) pp. 2704-2714.

[21] USDA (2011): USDA National Nutrient Database for Standard References. United States Department of Agriculture/Agriculture Research Service, Washington DC.

[22] Magyar Szabványügyi Testület (MSzT) (2007): Sütőipari termékek vizsgálati módszerei. Magyar Szabvány MSz 20501-1. Magyar Szabványügyi Testület, Budapest.

[23] Kovács B., Győri Z., Csapó J., Loch J., Dániel P. (1996): A study of plant sample preparation and inductively coupled plasma emission spectrometry parameters. Communication in Soil Science and Plant Analysis 27 (5-8) pp. 1177-1198. DOI

[24] REGULATION (EU) No 1169/2011 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL (2011)

[25] EFSA (2019): Dietary reference values for sodium. EFSA Journal. DOI

DOI: https://doi.org/10.52091/EVIK-2022/1-1-HUN

Érkezett: 2021. augusztus – Elfogadva: 2022. február

¹ Mertcontrol Kft.

Kulcsszavak

mikotoxin, izotóphigításos tömegspektrometria (LC-IDMS), szabványosítás, citrinin, validálás, HorRat-érték, Horwitz-Thompson egyenlet

2. Bevezetés

Világviszonylatban az Európai Unión (EU) belül a legszigorúbbak az élelmiszerekben jelenlévő természetes (például növényi toxinok) vagy mesterséges (például maradékanyagok) szennyezőkre vonatkozó jogszabályok, amelyek a szennyezők maximálisan megengedett értékeit, határértékeit állati és növényi eredetű élelmiszerekben vagy takarmányokban szabályozzák. Az EU 1881/2006-os rendelete tartalmazza a mezőgazdasági terményeken élő penészgombák másodlagos anyagcsere termékeiből élelmiszerekben megjelenő ún. mikotoxin- határértékeket [1]. A rendelet folyamatosan bővül: míg kezdetben csak olyan „klasszikus” toxinok szerepeltek benne, mint a deoxinivalenol (DON), az aflatoxinok (B1, G1, B2, G2, M1), a fumonizinek (B1 és B2) vagy a patulin, addig 2013-ra már a T-2, HT-2, 2016-ra pedig a citrinin is helyet kapott a szabályozott toxinok rendeletében. A komponenskör folyamatosan bővül; a folyamatot megelőzi egy az Európai Élelmiszerbiztonsági Hatóság (EFSA) részéről megfogalmazott tudományos vélemény, valamint további hatástanulmányok. Ezek figyelembe veszik mind a termelők gazdasági szempontjait, mind a toxinok rövid- és hosszútávú egészségügyi kockázatait. Az Alternaria toxinokra egyelőre nincs szabályozás, a megengedett határértékek ALT, AOH és AME vonatkozásában 1 és 10 µg/kg között, a TEA és TEN esetén pedig 10 és 1000 µg/kg tartományban várhatók. Az érintett élelmiszerek a gabonák (elsődlegesen a búza), a paradicsom alapú élelmiszerek (paradicsomlé vagy -püré) valamint a napraforgómag és a hasonló alapanyagokból készült termékek [2].

Az Alternaria toxinokra vonatkozó EFSA jelentés „Scientific Opinion on the risks for animal and public health related to the presence of Alternaria toxins in feed and food” címmel 2011-ben jelent meg [2], és 97 oldalon keresztül taglalja jelenlétüket a különféle élelmiszerekben, humán és állati egészségre vonatkozó vizsgálatukat és lehetséges kockázatukat. A jelentés további célja felhívni a figyelmet a jövőbeli szabályozásokra és egységes vizsgálati módszer kialakítására. Ennek megfelelően a CEN 2013 tavaszán kiírt mikotoxin szabványosítási pályázatában pályázható szabványosítási eljárásként megjelent az Alternaria toxinok búzából, paradicsomból és napraforgó magból folyadékkromatográfiás tandem tömegspektrometriai (LC-MS/MS) módszer segítségével történő vizsgálata.

3. Kezdeti (laboratóriumon belüli) vizsgálati módszer

A pályázat alapkövetelménye szerint az aspiráns laboratóriumnak a ISO 17043 sz. szabvány szerinti érvényes akkreditált státusszal kell rendelkeznie, amely a jártassági vizsgálatok szervezésére vonatkozik, valamint egy jól definiált vizsgálati protokollt is jelent, amely teljesíti a laboratóriumon belüli (Single Laboratory Validation) validálásra vonatkozó analitikai teljesítményjellemzőket [3]. Ennek hiányában a laboratóriumnak olyan eljárással kell rendelkeznie, amelyet korábban laboratóriumok közti validálással érvényesítettek. Költségvonatkozása miatt az utóbbi a ritkább eset, viszont az ISO 17043 sz. szabvány követelményeihez képest sokkal hatékonyabban képes bizonyítani a módszer valódi reprodukálhatóságát, ezzel szemben az előbbi validálás csupán a vizsgálat laboratóriumon belüli reprodukálhatóságát (Intermediate Precision) mutatja.

Az European Commission Joint Research Centre (JRC, Geel, Belgium) az EU-n belül működő Közös Kutatóközpont, amely 2017-ig magában foglalta az EU Mikotoxin Referencia Laboratóriumát (EU-RL for Mycotoxins). 2013-ban EU-RL módszerként dolgoztak ki búza, paradicsomlé, valamint napraforgómag esetében egy LC-MS/MS módszert a következő öt, főbb Alternaria toxinra (1. ábra): tenuazonsav (TEA), altenuane (ALT), alternariol (AOH), tentoxin (TEN) és alternariol monometil éter (AME) [4]. Az öt toxin közül a TEA-nak van a többi toxintól a legnagyobb mértékben eltérő szerkezete és fizikai-kémiai sajátossága (kelátképző tulajdonság) [5]. Ennek megfelelően a korábbi irodalmak a TEA [5], vagy pedig a többi toxin meghatározására koncentráltak [6], szimultán vizsgálatukra mindenesetre kevesebb figyelem irányult. A mi célunk egy ötkomponenses szimultán vizsgálat volt, amelyet kémiai származékképzéssel valósítottunk meg. A TEA szerkezete aldehid funkciós csoportot tartalmaz, amely jól reagáltatható 2,4-dinitro-fenilhidrazinnal (DNPH), és az így kialakult TEA-hidrazon kromatográfiás szempontból fontos fizikai-kémiai jellemzői (például Log P, oktanol – víz-megoszlás) már sokkal közelebb vannak a többi Alternaria toxinéhoz [5]. Kelátképző tulajdonságát származékolt formában elveszíti. A DNPH csak a TEA-val reagál a célkomponensek közül (2. ábra), a többi meghatározását nem befolyásolja [7]. A módszerben kidolgozott extrakciós eljárást toxinokkal természetesen szennyezett rozsmintával végzett kísérleti tervvel alakítottuk ki. A módszerbe bevontuk az Alternaria toxinokon felül a citrinint is. Az így kialakított módszer fontosabb jellemzői az alábbiak [4], [7]:

• Hat komponens vizsgálata (TEA, ALT, AOH, TEN, AME és citrinin);
• Mátrixok: gabona, paradicsomlé, hántolt napraforgó mag;
• Minta tömege folyadékmintákra: 1,0 g;
• Extrakciós oldószer folyadékmintákra: 5 mL metanol;
• Minta tömege szilárd mintákra: 2,0 g;
• Extrakciós oldószer szilárd mintákra:15 mL metanol-víz (70/30, v/v) elegy;

• Származékképző szer: 0,58% DNPH vizes sósavas oldata;
• Stop reagens: 5% (v/v) undekanal metanolban;
• Minta-tisztítás: polimer alapú szilárd fázisú extrakcióval (SPE);
• Minta bepárlás és visszaoldás metanolban;
• Fecskendőszűrés PTFE szűrőn;
• LC-MS/MS elválasztás: savas eluens, C-18-as állófázis és ESI negatív ionizáció (1. táblázat);
• Fecskendőszűrés hidrofil PTFE szűrőn;
• Kalibráció: mátrixhoz illesztett kalibráció izotópjelzett belső standard nélkül;

A módszer laboratóriumon belüli validálásán túl részt vettünk egy nemzetközi jártassági vizsgálatban is, amelyet a Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR, Berlin, Németország), mint Nemzeti Referencia Laboratórium (NRL) szervezett az öt Alternaria toxin paradicsomléből történő meghatározására. A vizsgálat során három mintából és egy standard oldatból kellett az öt toxint vizsgálni [7]. Az eredményeinket a 2. táblázat tartalmazza. Minden közölt érték elfogadható volt, a Z-score értékek -2 és +2 között alakultak. Az eredmények azt mutatták, hogy a pályázatban részünkről ajánlott módszer megfelelőnek bizonyul az Alternaria toxinok szabványosítására.

4. A módosított vizsgálati módszer

A JRC által javasolt vizsgálati módszert elfogadta a CEN és a mandátumot (mandate M/520) a JRC-nek adta 2014-ben. A munkacsoport (TC 275 WG 5 „Horizontal Methods for Food – Biotoxins”) azonban a módszerben szereplő kémiai származékképzést azzal az indokkal nem támogatta, hogy az egy további és időigényes lépés a módszerben, csökkentheti a precizitását, ezért javasolt elkerülni. A citrinin meghatározása sem kerülhetett a módszerbe, csak Alternaria toxinokat tartalmazhatott a vizsgálat.

A TEA vizsgálható natív formában is, de ehhez a HPLC elválasztást lúgos kémhatású eluenssel kell végezni, ami olyan állófázist igényel, ami pH 9-ig stabil. A módszer valóban egyszerűbbé vált származékképzés nélkül (3. ábra), de ehhez lényegesen módosítani kellett az eljárást úgy, hogy a mérési eredmények pontossága ne csökkenjen. A származékképzés hátránya az időigényességen túl a zajszint emelkedése is volt, ugyanis a DNPH-ból sok mátrixalkotó vegyület származik, amelyek ko-eluálódhatnak a célkomponensekkel, és növelik a zajt az MS/MS készülékben. A módosított módszerben lényegében a HPLC-s elválasztást kellett optimálni, illetve olyan extrakciós közeget választani, amellyel minden mátrixból a lehető legjobb kinyerést lehet elérni.

Az így kialakított módszer fontosabb jellemzői [8]:

• Öt komponens vizsgálata (TEA, ALT, AOH, TEN és AME);
• Mátrixok: gabona, paradicsomlé, napraforgómag;
• Minta tömege folyadékmintákra: 2,0 g;
• Extrakciós oldószer: 15 mL metanol/víz/ecetsav (80/19/1, v/v/v);
• Minta-tisztítás: polimer alapú szilárd fázisú extrakcióval (SPE);
• Minta bepárlás és visszaoldás 100 µL dimetil-szulfoxidban és higítás 900 µL vízzel;
• Fecskendőszűrés hidrofil PTFE szűrőn;
• LC-MS/MS elválasztás: lúgos pH-jú eluens (pH 8,7), C-18-as állófázis és ESI negatív ionizáció (3. táblázat);
• Kalibráció: mátrixhoz illesztett kalibráció izotópjelzett belső standard nélkül;

Ezt a módosított módszert a munkacsoport elfogadta és laboratóriumon belüli validálása után 2015 tavaszán megkezdődhetett a vizsgálati módszer laboratóriumok közötti validálása is.

5. A módszer laboratóriumok közötti validálása

A szabványosítási folyamat legfontosabb része a módszer laboratóriumok közötti validálása, amelynek fő célja a vizsgálat reprodukálhatóságának ellenőrzése és értékelése. Ehhez természetesen szennyezett (alacsony, közepes és magas szintű) és adalékolt mintákban kell meghatározni a toxinok koncentrációit. Egy adott komponens adott mintában lévő koncentrációjának értékeléséhez minimum nyolc független érték szükséges, ugyanakkor csak két laboratórium eredménye zárható ki [9]. Célszerű legalább tizenöt laboratórium részvétele, hogy minden mintához és komponenshez a megfelelő számú eredmény álljon rendelkezésre. A tapasztalat alapján ugyanis a résztvevők közül kb. 2-3 laboratórium nem közöl eredményt, míg egyes mintákhoz és azon belül komponensekhez nem mindig születik megfelelő számú közölt eredmény. Főképp az alacsony koncentrációs szinteken fordulhat ez elő, mert nem minden résztvevő rendelkezik megfelelő érzékenységű készülékkel.

Amennyiben a validálás során régóta vizsgált komponensek (például DON vagy aflatoxinok) meghatározása a cél, úgy viszonylag egyszerű rutinos laboratóriumokat felkérni a validálásra korábbi körvizsgálatokban történő sikeres szereplésük alapján. Ugyanakkor az Alternaria toxinokat a mai napig is nagyon kevés laboratórium vizsgálja, így a validálásra jelentkező laboratóriumok előzetes rutinnal nem mindig rendelkeznek. Ezért szükségessé válik egy ún. elővalidálás (pre-trial) megszervezése, amelyben a validálásban résztvevő laboratóriumok előzetesen elsajátíthatják a módszert. Esetünkben az elővalidálás huszonöt laboratórium részvételével, paradicsomlé mintákat vizsgálva zajlott [8], a résztvevő laboratóriumok közül pedig mindössze három rendelkezett előzetes Alternaria LC-MS/MS vizsgálati ismeretekkel. A huszonöt laboratóriumból végül csak tizenhat vett részt a végső validálásban, mert vagy nem küldtek vissza eredményt, vagy az eredményeik szignifikánsan eltértek a konszenzusos átlagtól.

A végső validálás során a tizenhat laboratórium számára az alábbi mintákat küldtük el [8]:

• Alternaria toxinokkal természetesen szennyezett gabona: búza, tritikálé és cirok;
• Alternaria toxinokkal természetesen szennyezett paradicsomlé: 3 sarzs;
• Alternaria toxinokkal természetesen szennyezett napraforgómag: 2 sarzs hántolatlan és 1 magkeverék, ami hántolt és hántolatlan minták keveréke volt;
• Minden mintát két kód (blind replicates) alatt kaptak meg a résztvevők, hogy a laboratóriumon belüli ismételhetőséget is tudjuk értékelni, illetve a reprodukálhatóság vizsgálatához több adat álljon rendelkezésre;
• Az adalékolt minták készítéséhez külön tesztmintákat küldtünk mátrixonként, amelyekhez Alternaria toxinokat ismeretlen koncentrációban tartalmazó standard oldatkeveréket is biztosítottunk a résztvevő laboratóriumok számára. Az adalékolt mintákat a laboratóriumok készítették az „adalékolási útmutató” alapján;
• Mátrixonként vakmintákat a mátrixhoz illesztett kalibrációhoz;
• Napraforgómag esetén a vakminta hántolt napraforgó volt, mert a hántolatlan minták magas TEA tartalmúak, így kalibrációra nem alkalmasak;
• A célkomponensek analitikai standardjait, illetve azok standard oldatkeverékét is biztosítottuk, hogy minden laboratórium azonos kalibráló oldatot használjon, ebből eltérés ne adódhasson;
• A minták homogenitását a harmonizált protokoll szerint ellenőriztük az elküldést megelőzően [10];
• A mintaküldéssel egy időben megkezdődött a minták stabilitásvizsgálata különböző hőmérsékleteken és időtartamban;

A CEN által elvárt koncentrációs szintek a validálásban: 1-10 µg/kg ALT, AOH és AME esetén, 10-1000 µg/kg pedig TEA és TEN esetén. A visszanyerést az adalékolt mintákban mért koncentrációkból értékeltük, az adalékolási szintek 2 és 8 µg/kg ALT, AOH és AME esetén, míg 50 és 200 µg/kg TEA és TEN esetén. Ezek a szintek ismeretlenek voltak a résztvevők számára.

A beérkezett eredmények (visszanyeréssel nem korrigált koncentrációk) statisztikai értékelése főképp a reprodukálhatóságot célozta meg [9]. A módszer reprodukálhatóságát jól jellemzi az ún. HorRat érték. A HorRat érték az adott célkomponens adott mintára számolt reprodukálhatóságának és a szervezők által elvárt célreprodukálhatóságnak a hányadosa. Ez utóbbi reprodukálhatósági érték (a „célreprodukálhatóság”) a Horwitz-Thompson egyenletből számolható: 120 µg/kg alatt egységesen 22%, míg felette a klasszikus Horwitz-összefüggés alkalmazható [11]. A HorRat értéknek a validálási kritériumok alapján kettőnél kisebbnek kell lennie; ez a feltétel teljesült is, kivéve a TEA esetében, a héjas napraforgó mintáknál. A 4. táblázat a TEA-ra számolt HorRat értékeket mutatja különböző napraforgó minták esetén. Míg héjas napraforgóknál a számolt HorRat értékek a koncentrációtól függetlenül egységesen 2,4-nek adódtak [8], addig a hántolt mintákra – amelyek jóval kisebb koncentrációban tartalmazták a TEA-t –, kettő alatti értéket vettek fel. A héjas minták elemzése során tapasztalt alacsonyabb reprodukálhatóság a kalibrációval és a mátrixhatással magyarázható, amely az LC-MS/MS alapú mérések sajátossága, és döntően a módszer precizitását és pontosságát befolyásolja [11]. A validálás során hántolt napraforgó mintát biztosítottunk a kalibrációhoz, mert az kismértékű természetes eredetű TEA szennyezést tartalmazott, szemben a héjassal, amely magas koncentrációban volt szennyezve TEA-val. A héjas és a hántolt napraforgó minták extraktumai lényegesen eltérő mátrixot tartalmaznak, amelyet akár színük alapján is észre lehet venni. Ebből adódóan a hántolt mintából készült kalibráció a héjas napraforgó mintákban lévő mátrixhatást nem tudta kompenzálni, így a detektált koncentrációkat a mátrixhatás lényegesen befolyásolta. Ennek oka, hogy a héjas napraforgó endogén alkotói eltérnek a hántoltétól.

Fontos megjegyezni, hogy a laboratóriumok csak a detektált koncentrációkat közölték; a mért értékeket nem korrigálták visszanyeréssel, szemben a hagyományos körvizsgálatoknál megszokott eljárásrenddel. A különböző laboratóriumok más és más készülékeket használtak, amelyekben eltérő lehetett a héjas napraforgók vizsgálata során jelentkező mátrixhatás. Mivel a hántolt mintából felvett kalibráció a mátrixhatást nem kompenzálta megfelelően, így a résztvevők által mért értékek között nagy különbségek adódtak. Ugyanez a probléma hántolt napraforgók elemzésénél nem jelentkezett, mert a kalibrációban és a tesztmintában hasonló mértékű mátrixhatás jelentkezhetett a minták azonossága miatt. Érdemes megfigyelni, hogy az ismételhetőség a héjas mintáknál is elfogadható volt (<20%). Ennek oka, hogy ugyanazon minta ismételt elemzésénél ugyanabban a készülékben azonos mátrixhatás jelentkezik, így a laboratóriumok a párhuzamos minták esetén hasonló koncentrációt detektáltak laboratóriumon belül, míg a laboratóriumok közötti értékek eltérők lettek a különböző készülékekben jelentkező eltérő mátrixhatások miatt.

6. A végső módszer izotóphígítással, és a laboratóriumok közötti validálása

Mivel nem minden komponensnél és mintánál sikerült a validálás során a HorRat értéket kettes érték alá vinni, így szükségessé vált a módszer további fejlesztése. Az LC-MS/MS módszerek reprodukálhatósága nagymértékben növelhető izotóphígítással (Isotope Dilution Mass Spectroscopy – IDMS), ami jól kompenzálja a mintáról mintára változó mátrixhatást. Ez esetben a célvegyület stabil izotópjelzett analógját mint belső standardot (Internal Standard – ISTD) adjuk a mintához. A belső standard fizikai-kémiai tulajdonságai megegyeznek a célkomponens tulajdonságaival (kis polaritásbeli különbség deuterált standardoknál előfordulhat), így a célvegyület és annak izotópjelzett vegyülete ideális esetben azonos retenciós időben eluálódik.

A ko-elúció következtében a célkomponenst és annak belső standardját ugyanolyan irányú és mértékű mátrixhatás éri az ionforrásban, így a célvegyület és az ISTD válaszjelének (területének) aránya, az izotóp arány (Isotope Ratio – IR) független lesz a mátrixhatástól. Az ISTD nem okoz interferenciát a célkomponens jelén, mert más, a célkomponens m/z értékétől függően kellően távoli (célszerűen legalább +3 Da) m/z értéken detektálható az izotópjelzés következtében.

Ehhez izotópjelölt ISTD-k szükségesek, amelyek 2015-ben még nem voltak elérhetők, ezért első körben mátrixhoz illesztett kalibrációt alkalmaztunk. 2018-ban azonban megjelentek a kereskedelmi forgalomban az Alternaria stabil izotópjelzett (¹³C vagy deutérium jelzett) ISTD-k (TEA-¹³C2, ALT-d6, AOH-d3, TEN-d3 és AME-d3), így lehetőség nyílt a módszer IDMS technikával történő újra validálására.

A JRC 2018 után az izotópjelölt ISTD-kel kiegészített módszer segítségével megismételte a laboratóriumon belüli és a laboratóriumok közötti validálást (5. táblázat). A koncepció azonos volt az első és a második validálás során is annyi változással, hogy a második eljárás során csak búzaminták szerepeltek a gabonaalapú minták között, illetve a paradicsomalapú minták paradicsompürék voltak. TEA esetén a HorRat értékek 0,40 és 0,66 között alakultak IDMS detektálással héjas mintákban, míg a hántolt mintában 0,53 lett az érték, ami lényegesen jobb, mint az ISTD nélküli értékek (4. táblázat). Az előzetes várakozásoknak megfelelően az izotóphigítás a laboratóriumok közötti reprodukálhatóságot nagymértékben javította. A validálás során az elvárt precizitást csak ISTD-kel lehetett elérni, ami az LC-MS mennyiségi vizsgálatok során gyakran előfordul. Ennek oka mindig a mátrixhatás kompenzációja.

7. Dokumentáció

A validálás teljes dokumentációja 2020-ra készült el [12], a szabványtervezettel együtt. A draft szabvány bírálata és javítása hamarosan befejeződik, és várhatóan a 2021. év végén a CEN elfogadja a javasolt szabványt (a szabvány a cikk beküldése óta megjelent: CEN EN 17521:2021 Foodstuffs - Determination of Alternaria toxins in tomato, wheat and sunflower seeds by SPE clean-up and HPLC-MS/MS. A szerk.)

8. Eltérés a szabványmódszertől

Az egyes műszerforgalmazók LC-MS/MS készülékei érzékenység tekintetében jelentős eltéréseket mutathatnak. Ennek egyik fő oka az ionforrásban rejlik [11]. Míg a szabványban ESI (Electrospray Ion Source) ionforrás alkalmazása szerepel, addig a szakirodalomban alig lehet találni olyan applikációt, ahol a készülék ESI ionforrása elegendő hatékonyságot biztosított volna a kívánt kimutatás eléréséhez, így az atmoszférikus nyomású kémiai ionizáció (Atmospheric Pressure Chemical Ionisation – APCI) alkalmazása vált szükségessé [13]. Egy másik eshetőség, az, amikor a használt készülék olyan nagy érzékenységű, hogy nincs szükség szilárd fázisú tisztításra, dúsításra (Solid Phase Extraction – SPE), hanem a minta extraktumát közvetlenül injektálhatjuk a készülékbe („dilute-and-shoot”) [11], [14]. A szabvány lényege, hogy a benne leírt módszert minden laboratórium tudja azt alkalmazni, így elkerülhetetlen volt az SPE dúsítás alkalmazása az alacsony koncentrációs szint, illetve a hántolatlan napraforgómag minta komplexitása miatt. Amennyiben az első validálás sikeres, úgy valószínűleg mátrixhoz illesztett kalibrációt javasolna a szabvány.

Ugyanakkor az ISTD-k megjelenésével a későbbiek során a laboratóriumok egy csoportja inkább az IDMS használatát preferálná. Ebből a szempontból szerencsés, hogy a szabványban bevezették az IDMS-t, amely egyszerűbb és pontosabb, viszont az ISTD-k beszerzése költségesebb. ISTD hiányában standard addíciót (mint mennyiségi értékelést), is lehet alkalmazni a mátrixhatás megfelelő kompenzációjára, ez viszont időigényes, mert minden mintát minimum négyszer-ötször elő kell készíteni. Mégis vannak laboratóriumok, amelyek ezt a típusú értékelést alkalmazzák.

9. Köszönetnyilvánítás

Szeretnék köszönetet mondani Carlos Gonçalves-nek a szabványosítási projekt eredményes befejezéséért.

10. Referenciák

[1] A Bizottság 1881/2006/EK rendelete (2006. december 19.) az élelmiszerekben előforduló egyes szennyező anyagok felső határértékeinek meghatározásáról. Az Európai Unió Hivatalos Lapja, L 364/5. (Hozzáférés: 2021.04.12)

[2] EFSA, European Food Safety Authority, (2011): Scientific Opinion on the risks for public and animal health related to the presence of citrinin in food and feed, EFSA J. 10 p. 1-82. DOI

[3] CEN/TR 16059, Food analysis. Performance criteria for single laboratory validated methods of analysis for the determination of mycotoxins.

[4] Tölgyesi, Á., Stroka, J. (2014): Report on the development of a method for the determination of Alternaria toxins and citrinin in wheat, tomato juice and sunflower seeds by liquid chromatography – tandem mass spectrometry. JRC Technical report (Hozzáférés: 2021.02.24)

[5] Asam, S., Liu, Y., Konitzer, K., Rychlik, M. (2011): Development of a stable isotope dilution assay for tenuazonic acid, J. Agr. Food Chem. 59 p. 2980–2987. DOI

[6] Lau, BP-Y, Scott, P.M., Lewis, D.A., Kanhere, S.R., Cleroux, C., Roscoe, V.A. (2003): Liquid chromatography–mass spectrometry and liquid chromatography–tandem mass spectrometry of the Alternaria mycotoxins alternariol and alternariol monomethyl ether in fruit juices and beverages. J Chromatogr A. 998 p. 119–131. DOI

[7] Tölgyesi, Á., Stroka, J., Tamosiunas, V., Zwickel, T. (2015): Simultaneous analysis of Alternaria toxins and citrinin in tomato: an optimised method using liquid chromatography-tandem mass spectrometry, J. Food Addit. Contam. 32 p.1512–1522. DOI

[8] Tölgyesi, Á., Stroka, J. (2016): Collaborative study report: Determination of Alternaria toxins in cereals, tomato juice and sunflower seeds by liquid chromatography tandem mass spectrometry, JRC Technical Report (Hozzáférés: 2021.03.14)

[9] Practical guide to ISO 5725-2:1994 — Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 2: Basic method for the determination of repeatability and reproducibility of a standard measurement method. Geneva, Switzerland.

[10] Thompson, M., Ellison, S.L.R., and Wood, R. (2006): The International Harmonised Protocol for the Proficiency Testing of Analytical Chemistry Laboratories. Pure Appl. Chem. 78(1):145–196.

[11] Tölgyesi, Á. (2021): Gyakorlati példák a folyadékkromatográfiával kapcsolt hármas kvadrupol rendszerű tandem tömegspektrometria élelmiszer-, bio- és textilanalitikai alkalmazására, Kromatográfus különszám, Gen-lab Kft., Budapest, Magyarország (Hozzáférés: 2021.02.07)

[12] Gonçalves, C., Tölgyesi, Á., Bouten, K., Robouch, P., Emons, H., Stroka, J. (2021): Determination of Alternaria toxins in tomato, wheat and sunflower seeds by SPE and LC-MS/MS – a method validation through a collaborative trial, J. AOAC Inter. 1-15. DOI

[13] Tölgyesi, Á., Kozma, L., Sharma, V.K. (2020): Determination of Alternaria toxins in sunflower oil by liquid chromatography isotope dilution tandem mass spectrometry, Molecules 25, 1685. DOI

[14] Tölgyesi, Á., Farkas, F., Bálint, M., McDonald, T.J., Sharma, V.K (2021): A dilute and shoot strategy for determining Alternaria toxins in tomato-based samples and in different flours using LC-IDMS separation, Molecules 26, 1017. DOI

DOI: https://doi.org/10.52091/EVIK-2022/1-3-HUN

Érkezett: 2021. október – Elfogadva: 2022. január

¹ Debreceni Egyetem, Mezőgazdaság-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Táplálkozástudományi Intézet
² Debreceni Egyetem, Táplálkozás- és Élelmiszertudományi Doktori Iskola

Kulcsszavak

lencse, rizs, bab, tápanyagtartalom, ásványanyag-tartalom, kén-nitrogén

2. Bevezetés

A Magyarországon kereskedelmi forgalomban kapható lencse-, rizs- és szárazbab-típusok nagy változékonyságot mutatnak a származási országuk tekintetében. Egy szupermarket polcairól öt kontinensről származó termék közül választhat a vásárló. Ez a változékonyság megjelenik a közétkeztetés számára beszállított nyersanyagok változékonyságában is. A megfelelő étlap tervezéséhez, amely akár speciális étkeztetési igényeket is kielégíthet – elengedhetetlen a kellő pontosságú tápanyagtartalom ismerete, amely kiterjed az ásványanyag-tartalomra is. Az élelmiszerek jelöléséncsak a főbb tápanyagokról kapható tájékoztatás, de az ásványanyag-tartalomról nem. A vizsgálat során a különböző származási helyről származó, és a magyarországi nagy-, valamint kiskereskedelmi forgalomban megjelenő termények tápanyag- és ásványanyag-tartalom meghatározását végeztük el.

3. A vizsgált termények általános jellemzése

3.1 Jázminrizs

A rizs (Orzyza sativa L.) az újkőkor óta ismert táplálék. Európába az ókori görögök, rómaiak, majd a mohamedán népek közvetítésével került [1]. Carl von Linné kategorizálta először a Species Plantarium-ban,1753-ban [2]. A jelenlegi rizstermelés földrajzi határa az 53o északi és a 40o déli szélességi fok között van. 2018-ban a világ összes rizstermése782 millió tonna volt. A legnagyobb rizstermelő országok: Kína 214,08 millió tonna/év, India 172,58 millió tonna/év és Indonézia 83 millió tonna/év megtermelt mennyiségével. A magyarországi rizstermesztés az1970-es években 55-68,5 ezer tonna/év, az1980-as években 30-47 ezer tonna/év, az1990-es évektől pedig átlagosan 10 ezertonna/év.[3]. A rizsszemek ezerszemtömege 12-54 g. A rizs minősége a profilindex alapján is jellemezhető. A paraméter a szem hosszúságát és szélességét jellemzi, ami alapján lehetkarcsú (3,0<), közepes (3,0-2,1), félgömbölyű (2,1-1,1) és kerek (1,0>). A rizs népszerű és értékes kultúrnövény, amelyet több mint 8000 fajtája is jól tükröz.

A fajták közül kiemelkedő a hosszúszemű jázminrizs, amely konyhakész állapotban puha és kellemes illatú. A Thaiföld északi és északkeleti termővidékein termelt jázminrizsnek (KDML105) kimagasló aromatartalma van [4], és a Khao Dow Mali 105 és a Kor Kho 15 fajtákból nemesítették [5]. Jellegzetessége, hogy egy évben csak egyszer, az esős évszakban terem. Ennek az a következménye, hogy egy időben érik be a termés, egy időben történik a betakarítás, és egy időben kerül a termés a piacra, ami nyomott kereskedelmi árat eredményez. A termelő választhat: eltárolja a terményét (ez költségeket eredményez), vagy azonnal értékesíti alacsonyabb haszonnal. A jázminrizs tápanyagtartalma eltér más rizsfajtáktól. AUS. Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Food Data Central adatbázisa szerint energiatartalma 356 kcal, fehérjetartalma 6,67 g/100g zsírtartalma lényegében nulla, szénhidráttartalma pedig 80 g/100g [6]. Chee-HeeSe és munkatársai mérései szerint energiatartalma 349 kcal, fehérjetartama 6,98±0,16, szénhidráttartalma 79,6±0,30, míg zsírtartalma 0,26±0,07 g/100g [7]. Az Arkansasi Egyetem hallgatója Mils, és oktatója Wang 2020-ban kilencféle Thaiföldről származó, de az USA-ban nevelt fajtától származó mintát vizsgált. [8]

Tápanyagtartalom-mérési eredményeik az alábbiak voltak.

• Fehérjetartalom (g/100g): 7,61±0,01; 7,65±0,01; 8,39±0,02; 10,89±0,15; 6,99±0,03; 7,87±01; 9,09±0,02; 6,87±0,00; 8,41±0,13;
• Zsírtartalom (g/100g): 0,015±0,00; 0,19±0,00; 0,56±0,02; 0,54±0,01; 0,31±0,01; 0,43±0,01, 0,4±0,01; 0,26±0,01; 0,45±0,01;

Más szerzők által mért rizsfélék ásványi anyagtartalmát az 1. táblázat tartalmazza.

3.2. Lencse

A lencse (Lens Culinaris Medik. SSP. Culinaris) az emberiség egyik legősibb kultúrnövénye. A kőkorszak idején már termesztették Közép-Európában [9]. A Bibliában, Mózes első könyvében is említést tesznek róla (Mózes 25:27-34), de stabil szénizotóp vizsgálatok bizonyították, hogy az ókori Egyiptomban is a táplálkozás fontos részét képezte [10]. Növénytani leírása Friedrich Kasimir Medikus, német fizikus és botanikus nevéhez fűződik -ben [11]. Jelenleg öt kontinensen, számos országban termesztik, többek között Magyarországon is. Az ENSZ Élelmezésügyi és Mezőgazdasági Világszervezete (UN FAO) adatai szerint 2012 és 2014 közt körülbelül 4,3 millió hektáron termesztették, a világ éves lencsetermelése5 millió tonna volt. 2017-ben a termőterületek nagysága már elérte a 6,5millió hektárt [12]. A világ legnagyobb lencsetermelői Kanada, India, az Amerikai Egyesült Államok, de Ausztrália is a feltörekvő országok között van. Európában a legnagyobb lencsetermelő országok Oroszország, Spanyolország és Franciaország. A világtermelés 40%-át Kanada termeli, India 22%-kala második, míg Törökország 8,1%-kal a harmadik a rangsorban.

A lencsének több változata ismert. Megkülönböztetjük a mag nagysága alapján: nagy, közepes és kis magvú, de a mag színváltozata alapján is: barna-, sárga-, vörös-, fekete- vagy zöldlencse. Egyes fajták kiemelkedő tápanyagtartalommal rendelkeznek. A Masooregy indiai nagyszemű vöröslencse-fajta. A pakisztáni Bahauddin Zakariya Egyetem által termesztett Masoor 85 fajta fehérjetartalma 30,41 g/100g, míg a NIAB Masoor fehérjetartalma 30,6 g/100g, ami kimagasló értéket jelent [13].

A hazánkban kereskedelmi forgalomba kerülő lencsetípusokata lencseszem mérete és színe szerint különböztetik meg.

Tápanyagtartalmát tekintve a lencse fehérjében gazdag kultúrnövény. Több szerző mérési eredményit összevetve fehérjetartalma változékonyságot mutat. Ganesan és Bajoun 2017-ben az Amerikai Egyesült Államok kormánya által üzemeltetett Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Food Data Central adatbázisaiban végzett elektronikus adatgyűjtése alapján a lencse fehérjetartalma 24,44-25,71 g/100g [14]. A Rodler Imre által szerkesztett Új Tápanyagtáblázat (2005) alapján a lencse fehérjetartalma 26 g/100g, szénhidráttartalma 53 g/100g, zsírtartalma 1,9 g/100g [15].

2004-ben Wang és Daun több, véletlenszerűen választott nyugat-kanadai termelő által termesztett lencséből származó mintát vizsgált. Az általuk vizsgált nagyszemű barna lencseátlagos fehérjetartalma 27,3 g/100g, szénhidráttartalma 44 g/100g, zsírtartalma 1,2 g/100g, míg aközepes szemű barna lencse átlagos fehérjetartalma 25,9 g/100g, szénhidráttartalma 44,8 g/100g, zsírtartalma pedig 1,0 g/100g [16]. Más szerzők által mért lencse ásványianyag-tartalmát a 2. táblázat tartalmazza.

3.3. Bab

A hüvelyesek közül az élelmiszeripar számára legfontosabb növények a Fabaceae családba tartoznak. Ezek a borsó, a bab, a lencse, a csillagfürt és a földimogyoró.

A bab (Phaseolus vulgaris L.) a pillangós virágúak családjába tartozik. Őshazájának Mexikó és Guatemala 500-1800 m tengerszint feletti területei tekinthetők, Európába az Újvilág felfedezése után került. A legrégebbi bableletek csaknem 10 000 évesek, és Peruból kerültek elő [17]. Nagy alakgazdagság jellemzi, fajon belül pedig több változata létezik. Virágai fejlett, kétoldali szimmetriával rendelkező zygomorf, jellegzetes pillangós szerkezetűek. Termésesok magból álló, oldalt lapított, vagy henger alakú hüvelytermés. A hüvelyekben a fajtától függően 4-8 mag található. A mag színe változatos.

Magyarországon kétféle fajt termesztenek: a közönséges babot, amely kerti bab néven is ismert (Phaseolus vulgaris L.), és a tűzbabot (Phaseolus coccineus L.). A világ babtermelése (Phaseolus vulgaris L.) 1961-ben 11,23 millió tonna, 2018-ban pedig 30,43 millió tonna volt, amely közel háromszoros mennyiséget jelent. 2018-ban világviszonylatban a legnagyobb babtermelő ország India 6,22 millió tonna megtermelt mennyiséggel, a második pedig Brazília 2,62 millió tonna terméssel. A Magyarországon megtermelt mennyiségaz elmúlt 50 évbenjelentősencsökkent: míg 1962-ben közel 31 ezer tonna volt az egy év alatt megtermelt mennyiség, addig ez a szám1990-re 3546 tonnára csökkent. A mélypont 2010-ben volt: évi 545 tonna. 2014-től napjainkig az átlagosan megtermelt mennyiség 1500-1700 tonna/év [3]. A babban megtalálható tápanyagok mennyisége függ az adott fajtától, az éghajlattól, a termőterülettől és a termesztéstechnológiától. A bab termése megfelelő körülmények között évekig tárolható károsodás nélkül [18].

Tápanyagtartalmát tekintve az érett bab legértékesebb alkotórésze a fehérje. A bab fehérjéit olyan értékes esszenciális aminosavak alkotják, mint például a lizin, a metionin, a cisztein és a triptofán.

Más szerzők által mért bab-minták ásványianyag-tartalmát az 3. táblázat tartalmazza.

3.4. Kén-nitrogén arány

Az élelmiszerekkéntartalmátnem túl gyakran határozzák meg, pedig mennyisége a kéntartalmú aminosavak fontos jelzője. A kén a talajban szerves és szervetlen kötésben fordul elő. A talaj legfontosabb szulfidjai a FeS2 (pirit) és a FeS, legfontosabb szulfátjai pedig a gipsz (CaSO₄·2H₂O) és az anhidrit (CaSO₄). A szerves kötött kén mennyisége egyenes aránybanváltozik, és szoros összefüggést mutat a talaj humusztartalmával: r=0,84. A talaj szerves kéntartalma talajtípusonként változó [31]: a csernozjom talajokon 75%, a podzolos talajokon kb. 50% a talaj összes szerves kéntartalma. A különböző talajtípusok kén utánpótlása függ a légszennyezettségtől és az ipari kénkibocsátástól is. Nagy-Britannia középső területein a légszennyezésből származó, levegőből kihulló kén mennyisége 1972 és 1974 közt elérte az 50 kg/év/ha mennyiséget [38]. A. Martin 1980-ban 20 évre visszamenő, több szerző által mért eredményeket hasonlított össze, melyben megállapította, hogy a levegőből kihulló kén mennyisége földrajzi területenként és évszakonként változó [39]. J. Archer 1988-ban a környezetből származó kén mennyiségét a kelet-angliai mezőgazdasági termőterületeken már általánosságként legalább a 30 kg-év/ha mennyiségnek kalkulálja több, az 1970-es években történt mérések alapján [36]. Az Egyesült Királyságban a kén-dioxid kibocsájtás az utóbbi 50 évben folyamatosan csökkent. A napjainkban kibocsájtott mennyiség az 1970-es években mért mennyiségek mintegy 3%-át teszik ki [40].

A növények általában a gyökérzeten keresztül, szulfát alakban veszik fel a kén nagyrészét vagy pedig a levelek sztómáin keresztül. A felvett szulfát redukálása több lépésben történik. Legelőször ATP-vel reagál adenozin-foszforil-szulfáttá (AFS), miközben szervetlen foszfát (P_an) hasad le az ATP-ről:

SO₄^2- + ATP → APS + P_an

ATP segítségével az APS másodszor is foszfo-adenozin-foszforil-szulfáttá foszforizálódik. Az így megkötött szulfátot egy hidrogén atomot szállító enzim szulfittá redukálja, ami azután NADPH hatására egészen szulfid-S (S^2-) -ig redukálódik tovább, amely szerinnel ciszteinné reagál [32].

A kén a növényben anorganikus és organikus alakban egyaránt előfordul. A két frakció közt nincs éles határ, a szulfát a növény S-tartaléka. Ha fokozzuk a kultúrnövények kén ellátását, akkor elsődlegesen a szervetlen kéntartalom növekszik, kisebb mértékben pedig a szervesen kötött forma. A növény a ként felvett szulfát alakjában tárolja, amit szükség szerint szerves formábaredukál. A növény először a szerves igényeit fedezi, csak ez után raktározza el a felvett ként [33]. A kén legnagyobb jelentősége, hogy a peptidek, fehérjék és lipidek alkotórésze, a kéntartalmú aminosavak építőeleme. A kénvegyületek közül mennyiségileg a cisztein és a metionin a számottevő. Ezek jelenléte a különböző élelmiszer és takarmány alapanyagokban elengedhetetlen. A kén specifikus szerepe az SH-csoportot tartalmazó enzimekben és koenzimekben jut kifejezésre. Az SH-csoportok a növényekben 90%-ban fehérjéhez köthetők. Kénhiány esetén a növény fehérjeszintézisében zavaroklépnek fel, növekszik az oldható nitrogénvegyületek mennyisége, csökken a fehérjetartalom [20]. Az elemek közötti kapcsolat statisztikai módszerekkel kimutatható. Kenyérbúzákon végzett vizsgálatok során r=0,73 (α=0.01) korrelációt mértek a kén- és nitrogéntartalom kapcsolatában. [21]. Lengyelországban több éven keresztül babon (Phaseolus vulgaris L.) végeztek vizsgálatokat, melyek során megfelelő kén-ellátottság mellett 13,6%-kal növelték a termény fehérjetartalmát [37]. Észak-Németországban repcén végzett vizsgálatok során megfelelő kénellátottság mellett 40%-kal növelték a növény N felvételét [34].

Mivel a szakirodalomban nem találtunk átfogó tanulmányokat az egyes termények összetételét illetően, fontosnak tartjuk, hogy a vizsgált élelmiszer-alapanyagokra is alapadatokat adjunk meg ebből az elemből is.

Anyag és módszer

4.1. Nyersanyagok

A mintákat 2020 decemberében véletlenszerű szubjektív kiválasztással vásároltuk különböző magyarországi kiskereskedelemi üzletekben. A kiválasztás szempontja az volt, hogy a minták származási országuk vagy forgalmazójuk szerint különbözzenek. Öt különböző forgalmazótól és származási országból választott hétféle barnalencse, négyféle forgalmazótól és három származási országból érkező négyféle jázminrizs, valamint négy forgalmazótól és három származási országból származó, négyféle fehérbab-mintát elemeztünk és határoztuk meg azok tápanyagtartalmát. Az eredmények összesítő táblázatait, a leíró statisztikai elemzéseket és az ábrákat Microsoft Excel-ben készítettük.

A vizsgált mintákat termény-jellemzőik alapján a 4. táblázatban soroltuk fel.

4.2. A vizsgálat módszere

Az analitikai elemzést a Magyar Szabványügyi Testület (MSZT) és a Magyar Élelmiszerkönyv élelmiszeranalitikai iránymutatásai alapján végeztük a Debreceni Egyetem MÉK Műszerközpontjában. A vizsgálatok módszereit az 5. táblázat tartalmazza. A fehérjetartalom meghatározásához a mért nitrogén mennyiségét 6,25-tel szoroztuk.

Az induktív csatolású plazma atomemissziós spektrométer (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES)) egy kvantitatív elemanalitikai módszer, amelyhez a minták előkészítését a Debreceni Egyetem professzorai és oktatói által publikált tanulmány szerint végeztük [35].

4.3. Statisztikai módszer

A statisztikai elemzést leíróstatisztikai elemzéssel, a regresszió analízist pedig Microsoft Excel program segítségével végeztük.

5. Eredmények és értékelésük

5.1. Rizsminták eredményeiés értékelése

A rizsminták tápanyag vizsgálatának eredményeit a 6. táblázat, az adatok leíró statisztikai értékelését az 7. táblázat tartalmazza. Az ásványi anyagokra vonatkozó mérési eredményeket és azok statisztikai értékelését a 8. és 9. táblázatban foglaltuk össze. A mérési eredményeket pedig az 1. és 2. ábrán mutatjuk be.

*Közepesen változékony

*Közepesen változékony / **Erősen változékony

A rizsminták fehérje- (6,47-7,04 m/m%), szénhidrát- (77,49-78,94 m/m%) és élelmi rost- (4,52-4,91 m/m%) tartalma homogén volt. A vizsgált minták esetében az ásványanyag-tartalom közepes vagy erős változékonyságot mutatott. A legnagyobb változékonyságot a Na- (CV%=27,19) és a Fe- (CV%=26,43) tartalom mérésekor tapasztaltuk. Említésre méltó, hogy a Na-tartalom a Kambodzsából származó minta esetében volt a legmagasabb, a thaiföldi minták esetében a legalacsonyabb, míg a Fe-tartalom a thaiföldi minták egyikében volt a legmagasabb, és a Kambodzsából, valamint másik, thaiföldi mintában volt a legalacsonyabb.

5.1.1. Kén-nitrogén arány

A rizsminták S/N egymáshoz viszonyított arányát a 10. táblázat tartalmazza.

A táblázat ötödik sora a legalacsonyabb arányt (R2) veszi kiindulási alapul az ahhoz képest kimutatható százalékos eltérést tartalmazza.

A legszorosabb összefüggés az R2-es és az R4-es minta esetén tapasztalható; ezek származási országa Thaiföld, de az R1-es minta esetében is közeli a végsőérték. A legnagyobb eltérés az R3-as minta esetében tapasztalható, ennek származási országa Vietnám. Az összefüggés a termőföld, illetve a termesztési terület hasonló agrokémiai jellemzőire utal.

5.2. Lencseminták eredményei és értékelése

A lencseminták tápanyag vizsgálatának eredményeit a 11. táblázat, az adatok leíró statisztikai értékelését az 12. táblázat tartalmazza. Az ásványi anyagokra vonatkozó eredményeket és a statisztikai értékelését a 13. és 14. táblázatban foglaltuk össze, valamint a 3. és 4. ábrán mutatjuk be.

*Közepesen változékony

*Közepesen változékony

A vizsgált minták esetében az ásványianyag-tartalom tekintetében több érték közepes változékonyságot mutatott. A lencseminták fehérje- (19,91-24,05 m/m%), szénhidrát- (53,46-56,86 m/m%), és élelmi rost (18,76-20,14 m/m%) tartalma statisztikai szempontból homogénnek bizonyult, de százalékos értelemben összehasonlítva a legkisebb és a legnagyobb érték között 15%-os különbség adódotta fehérjetartalom mennyiségét tekintve. Ásványi anyagok közül a foszfor (CV%=13,3) és a réz (CV%=10,67) közepes változékonyságot mutatott. A többi ásványi anyag statisztikai értelemben homogén volt. Fontos megjegyezni, hogy a Mg, Mn, Na, S és Zn mennyisége statisztikai értelemben homogén, de az értékek a statisztikai tartomány felső részében helyezkednek el (CV%~10). A fehérje-, a szénhidrát- és az élelmi rost-tartalom egyaránt homogén volt.

A legmagasabb variációs koefficiense afoszfor mennyiségének volt. Ez a mennyiség az Oroszországból és a Lengyelországból származó minták esetében volt a legkevesebb, míg az Ukrajnában termesztett terményben a legmagasabb. Általánosságban a Kanadában és a Lengyelországban termesztett lencsék esetében tapasztalható a legmagasabb ásványi anyag mennyiség, az Oroszországban és az Ukrajnában termesztett lencsékben volt a legalacsonyabb. A lencse minták S/N egymáshoz viszonyított arányát a 15. táblázat tartalmazza.

A közepes szemű minták (L1, L2, L5, L6, L7) esetében az L1, L2 és L7 minta értéke áll a legközelebb egymáshoz. Ezek a minták Ukrajnából és Oroszországból származnak. Az L4 és az L5 minták esetében a termőterület azonos, de az L4 minta nagy szemű barna lencse, az L5 minta viszont közepes szemű lencse volt, amelynek értéke jól elkülönül a többi termőterület értékétől. Az L3 (Kanada) szintén nagy szemű minta volt, S/N aránya elkülönül a többi értéktől.

5.2.1. Kén-nitrogén arány regresszió analízise

A kén és nitrogén mennyiségének regresszió analízis vizsgálatát csak a lencse esetében végeztük el, tekintettel a nagyobb mennyiségű mintaelem számra. Regressziós statisztikai eredményeinket a 16. táblázat a korrelációt jellemző egyenest és az egyenes egyenletét az 5. ábra tartalmazza.

A kén- és a nitrogéntartalom közötti összefüggés búzavizsgálatok során is mérhető, a korreláció r=0,7515 [25], amely befolyásolja a cisztin mint gluténkomponens mennyiségét, ezáltal a késztermék minőségét [26].

5.3. Szárazbab minták eredményei

A babminták tápanyag vizsgálatának eredményeit a 17. táblázat, az adatok leíró statisztikai értékelését az 18. táblázat tartalmazza. Az ásványi anyagokra vonatkozó eredményeket a 19. és 20. táblázatban foglaltuk össze, és a 6. és 7. ábrában mutatjuk be.

* Közepesen változékony / **Erősen változékony

* Közepesen változékony / **Erősen változékony

A fehérbabminták fehérje- (18,8-19,96 m/m%), szénhidrát- (57,55-58,14 m/m%), és élelmi rost (23,27-24,33 m/m%)-tartalma statisztika szempontból homogén volt, de az ásványi anyag mennyiségének a vonatkozásában a magnézium kivételével az eredmények közepes és erős változékonyságot mutattak. Közepesen változékony volt a foszfor (CV%=16,67), a kén (CV%=15,55), a vas (CV%=14,84), a mangán (CV%=16,02) és a cink (CV%=19,26). Erősen változékony pedig a kalcium (CV%=27,41), a réz (CV%=21,44), a kálium (CV%=21,15) és a nátrium (CV%=22,44) mennyisége.

A legmagasabb ásványi anyagtartalmat a Magyarországon termesztett bab, míg a legalacsonyabbat az Etiópiában és az Ukrajnában termesztett bab esetében mértük.

5.4. A mért értékek összehasonlítása a referenciaértékekkel

A mért adatokat összevetettük a Rodler Imre által szerkesztett Új Tápanyagtáblázatban foglaltakkal [15]. A 21. táblázat a rizs, a 22. táblázat a lencse és 23. táblázat a bab tápanyag és ásványianyag-tartalmának százalékos különbséget mutatják.

*Nagyságrendekkel eltérő eredmények.

A réz, a vas és a mangán mennyisége nagyságrendekkel eltér a Tápanyagtáblázatban megadott értékektől (a 21. táblázatban téglavörös színnel kiemelt adatok). Miután az Új Tápanyagtáblázatban szereplő értékeket összevetettük az 1. táblázatban szereplő, más szerzők által mért eredményekkel (Cu=2,6-9,96 mg/kg, Fe=1,83-31,5 mg/kg és Mn=0,07-10,73 mg/kg) megállapíthatjuk, hogy az eltérés a nemzetközi irodalomban fellelhető eredményekhez képest is több nagyságrend mértékű. Az eltérések végett szükséges és javasoljuk az rendelkezésre álló alapadatok időszakos frissítését.

A minták esetében valamennyi minta fehérjetartalma kevesebb, a szénhidrátartalom tekintetében azonbanegy minta kivételévelmagasabbvolt, mint a referencia értékek [15]. Az ásványi anyagok tekintetében a kalcium mennyisége jelentősen magasabb, míg a kálium, magnézium, nátrium, foszfor és cink kevesebb volt, mint a referencia értékek [15].

A lencseminták esetében a fehérjetartalom jelentősen kevesebb, míg a szénhidráttartalom több volt. Az ásványi anyagok közül a kalcium, a réz és a vas mennyisége jelentősen több, míg a magnézium és nátrium mennyisége jelentősen kevesebb volt, mint a referencia-értékek [15].

A babminták fehérjetartalma átlagosan 13,1%-kal kevesebb volt, a szénhidráttartalma kis mértékben csökkent. Az ásványi anyagok közüla kalcium mennyisége jelentősen több, a vas, a magnézium, a cink és a foszfor mennyisége több, a mangán és a nátrium tartalma viszont kevesebb volt, mint a referencia értékek [15].

6. Összegzés, következtetés

Méréseink során a termények fehérjetartalma átlagosan kevesebb, szénhidráttartalmuk több volta megfelelő referencia-értékekhez képest [15]. A makrotápanyagok tekintetében a változás megegyezik más szerzők által végzett, a Föld légköri változásával összefüggő, termések tápanyagtartalom változásával [22, 23, 24]. Több ásványi anyag tekintetében erős változatosságot mértünk.

Méréseink alapján elfogadtuk hipotézisünket, miszerint a termények jelentős, származási ország szerinti diverzitása megmutatkozik a tápanyagtartalom mennyiségében. Lencse esetében a S és a N mennyisége közötti korrelációt mértünk (r=0,88). A tapasztalt S/N arányok közel azonosak voltak országok, illetve szomszédos országok tekintetében, és különbözők az eltérő termőterületről származó minták esetében. Méréseink eredményét az Új Tápanyagtáblázat szereplő adatokkal összevetve nagyságrendbeli eltéréseket tapasztaltunk [15].

Munkánk alapján javasoljuk a tápanyag- és ásványi anyagtartalom változatosságának figyelembevételét. Az alapanyagok megfelelő mértékű tápanyagismerete elengedhetetlen a pontos étlaptervezés során. Nagy fizikai és/vagy pszichikai megterheléssel járó munkavégzés vagy foglalkozást űzők (például a rendvédelmi vagy a fegyveres erők kötelékében dolgozók) részére a megfelelő tápanyag biztosításának nagy, akár stratégiai jelentősége is leheta rövid és a hosszútávú feladatvégzés, vagy a hosszútávú egészségmegőrzés és rendelkezésreállás során. Ezen igénybevételekhez szükséges tápanyagok biztosíthatók természetes táplálkozással, de feltétel a pontos adatok ismerete és rendelkezésre állása is.

Javasoljuk a származási hely szerinti tápanyagváltozások figyelembevételét már az alapanyag beszerzési eljárások tervezése és lebonyolítása során is.

7. Irodalom

[1] Tanács L. (2003): Élelmiszeripari nyersanyag és áruismeret, ISBN: 963 482 612 1, Szegedi Tudományegyetem, Szegedi Élelmiszeripari Főiskolai kar. pp. 41-45.

[2] Linneaei, C. (1753): Species Plantarum. p. 333.

[3] Food and Agriculture Organization of the United Nations (2020).

[4] Yoshihashi, T., Nguyen, T., T., H., Kabaki, N. (2004): Area Dependency of 2-Acetyl-1-Pyrroline Content, Aromatic Rice Variety, Khao Dawk Mali 105. Food Technology 38 (2) pp.105-109. DOI

[5] Pitiphunpong, S., Champangern, S., Suwannaporn, P. (2011): The Jasmine Rice (KDML 105 Variety) Adulteration Detection Using Physico-Chemical Properties. Chiang Mai Journal of Science 38 (1) pp.105-115.

[6] US Department of Agriculture, Agricultural research Service (2019): Food Data Center Search Results. FDC ID: 1827323.

[7] Se C-H., Chuah, K., A., Mishra, A., Wickneswari, R., Karupaiah, T. (2016): Evaluating Crossbred Red Rice Variants for Postprandial Glucometabolic Responses: A Comparison with Commercial Varieties. Nutrients 8 (5) p. 308. DOI

[8] Mills, A. K., Wang, Y-J. (2020): Characterization of jasmine rice cultivars grown in the United States. Discovery, The Student Journal of Dale Bumpers College of Agricultural, Food and Life Sciences 21 (1) pp. 59-68.

[9] Borsos J., Pusztai P., Radics L., Szemán L., Tomposné L. V., (1994): Szántóföldi növénytermesztéstan, Kertészeti és Élelmiszeripari Egyetem, Kertészeti Kar, Budapest.

[10] Touzeau, A., Amiot, R., Blichert-Toft, J., Flandrois, J-P., Fourel, F., Grossi, V., Martineau, F., Richardin, P., Lécuyer, C. (2014): Diet of ancient Egyptians inferred from stable isotope systematics Journal of Archeological Science 46 pp.114-124. DOI

[11] Medikus, F., K. (1787): Vorlesungender Churpfälzischenphysicalisch-ökonomischen Gesellschaft. 2. Bd., p. 361.

[12] Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), (2019): The Global Economy of Pulses, Rome.

[13] Zia-Ul-Haq, M., Ahmad, S., Aslam, Shad, M., Iqbal, S., Qayum, M., Ahmad, A., Luthria D., L, Amarowicz R. (2011): Compositional studies of lentil (Lens culinaris Medik.) cultivars commonly grown in Pakistan. Pakistan Journal of Botany 43 (3) pp. 1563-1567.

[14] Ganesan, K., Xu., B.: (2017): Polyphenol-Rich Lentils and Their Healt Promoting Effects. International Journal of Molecular Sciences 18 (11) p. 2390. DOI

[15] Rodler I. (2005): Új tápanyagtáblázat, ISBN:963-226-009-0 Medicina Könyvkiadó Rt. Budapest pp.251-258.

[16] Wang, N., Daun, J., K. (2005): Effects of variety and crude protein content on nutrients and anti-nutrients in lentils (Lens culinaris). Food Chemistry 95 (3) pp. 493–502. DOI

[17] Gentry, H., S. (1969): Origin of the common bean, Phaseolus vulgaris. Economic Botany 23 pp. 55-69. DOI

[18] Tanács L. (2003): Élelmiszeripari nyersanyag- és áruismeret, 74-78.

[19] U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service (2016): Food Data Central Search Results. FDC ID: 747441.

[20] Loch J., Nosticzius Á. (2004): Agrokémia és növényvédelmi kémia, Mezőgazda kiadó.

[21] Liu, Y., Ohm, J-B., Harelend, G., Wiersma, J., Kaiser, D. (2011): Sulfur, Protein Size Distribution, and Free Amino Acids in Flour Mill Streams and Their Relationship to Dough Rheology and BreadmakingTraits. Cereal Chemistry 88 (2) pp. 109–116. DOI: DOI

[22] Myers, S., Zanobetti, A., Kloog, I., Huybers, P., Leakey, A., Bloom, A., Carlisle, E., Dietterich, L., Fitzgerald, G., Hasegawa, T., Holbrook, N., Nelson, R., Ottman, M., Raboy, V., Sakai, H., Sartor, K., Schwartz, J., Seneweera, S., Tausz, M., Usui, Y. (2014): Increasing CO2 threatens human nutrition. Nature 510 (7503) pp. 139-142. DOI

[23] Zhu, C., Kobayashi, K., Loladze, I., Zhu, J., Jiang, Q., Xu, X., Liu, G., Seneweera, S., Ebi, K., L., Drewnowski, A., Fukagawa ,N.. K., Ziska, L.. H. (2018): Carbon dioxide (CO2) levels this century will alter the protein, micronutrients, and vitamin content of rice grains with potential health consequences for the poorest rice-dependent countries. Science Advances 4 (5) p. 1012. DOI

[24] Dong, J., Gruda, N., Lam, S.. K., Li, X., Duan, Z. (2018): Effects of Elevated CO2 on Nutritional Quality of Vegetables: A Review. Frontiers in Plant Science 9 (924). DOI: DOI

[25] Győri Z. (2005): Sulphur content of winter wheat grain in long term field experiments. Communications in Soil Science and Plant Analysis 36 (1-3) pp. 373-382. DOI: DOI

[26] Moss, H., J., Wrigley, C., W., Macrithie, F., Randall, P., J. (1981): Sulphur and nitrogen fertilizer effects on wheat. II. Influence on grain quality. Australian Journal of Agricultural Research 32 (2) 213–226. DOI

[27] Verma, D., K., Srivastav P., P. (2017): Proximate Composition, Mineral Content and Fatty Acids Analyses of Aromatic and Non-Aromatic Indian Rice. Science Direct, Rice Science 24 (1): pp. 21-31. DOI

[28] Jiang, S., L., Wu, J., G., Thang, N., B., Feng, Y., Yang, X., E., Shi, C., H. (2008): Genotypic variation of mineral elements contents in rice (Oryza sativa L.). European Food Research and Technology  228 pp. 115-122. DOI

[29] Vunain, E., Chirambo, F., Sajidu, S., Mguntha, T., T. (2020): Proximate Composition, Mineral Composition and Phytic Acid in Three Common Malawian White Rice Grains. Malawi Journal of Science and Technology 12 (1).

[30] Timoracká, M., Vollmannová, A., Ismael, D., S. (2011): Minerals, Trace Elements And Flavonoids Content In White And Coloured Kidney. Potravinarstvo 5 (1 ). DOI

[31] Grunwaldt, H., S. (1961): Untersuchungen zum Schwefelhaushaltschleswig-holsteinischer Böden. Diss. d Landw. Fakultätder Christian-Albrechts-Universität Kiel.

[32] Kylin, A. (2006): The effect of light, carbon dioxide, and nitrogen nutrition on the incorporation of S from external sulphate into different S-contaning fractions in Scenedesmus, with special reference to lipid S. PhysiologiaPlantarum 19 (4) pp.883-887 DOI

[33] Saalbach, E., Kessen, G., Judel, G., K. (1961): Über den Einfluß von Schwefel auf den Ertag und die Eiweißqualtät von Futterpflanzen. Z. Pflanzenernähr Düng budenkunde 93 (17). DOI

[34] Schnug, E., Haneklaus, S., and Murphy, D. (1993): Impact of sulphur fertilization on fertilizer nitrogen efficiency. Sulphur in Agriculture; The Sulphur Institute Washington, DC; 16,. pp.31–34.

[35] Kovács B., Győri Z., Prokisch,J., and Daniel, P. (1996): A study of plant sample preparation and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry parameters. Communications in Soil Science and Plant Analysis 27 (3–4). pp.207–215. DOI

[36] Archer, J. (1988): Crop Nutrition and Fertilizer Use; Farming Press Ltd., Ipswich, pp.57-64.

[37] Głowacka, A., Gruszecki, T., Szostak, B., Michałek, S. (2019): The Response of Common Bean to Sulphur and Molybdenum Fertilization, International Journal of Agronomy 2019 Article ID 3830712, 8. DOI

[38] OECD (1977). The OECD programme on long range transport of air pollutants. Paris, OECD.

[39] Martin, A. (1980): Sulphur in air and deposited from air and rain over Great Britain and Ireland, Environmental Pollution (Series B) I pp.177-193

[40] Department for Enviroment Food & Rural Affairs (United Kingdom) (2020): Emissions of air pollutants in the UK – Sulphur dioxide (SO2) (Hozzáférés 2021. 09. 10.)

DOI: https://doi.org/10.52091/EVIK-2022/1-4-HUN

Érkezett: 2021. december – Elfogadva: 2022. február

¹ Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Élelmiszertudományi és Technológiai Intézet

Kulcsszavak

méz, virágpor, beltartalmi összetétel, botanikai eredet, nedvességtartalom, cukortartalom, hamutartalom, aminosav-összetétel, HMF, színjellemzők

2. Bevezetés

A méz az egyik legősibb táplálékunk, amely ma is közkedvelt édesítőszer a világ minden táján. A Magyar Élelmiszerkönyv definíciója szerint „A méz az Apis mellifera méhek által a növényi nektárból vagy élő növényi részek nedvéből, illetve növényi nedveket szívó rovarok által az élő növényi részek kiválasztott anyagából gyűjtött természetes édes anyag, amelyet a méhek begyűjtenek, saját anyagaik hozzáadásával átalakítanak, raktároznak, dehidratálnak, és lépekben érlelnek” [1]. Energiatartalmát a könnyen felszívódó szénhidrátok adják, de számos más tápanyagot, például ásványi anyagokat, fenolos vegyületeket és aminosavakat is tartalmaz. Természetes aromaanyagainak köszönhetően a méz kellemes érzékszervi tulajdonságokkal rendelkezik, így a mézek magas élvezeti értékkel jellemezhetők [2]. A mézet gyógyászati célra is használják, elsősorban gyulladáscsökkentő és antibakteriális hatásainak köszönhetően [3].

A virágporcsomó egy kevéssé közismert méhészeti termék, amely iránt növekvő érdeklődés mutatkozik, elsősorban az egészségtudatos fogyasztók körében. A virágporcsomó úgy jön létre, hogy a méhek a testükre tapadt pollent nektárral és mirigyváladékukkal nedvesítik, majd gömbszerű pelletté tömörítik, és a hátsó lábukon lévő „kosaraikban” a kaptárba szállítják. Ezt a terméket a méhész a kaptár bejárata elé szerelt, perforációkkal ellátott eszközzel tudja begyűjteni [4]. A termék tartósítása általában szárítással vagy fagyasztással történik. A virágpor viszonylag magas koncentrációban tartalmaz a szervezet számára esszenciális tápanyagokat, ezért étrend-kiegészítőként [5] és funkcionális élelmiszer alapanyagként [6] is alkalmazható. Kutatások alapján a virágpor immunstimuláló és antioxidáns hatásokkal rendelkezik, így fontos szerepet tölt be az apiterápiában [3]. A méhészeti termékek (méz, pollen, méhkenyér, propolisz, viasz) iránti kereslet növekedésével párhuzamosan a mézzel kapcsolatos tudományos kutatások száma is fokozódott. A 90-es évek óta exponenciálisan emelkedett a mézzel és pollenekkel foglalkozó kutatások száma [7]. A méhészeti termékek élelmiszer-biztonsági szempontból a kutatások fókuszába kerültek, hiszen számos kockázati tényező jelenhet meg bennük, többek között peszticidek, toxikus fémek, penészek, mikotoxinok, pirrolizidin alkaloidok, allergének, génmódosított szervezetek stb. A pollenek élelmiszer-biztonsági kockázatait részletesen Végh és munkatársai mutatják be összefoglaló cikkükben [8].

Hazánkban hagyománya van a méhészkedésnek, ugyanis a Kárpát-medence éghajlati és táji adottságai kiváló minőségű mézek termelését teszik lehetővé. A méhek több mint 800 növényfajt látogatnak, amelyek közül több fajtaméz előállításra is alkalmas [9]. A hazai mézpiac két fő terméke a vegyes virágméz és az akácméz. Ez utóbbit hungarikumként tartjuk számon, mivel Magyarországon nagy kiterjedésű akácerdők találhatók, az akácméz pedig belföldön és külföldön egyaránt keresett, magas minőségű termék [10]. A repce- és napraforgóméz termelése országszerte elterjedt, de a magyar méhészek kisebb mennyiségben egyéb fajtamézeket, például gesztenye-, hárs-, facélia-, galagonya, aranyvessző-, levendula-, hajdina- és selyemfűmézet is előállítanak. A mézen kívül egyéb méhészeti termékek is színesítik a méhészek termékkínálatát, amelyek közül a virágporcsomó az egyik legnépszerűbb.

Mucha és munkatársai az export-import adatok vizsgálatával igazolták, hogy méztermelés vonatkozásában Magyarország komparatív előnnyel rendelkezik az Európai Unión belül [11]. Az EU összes méztermelésének számottevő része hazánkból származik, ami a környezeti adottságok mellett annak köszönhető, hogy a Kárpát-medencében viszonylag nagy a méhsűrűség. A méhcsaládok száma folyamatos növekedést mutat, amely a Nemzeti Méhészeti Programok hatékonyságát is jelzi. Mindezek ellenére komoly kihívást jelent az ágazat számára, hogy a magyar méz az árversenyben alulmarad a világpiaci versenytársakkal, elsősorban az alacsonyabb minőségű, Kínából származó mézekkel szemben [11, 12]. Oravecz és Kovács fogyasztókkal végzett mélyinterjúi alapján a magyar mézvásárlók két jól elkülöníthető csoportra oszthatók az alapján, hogy honnan szerzik be a terméket: egyes fogyasztók kizárólag őstermelőktől vásárolnak, míg mások a könnyen beszerezhető, olcsóbb termékeket keresik online vagy az üzletek polcain [13]. A megkérdezett fogyasztók többsége szerint a magyar eredetű termelői mézek nemcsak megbízhatóbbak, hanem jobb ízűek és egészségesebbek is az import mézeknél.

A mézek minőségének szabályozásával a Magyar Élelmiszerkönyv (Codex Alimentarius Hungaricus) foglalkozik: az 1-3-2001/110 számú előírása a mézek definícióit és összetételi követelményeit, a 2-100 számú irányelv a megkülönböztető minőségi jelöléssel ellátott mézfélékkel kapcsolatos követelményeket és jellemzőket, a 3-2-2009/1 számú irányelv pedig a méz mintavételi és vizsgálati módszereit tartalmazza [1, 14, 15]. A Magyar Élelmiszerkönyv nem tér ki az egyéb méhészeti termékek minőségi követelményeire. A virágporcsomókkal kapcsolatban jelenleg nemzetközi szinten sincs érvényben specifikus szabályozás, azonban a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet, Élelmezési Termékek Műszaki Bizottság, Méhészeti Termékek Albizottságának egyik munkacsoportja (ISO/TC34/SC19/WG 3) 2018-ban megkezdte a termék szabványosítását [16].

A mézek és virágporok tápértékét, valamint az érzékszervi tulajdonságaikat elsősorban a botanikai eredet határozza meg, de a földrajzi származás, a gyűjtőhely éghajlati viszonyai, a terméket előállító méhfaj, valamint a termékfeldolgozás és tárolás körülményei is befolyásolják [2, 3, 5, 9, 17]. Kutatásunkban különböző növényi eredetű, hazai és külföldi származású mézeket hasonlítunk össze nedvesség-, redukáló cukor-, hamu-, szabad aminosav- és hidroxi-metil-furfurol (HMF)-tartalmuk, valamint pH értékük alapján. Munkánk a hazai flórára jellemző növényekről származó virágporcsomók makrotápanyag-összetételének vizsgálatára is kiterjed. Vizsgálatot végeztünk továbbá a méz- és pollenminták színére vonatkozóan, ugyanis ez a tulajdonság rendkívül fontos szerepet játszik az élelmiszerek fogyasztói megítélésében és a vásárlói döntésekben [6, 18].

3. Anyagok és módszerek

3.1 A vizsgált minták

A kutatásba bevont termékek között nyolc hazai, valamint nyolc külföldről származó méz szerepelt. A hazai mézek nektárforrásaként megjelölt növények az akác, hárs, gesztenye, aranyvessző, repce és facélia voltak, továbbá egy erdei (mézharmat) mézet és egy vegyes virágmézet is bevontunk a vizsgálatokba. A külföldi minták között olyan, hazánkban mézkülönlegességnek számító termékek szerepeltek, mint a kakukkfű- (Spanyolország), vadlevendula- (Portugália), koriander- (Bulgária), hajdina- (EU), vörösfenyő- (Csehország), kávévirág- (Guatemala) és narancsvirágméz (Mexikó), illetve egy Ghánából származó vegyes virágméz. Ezeket a termékeket egy budapesti szaküzletben vásároltuk, míg a ghánai vegyes virágmézet a származási országban, piaci forgalomból szereztük be. A kutatás során felhasznált virágporcsomókat hazai méhészektől illetve üzletekből vásároltuk. A termékeket 38±2 °C-on szárítottuk 20 órán át, majd szín alapján történő válogatással tíz almintát hoztunk létre, amelyek botanikai összetételét is meghatároztuk. A méz- és pollenmintákat szobahőmérsékleten (20±2 °C), sötét helyen tároltuk.

3.2 Alkalmazott módszerek

A mézek nedvességtartalmának meghatározásához Abbe refraktométert alkalmaztunk [19]. A redukáló cukortartalom vizsgálata a Schoorl-Regenbogen módszerrel [20], a hamutartalom meghatározása pedig hamvasztással [21] történt. A szabad aminosav-tartalom meghatározását INGOS AAA 400 típusú aminosav analizátorral végeztük. A HMF-tartalmat White módszerrel mértük [22, 23]. A mézek pH értékének meghatározásához Radelkis univerzális pH mérő eszközt (OP-204/1) alkalmaztunk [24]. A virágporcsomók botanikai eredetének meghatározása mikroszkópos pollen-analízissel történt. A minták nedvességtartalmát vákuum szárításos módszerrel vizsgáltuk [25]. A fehérjetartalom meghatározásához a klasszikus Kjeldahl-módszert alkalmaztuk. A nyerszsírtartalom vizsgálata Soxhlet extrakcióval történt [25]. A hamutartalmat hamvasztással határoztuk meg [26], a szénhidráttartalom kiszámításához pedig a következő képletet alkalmaztuk:

Szénhidrát(%) = 100 - Nedvesség(%) - Fehérje(%) - Nyerszsír(%) - Hamu(%)

A mézek és virágporok színjellemzőinek vizsgálata Minolta CR-100 készülékkel történt. Az eredményeket a CIE-Lab színingertér koordinátáival fejeztük ki, ahol az „L” a világossági tényező, az „a*” a vörös-zöld színezetre, a „b*” pedig a kék-sárga színezetre jellemző érték. Minden vizsgálat esetén három párhuzamos mérést végeztünk.

4. Eredmények és értékelésük

4.1 A mézek vizsgálati eredményei

4.1.1. Nedvességtartalom

A nedvességtartalom az egyik legalapvetőbb, a mézek minőségét meghatározó paraméter, amely hatással van a termék viszkozitására, színére, ízére, kristályosodására, továbbá az eltarthatóságát is jelentősen befolyásolja. A mézek nedvességtartalma általában 15 és 21% között alakul a forrásnövény fajájától, a kaptárban lejátszódó dehidratációs folyamatoktól, valamint a méz feldolgozásának és tárolásának módjától függően [17]. A száraz, meleg környezetben előállított mézek általában alacsonyabb nedvességtartalommal rendelkeznek, mint azok, amelyek hűvös, párás éghajlatú országokból származnak [27]. A Magyar Élelmiszerkönyv 1-3-2001/110 számú előírása szerint a mézek víztartalma nem haladhatja meg a 20%-ot [1].

Az általunk vizsgált mézminták nedvességtartalma 17,5 és 21,8% között alakult (1. ábra). A Magyarországról származó termékek közül a repceméz és a vegyes virágméz, a külföldi mézek közül pedig a hajdinaméz nedvességtartalma meghaladta a hazánkban érvényes határértéket. Czipa és munkatársai szerint a megengedettnél magasabb nedvességtartalom arra utal, hogy a méhek az erőteljes hordás miatt nem tudták a mézet megfelelően besűríteni, így ezek a mézek éretlennek tekinthetők [28]. Mindazonáltal a mézek vízfelvevő képességét a botanikai eredet is befolyásolja, így például a hajdinaméz magas nedvességtartalma erre is visszavezethető.

4.1.2. Redukáló cukortartalom

A méz szárazanyag-tartalmának hozzávetőlegesen 95%-át szénhidrátok adják, amelyek közül az egyszerű redukáló cukrok kimagasló koncentrációban vannak jelen: a fruktóz a mézek tömegének 32-44%-át, a glükóz pedig a 23-38%-át teszi ki [29]. A mézben jelenlévő fruktóz és glükóz a nektár szacharóztartalmából keletkezik, a méhek által termelt invertáz enzim működése révén [2, 9]. A Magyar Élelmiszerkönyv szerint a virágmézeknek legalább 60%-os, az erdei (mézharmat) mézeknek pedig legalább 45%-os fruktóz- és glükóztartalommal kell rendelkezniük [1]. Kisebb mennyiségben különböző diszacharidok, oligoszacharidok, valamint poliszacharidok is jelen lehetnek a termékekben. Az alacsonyabb redukáló cukor-, illetve magasabb szacharóztartalom lehet növényi sajátosság, de utalhat a méz éretlenségére vagy a méhek cukorszirupos etetésére is [28, 29].

Az általunk vizsgált minták redukáló cukortartalma 64,50 és 75,25 % között alakult (2. ábra). A külföldi minták átlagosan 3%-kal több redukáló cukrot tartalmaztak, mint a magyar mézek. A legmagasabb értéket a vadlevendulaméz, a legalacsonyabbat pedig az erdei (mézharmat) méz esetén kaptuk. Szakirodalmi adatok szerint a mézharmatmézek sajátossága, hogy a virágok nektárjából készült mézeknél magasabb arányban tartalmaznak összetett cukrokat, elsősorban raffinózt és melezitózt [30].

4.1.3. Hamutartalom

Szakirodalmi adatok szerint a nektár eredetű mézek hamutartalma általában 0,02 - 0,3% között alakul, míg az erdei (mézharmat) mézek 1% körüli koncentrációban tartalmaznak szervetlen anyagokat [29]. Az ásványi anyagok mennyisége függ a méz földrajzi és botanikai eredetétől, a talaj összetételétől, valamint a forrásnövény környezetében történő szennyezés mértékétől, így a mézet környezeti bioindikátornak is tekinthetjük [31]. Kutatások alapján a sötét színű mézek hamutartalma általában magasabb, mint a világos mézeké [17, 32]. Eredményeink (3. ábra) a szakirodalmi adatokkal összhangban azt mutatták, hogy az erdei méz kimagasló mennyiségű (0,97%) ásványi anyagot tartalmaz. A nektár eredetű mézek közül a vörösfenyő, az aranyvessző és a hárs 0,3% feletti hamutartalommal rendelkezett. Az akác-, repce-, facélia-, ghánai vegyes virág-, kakukkfű- és narancsvirágmézek pedig viszonylag alacsony, 0,1% alatti mennyiségben tartalmaztak szervetlen anyagokat. A termékek színe és hamutartalma között nem figyeltünk meg szoros összefüggést. A legmagasabb hamutartalommal rendelkező erdei-, vörösfenyő- és aranyvesszőmézek sötét színűek voltak, azonban a hárs- és gesztenyemézek magas ásványi anyag tartalmuk ellenére világos színnel jellemezhetők. A hajdina- és a ghánai vegyes virágméz pedig nagyon sötét színnel és alacsony hamutartalommal rendelkezett.

4.1.4. Aminosav-összetétel

A mézek aminosav tartalmának egy része a nektárból, illetve a pollenből származik, amelynek megfelelően az aminosav-összetétel a botanikai eredet jelzője lehet [29, 33, 34]. Mindazonáltal a méhek kiválasztó folyamatainak eredményeképpen is kerülnek a mézbe szabad aminosavak, ez pedig növeli az azonos forrásnövényről származó mézek aminosavtartalmának variabilitását [35]. A nektár, ezáltal a méz aminosav-összetételét az is befolyásolja, hogy az év melyik szakaszában gyűjtik azt a méhek: tavasszal, amikor a fák rügyeznek és ősszel, a levelek színének változásakor az aminosavak és a nitrogéntartalmú vegyületek koncentrációja a floémben jelentősen megnő [36]. Az azonos fajta mézek aminosavtartalmának változatosságát növeli az is, hogy mennyiségük a tárolás folyamán [37], valamint hőkezelés hatására [38] csökkenést mutat.

A legtöbb aminosav a mézben kötött formában van jelen. A szabad aminosavtartalom hozzávetőlegesen az összes aminosav egyötödét képezi [29]. A jelenlévő aminosavak 50-85%-át a prolin teszi ki, amelynek mennyisége a bomlás miatt a tárolás során folyamatosan csökken, így az a méz öregedésének is indikátora lehet [39]. A prolin egy része a méhek szervezetében zajló kiválasztó folyamatok kapcsán kerül a mézbe [9], másik része pedig növényi eredetű, ugyanis mind a nektár [40], mind a pollen [5] magas prolintartalommal rendelkezik. Mennyiségére egyértelmű szabályozás hazánkban nincs, így általában a Németországban érvényben lévő 180 mg/kg-os minimális határértéket veszik alapul [39].

Az általunk vizsgált mézekben a szabad aminosavak koncentrációja átlagosan 663,3 mg/kg volt. A külföldi mézek valamelyest magasabb átlagos aminosavtartalommal (787,6 mg/kg) rendelkeztek, mint a Magyarországról származó termékek (539,0 mg/kg). A koriander-, vadlevendula- és aranyvesszőmézben a szabad aminosavak koncentrációja meghaladta az 1000 mg/kg-ot, míg az akácmézből csupán 162,2 mg/kg értéket mutattunk ki (1. táblázat). Kutatások szerint az akácmézekre általánosan jellemző, hogy viszonylag alacsony aminosav-tartalommal rendelkeznek [33, 41]. Az aranyvesszőméz magas aminosavtartalma visszavezethető arra, hogy a növény virágzási ideje augusztustól akár október végéig is tarthat.

A prolin mennyisége minden mintában kiemelkedően magas volt. A legtöbb méz ezen kívül viszonylag nagy aszparaginsav, glutaminsav, aszparagin, glutamin és fenil-alanin tartalommal rendelkezett. Egyes minták esetén viszonylag jelentős szerin, alanin, valin és tirozin tartalom figyelhető meg. A hajdinaméz rendkívül magas metionin, treonin, illetve valin tartalommal rendelkezett, a vadlevendulamézben pedig a fenil-alanin, tirozin és arginin mennyisége volt kimagasló.

*Vegyes virágméz, Magyarország
** Vegyes virágméz, Ghána

A 4. ábra a prolin arányát mutatja az összes szabad aminosavhoz viszonyítva. Hermosín szerint a friss mézek aminosav-tartalmának legalább kétharmad részét a prolin teszi ki [34]. Az általunk vizsgált mézek fele ennél alacsonyabb prolin arányt mutatott. A hazai mézek közül a vegyes virágmézben 56%, a külföldi mézek közül pedig a korianderméz kivételével minden mintában 66% alatti volt a prolin arány. Kaskoniené és Venskutonis az Európában nagy gazdasági jelentőséggel bíró fajtamézekre átlagos prolin tartalmat állapítottak meg, fajtánként több száz vizsgálati eredmény figyelembevételével. Eredményeik alapján a kakukkfű (Thymus spp.) mézek kimagasló (956±196 mg/kg) prolin tartalommal rendelkeznek, azonban az általunk vizsgált kakukkfűméz viszonylag kevés prolint tartalmazott [33]. Az akácmézek (Robinia pseudacacia L.) átlagos prolin tartalma hozzávetőlegesen kétszerese volt az általunk kimutatott értéknek. A hárs (Tilia spp.), a gesztenye (Castanea sativa Miller) és az erdei (mézharmat) mézek átlagosan 20-30%-kal magasabb prolin tartalommal rendelkeztek, mint az általunk vizsgált minták. A repce (Brassica napus L.) mézre a szerzők által közölt értékhez hasonló koncentrációt kaptunk. A mézminták közül a korianderméz rendelkezett a legmagasabb prolin tartalommal (943,8 mg/kg), amely azonban jelentősen alacsonyabb a Czipa [9] által közölt értéknél (2283 mg/kg). Az eltérések feltehetően a hosszabb tárolási időből adódtak. Az akác-, ghánai vegyes virág- és kávévirágméz kivételével minden termék megfelelt a Németországban megkövetelt 180 mg/kg-os minimális értéknek.

4.1.5. Hidroxi-metil-furfurol tartalom

A hidroxi-metil-furfurol (HMF) savas közegben keletkezik, hexózok bomlásával. Koncentrációjából következtethetünk a méz érettségére, ugyanis a friss mézben minimális mennyiségben van jelen ez a vegyület. A HMF-tartalom növekszik a méz melegítése és tárolása során, de a magas sav-, nedvesség-, és cukortartalom is gyorsítja a keletkezését [9, 29]. Koncentrációja a méz típusától is függ: a meleg környezetből származó, trópusi és szubtrópusi mézek eredendően magas HMF-tartalommal rendelkeznek [27]. A Magyar Élelmiszerkönyv 1-3-2001/110 számú előírása a mézekre általánosságban 40 mg/kg-os, míg a trópusi eredetű mézekre 80 mg/kg-os határértéket ír elő [1].

Az általunk vizsgált mézek HMF tartalma széles határok között alakult (5. ábra): koncentrációja az akácmézben csupán 3,98 mg/kg volt a, a ghánai vegyes virágméz viszont rendkívül magas (140,42 mg/kg) HMF-tartalommal rendelkezett. A Magyarországról származó mézek mindegyike megfelelt az érvényben lévő határértéknek. A külföldi mézek közül a ghánai vegyes virágméz jelentősen meghaladta a trópusi mézekre felállított limitet. Trópusi származásának megfelelően a guatemalai kávévirágméz szintén magas (64,41 mg/kg) HMF tartalommal jellemezhető.

4.1.6. Kémhatás

A mézek pH értéke rendszerint 6 alatti, elsősorban a bennük fellelhető szerves savaknak köszönhetően. A szerves savak mennyisége kevesebb, mint 0,5%, azonban jelentősen befolyásolják a termék színét, aromáját és eltarthatóságát. Bizonyos savak (pl. citromsav, almasav, oxálsav) a nektárból, illetve a mézharmatból származnak, míg mások (pl. hangyasav) az érés és tárolás során lejátszódó enzimes folyamatok által keletkeznek [29]. A méz szerves savainak jelentős részét a glükonsav adja, amely glükózból keletkezik a glükóz-oxidáz enzim hatására. A mézek pH-ja nem függ közvetlenül a szerves savak mennyiségétől, amely elsősorban a pufferkapacitással rendelkező mézösszetevőkre vezethető vissza [9].

Az általunk vizsgált mézminták pH értéke 2,85± 0,02 és 4,60± 0,04 között változott (6. ábra). A legalacsonyabb értéket a facéliamézre kaptuk, a legmagasabbat pedig az erdei (mézharmat) mézre. Eredményünk alátámasztja Tischer Seraglio és munkatársai megállapítását, miszerint az mézharmatmézek kémhatása viszonylag magas, értéke általában 3,8 és 4,6 között alakul [30]. Ez annak köszönhető, hogy a bennük lévő ásványi anyagok és aminosavak pufferelik a savas kémhatást [9].

4.1.7. Színjellemzők

A mézek színe fontos érzékszervi paraméter, ugyanis jelentősen befolyásolja a vásárlói döntéseket. A legtöbb országban a magas minőséget a világos mézekkel azonosítják, de például Németországban, Svájcban és Görögországban közkedveltebbek a sötétebb termékek. A mézek színe a színtelentől a sötét borostyánig terjed, esetenként zöldes vagy vöröses árnyalattal. A mézek színét befolyásolják a növényi és földrajzi eredet, a klimatikus viszonyok, a forrásnövény talajának állapota, a tárolási idő, a fénynek való kitettség, az esetleges hőkezelés, bizonyos enzimes reakciók és a kristályosodási folyamatok is [17, 29]. Ez a tulajdonság többek között összefüggésben van a nedvességtartalommal, valamint az ásványi anyagok, karotinoidok, fenolos vegyületek és a cukrok koncentrációjával [18].

Az általunk vizsgált mézekre kapott L (világosság), a* (zöld-vörös színezet) és b* (kék-sárga színezet) értékeket háromdimenziós diagramon ábrázoltuk (7. ábra). A legsötétebb minták a hajdina- és a ghánai vegyes virágméz voltak, a legvilágosabbak pedig az akác-, a hárs- és a facéliamézek. Az a* érték alapján a legtöbb méz többé-kevésbé vöröses árnyalatú volt, de az akác-, a hárs- és a facéliaméz nagyon enyhe zöldes árnyalatot mutattak. Számos esetben fordított összefüggést figyeltünk meg a mézek világosság értéke és HMF-tartalma között: az aranyvesszőméz, az erdei méz, valamint a ghánai vegyes virágméz viszonylag alacsony L értékkel és magas HMF tartalommal jellemezhetők, a legvilágosabb mézek HMF tartalma pedig alacsony volt. Ennek oka, hogy a HMF egy része a Maillard-reakció során képződik [9, 17].

4.2. A virágporcsomók vizsgálati eredményei

4.2.1. Botanikai eredet

A mikroszkópos pollenanalízis eredményei igazolták, hogy a kutatás során felhasznált virágporcsomók 80% feletti vezérpollen-tartalommal rendelkeznek, azaz monoflorálisnak tekinthetők [42]. A virágporcsomó minták a 8. ábrán láthatók, amelyek pollen-összetételét a 2. táblázatban foglaltuk össze.

4.2.2. Makrotápanyag-összetétel

A virágporcsomók tápértéke nagy heterogenitást mutatott, ugyanis a botanikai eredet jelentősen befolyásolja a tápanyagok arányát. Thakur és Nanda több, mint száz tudományos kutatás eredményeinek összefoglalásával arra a következtetésre jutottak, hogy a termékek átlagosan 54,2% (18,5-84,3%) szénhidrátot, 21,3% (4,5-40,7%) fehérjét, 5,3% (0,4-13,5%) lipidet, valamint 2,9% (0,5-7,8%) hamut tartalmaznak [5]. Nedvességtartalmuk friss állapotban 20-30% között alakul. A szárított termékek optimális esetben 4-8% vizet tartalmaznak, ugyanis ez a tartomány élelmiszer-biztonsági és érzékszervi szempontból is megfelelő [42].

A vizsgált virágporcsomók 4,9 és 8,2% közötti nedvességtartalommal rendelkeztek, amely megfelelő mikrobiológiai stabilitást biztosít. A mintáink szénhidráttartalma átlagosan 12%-kal magasabb, mint a Thakur és Nanda által közölt átlagérték [5]. A különbség elsősorban abból fakad, hogy a szerzők az átlagos koncentráció vizsgálata során nemcsak szárított, hanem friss virágporokra kapott eredményeket is figyelembe vettek. A minták fehérjetartalma 14,5 és 26,7% között alakult. A legfehérjedúsabb virágporcsomók a facéliáról és a repcéről származtak, amelyek a méhek számára erős attraktánsok [43]. Nyerszsír-tartalom tekintetében a méhek által szintén preferált pitypang pollen kimagasló koncentrációt mutatott, de a repce pollen is lipidekben gazdagnak bizonyult. A virágporcsomók hamutartalma 1,0 és 3,2% között alakult. A legtöbb ásványi anyagot a bókoló bogáncsról és a cseresznyéről származó minták tartalmazták. Eredményeink (3. táblázat) összhangban vannak a szakirodalmi adatokkal [5, 42].

4.2.3. Színjellemzők

A különböző növényekről származó virágporcsomók színe széles skálán mozog: leggyakrabban sárgás és narancssárgás színűek, de léteznek például kék, zöld, piros, fekete, barna és fehér virágporok is [44]. A pollenek színét elsősorban a botanikai eredet határozza meg. Mivel a méhek rendszerint adott időben egyetlen növényfajról gyűjtenek pollent, egy-egy virágporcsomó homogén színnel jellemezhető [4]. A termék színtulajdonságaira hatással van a földrajzi eredet, a klimatikus viszonyok, a gyűjtés ideje, a forrásnövény kora és tápanyagellátottsága, a pollen tartósítási módja, valamint a tárolás időtartama és körülményei is [6].

A virágporcsomókra kapott L (világosság), a* (zöld-vörös színezet) és b* (kék-sárga színezet) értékeket a 9. ábra szemlélteti. A legsötétebb minták a bókoló bogáncs, a facélia és a pipacs voltak, a többi minta viszonylag magas L értékkel rendelkezett. A világos minták az a* érték alapján három csoportra bonthatók: a repce, cseresznye és vadszeder pollenek enyhén zöldes árnyalatúak, az erdei iszalag enyhén vöröses, a borzas szuhar, a napraforgó és a pitypang pedig erősebb vöröses árnyalatot mutatott. A b* értéke minden esetben pozitív volt, tehát a sárga szín dominált a mintákban. A hazai piacon viszonylag gyakran előforduló facélia pollen feltűnően sötét színű. Ez a virágpor a szintén sötét pipacshoz képest enyhébb sárga, a bókoló bogáncshoz képest pedig gyengébb vörös árnyalattal jellemezhető.

5. Összefoglalás

Kutatásunk során hazai és külföldi mézeket hasonlítottunk össze a minőségüket meghatározó paraméterek alapján, továbbá meghatároztuk néhány, a Kárpát-medence flórájára jellemző növényről származó virágporcsomó makrotápanyag-összetételét és színjellemzőit. A vizsgált mézek közül két magyar és egy külföldi minta nedvességtartalma meghaladta a hazánkban érvényes határértéket. A mézek redukáló cukor-tartalma 64,5 és 75,3 % között alakult. Eredményeink alátámasztják azt a megfigyelést, miszerint a mézharmatmézek alacsonyabb redukáló cukor tartalommal rendelkeznek, valamint magasabb hamutartalommal és kémhatással, továbbá sötétebb színnel jellemezhetők, mint a nektár eredetű mézek. A mézekben a prolin volt a domináns aminosav, ennek aránya azonban több esetben alacsonyabb volt a szakirodalomban közölt adatoknál. A hazai mézek közül az akác és a vegyes virág, a külföldiek közül pedig a kávévirágméz prolin tartalma nem érte el a 180 mg/kg-os minimális határértéket. A HMF tartalom tekintetében nagy eltéréseket figyeltünk meg. A hazai mézek mindegyike megfelelt a követelményeknek, a Ghánából származó vegyes virágméz azonban rendkívül magas koncentrációban tartalmazta ezt a vegyületet. A mézekben a sárga szín dominált. A legtöbb termék vöröses árnyalattal volt jellemezhető, de néhány méz enyhén zöldes tónusú volt. Számos esetben fordított összefüggést figyeltünk meg a mézek világosság értéke és HMF-tartalma között.

A vizsgálatba bevont, szárított virágporcsomó-minták botanikai összetételének vizsgálatával igazoltuk, hogy a felhasznált minták legalább 80%-ban a forrásnövényként megnevezett növényfajról származnak. A szakirodalmi adatokkal összhangban a termékek 57,9-74,0% szénhidrátot, 14,5-26,7% fehérjét, 1,4-10,5% nyerszsírt és 1,0-3,2% hamut tartalmaztak. Nedvességtartalmuk 4,9 és 8,2% között alakult, amely érzékszervi és mikrobiológiai szempontból is megfelel a követelményeknek. Színtulajdonságaikat tekintve a termékek nagy eltérést mutattak, de legtöbb esetben a sárga árnyalat dominált színükben.

6. Köszönetnyilvánítás

Kutatásunk az EFOP-3.6.3-VEKOP-16-2017-00005 projekt, valamint az „OTKA” Fiatal kutatói kiválósági program (FK_20, azonosítószám 135700) segítségével valósult meg. A szerzők köszönik Rőzséné dr. Büki Etelka segítségét a virágporcsomók botanikai eredetének meghatározásában.

7. Irodalom

[1] Magyar Élelmiszerkönyv (Codex Alimentarius Hungaricus) 1-3-2001/110 számú előírása a mézről, 2002

[2] Amtmann, M. (2009): Különleges fajtamézek botanikai eredetének és illó komponenseinek összefüggése. Doktori értekezés, Budapesti Corvinus Egyetem, Budapest

[3] Szabat, P., Poleszak, J., Szabat, M., Boreński, G., Wójcik, M., Milanowska, J. (2019): Apitherapy – the medical use of bee products. Journal of Education, Health and Sport, 9, pp. 384-396. DOI

[4] Bogdanov, S. (2016): Pollen: Collection, harvest, composition, quality. The Pollen Book. Chapter 1.

[5] Thakur, M., & Nanda, V. (2020): Composition and functionality of bee pollen: A review. Trends in Food Science & Technology, 98, pp. 82–106. DOI

[6] Salazar González, C.Y., Rodríguez‐Pulido, F.J., Terrab, A., Díaz‐Moreno, C., Fuenmayor, C.A., Heredia, F.J. (2018): Analysis of multifloral bee pollen pellets by advanced digital imaging applied to functional food ingredients. Plant Foods for Human Nutrition, 73, pp. 328–335. DOI

[7] Sipos, L., Végh, R., Bodor, Zs., Zaukuu, J. L. Z., Hitka, G., Bázár, Gy., Kovacs, Z. (2020): Classification of bee pollen and prediction of sensory and colorimetric attributes—a sensometric fusion approach by e-Nose, e-Tongue and NIR. Sensors, 20 (23), 6768. DOI

[8] Végh, R., Csóka, M., Sörös, C., & Sipos, L. (2021): Food safety hazards of bee pollen–A review. Trends in Food Science & Technology, 114, pp. 490-509. DOI

[9] Czipa, N. (2010): Különböző eredetű mézek összehasonlítása és a gyártmánykialakítás hatása a minőségre. Doktori értekezés, Debreceni Egyetem, Debrecen

[10] Tózsa, I. (szerk.) (2019): Hungarikumok és nemzeti értékvédelem. pp. 109. Dialóg Campus Könyvkiadó. Budapest

[11] Mucha, L., Oravecz, T., Totth, G., Illés, B. Cs. (2021): A magyar méz kereskedelmének komparatív előnyei. Gazdálkodás, 65, pp. 23-37.

[12] Páczai, Gy. B. (2018): Valódi mézet az európai fogyasztóknak! Agrár- és Környezetjog, 25, pp. 229-243. DOI

[13] Oravecz, T., Kovács, I. (2019): A hazai termelői mézek és méhészeti termékek iránti fogyasztói bizalom kvalitatív vizsgálata. Jelenkori Társadalmi és Gazdasági Folyamatok, 14, pp. 79-89.

[14] Magyar Élelmiszerkönyv (Codex Alimentarius Hungaricus) 2-100 számú irányelve Megkülönböztető minőségi jelöléssel ellátott mézfélékről 1. kiadás, 2009

[15] Magyar Élelmiszerkönyv (Codex Alimentarius Hungaricus) 3-2-2009/1 számú irányelv Méz mintavételi és vizsgálati módszerei 1. kiadás, 2009

[16] ISO/TC34/SC19 Standard on Bee products. (2021): Retrieved from iso.org. Elérés: 2021. 06. 10.

[17] da Silva, P. M., Gauche, C., Gonzaga, L. V., Oliveira Costa, A. C., Fett, R. (2016): Honey: Chemical composition, stability and authenticity. Food Chemistry, 196, pp. 309-323. DOI

[18] Bodor, Zs., Benedek, Cs., Urbin, Á, Szabó, D., Sipos, L. (2021): Colour of honey: can we trust the Pfund scale? – An alternative graphical tool covering the whole visible spectra, LWT – Food Science and Technology, DOI

[19] MSZ 6943-1:1979. Méz kémiai és fizikai vizsgálata. Víz-, illetve szárazanyagtartalom meghatározása

[20] MSZ 6943-4:1982. Méz kémiai és fizikai vizsgálata. Cukortartalom meghatározása

[21] MSZ 6943-2:1980. Méz kémiai és fizikai vizsgálata. Vízben oldhatatlan szilárd anyagok és hamutartalom meghatározása

[22] MSZ 6943-5:1989. Méz kémiai és fizikai vizsgálata. Hidroxi-metil-furfurol-tartalom (HMF) meghatározása

[23] Bogdanov, S. (2002): Harmonised methods of the International Honey Commission. International Honey Commission (IHC). Swiss Bee Research Centre, FAM, Liebefeld. (Hozzáférés: 2021.06.10.)

[24] MSZ 6943-3:1980. Méz kémiai és fizikai vizsgálata. Savfok és pH meghatározása

[25] ISO 12824: 2016. Royal jelly-Specifications

[26] ISO 763:2003. Fruit and vegetable products-Determination of insoluble ash in hydrochloric acid

[27] Smetanska, I., Alharthi, S. S., Selim, K. A. (2021): Physicochemical, antioxidant capacity and color analysis of six honeysfrom different origin. Journal of King Saud University – Science, 33, 101447. DOI

[28] Czipa, N., Borbélyné Varga, M., Győri, Z. (2008): A méz minősítéséhez és nyomonkövethetőségéhez szükséges vizsgálatok. Agrártudományi Közlemények, 20, pp. 25-32.

[29] De-Melo, A. A. M., Almeida-Muradian, L. B., Sancho, M. T., Maté, A. P. (2017): Composition and properties of Apis mellifera honey: A review. Journal of Apicultural Research, 2017, pp. 5-37. DOI

[30] Tischer-Seraglio, S. K., Silva, B., Bergamo, G., Brugnerotto, P., Gonzaga, L. V., Fett, R., Oliveira Costa, A. C. (2019): An overview of physicochemical characteristics and health-promoting properties of honeydew honey. Food Research International, 119, pp. 44-66. DOI

[31] Sajtos, Zs., Herman, P., Harangi, S., Baranyai, E. (2019): Elemental analysis of Hungarian honey samplesand bee products by MP-AES method. Microchemical Journal, 149, 103968. DOI

[32] Shafiee, S., Minaei, S., Moghaddam-Charkari, N., Barzegar, M. (2014): Honey characterization using computer vision system and artificial neural networks. Food Chemistry, 159, pp. 143-150. DOI

[33] Kaskoniené, V., Venskutonis, P. R. (2010): Floral markers in honey of various botanical and geographic origins: A review. Comprehensive reviews in Food Science and Food Safety, 9, pp. 620-634. DOI

[34] Hermosin, I., Chicón, R. M., Cabeduzo, M.D. (2003): Free amino acid composition and botanical origin of honey. Food Chemistry, 83, pp. 263-268. DOI

[35] Kowalski, S., Kopuncová, M., Ciesarová, Z., Kukurová, K. (2017): Free amino acids profile of Polish and Slovak honeys based on LC-MS/MS method without the prior derivatisation. Journal of Food Science and Technology, 54, pp. 3716-3723. DOI

[36] Qamer, S., Ehsan, M., Nadeem, S., Shakoori, A. R. (2007): Free amino acids contents of Pakistani unifloral honey produced by Apis mellifera. Pakistan Journal of Zoology, 39, pp. 99-102.

[37] Iglesias, M. T., Martín-Álvarez, P., Carmen Polo, M., Lorenzo, C., González, M., Pueyo, E. (2006): Changes in the free amino acid contents of honeys during storage at ambient temperature. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 54, pp. 9099-9104. DOI

[38] Zhao, H., Cheng, N., Zhang, Y., Sun, Z., Zhou, W., Wang, Y., Cao, W. (2018): The effects of different thermal treatments on amino acid contents and chemometric-based identification of overheated honey. LWT - Food Science and Technology, 96, pp. 133–139. DOI

[39] Novák, A., Kovács, B., Czipa, N. (2017): Méz és gyógynövény-kivonatos méhtermékek minőségi paramétereinek összehasonlító vizsgálata. Agrártudományi Közlemények, 72, pp. 117-120. DOI

[40] Nepi, M., Soligo, C., Nocentini, D., Abate, M., Guarnieri, M., Cai, G., Bini, L., Puglia, M., Bianchi, L., Pacini, E. (2012): Amino acids and protein profile in floral nectar: Much more than a simple reward. Flora, 207, pp. 475-481. DOI

[41] Kečkeš, J., Trifkovič, J., Andrič, F., Jovetič, M., Tešič, Ž., Milojovič-Opsenica, D. (2013): Amino acids profile of Serbian unifloral honeys. Journal of the Science of Food and Agriculture, 93, pp. 3368-3376. DOI

[42] Campos, M., Bogdanov, S., Almedia-Muradian, L. B., Szesna, T., Mancebo, Y., Frigerio, C., & Ferriera, F. (2008): Pollen composition and standardisation of analytical methods. International Bee Research Association, 47, pp. 154–161. DOI

[43] Radev, Z. (2019): Collected pollen by the honeybee (Apis mellifera L.). New Knowledge Journal of Science, 8, pp. 69-79.

[44] Kirk, W. D. J. (2018): The colours of pollen available to honey bees through the year. Bee World, 95, pp. 74-77. DOI

DOI: https://doi.org/10.52091/EVIK-2022/1-5-HUN

Érkezett: 2021. szeptember – Elfogadva: 2021. december

¹ Dél-uráli Állami Agráregyetem Troitck
² Dél-uráli Állami Egyetem Cseljabinszk

Kulcsszavak

takarmányadag; nagy csalán; nyúlhús; tápérték; biokémiai mutatók.

2. Bevezetés

Az utóbbi időben világszerte egyre fontosabbá vált olyan új, továbbfejlesztett élelmiszertermékek előállítása, amelyek teljes értékű fehérjéket, esszenciális tápanyagokat, mikroelemeket és vitaminokat biztosítanak a fogyasztóknak. Ezzel párhuzamosan rendkívül aktuálissá vált a vitaminnal dúsított olcsó, étkezési húsok és húskészítmények termelése. Előállításuk egyik módja az állatok takarmányozásának állandó módosítása [1, 2, 3].

A legtöbb országban a közelmúltban meredeken emelkedett a az előállított nyúlhús mennyisége. A nemzetgazdaságban nagy jelentőséget tulajdonítanak az oroszországi nyúltenyésztés fejlesztésének, mint a lakosság élelmi hússal való ellátása egyik forrásának [4]. A nyúlhús lédússága, lágysága, íze és emészthetősége alapján a csirkehúshoz hasonlítható. A nyúlhús zsír-, kötőszövet-, koleszterin- és nátriumszegény, finom rostú és jól emészthető [5, 6]. A nyúlhús állandó módosításának egyik lehetséges módja a nagy csalán (Urtica dioica) bevezetése a nyulak takarmányába [2].

A csalán, mint gyomnövény elterjedt Oroszország európai részén, a Kaukázusban és Nyugat-Szibériában, de megtalálható Kelet-Szibériában, a Távol-Keleten és Közép-Ázsiában is. A csalán a nagy hozamú növények közé tartozik, jó forrása a rendkívül tápláló, sok tápanyagot tartalmazó fűlisztnek. A csalánból származó fű, széna és fűliszt kémiai összetételét az 1. táblázat mutatja be [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]. Kora tavasszal a csalán kétszer több C-vitamint tartalmaz, mint a narancs és a citrom, és annyi A-provitamint tartalmaz, mint a sárgarépa, ezen felül K-vitamin-tartalma is magas, akár 400 NE/kg. Figyelemre méltó, hogy a csalán friss levelei és szára nagy mennyiségben tartalmaznak aszkorbinsavat, amelynek mennyisége akár 269 mg/kg is lehet, de a csalán szárításakor ez lebomlik, és mennyisége jelentősen csökken [11, 16, 17].

Sok szerző javasolja a fiatal csalán használatát nyers, forrázott vagy forralt formában, főzetek, kivonatok, széna, fűliszt vagy porok formájában sertés, szarvasmarha és baromfi takarmányához hozzáadva ellenálló-képességük, vitalitásuk és termelékenységük növelése érdekében, valamint az A-vitamin és az ásványi elemek felhalmozása érdekében a feldolgozott termékekben [18, 19, 20].

A kutatás célja annak vizsgálata volt, hogy a nagy csalán szénájával végzett kiegészítő takarmányozás milyen hatással van a kiegyensúlyozott takarmányozásra, valamint a nyúlhús biokémiai mutatóira, tápértékére és eltarthatóságára.

3. Anyagok és módszerek

A kutatás tárgyai a következők voltak: takarmánybázis, élő állatok és levágott szovjet csincsillafajta nyulak. Ez a fajta a legelterjedtebb és legígéretesebb Oroszországban a nemesített nyulak közül, jellemző rá a nagy plaszticitás és a jó alkalmazkodóképesség a különféle éghajlati viszonyokhoz és takarmányozási körülményekhez [21].

A vizsgálatok 30, 3 és 6,5 hónapos kor közötti nyulakra terjedtek ki. 3 állatcsoportot alakítottunk ki, 1 kontroll- és 2 kísérleti csoportot, egyenként 10 állattal. A kontrollcsoportba tartozó nyulak zabból, búzakorpából, répából, káposztából, gabona- és hüvelyes szénából és természetes fűből (a nyári hónapokban) álló takarmányt kaptak [22]. Az I. kísérleti csoport nyulainál a durva takarmány tápértékben mért 5%-át, a II. kísérleti csoportnál 25%-át helyettesítettük csalánszénával.

A nyulakat az analóg párok elve alapján választottuk ki [23, 24], és csoportos ketrecekben tartottuk őket azonos körülmények között. Minden állat klinikailag egészséges volt. Mindegyik nyúlcsoport takarmányadagja minden tápanyagra nézve kiegyensúlyozott volt a jelenlegi szabványok szerint [25]. Az adagok elkészítéséhez a felhasznált takarmány átfogó zootechnikai elemzését végeztük el egy IR-4500 infravörös analizátorral. A takarmány alapvető tápanyagtartalmát a következőképpen határoztuk meg: nitrogén – Kjeldahl módszer, rost – Kebenerg és Shtoman módszer, cukor – ebuliosztatikus módszer (a réz redukcióján alapuló cukormeghatározási módszer; a Szerk.), kalcium – trilonometrikus módszer (komplexképzésen alapuló titrimetriás módszer murexid indikátor alkalmazásával; a Szerk.), foszfor – kolorimetriás módszer, hamu – száraz hamvasztásos módszer [26].

A csalánszéna elkészítéséhez május-júniusban fiatal csalánt kaszáltak, és árnyékban szárították 12,16%-os nedvességtartalomig, mivel a nyulak általában nem fogyasztják el a frissen vágott csalánt [27, 28].

Az állatok súlyának kontrollmérését hetente egyszer végeztük. A nyulakat 6,5 hónapos korukban vágtuk le, 24 órás koplalás után. Kábítás után a testeket a fejek levágásával fehérre véreztettük. A levágott nyulakat megnyúztuk, a végtagokat a kéztőízületeknél és lábtőízületeknél eltávolítottuk, a tetemeket kizsigereltük és feldaraboltuk. A húst 18 órán át 15±5 °C-os hőmérsékleten érleltük.

A nyúlhús biokémiai mutatóinak és tápértékének értékelésekor meghatároztuk a nedvesség-, zsír-, fehérje- és hamutartalmat, beleértve a makrotápanyagokat, a C-vitamint és az aminosavakat. A nyúlhús nedvességtartalmát tömegállandóságig történő szárítással határoztuk meg kemencében 150±2 °C-on. A hús zsírtartalmát Soxhlet extrakciós készülékkel határoztuk meg. A fehérje mennyiségét a húsminta kénsavas elroncsolása után Kjeldahl-módszer szerint, az ammónia átdesztillálással, majd az azt követő titrálással határoztuk meg. A teljes hamumennyiséget szabad levegőn történő égetéssel határoztuk meg. A nyúlhús vas-, réz-, cink-, kobalt-, magnézium-, mangán- és ólomtartalmát száraz feltárással, majd azt követően atomabszorpciós spektrofotométerrel határoztuk meg. A húskivonat C-vitamin tartalmát 2,6-diklórfenolindofenollal végzett titrálással határoztuk meg. A nyúlhús aminosavainak vizsgálatára ioncsere kromatográfiát alkalmaztunk aminosav analizátoron [29].

A vizsgált nyúlhús tápanyag-, energia- és biológiai értékeit az általánosan elfogadott módszerek szerint számítottuk ki [30, 31].

A hús eltarthatóságának vizsgálatakor a 3 hónapig -18 °C-on tárolt minták érzékszervi, fizikai-kémiai és mikrobiológiai mutatóit vizsgáltuk. Az illékony zsírsavak mennyiségét a hús kénsav jelenlétében történő desztillálásával, majd a desztillátum kálium-hidroxiddal történő titrálásával határoztuk meg. Az ammónia és az ammóniumsók meghatározásának módszere az ammónia és az ammóniumsók azon képességén alapul, hogy a Nessler-reagennsel sárgásbarna anyagot képeznek. A levesben található elsődleges fehérje bomlástermékek meghatározásának lényege a fehérjék melegítéssel történő kicsapása, és a kicsapódó fehérjék elsődleges bomlástermékeinek komplexképzése réz-szulfáttal a szűrletben. A nyúlhús Gram-festett szövetkeneteinek mikroszkópos vizsgálata során meghatároztuk a baktériumok mennyiségét és az izomszövet bomlási fokát. A zsír avasodását jellemző savszámot az olvadt zsír lúgos titrálásával határoztuk meg [32].

A kutatási eredmények statisztikai feldolgozása szabványos módszerrel [33] történt a Microsoft Excel XP és Statistica 8.0 szoftvercsomagok segítségével. A kísérleti adatok összefüggéseit varianciaanalízis segítségével kerestük [34].

4. Eredmények és értékelés

4.1. A nyúltakarmány-egyensúly tanulmányozása

A kísérlet során minden kísérleti állat azonos takarmányt kapott (a csalánszéna kivételével), figyelembe véve életkorukat és élősúlyukat. A nyulak zabot, fű- és hüvelyes szénát, valamint nyáron természetes füvet kaptak; a takarmányhoz hetente háromszor répát és káposztát adtunk. A kontrollcsoport állatai nem kaptak csalánszénát, az I. kísérleti csoport nyulainál tápérték szempontjából a szálastakarmány 5%-át, a II. kísérleti csoport esetében 25%-át helyettesítettük csalánszénával. Az adagokat az állatok életkorának figyelembevételével állítottuk össze, külön a 90-120 napos állatoknak és a 120 napnál idősebb nyulaknak (2. táblázat).

Az összes 90-120 napos kísérleti nyúl takarmánya kiegyensúlyozott volt a fő tápanyagok tekintetében, kivéve a magas rosttartalmat (a normál adag 1,6-1,7-szerese). A kísérleti csoportok takarmányadagjai, szemben a kontrollcsoporttal, valamivel kevesebb takarmányegységet tartalmaztak (-1 és -6 takarmányegységgel*), és ennek megfelelően kevesebb tápértéket (-0,01 és -0,07 MJ) képviseltek, de lényegesen több nyersfehérjét (+1,2 és +5,4 g takarmányegység) és emészthető fehérjét (+5,8 és +26,7 g takarmányegység) és karotint (+0,5 és +2,0 g takarmányegység).

* 1 takarmányegység: 1kg közepesen szárított zab energiatartalma

Az idősebb nyulak napi egyedi takarmányadagjait, a fiatal nyulakéhoz hasonlóan, magas – 1,4-1,5-szeres – rosttartalom jellemezte. A kísérleti csoportok takarmányadagja több nyersfehérjét (+1,2 és +7,0 g takarmányegység) és emészthető fehérjét (+5,9 és +33,8 g takarmányegység), karotint (+0,5 és +2,6 mg takarmányegység) és valamivel kevesebb tápértéket (energiát) (-0,08 és -0,45 MJ takarmányegység) tartalmazott, mint a kontrollcsoporté. A kísérleti csoportok takarmányadagjának megnövekedett nyers- és emészthető fehérje-, karotin- és E-vitamin-tartalma a kísérlet során az ezekben az anyagokban gazdag csalánszéna hozzáadásának volt köszönhető.

Megjegyzés: a zárójelben lévő két érték mindig a két csalán adagra vonatkoznak: sorrendben az 5%-os és 25%-os dózisra.

Azonban a csalánszénának a fű- és hüvelyes szénához képest alacsonyabb energiaértéke miatt a kísérleti csoportok takarmányadagjában az tápérték csökkenését figyeltük meg a kontrollcsoporthoz képest.

A 90-120 napos nyulak takarmányadagja 29-31%-ban szálastakarmányt, 2-3%-ban zamatos takarmányt, 27-28%-ban zöldtakarmányt, 39-41%-ban koncentrátumokat tartalmazott. A 120 naposnál idősebb nyulak takarmányadagja 32-34%-ban szálastakarmányt, 21-22%-ban zamatos takarmányt, 45-46%-ban koncentrátumokat tartalmazott, zöldtakarmányt nem.

Amint az a teljes kísérlet alatti takarmányfogyasztásból kitűnik, a nyulak tenyésztése 5% (0,13 kg takarmányegységenként) és 25% (0,05 kg takarmányegységenként) csalánszéna bevezetésével a szálastakarmány tápértékére vonatkoztatva a hagyományos takarmányhoz képest az jellemezte, hogy a 25% csalánszéna etetésével legkevesebb takarmányra volt szükség 100 g súlynövekedéshez.

4.2. A nyúlhús biokémiai mutatóinak és tápértékének vizsgálata

Táplálkozási mutatóit tekintve a nyúlhús közel áll a csirkéhez, fehérjetartalmában pedig felülmúlja azt. A különböző nyúlfajták húsának kémiai összetételében nincs jelentős különbség. A hús kémiai összetétele inkább az állat életkorától és a takarmányozási módszertől függ [5, 6].

Az alapvető tápanyagok mennyiségét érlelt nyúlhús izomszövetében határoztuk meg (3. táblázat).

*P<0,05; **P<0,001

Megállapítottuk, hogy az I. kísérleti csoportba tartozó állatok húsában kevesebb víz volt, mint a kontroll-csoportban (-10,38%-kal, P<0,001) és a II. kísérleti csoportba (-6,66%, P<0,001) tartozók húsában. Az I. kísérleti csoport esetében a fehérje tömeghányada a húsban 0,81%-kal magasabb volt, mint a kontrollcsoportban (P<0,05), és 1,30%-kal magasabb, mint a II. kísérleti csoportban (P<0,01). A kontrollcsoport és az I. kísérleti csoport nyulai izomszövetének zsírtartalma nem különbözött szignifikánsan, míg a II. kísérleti csoportban ez a mutató 0,4%-kal (P<0,05) alacsonyabb volt, mint a kontrollcsoportban. A C-vitamin és hamutartalom statisztikailag nem különbözött a mintákban.

A csontozott nyúlhús kémiai összetételére vonatkozó varianciaanalízis adatait a 4. táblázat tartalmazza.

*P<0.05; **P<0.01; ***P<0.001

Megállapítottuk, hogy a csalán bevezetése a víztartalomra volt a legnagyobb hatással; a fehérje és a zsír mennyisége a nyúlhús izomszövetében 2,1-szer, illetve 3,6-szer kisebb mértékben függött a csalánnal történő kiegészítő takarmányozástól, mint a hús víztartalma.

A kémiai összetétel alapján a nyúlhús energiaértékét a vese körüli zsír figyelmen hagyásával számítottuk ki (5. táblázat).

Megállapítottuk, hogy a kontrollcsoport és az I. kísérleti csoportba tartozó állatok izomszövetének tápértéke nem különbözött számottevően (+4,187 kJ/g azaz +0,7%), a kontrollcsoportban lévő nyulak izomzata több zsírt tartalmazott, az I. kísérleti csoport pedig több fehérjét. A II. kísérleti csoportba tartozó nyulak izomszövetének lecsökkent tápértéke (-20,93 és -25,12 kJ/g azaz -3,4 és -4,1%) az izomzat alacsony fehérje- és zsírtartalmának köszönhető. Az I. kísérleti csoportban (+75,36 kJ/g azaz +9,6%; +62,80 kJ/g azaz +10,6%) és a II. kísérleti csoportban (+20,93 kJ/g azaz +2,9%; +12,56 kJ/g azaz +2,1%) a csontozott és a csontozatlan hús megnövekedett energiatartalmát a nagy mennyiségű zsírlerakódás okozta a vállakon és az ágyékon.

Megjegyzés: a zárójelben lévő két érték mindig a két csalán adagra vonatkoznak: sorrendben az 5%-os és 25%-os dózisra.

A fentiek alapján az következik, hogy 5% csalánszéna bevezetése a nyúltakarmányba a nyúlhús nedvességtartalmának csökkenését és a fehérjetartalom növekedését eredményezte, míg 25% bevezetése biztosította a nyulak zsírszövetének alacsonyabb zsírtartalmát. A nyúlhús energiatartalma a csalán dózissal arányosan nőtt a vállakon és az ágyékon tapasztalt zsírlerakódás miatt.

A nyúlhús-minták ásványianyag-összetételét a 6. táblázat tartalmazza.

*P<P0,05; **P<0,01

Megállapítottuk, hogy az I. kísérleti csoportba tartozó nyulak húsmintáit magas vas- és cinktartalom jellemzi. A kontrollnyulak húsához képest 1,27 mg/kg-mal (20,66%) több vasat tartalmaz, és a II. kísérleti csoportba tartozó nyulak húsával összehasonlítva is 0,83 mg/kg-mal (12,61%) tartalmas több vasat. Ugyancsak 4,20 mg/kg-mal gazdagabb cinkben a kontroll csoporthoz képest +51,33% (P<0,01) illetve a II csoporthoz képest 1,27 mg/kg-mal tartalmaz több cinket (11,41%). A II. kísérleti csoport nyúlhús mintái 2,93 mg/kg-mal (35,83%; P<0,01) több cinket tartalmaztak, mint a kontrollcsoport nyulai. A legmagasabb réztartalom a II. kísérleti csoport nyúlhúsában volt, 0,07 mg/kg-mal (48,61%) több, mint a kontrollcsoportban és 0,04 mg/kg-mal (19,16%) több, mint az I. kísérleti csoportban.

A legalacsonyabb kobalttartalom a kísérleti csoportokba tartozó nyulak húsában volt: a II. csoport mintáiban ez a mutató 0,14 mg/kg-mal (32,73%) volt kevesebb, mint a kontrollcsoportban, az I. csoport mintáiban pedig 0,03 mg/kg-mal (5,91%).

A magnézium aránya az összes nyúlhúsmintában azonos volt, míg a mangán aránya 2,2-szer magasabb volt a II. kísérleti csoport húsában (P<0,01) és 0,09 mg/kg-mal (85,85%; P<0,05) több az I. kísérleti csoport húsában, mint a kontrollcsoportban. A kontroll-állatok húsához képest a II. kísérleti csoport nyúlhúsának ólomtartalma 0,10 mg/kg-mal (19,31%) kevesebb volt, az I. kísérleti csoporté pedig 0,07 mg/kg-mal (13,41%) kevesebb.

A nyúlhús ásványianyag-összetételére vonatkozó varianciaanalízis eredményeit a 7. táblázat tartalmazza.

*P<0,05

A kapott adatokból látható, hogy nagyobb mennyiségű csalán hozzáadása befolyásolta a cink- és mangántartalmat. Ezzel szemben a csalán hatása körülbelül 4-szer kisebb a vas- és réztartalomra, és 5-6szor kisebb a kobalt-, ólom- és magnéziumtartalomra.

Így a csalán bekerülése a nyúltakarmányba megnövelte a hús cink-, mangán-, vas- és réztartalmát. Ráadásul a szálastakarmány tápértéke 5%-ának megfelelő adagolás esetén a cink- és vastartalom magasabb volt, mint a 25%-os dózisnál, míg a mangán és a réz mennyisége a csalán koncentrációjának növekedésével a takarmányban szintén nőtt. A nyúlhúsban a csalán részarányával arányosan kevesebb volt a kobalt és az ólom.

A nyúlhús biológiai értékét a teljes- és a nemteljes-fehérje-tartalom, valamint ezek aminosav-összetétele alapján ítélik meg. Az állatok öregedésével a nyúlhús teljesfehérje-tartalma növekszik, míg a nemteljesfehérje-tartalom csökken. A 4-5 hónapos állatok húsa tekinthető a legteljesebbnek [6].

A fehérjeminőség felmérésére elvégeztük a nyúlhús aminosav-analízisét, melynek eredményeit a 8. táblázat tartalmazza.

Megállapítottuk, hogy az olyan aminosavak mennyisége a húsban, mint a treonin, szerin, prolin, alanin, valin és lizin gyakorlatilag ugyanannyi volt. A kontroll nyúlhúshoz képest az I. kísérleti csoport nyulainak húsa valamivel több metionint (+9,77 g/kg, azaz +40,79%), izoleucint (+8,27 g/kg, azaz 7,22-szor több), fenilalanint (+13,54 g/kg, azaz 6,37-szor több,), glutaminsavat (+6,84 g/kg, azaz +62,40%), glicint (+0,29 g/kg, azaz 16,23 %) és hisztidint (+3,08 g/kg, azaz 24,38%) tartalmazott. A II. kísérleti csoport nyúlhúsában a kontrollcsoporthoz képest ugyanezekből az aminosavakból volt több: metionin (+2,1 g/kg, azaz 8,77%), izoleucin (+2,81 g/kg, azaz 3,1-szer több), fenilalanin (+6,76 g/kg, azaz 3,68-szor több), glutaminsav (+6,03 g/kg, azaz 55,01%), glicin (+0,13 g/kg, azaz +7,39%) és hisztidin (+7,82 g/kg, azaz +61,91%). Néhány aminosav – aszparaginsav, a tirozin és a leucin – mennyisége véletlenszerűen változott; mind magas, mind alacsony indexek jelen voltak a csoportokban. Arginint csak a kontrollcsoport és az I. kísérleti csoport 1-1 mintájában találtunk.

Megjegyzés: a zárójelben lévő két érték mindig a két csalán adagra vonatkoznak: sorrendben az 5%-os és 25%-os dózisra. A nyúlhús-minták aminosav-tartalmát varianciaanalízisnek vetettük alá (9. táblázat).

*P<0.05

A csalánnak a hús aminosav-tartalmára gyakorolt hatását jelző mutató alapján a csalánnal történő takarmányozás eredményeként leginkább a fenilalanin, az izoleucin, a glutaminsav, a tirozin, a leucin, a metionin és az arginin mennyisége változott.

Az aminosav-analízis eredményeként azt a tendenciát tártuk fel, hogy a szálastakarmány tápértékére számított 5% csalánnal kiegészített takarmányon tenyésztett nyulak húsában olyan esszenciális aminosavak érvényesültek, mint a metionin, az izoleucin és a fenilalanin, valamint a nemesszenciális aminosavak közül a glutaminsav és a glicin, szemben a 25%-os dózissal és a kontrollcsoporttal. A hisztidintartalom a nyulak takarmányában lévő csalán koncentrációjával arányosan nőtt.

4.3. A hús eltarthatóságának vizsgálata

Az összes fagyasztott nyúlhús minta megfelelt a friss húsnak az érzékszervi mutatók alapján. A testek felületén rózsaszínű száradó kéreg volt, a zsírszövet sárgásfehér volt, az izmok vágásfelülete enyhén nedves volt, és enyhe nedvességfoltokat hagyott a szűrőpapíron (ami jellemző a fagyasztott húsra), halvány rózsaszín volt vöröses árnyalattal. Az izmok sűrűek voltak, rugalmasak, a testüreg szaga a friss nyúlhúsra jellemző, a húslé átlátszó és megfelelő szagú volt.

A nyúl frissességének kémiai vizsgálata során olyan mutatókat vizsgáltunk, mint az ammónia- és az ammóniumsó-tartalom, az elsődleges fehérje bomlástermékek mennyisége a húslében, az illékony zsírsavak (VFA) mennyisége, valamint a zsírsavérték a zsírszövetben.

Az ammónia és az ammóniumsók meghatározásakor a Nessler reagens hozzáadása után a húskivonat minden minta esetén átlátszó maradt, és zöldessárga színű lett, ami megfelelt a friss hússal szemben támasztott követelménynek. Az összes mintából származó húslé átlátszó maradt a réz-szulfát hozzáadása után, ami az elsődleges fehérje bomlástermékek hiányára utalt, így a hús frissességét jelezte. Az izomszövetben lévő illékony zsírsavak (Volatile Fatty Acids – VFA) mennyiségét és a minták zsírsavértékeit a 10. táblázat tartalmazza.

* Pronin és Fisenko (2018) szerint, **P<0,05

A fenti adatokból kitűnik, hogy az összes nyúlhúsminta VFA-tartalma megfelelt a friss húsra jellemző adatoknak, ugyanakkor e mutató tekintetében a csoportok közötti különbségek nem voltak egyértelműek. A vizsgálati eredményeket tekintve viszont a következő tendenciát figyeltük meg: az I. kísérleti csoport húsában a VFA 0,22 mg KOH/g-mal (-6,16%) kevesebb, a II. kísérleti csoportban 0,23 mg KOH/g-mal (+3,36%) több, mint a kontrollcsoport húsában. A savértéket tekintve a nyulak zsírtartalma minden csoport esetében megfelelt a prémium minőségű friss zsírnak. Az I. kísérleti csoport és a kontrollcsoport nyúlhúsának zsírsavértéke nem különbözött szignifikánsan, míg a II. kísérleti csoport nyúlhúsában ez a mutató 0,24 mg KOH/25 g-mal (-28,16%, P<0,05) alacsonyabb volt, mint a kontrollcsoportban. A csalánszéna nyúltakarmányhoz történő hozzáadásának hatását a VFA mennyiségére és a hús zsírsavértékére a 11. táblázat mutatja.

*P<0.05

Megállapítottuk, hogy a csalánnal történő takarmányozás 3 hónapos tárolás után nem befolyásolta a VFA mennyiségét a nyúlhúsban, a zsírsavérték változása pedig egyértelműen függött a csalánnal történő kiegészítő takarmányozástól.

Így a csalánszéna bevezetése a nyulak takarmányozásába előnyösen befolyásolta a nyúlhús eltarthatóságát 3 hónapig -18 °C-os hőmérsékleten tárolva. A takarmányadag csalán-hányadának növekedésével a nyulak zsírsavértéke csökkent, azaz a húsminták élelmiszerbiztonsági jellemzői javultak. A csalánszéna 5%-os adagolása a szálas nyúltakarmány tápértékének alapján a VFA mennyiségének enyhe csökkenését eredményezte a húsban, szemben a 25%-os csalán dózissal. Ez arra a feltételezésre utalt, hogy a takarmányban lévő csalán kisebb dózisa jobb hatással volt a nyúlhús izomszövetének biztonságosságára, mint a nagyobb mennyiség.

5. Következtetések

A csalánszéna vizsgált adagjainak bevezetése a takarmányba a nyersfehérje (+3,5 és +20,3%) és emészthető fehérje (+4,4 és +22,8%), valamint a karotintartalom növekedését eredményezte (+3,3 és +22,7%) növekedését eredményezte. Ebben az esetben a szálastakarmányok tápértékére vonatkoztatott 5%-os (0,13 kg takarmányegységenként) és 25%-os (0,05 kg takarmányegységenként) csalánszéna dózis a legkevesebb takarmánnyal volt jellemezhető 10 g súlygyarapodásra vonatkoztatva a hagyományos takarmányadaghoz (1,17 kg takarmányegység) képest. A nyúltakarmányba 5% csalánszéna bevezetése a kontrollcsoporthoz képest a nyúlhúsban csökkentette a nedvességtartalmat (a hatás kifejeződésének mutatója: -10,38%), növelte a fehérjetartalmat (a hatás kifejeződésének mutatója: +34,2%), a cink (a hatás kifejeződésének mutatója: +35,6%) és a mangán (a hatás kifejeződésének mutatója: +34,2%) mennyiségét; feltártuk a húsban az esszenciális (metionin, izoleucin, fenilalanin) és nemesszenciális (glutaminsav, glicin) aminosavak növekvő tendenciáját.

25% csalánszéna bevezetése a takarmányba a nyulak zsírszövetében alacsonyabb zsírtartalmat (a hatás kifejeződésének mutatója: -19,7%) és magasabb mangántartalmat (a hatás kifejeződésének mutatója: +34,2%) eredményezett.

Kimutattuk, hogy a csalánnal történő kiegészítő takarmányozás előnyös hatást gyakorol a hús eltarthatóságára 3 hónapig történő tárolás során -18 °C-on a kontroll-mintákhoz képest kisebb mennyiségű illékony zsírsav (-6,2%) és zsírsavérték (-28,2%) miatt.

Megjegyzés: a zárójelben lévő két érték mindig a két csalán adagra vonatkoznak: sorrendben az 5%-os és 25%-os dózisra.

6. Összeférhetetlenség

Kijelentjük, hogy nincsen olyan pénzügyi és személyes kapcsolatunk más személyekkel vagy szervezetekkel, amelyek elfogadhatatlan módon befolyásolhatnák munkánkat, és semmilyen termékhez, szolgáltatáshoz és/vagy céghez nem fűződik semmilyen szakmai vagy egyéb személyes érdekünk, amely befolyásolhatná ennek a cikknek a tartalmát.

7. Köszönetnyilvánítás

A munkát az Orosz Föderáció kormányának 211. számú törvénye támogatta, szerződésszám: 02.A03.21.0011.

8. Irodalom

[1] Tsaregorodtseva, E. V. (2015): The creation of meat products with a given level of quality, nutritional and biological value. Bulletin of Mari State University. Series: Agricultural Sciences. Economic Sciences, 2(2), pp. 63-67.

[2] Lisitsyn, A. B., Chernukha, I. M., Lunina, O. I., Fedulova, L. V. (2016): Legal framework and scientific principles for creating functional meat-based food products. Bulletin of Altai State Agrarian University, 12(146), pp. 151-158.

[3] Zolotareva, E. L. (2018): The global meat market: current development trends and prospects for Russia’s participation. Bulletin of Kursk State Agricultural Academy, 3, pp. 167-171.

[4] Velkina, L. V. (2019): Global rabbit breeding trends. Agricultural Economics of Russia, 3, pp. 93-98.

[5] Komlatsky, V. I. (2016): Rabbit meat based on the modern profitable technology. Animal Breeding of the South of Russia, 5(15), pp. 2.

[6] Ruleva, T. A. (2016): Rabbit meat as a dietary product. Its chemical composition and organoleptic characteristics. Innovation Science, 3-4, pp. 61-64.

[7] Evdokimova, R. S., Yutkina, I. S., Karimova, A. Z. (2014): The distribution of some elements in the soil and tissues of stinging nettle (Urtica dioica L.). Volga Scientific Bulletin, 11-1 (39), pp. 23-25.

[8] Trineeva, O. V., Safonova, E. F., Slivkin, A. I. (2014): Determination of fat-soluble vitamins in plant objects by the TLC method. Sorption and Chromatographic Processes, 14, pp. 144-149.

[9] Trineeva, O. V., Slivkin, A. I. (2015): A study of the micronutrient composition of stinging nettle leaves. Scientific news of Belgorod State University. Series: Medicine. Pharmacy, 22(219), pp. 169-174.

[10] Trineeva, O. V., Slivkin, A. I., Dmitrieva, A. V. (2015): Determination of the amount of free amino acids in the leaves of stinging nettle. Questions of Biological, Medical and Pharmaceutical Chemistry, 5, pp. 19-25.

[11] Yutkina, I. S., Evdokimova R. S., Karimova, A. Z. (2014): The distribution of micronutrients and ascorbic acid in the soil and tissues of stinging nettle (Urtica dioica). Science and Modernity, 32-1, pp. 68-74.

[12] Balagozian, E. A., Pravdivtseva, O. E., Orekhova, A. D., Kurkin, V. A. (2016a): A comparative phytochemical analysis of raw materials of stinging nettle and its main impurities. Questions of Biological, Medical and Pharmaceutical Chemistry, 12, pp. 15-18.

[13] Balagozian, E. A., Pravdivtseva, O. E., Orekhova, A. D., Kurkin, V. A. (2016b): A comparative phytochemical analysis of raw materials of stinging nettle and its main impurities. Questions of Biological, Medical and Pharmaceutical Chemistry, 12, pp. 15-18.

[14] Pekh, A. A. (2019): The content of micronutrients in stinging nettle depending on the habitat in the Republic of North Ossetia-Alania. News of the Mountain State Agrarian University, 2, pp. 38-41.

[15] Tatvidze, M. L., Kupatashvili, N. N. (2018): A study of some biologically active substances of dry leaves of stinging nettle. Theoretical and Applied Science, 6 (62), pp. 157-161. DOI

[16] Trineeva, O. V., Safonova, E. F., Slivkin, A. I. (2017): The validation of the method for determining ascorbic acid using high performance thin-layer chromatography. Sorption and Chromatographic Processes, 3, pp. 414-421.

[17] Guskov, A. A., Rodionov, Yu. V., Anokhin, S. A., Glivenkova, O. A., Plotnikova, S. V. (2018): The technology of the vacuum-pulse extraction of soluble substances from nettle and hops. Innovative Engineering and Technology, 2(15), pp. 23-27.

[18] Kalinkina, O. V., Sychev, I. A. (2017): The influence of stinging nettle polysaccharide on blood and blood formation. Bulletin of Tver State University. Series: Biology and Ecology, 1, pp. 62-68.

[19] Korzh, L. (2017): Enriching the rations of laying hens. Animal Breeding of Russia, 4, pp. 17.

[20] Filippova, O. B., Frolov, A. I., Maslova, N. I. (2019): The biological basis for the stimulation of the resistance of calves using the modern technology for dairy cattle breeding. Science in Central Russia, 1(37), pp. 61-70.

[21] Zhitnikova, Yu. Zh. (2004): Rabbits: breeds, breeding, management, care. Rostov-on-Don, Fenix, pp. 256.

[22] Ryadchikov, V. G. (2012): The basics of nutrition and feeding of farm animals. Krasnodar, Kuban State Agrarian University, pp. 328.

[23] Viktorov, P. I., Menkin, V. K. (1991): Methodology and organization of livestock experiments. Moscow, Agropromizdat, pp. 112.

[24] Zabelina, M. V. (2014): Research methods in private zootechnics. Saratov, Saratov State Agrarian University, pp. 60.

[25] Kalashnikova, A. P., Fisinina, V. I., Scheglova V. V., Kleimenova, N. I. (2003): Norms and rations of feeding farm animals. Reference manual. 3rd revised and enlarged edition. Moscow, Russian Agricultural Academy, pp. 456.

[26] Kirilov, M. P., Makhaev, E. A., Pervov, N. G., Puzanova, V. V., Anikin, A. S. (2008): Methodology for calculating the exchange energy in fodders based on the content of crude nutrients. Dubrovitsy, All-Russia Research Institute for Animal Husbandry of the Russian Agricultural Academy, pp. 382.

[27] Balakirev, N. A., Nigmatulin, R. M., Sushentsova, M. A. (2015): Fodders and feeding rabbits. Moscow, Kazan, Nauchnaya Biblioteka Publishing House, pp. 268.

[28] Kahikalo, V. G., Nazarchenko, O. V., Balandin, A. A. (2019): A practical guide to fur farming and rabbit breeding. St. Petersburg, Lan Publishing House, pp. 328.

[29] Antipova, L. V., Glotova, I. A., Rogov, I. A. (2001): Methods of studying meat and meat products. Moscow, Kolos, pp. 376.

[30] Gotsiridze, N., Tortladze, L. (2001): Determination of the biological value of rabbit meat. Zootechnics, 8, pp. 31-32.

[31] Martinchik, A. N., Maev, I. V., Yanushevich, O. O. (2005): General nutritionology. Moscow, Medicine, pp. 392.

[32] Pronin, V. V., Fisenko, S. P. (2018): Veterinary and sanitary expertise with the basics of technology and standardization of animal breeding products. St. Petersburg, Lan Publishing House, pp. 240.

[33] Vasilieva, L. A. (2007): Statistical methods in biology, medicine and agriculture. Novosibirsk, Novosibirsk State University, pp. 320.

[34] Yudenkov, V. A. (2013): Variance analysis. Minsk, Business offset, pp. 76.

DOI: https://doi.org/10.52091/EVIK-2021/4-4-HUN

Érkezett: 2021. augusztus – Elfogadva: 2021. november

¹ Nemzeti Élelmiszerlánc-biztonsági Hivatal Élelmiszerlánc-biztonsági Laboratóriumi Igazgatóság Analitikai Nemzeti Referencia Laboratórium

Kulcsszavak

Akrilamid, karcinogén, toxikus vegyület, aszparagin, Maillard-reakció, kapszulás kávé, őrölt kávé, pörkölt kávé, robusta, arabica, pörkölési eljárások hatása, koffeintartalmú és koffeinmentes kávé, LC-MS/MS

2. Bevezetés

2.1. Az akrilamid és képződése, hatásai

Az akrilamid szerves vegyület, összegképlete C₃H₅NO. IUPAC neve prop-2-énamid. Kis molekulasúlyú, szagtalan, szilárd, fehér színű vegyület, amely vízben jól oldódik, de szerves oldószerekben is oldható. Az iparban poliakrilamidok gyártásához használják, amelyeket vízoldható sűrítőanyagként és flokkulálószerként alkalmaznak. Rendkívül mérgező vegyület, így elsősorban vizes oldat formájában kezelik [2].

Az akrilamid emberi idegméreg, melyet a Nemzetközi Rákkutatási Hivatal (IARC) a 2A csoportba sorolt be, mint valószínű emberi rákkeltő [1]. Az akrilamidot az 1950-es évektől kezdve számos ipari eljárás során alkalmazzák. A Swedish National Food Administration 2002. április 24-én közleményt adott ki felfedezéséről, miszerint a magas szénhidrát-tartalmú hőkezelt élelmiszerekben melléktermékként képződik [3], így kimutatható főként a snack ételekben, a burgonya chipsekben, kenyérfélékben, gabonatermékekben és a kávéban is. A felfedezés után egyre több vizsgálat indult az akrilamid tartalom kimutatására. Egyre több kutató keres választ arra, hogy hogyan keletkezik az egyes élelmiszerekben.

Mottram és társai széleskörű vizsgálatokat végeztek arra vonatkozóan, hogy hőkezelés során milyen módon képződik aminosavakból és redukáló cukrokból akrilamid a Maillard reakció eredményeként. Megállapították, hogy az aszparagin – amely a burgonyában és a gabonafélékben legnagyobb mennyiségben megtalálható aminosav – nagy mértékben hozzájárul az akrilamid képződéshez. A sütés és pörkölés során az íz-, és aromaanyagok, illetve a szín kialakításáért Maillard-reakció termékei felelősek. Ekkor megy végbe az aminosavak Strecker-degradációja is, amikor az aminosav dekarboxileződik, majd deaminálódik, és aldehid képződik. A folyamat vázlata az 1. ábrán látható [4].

Számos tanulmány szerint az akrilamid azért toxikus, mert adduktokat képez a hemoglobinban található vegyületekkel, valamint reakcióba lép fontos funkcionális fehérjékkel és a DNS-sel is. Az akrilamid metabolitja, a glicidamid is hasonlóan reagál a hemoglobinnal [5].

A leginkább tanulmányozott terület az akrilamid neurotoxikus tulajdonságaival kapcsolatos, hiszen ezek embereknél és állatoknál is megfigyelhetők. Többféle laboratóriumi állaton is végeztek megfigyeléseket, például macskákon, patkányokon, egereken, nyulakon és majmokon. 0,5-50 mg akrilamid/kg/nap adagolás után mindegyik állatnál a végtagok mozgási zavarai és izomgyengeség volt megfigyelhető [6].

2.2. Akrilamid a kávéban

A kávé akrilamid-tartalma a pörkölés során alakul ki. Guenther és társai egy széleskörű tanulmányban megállapították, hogy a pörkölés kezdeti szakaszában keletkezik a legnagyobb mennyiségben (több, mint 7 mg/kg), majd a folyamat végéhez közeledve csökken. Az akrilamid a pörkölési ciklus vége felé haladva egyre jobban eliminálódik, fizikai és kémiai veszteség is fellép [7].

Kinetikus modellek és egyéb, izotóppal jelölt akrilamiddal végzett kísérletek bebizonyították, hogy a teljes pörkölési folyamat során a keletkező akrilamid több, mint 95%-a elbomlik. Ez azt jelenti, hogy a rövidebb pörkölési ciklusú, világos pörkölésű kávék akrilamid tartalma sokkal magasabb, mint a sötét pörkölésű szemeké [7].

A tanulmány szerzői azt is kifejtették, hogy a zöld kávébabok igen kis koncentrációban tartalmaznak aszparagint (0,2–1,0 g/kg), amely csak elhanyagolható mértékben magasabb a Robusta fajok esetén. Így azt tapasztalták, hogy az aszparagin mennyisége és az akrilamid-tartalom gyenge korrelációt mutatott, sőt a Robusta szemeknél nem találtak korrelációt. Ez annak köszönhető, hogy az akrilamid-veszteség mértéke messze felülmúlja a képződésének mértékét [7].

Alves és társai azt vizsgálták, hogy hogyan változik az akrilamid tartalom a főzött espresso kávéban, hiszen véleményük szerint a fogyasztók leginkább ilyen formában juttatják be a szervezetükbe. Az akrilamid jól oldódik vízben, így a főzés során könnyen kioldódik a kávéból. A főzött kávé kémiai tulajdonságait sok tényező befolyásolja, mint például a kávé típusa (Arabica vagy Robusta, illetve bizonyos arányú keveréke), a pörkölés mértéke vagy a felhasznált víz mennyisége adott mennyiségű kávé elkészítéséhez, ami egyéni ízlés szerint változik. Néhány tanulmány szerint az egyes kávéitalok akrilamid tartalma 2 és 25 μg/l között volt [8].

3. Célkitűzés

Munkám fő céljaként különböző típusú kapszulás kávék akrilamid-tartalmának HPLC-MS/MS méréssel történő vizsgálatát tűztem ki.

Irodalmi adatok alapján feltételeztem, hogy a kapszulás kávékból főzött italok akrilamid tartalma magasabb, mint a kapszulából kinyert őrölt kávé akrilamid-tartalma, hiszen az vízzel könnyen kioldódik a főzés során. A mérésekkel ezt kívántam vizsgálni, illetve igazolni.

Célként tűztem ki a különböző kávéfőző gépek összehasonlítását is. A kávégépek eltérő paraméterekkel rendelkeznek (például hőmérséklet, nyomás, felhasznált víz mennyisége), így befolyásolhatják a kapszulás kávékból kioldódó akrilamid mennyiségét.

Olyan irodalmi adatok is rendelkezésre állnak, amelyek azt mutatják be, hogy a kávé pörkölési technológiája hogyan befolyásolja az akrilamid-tartalmat a végtermékben. A rövidebb ideig pörkölt, úgynevezett világos pörkölésű kávék akrilamid-tartalma magasabb, mint a hosszabb ideig tartó, sötét pörkölésű kávék esetében. Ezt a befolyásoló tényezőt is ellenőriztem.

Tekintve, hogy a koffeinmentes kávék előállítása különböző technológiát kíván, így ezekből a típusokból is vizsgálat alá vetettem néhányat.

4. Anyag és módszer

4.1. Felhasznált vegyszerek, eszközök és készülékek

Munkám során analitikai tisztaságú vegyszereket, HPLC minőségű oldószereket (metanol, ecetsav anhidrid, n-hexán) és desztillált vizet használtam, valamint a következőket: akrilamid és belső standardként 10 µg/ml akrilamid-¹³C₃.

A szokásos laboratóriumi eszközökön felül a minták előkészítéséhez Biotage ISOLUTE^® Multimode 1g/6ml és Biotage ISOLUTE^® ENV+500mg/6ml SPE oszlopokat használtam. A kapszulás kávék lefőzéséhez a következő kávégépeket használtam: Nespresso Essenza Mini, Krups KP120H31, Tchibo Caffissimo és Martello Smart.

A minták műszeres mérését Thermo Scientific™ Dionex UltiMate™ 3000 HPLC rendszeren, Phenomenex Kinetex^® C18 2,6 µm 100 Å 150x4,6 mm kolonnával, Thermo Scientific™ TSQ Quantis™ hármas kvadrupól MS detektorral valósítottam meg.

4.2. Mintaelőkészítés

Méréseimet és a mintaelőkészítést az MSZ EN 16618:2015 Élelmiszer-vizsgálatok. Az akrilamid meghatározása élelmiszerben folyadékkromatográfiás tandem-tömegspektrometriával (LC-ESI-MS/MS) szabvány szerint végeztem el.

A mintákat kereskedelmi forgalomból szereztem be, melyek különböző gyártók koffeintartalmú (25 db) és koffeinmentes (8 db) kapszulás kávéi voltak. A méréseket a kapszulákban lévő őrölt kávéból és a lefőzött kávékból is elvégeztem. Az 1. táblázatban tüntettem fel a vizsgált kávékat sorszámaik szerint, illetve a kávégépeket.

Az eredmények statisztikai kiértékeléseihez az IBM SPSS Statistics szoftvert használtam.

5. Eredmények

5.1. Akrilamid-tartalom

A kávéminták akrilamid-tartalom mérési eredményeit A 2. táblázatban foglaltam össze. Feltüntettem az őrölt kávékból mért eredményeket, és az azokhoz tartozó lefőzött kávék eredményeit is.

A kapott eredmények nem minden esetben voltak összhangban a Bizottság 2017/2158 rendeletében meghatározott pörkölt kávéra vonatkozó 400 μg/kg referenciaszinttel, egyes koffeintartalmú minták – a 13. és 33. sorszámúak – akrilamid-tartalma meghaladta ezt a mennyiséget. Valószínű, hogy a 13. sorszámú kávéminta esetében a magasabb akrilamid-szint azért alakulhatott ki, mert a minta Robusta kávét tartalmazott, amelyben a szakirodalom szerint nagyobb az akrilamid-képződés intenzitása. A 33. sorszámú minta eredménye azzal magyarázható, hogy az egy mogyorós, ízesített keverék volt. Tekintve, hogy az Arabica kávéfajta mellé Robusta fajtát kevertek, így ez okozhatott magasabb eredményt, melyhez a pörkölt mogyorós ízesítés is hozzájárulhatott. Átlagosan az őrölt kávék akrilamid-tartalma nagyobb, illetőleg esetenként közel hasonló volt, mint a lefőzött kávék eredményei. Találtam olyan mintát is, amelynél a lefőzött kávék több akrilamidot tartalmaztak, mint az őrölt kávék, de ezen értékek többsége a 10 % mérési bizonytalanságon belül esik.

Statisztikai (ANOVA) számításaim alapján az őrölt és lefőzött kávék mérési eredményei között 95 %-os konfidenciaszinten nem volt szignifikáns különbség (p > 0,05).

5.2. A főzés hatása az akrilamid tartalomra

Célom volt annak vizsgálata is, hogy milyen mértékben változhat az akrilamid tartalom az őrölt és a lefőzött kávékban attól függően, hogy a főzést melyik kávégéppel végeztem. Így arra kerestem választ, hogy a kávégépek eltérő hatásfokkal dolgoznak-e. Egyik kávégép esetében sem volt szignifikáns különbség a kapszulák és a lefőzött kávék között (p > 0,05).

Az eredmények azonban azt mutatták, hogy a Martello típusú kapszulák esetén mind a lefőzött, mind az őrölt kávék mért értékei magasabb tartományba estek, mint a többi típus eredményei.

A Martello típusnál ez a tartomány 200-450 µg/kg (2. ábra), míg a többinél 100-250 µg/kg körüli értékek voltak a jellemzőek (például a Nespresso esetén, lásd 3. ábra).

Megállapítottam, hogy a Martello típusú kávégépekhez gyártott kapszulák olyan kávéőrleményeket tartalmaztak, amelyeknek jellemzően magasabb az akrilamid-tartalma. A vizsgált Martello típusú kapszulás kávék Robusta vagy keverék kávét tartalmaztak, ezzel magyarázható a magasabb akrilamid tartalom, hiszen a Robusta típusú kávék akrilamid-szintje magasabb, mint az Arabica fajtáké. Az egyik Martello típusú kávékapszula pörkölt mogyorós ízesítésű volt, ez szintén hozzájárulhatott a magasabb eredményhez.

Mérési eredményeim alapján elmondható, hogy a kávégépek hatása között nem volt szignifikáns különbség. Mivel azonban a Martello típusú kávékapszula alapjában véve magasabb akrilamid tartalmú kávéőrleményt tartalmaz – összevetve a többi típussal – szignifikáns eltérést okozott a kapszulában található őrölt kávék mérési eredményei között.

5.3. A pörkölés hatása az akrilamid tartalomra

Vizsgáltam azt is, hogy a különböző pörkölési szintek hogyan befolyásolják a képződött akrilamid mennyiségét. A 3. táblázatban a pörkölési szintek szerint csoportosítottam a kávémintákat. Az őrölt és a lefőzött mintákat külön színárnyalattal jelöltem. A 4. ábrán láthatók a mért akrilamid-mennyiségek a különböző pörkölési szinteknek megfelelően. A világos pörkölésű minták jellemzően magasabb vagy hasonló eredményt hoztak, mint a sötét pörkölésű kávék. A szakirodalom szerint a sötét pörkölésű kávék akrilamid szintje alacsonyabb, mint a világos pörkölésű kávéké, ez az eredményeken is látható.

Statisztikai elemzéseket végezve azonban megállapítottam, hogy a képződött akrilamid mennyiségét tekintve 95 %-os konfidenciaszinten nem volt szignifikáns különbség a pörkölési szintek között sem az őrölt, sem a lefőzött kávék eredményei esetén (p > 0,05).

Az elemzéseket az egyes kávégépekre is elvégeztem, hiszen a különböző gépekkel lefőzött kávék mért értékei jellemzően más-más tartományba estek, így ez a csoportosítás pontosabb összehasonlítást eredményez.

A pörkölési szintek között azonban így sem volt szignifikáns különbség.

5.4. Koffeintartalmú és koffeinmentes kávék eredményei

A koffeinmentes kávék előállítása egymástól számottevően eltérő technikával történik, ezért a koffeintartalmú és a koffeinmentes kávék akrilamid-tartalmának eredményeit is összehasonlítottam. A koffeinmentes kávék mért értékei hasonló tartományba estek, mint a koffeintartalmú minták értékei. Megállapítottam, hogy akrilamid-tartalom tekintetében nem volt jelentős különbség a különböző típusú minták között.

Ennek igazolására ANOVA elemzéseket végeztem mind az őrölt, mind a lefőzött kávék eredményeit vizsgálva. 95 %-os konfidenciaszinten egyik esetben sem volt szignifikáns különbség a típusok között (p > 0,05).

6. Következtetések

Irodalmi adatok alapján feltételeztem, hogy a kapszulás kávékból főzött italok akrilamid-tartalma magasabb, mint a kapszulából kinyert őrölt kávé akrilamid-tartalma. Méréseim alapján úgy találtam, hogy az őrölt kávék akrilamid-tartalma átlagosan magasabb, vagy esetenként hasonló volt, mint a lefőzött kávék akrilamid-szintje. Néhány esetben viszont valóban a lefőzött kávékban volt több az akrilamid mennyisége. Statisztikai számítások alapján azonban az eredmények közötti különbség nem volt szignifikáns. Ezen eredmények alapján a szakirodalom állításait nem sikerült egyértelmű módon igazolni.

Eredményeim alapján elmondható, hogy a lefőzött kávék és az őrölt kávé párjaik között egyik kávégép esetén sem volt szignifikáns különbség a mért akrilamid-mennyiség tekintetében. Megállapítottam, hogy a Robusta típusú kávék akrilamid-szintje magasabb, mint az Arabica fajtáké. A vizsgált Martello típusú kapszulás kávék Robusta vagy keverék kávét tartalmaztak, így magyarázható azok nagyobb akrilamid-tartalma.

A világos pörkölésű minták jellemzően magasabb vagy hasonló mennyiségű akrilamid-tartalmat eredményeztek, mint a sötét pörkölésű kávék. A pörkölési szintek között sem az őrölt, sem a lefőzött kávék eredményei esetén nem volt szignifikáns különbség.

Megállapítottam, hogy nem volt jelentős különbség a koffeintartalmú és a koffeinmentes kávéminták között. A koffeinmentesítési eljárások nem befolyásolják számottevően a kávé akrilamid-tartalmát.

7. Irodalom

[1] Acrylamide. (Hozzáférés: 2020. 01. 27.)

[2] Akrilamid. (Hozzáférés: 2020. 01. 27.)

[3] Löfstedt R. E. (2003): Science Communication and the Swedish Acrylamide ‘‘Alarm’’. Journal of Health Communication, 8 pp. 407–432. DOI

[4] Mottram, D. S., Wedzicha, B. L., Dodson, A. T. (2002): Acrylamide is formed in the Maillard reaction. NATURE, Vol. 419. DOI

[5] Sörgel, F., Weissenbacher, R., Kinzig-Schippers, M., Hofmann, A., Illauer, M., Skott, A., Landersdorfer, C. (2002): Acrylamide: increased concentrations in homemade food and first evidence of its variable absorption from food, variable metabolism and placental and breast milk transfer in humans. S. Karger AG, Basel 0009 3157/02/0486–0267. DOI

[6] Parzefall, W. (2008): Minireview on the toxicity of dietary acrylamide. Food and Chemical Toxicology 46 pp. 1360–1364. DOI

[7] Guenther, H., Anklam, E., Wenzl, T., Stadler, R. H. (2007): Acrylamide in coffee: review of progress in analysis, formation and level reduction. Food Additives & Contaminants, 24 Sup 1, pp. 60-70. DOI

[8] Alves, R. C., Soares, C., Casal, S., Fernandes, J.O., Oliveira, M. Beatriz P.P. (2010): Acrylamide in espresso coffee: influence of species, roast degree and brew length. Food Chemistry 119 pp. 929–934.DOI

DOI: https://doi.org/10.52091/EVIK-2021/1-1-HUN

Érkezett: 2020. október – Elfogadva: 2021. január

¹ Élettani és Állategészségügyi Tanszék, Élettani és Takarmányozási Intézet, Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem,
² Élelmiszeripari Méréstechnika és Automatizálás Tanszék, Élelmiszertudományi és Technológiai Intézet, Magyar Agrárés Élettudományi Egyetem
³ Adexgo Kft., Balatonfüred
^* Levelező szerző: bazar@agrilab.hu

Kulcsszavak

Fruktóz (gyümölcscukor), cukrok, °Brix, NIR-spektroszkópia (közeli-infravörös), fruktóz kedvezőtlen élettani hatása, anyagcsere-rendellenessége, szív-és érrendszeri betegségek, spektrum előkezelése, vegyértékrezgés, felharmonikus rezgés, statisztikai spektrum-elemzés

2. Bevezetés

Az édesítőszerek a feldolgozóipar legszélesebb körben alkalmazott adalékanyagaivá váltak, különösen italok és egyéb termékek, például desszertek vagy joghurtok előállítása során. Az egyik legrégebbi édesítőszer, amit a történelemben dokumentáltak, a méz [1], amely a néhány évtizede szintén hagyományos édesítőszerként fogyasztott egyéb édesítőkhöz hasonlóan, mint a juharszirup, szentjánoskenyér és agave, nagyrészt glükózt, fruktózt, szacharózt, ásványi anyagokat és egyéb vegyületeket tartalmaz [1]. A glükóz szinte mindig jelen van az élelmiszerekben, és alapvető szerepet tölt be az emberi anyagcsere szabályozásában. A szervezetbe juthat szabad cukor formában (glükóz por) vagy polimerekben kötötten mint keményítő, dextrin és maltodextrinek. A glükóz diszacharidokban is előfordul, a leggyakrabban haszált cukor, a szacharóz vagy répacukor például glükózból és fruktózból áll [2].

A fogyasztók egészségére gyakorolt hatásuk okán az élelmiszeriparban használt édesítőszerek formájával és mennyiségével, valamint a feldolgozott élelmiszerek °Brix-értékével kapcsolatban már egy ideje aggályok merültek fel. Ennek oka elsősorban az anyagcsere-rendellenességek (pl. 2-es típusú cukorbetegség) kialakulásának kockázata, amelyet a magas cukor-, különösen a fruktóz bevitelével hoznak összefüggésbe. A fogyasztók egyre inkább tudatában vannak annak, hogy mit fogyasztanak, és e tudatosság első lépése, hogy a feldolgozott élelmiszerek kalóriatartalmának csökkentését részesítik előnyben, csökkentve a cukorbevitelt is [3].

Megállapították, hogy a nagy glükóz bevitelhez képest a nagy fruktóz bevitel anyagcserezavar [4], elhízás, cukorbetegség, valamint a vér triglicerid koncentrációjának és az inzulin rezisztencia növekedésének magasabb kockázatával jár [5, 6, 7]. A szív- és érrendszeri betegségek, sőt a test szöveteiben előforduló rosszindulatú daganatok magas kockázata összefüggésben lehet a túlzott fruktóz bevitellel [8], valamint a dyslipidaemiával (a vér kóros lipidtartalmával) és a vesebetegségekkel [9].

Az évek során a közeli-infravörös (NIR) spektroszkópia alkalmazása az édesítőszerekben lévő cukrok elemzésére könnyebbnek, gyorsabbnak és költséghatékonyabbnak bizonyult [10], mint a nagyműszeres gyakorlatot igénylő és reagenseket igénylő módszerek, például a gázkromatográfia (GC), a nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC) és enzimatikus analízis [11, 12]. Mind közül a HPLC a leggyakrabban alkalmazott módszer, amelyet a szabad fruktóz-, glükóz-, szacharóz-, maltóz- és laktóztartalom meghatározására használnak [13].

A NIR spektrális régió 800 és 2500 nm (12500-4000 cm^-1) közötti hullámhossztartományban található a felharmónikus és kombinációs molekularezgéseket reprezentáló abszorpciókkal, amelyek a –CH, –OH, –NH és – SH funkciós csoportoknak tulajdoníthatók [14]. Glükóz esetében az O–H vegyértékrezgés első felharmónikusa az 1195, 1385, 1520, 1590, 1730 nm abszorpciós sávoknak felel meg, míg a fruktóz és szacharóz O–H vegyértékrezgés első felharmónikusa 1433 nm-re, és a szacharóz, glükóz, fruktóz O–H kombinációs sávja 1928 nm-re tehető [14].

A mono- és diszacharidokat, mint a glükózt, a fruktózt, a szacharózt, a laktózt vizes oldatokban is vizsgálták [15]. Noha az összes érintett cukor azonos moláris koncentrációban volt feloldva, tényleges tömegük jelentősen különbözött a mono- és diszacharidok molekulatömegének különbsége miatt. A keverékekben lévő cukrok mennyiségi meghatározásakor a cukoroldatok moláris koncentrációja kevésbé pontos kalibrációs modelleket adott, a térfogatra vonatkoztatott tömegkoncentrációra illesztett kalibrációs modellekhez képest. Mivel a spektrális információ leginkább a kémiai kötések gerjesztés során bekövetkező fényelnyelését jelenti, ez az információ szorosabb arányban áll a vizes oldatban lévő kémiai kötések és atomok számával, mint a molekulák számával. Az egyes cukrok kalibrációs modelljeinek regressziós vektorai megadták azokat a spektrális régiókat is, amelyek a cukrok kvantitatív elemzésében a legnagyobb jelentőséggel bírnak. Az 1100- 1800 nm hullámhossztartományban a regressziós vektorok elemzése meghatározta a víz és az oldott cukrok O–H és C–H kötéseire jellemző spektrális régiókat. A keverékekben lévő cukrok koncentrációjára illesztett kalibrációk még alacsony szinteken (0,0018-0,5243 g/cm³) is pontos validációs eredményt mutattak, a determinációs együtthatók (R²_CV) 0,841 és 0,961, a standard hiba (SECV – Standard Error of Cross-Validation) értékek 0,024 g/cm³ és 0,012 g/cm³ voltak glükóz és fruktóz esetében. Mindez megmutatta egy adott cukor NIR spektroszkópiára alapozott mennyiségi meghatározásának lehetőségét vegyes oldatokban [15].

Hasonló tanulmányokban [10, 16, 17] glükóz, fruktóz és szacharóz mennyiségét határozták meg különböző gyümölcslevekben NIR technika segítségével. A részleges legkisebb négyzetek regressziós (PLSR) modellek pontosnak bizonyultak glükóz, fruktóz és szacharóz esetében (R2 > 0,854; 0,963; 0,953). Egy másik kutatásban szintén megbízható PLSR (Partial Least Squares Regression) modellekről számoltak be a 900-2000 nm hullámhossztartományban [18], míg a 900-1650 nm-es tartomány jónak bizonyult bio cukor és hagyományos barnacukor megkülönböztetésére a részleges legkisebb négyzetek diszkriminanciaanalízis (PLS-DA – Partial Least-Squares Discriminant Analysis) modellek segítségével [19]. Egy másik kutatásban a NIR technika alkalmazásával a glükózkoncentrációt határozták meg glükóz, albumin és foszfát vizes keverékében, és pontos PLSR modellekről számoltak be [20]. Hasonlóképpen beszámoltak Morindae officinalis kivonatok glükóz-, fruktóz- és szacharóztartalmának NIR-rel történő becslésének lehetőségéről [21].

A magyar élelmiszeripart számos élelmiszerelőállításra szánt édesítőszer árasztja el. Három kiemelt édesítőszer a D-szacharóz, a K-syrup LDX és a K-sweet F55, utóbbi kettő általánosan használt izocukor. A K-syrup LDX édes, viszkózus, gyorsan kristályosodó szirup, amelyet gyakran használnak fermentációs alapanyagként az élelmiszer- és gyógyszeriparban. Nagy mennyiségben tartalmaz glükózt, dextrózt (93%), kisebb mennyiségben fruktózt (0,5%) és viszkózus folyadékot [22]. A K-sweet azonban magas kalóriatartalmú, glükózból és fruktózból álló izocukor, amiben a fruktóztartalom nagyobb (55%), mint a glükóztartalom (45%) [23]. A harmadik édesítőszer a D-szacharóz, vagy finomított cukor, amit egyre inkább helyettesítenek K-syrup LDX-szel és K-sweet F55-tel.

Jelen kutatásban a NIR spektroszkópia alkalmazhatóságának feltárását tűztük ki célul a széles körben használt D-szacharóz, K-syrup LDX és K-sweet F55 édesítőszerek vizes oldatainak glükóz-, fruktóz-, szacharóztartalmának és °Brix értékének meghatározása terén.

3. Anyagok és módszerek

3.1. Mintaelőkészítés

A vizsgálatok során háromféle cukrot használtunk: D-szacharóz (Carl Roth GmbH, Karlsruhe, Németország): 100% szacharóz; K-Syrup LDX (KALL Ingredients Kft., Tiszapüspöki, Magyarország): 93% glükóz + 0,5% fruktóz + 6,5% víz; K-Sweet F55 (KALL Ingredients Kft., Tiszapüspöki, Magyarország): 45% glükóz + 55% fruktóz. A három cukor vizes oldatait tíz különböző koncentrációban készítettük el. Összesen 30 db, egyenként 100 ml térfogatú mintát készítettünk.

3.2. Laboratóriumi mérés

A °Brix értékeket Hanna HI96801 digitális refraktométerrel mértük és rögzítettük referenciaként az ezt követő NIRS kalibrációhoz. Az egyes cukoroldatok glükóz-, fruktóz- és szacharózkoncentrációját az oldatokhoz adott édesítőszer tömege és az édesítőszerekben lévő cukrok százalékos aránya alapján számítottuk ki. A következő összefüggéseket alkalmaztuk a glükóz- és fruktóztartalom kiszámításához a K-syrup LDX és K-sweet F55 oldatokon:

1. Glükóz K-syrup LDX oldatban = 93/100* K-syrup mennyisége oldatban (g/100 g)
2. Fruktóz K-syrup LDX oldatban = 0,5/100* K-syrup mennyisége oldatban (g/100 g)
3. Glükóz K-Sweet F55 oldatban = 45/100* K-sweet F55 mennyisége oldatban (g/100 g)
4. Fruktóz K-sweet F55 oldatban = 55/100* K-sweet F55 mennyisége oldatban (g/100 g)

A 30 minta mért °Brix értékét, valamint az összes cukor-, a glükóz-, a fruktóz-, és a szacharózkoncentrációkat az 1. táblázat foglalja össze.

D-szacharóz: 100% szacharóz; K-syrup LDX: 93% glükóz+0.5% fruktóz; K-sweet F55: 45% glükóz+ 55% fruktóz; SD: szórás; Max: maximum érték; Min: minimum érték

3.3. NIR spektroszkópiás mérés

A minták közeli-infravörös fényelnyelését szobahőmérsékleten (25 °C) FOSS NIRSystems 6500 spektrométerrel (FOSS NIRSystems, Inc, Laurel, MD, USA) mértük, amit a WinISI v1.5 szoftverrel (InfraSoft International, Port Matilda, PS, USA) működtettünk. A szkennelést transzmissziós módban végeztük, miután 1 ml térfogatú cukoroldatot 1 mm úthosszt biztosító kvarc küvettába töltöttük. Az egyes mintákból két mérési kört végeztük véletlen sorrendben, és mindig a soron következő mintát használtuk a küvetta háromszoros kimosására a szkennelések között. Összesen hatvan spektumot rögzítettünk, majd a két kör spektrumait átlagoltuk, így harminc spektrumot kaptunk.

3.4. Spektrum előkezelés és többváltozós statisztikai elemzés

A NIR adatok elemzéséhez az Unscrambler v9.7 szoftvert (CAMO Software AS, Oslo, Norvégia) használtuk, míg a °Brix, a glükóz-, a fruktóz- és a szacharózkoncentrációra mért és kalibrált változók leíró statisztikájának kiszámításához a MS Excel 2013 programot használtuk.

A spektrumok szórásának korrekciójához, valamint pontos és robusztus kalibrációs modellek eléréséhez több spektrum előkezelési eljárást is alkalmaztunk, mint a standard normális változó transzformáció (Standard Normal Variate – SNV), a többszörös szóródási korrekció (Multicative Scatter Correction – MSC) és a résszegmens második derivált (másodrendű derivált, 5 adatpontos rés, 5 adatpontos szegmens).

Mind a különböző édesítőszerekből készült oldatok csoportosítását, mind a kérdéses kvantitatív paraméterek kalibrációját többváltozós adatelemzéssel végeztük. Főkomponens elemzést (Principal Component Analysis – PCA) alkalmaztunk a spektrális adatok többdimenziós mintázatainak vizsgálatára, és a cukoroldatok három csoportja közötti különbségek leírására [24]. A NIR tartományban (1100-1850 nm) felvett a spektrális adatokra és a referenciaként használt laboratóriumi eredményekre a parciális legkisebb négyzetek regressziójával (PLSR) kalibrációs modelleket készítettünk [24]. A PLSR modellezés során a látens változók optimális számát teljes keresztvalidációval (“leave-one-out”) határoztuk meg, ekkor a harminc lépéses iteratív folyamatban a harminc minta mindegyikét egyszer kihagytuk a kalibrálás során, és a modellek validációja során használtuk fel [24].

A PLSR modellek minősítését a kalibrációs és a keresztvalidációs statisztikák összehasonlításával végeztük el. A különböző modelleket a kalibrációk (C) és validációk (CV) determinációs együtthatóinak (R2) és legkisebb négyzetes eltérés értékeinek (RMSE) összevetése alapján ítéltük meg: a nagyobb R2 érték és a kisebb RMSE érték (Root Mean Square Error) jelentette a jobb modellt. A modelloptimálás során az RMSECV (Root Mean Square Error of Cross Validation) értékeket minimalizáltuk.

4. Eredmények és értékelésük

A felvett nyers spektrumok a víz jellegzetes abszorpcióját mutatták a NIR tartományban, amelynek fő csúcsa az O–H vegyértékrezgés első felharmonikus tartományába esik 1450 nm-nél (1. ábra). Az 1780 nm körüli kis csúcs a C–H kötések első felharmonikusát jelöli.

A második derivált spektrumokat a rés-szegmens transzformáció derivált függvényével számítottuk, a rést és a szegmenst egyaránt 5 adatpontra állítottuk, hogy elkerüljük a derivált függvény zajnövelését, ugyanakkor a hasznos jeleket továbbra is az előkezelt adatokban tartsuk. A második derivált spektrum (2. ábra) negatív csúcsai jelzik az eredetileg átfedő abszorpciók helyét és relatív amplitúdóját, amelyek egyként jelennek meg a nyers spektrumokon. Ez mutatja azt a jól leírt jelenséget, miszerint a nyers spektrumon 1450 nm-nél elhelyezkedő fő csúcsot a víz legalább két abszorpciója alkotja 1416 és 1460 nm-nél, amelyek a víz hidrogénkötéssel kevésbé és jobban kötött állapotainak elnyélési tartományai [15].

Az itt alkalmazott spektrális előkezelések (második derivált, SNV, MSC) nem tették lehetővé a különböző édesítőszerekkel készült oldatok vizuális megkülönböztetését, míg a vízabszorpciós csúcsok fokozatos változásai jelezték az oldott cukrok növekvő koncentrációjának a víz szerkezetére gyakorolt hatását [15].

A 3. ábra a harminc oldat második derivált spektruma alapján készült PCA háromdimenziós score diagramját mutatja. A háromféle édesítőszer oldatát különböző színekkel és számokkal jelöltük. A két ábra különböző szögekből mutatja ugyanazt az eredményt, kiemelve, hogy a negyedik főkomponens (PC4) felelős a K-sweet F55 megkülönböztetéséért a D-szacharóztól és a K-syrp LDX-től, míg a második főkomponens (PC2) felelős a D-szacharóz elkülönítéséért a K-syrp LDX-től és a K-sweet F55-től. Tehát a PC2, a kiindulási NIR adatok varianciájának mintegy 2%-át kitevő új látens változó, írja le a monoszacharid és diszacharid oldatok közötti különbségeket, míg a PC4, ami a kiindulási NIR adatok varianciájának kevesebb, mint 1%-át fedi le, írja le a magas fruktóztartalmú szirup és más édesítőszer oldatok közötti különbségeket. A PC2 és PC4 kombinációja leírja a glükóz- és más oldatok közötti különbségeket.

A 4. ábra szemlélteti a PC2 és PC4 loading vektorokat. Azok a hullámhossztartományok felelősek leginkább a főkomponensek score értékeiért, amelyek a legnagyobb eltérést mutatják a nullához képest, vagyis a hozzárendelt csúcsok jelölik a cukoroldatok közötti különbséget előidéző abszorpciókat. A sávok beosztása jó összhangban van korábbi megállapításokkal [14,15], vagyis az 1300-1600 nm-es intervallumban lévő csúcsok a víz oldott cukrok hatására bekövetkező molekuláris változásaira utalnak, míg az 1600-1850 nm-es intervallum csúcsai a jellemző C–H abszorpciós sávokat jelölik.

A mért °Brix és a számított glükóz-, fruktóz-, szacharózkoncentráció alapján PLS regresszióval épített kalibrációs modelleket a 2. táblázat és az 5. ábra foglalja össze.

LV: látens változók száma, R²_C: kalibráció determinációs együtthatója, RMSEC: kalibráció átlagos négyzetes eltérése, R²_CV: keresztvalidáció determinációs együtthatója, RMSECV: keresztvalidáció átlagos négyzetes eltérése, MSC: többszörös szóródási korrekció, SNV: standard normális változó, 2D5G5S: másodrendű derivált 5 pontos réssel és 5 pontos szegmenssel

A °Brix esetében a legjobb eredményeket spektrális előkezelés nélkül értük el. A °Brix RMSE értéke 1 °Brix körül volt, ami a mért referenciaérték szórásának majdnem harmada. A cukorkoncentrációk RMSE értékei hasonlóan alacsonyak voltak. A fruktózra kaptuk a leggyengébb eredményeket, melynek oka a számos alacsony koncentrációjú minta (0,05% alatt) – ezen a szinten a modell gyengébben teljesített, mint a nagyobb koncentrációknál (5. (b) ábra). A glükóz és szacharóz esetében a második derivált előkezelés, míg a fruktóz esetében a kezeletlen spektrum adta a legjobb eredményeket.

A legjobb °Brix, fruktóz, glükóz és szacharóz modellek kalibrációs és keresztvalidációs egyeneseit az 5. ábra mutatja. A fekete átló az optimális, míg a kék és a piros egyenesek a kalibrációs és keresztvalidációs illeszkedést mutatják. A kék pontok a NIR által becsült összetételi értékeket jelölik a laboratóriumi referenciaértékek függvényében a kalibráció során, a piros pontok pedig a NIR által a keresztvalidáció során becsült értékeket mutatják szintén a referenciaértékek függvényében. Minél közelebb helyezkednek el a pontok a regressziós egyeneshez, és minél kevésbé tér el a regressziós egyenes az optimális illeszkedéstől, annál jobb a kalibrációs modell. Az esetek többségében a kapott modellillesztések elérik az optimálisat, ami azt jelenti, hogy a NIR által becsült értékek közel megegyeznek a tényleges laboratóriumi referenciaértékekkel. Ennek a kutatásnak a kalibrációs és keresztvalidációs eredményei összhangban vannak a korábban említett, cukoroldatok és gyümölcslevek esetében kapott eredményekkel. Ezek az eredmények igazolják, hogy megfelelő kalibrációs folyamat után a NIR spektroszkópia megfelelő és hatékony eszköz egyes egyszerű cukrok gyors, egyszerű és pontos mérésére keverék oldatokban.

5. Következtetések, záró gondolatok

A széles körben használt édesítőszerekkel kapcsolatos kutatásunk eredményei megerősítik azokat a korábban publikált eredményeinket, miszerint a NIR spekstroszkópia hasznos és hatékony módszer egyes cukrok kimutatására és mennyiségi meghatározására akár vegyes oldatokban is. A NIR spektrométerek ma már nem csupán a hordozható méretben, de akár néhány centiméteres chipként is elérhetők, így jelentős potenciál rejlik ebben a technikában a mindennapi élelmiszerminősítés terén. Az alkalmazások széles körét kell tesztelni és használni a termékek ellenőrzésére, így garantálva az élelmiszerbiztonságot és a beltartalmi összetételt. Ezen alkalmazások közül az ételek és italok fruktóztartalmának ellenőrzése és igazolása hasznos lehet a fogyasztók egészségének védelme szempontjából, mivel ez az összetevő bizonyítottan növeli több modern kori betegség kialakulásának kockázatát. A NIR spektroszkópia mint másodlagos korrelatív analitikai technika feltételezhetően a jövőben is alkalmatlan lesz arra, hogy segítségével egy teljesen ismeretlen összetételű folyadékban kimutassuk a fruktózt és meghatározzuk annak mennyiségét, viszont alkalmas lehet arra, hogy egy ismert, fruktózt nem, vagy csak meghatározott mennyiségben tartalmazó folyadékban jelezze annak túlzott jelenlétét. A NIR eszközök felhasználhatósága természetesen korlátozott, és nem tekinthetünk rájuk úgy, mint a klasszikus analitikai módszerek kiváltóira, azonban a lehetőségek racionális kihasználása révén hasznos alkalmazások fejleszthetőek a gyakorlat számára.

6. Irodalom

[1] Edwards, C. H., Rossi, M., Corpe, C. P., Butterworth, P. J., & Ellis, P. R. (2016): The role of sugars and sweeteners in food, diet and health: Alternatives for the future. Trends in Food Science and Technology, 56, pp. 158-166.
https://doi.org/10.1016/j.tifs.2016.07.008

[2] White, E., McMahon, M., Walsh, M., Coffey, J. C., & O’Sullivan, L. (2014): Creating Biofidelic Phantom Anatomies of the Colorectal Region for Innovations in Colorectal Surgery. Proceedings of the International Symposium on Human Factors and Ergonomics in Health Care, 3 (1), pp. 277-282.
https://doi.org/10.1177/2327857914031045

[3] Gardner, C., Wylie-Rosett, J., Gidding, S. S., Steffen, L. M., Johnson, R. K., Reader, D., & Lichtenstein, A. H. (2012): Nonnutritive sweeteners: Current use and health perspectives: A scientific statement from the American heart association and the American diabetes association. Circulation, 126 (4), pp. 509-519.
https://doi.org/10.1161/CIR.0b013e31825c42ee

[4] Taskinen, M. R., Packard, C. J., & Borén, J. (2019): Dietary fructose and the metabolic syndrome. Nutrients, 11 (9), pp. 1-16.
https://doi.org/10.3390/nu11091987

[5] Bray, G. A. (2013): Energy and fructose from beverages sweetened with sugar or high-fructose corn syrup pose a health risk for some people. Advances in Nutrition, 4 (2), pp. 220-225.
https://doi.org/10.3945/an.112.002816

[6] Malik, V. S., & Hu, F. B. (2015): Fructose and Cardiometabolic Health What the Evidence from Sugar-Sweetened Beverages Tells Us. Journal of the American College of Cardiology, 66 (14), pp. 1615-1624.
https://doi.org/10.1016/j.jacc.2015.08.025

[7] Rizkalla, S. W. (2010): Health implications of fructose consumption: A review of recent data. Nutrition and Metabolism, 7, pp. 1-17.
https://doi.org/10.1186/1743-7075-7-82

[8] Biró, G. (2018): Human biological characteristics of fructose. Journal of Food Investigation, 64 (1), pp. 1908-1916.

[9] Collino, M. (2011): High dietary fructose intake: Sweet or bitter life? World Journal of Diabetes, 2 (6), pp. 77.
https://doi.org/10.4239/wjd.v2.i6.77

[10] Liu, Y., Ying, Y., Yu, H., & Fu, X. (2006): Comparison of the HPLC method and FT-NIR analysis for quantification of glucose, fructose, and sucrose in intact apple fruits. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 54 (8), pp. 2810-2815.
https://doi.org/10.1021/jf052889e

[11] Giannoccaro, E., Wang, Y. J., & Chen, P. (2008): Comparison of two HPLC systems and an enzymatic method for quantification of soybean sugars. Food Chemistry, 106 (1), pp. 324-330.
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.04.065

[12] Yuan, H., Wu, Y., Liu, W., Liu, Y., Gao, X., Lin, J., & Zhao, Y. (2015): Mass spectrometry-based method to investigate the natural selectivity of sucrose as the sugar transport form for plants. Carbohydrate Research, 407, pp. 5-9.
https://doi.org/10.1016/j.carres.2015.01.011

[13] International Association of Analytical Chemistry, A. (1990): Official Methods of Analysis of the AOAC. Arlington VA

[14] López, M. G., García-González, A. S., & Franco-Robles, E. (2017): Carbohydrate Analysis by NIRSChemometrics. In K. G. Kyprianidis & S. Jan (Eds.), Developments in Near-Infrared Spectroscopy pp. 81-95
https://doi.org/10.5772/67208

[15] Bázár, G., Kovacs, Z., Tanaka, M., Furukawa, A., Nagai, A., Osawa, M., Itakura, Y., Sugiyama, H., Tsenkova, R. (2015): Water revealed as molecular mirror when measuring low concentrations of sugar with near infrared light. Analytica Chimica Acta, 896, pp. 52-62.
https://doi.org/10.1016/j.aca.2015.09.014

[16] Xie, L., Ye, X., Liu, D., & Ying, Y. (2009): Quantification of glucose, fructose and sucrose in bayberry juice by NIR and PLS. Food Chemistry, 114 (3), pp. 1135-1140.
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.10.076

[17] Rodriguez-Saona, L. E., Fry, F. S., McLaughlin, M. A., & Calvey, E. M. (2001): Rapid analysis of sugars in fruit juices by FT-NIR spectroscopy. Carbohydrate Research, 336 (1), pp. 63-74.
https://doi.org/10.1016/S0008-6215(01)00244-0

[18] Mekonnen, B. K., Yang, W., Hsieh, T. H., Liaw, S. K., & Yang, F. L. (2020): Accurate prediction of glucose concentration and identification of major contributing features from hardly distinguishable near-infrared spectroscopy. Biomedical Signal Processing and Control, 59, pp. 101923.
https://doi.org/10.1016/j.bspc.2020.101923

[19] De Oliveira, V. M. A. T., Baqueta, M. R., Março, P. H., & Valderrama, P. (2020): Authentication of organic sugars by NIR spectroscopy and partial least squares with discriminant analysis. Analytical Methods, 12, pp. 701-705.
https://doi.org/DOI: 10.1039/C9AY02025J

[20] Khadem, H., Eissa, M. R., Nemat, H., Alrezj, O., & Benaissa, M. (2020): Classification before regression for improving the accuracy of glucose quantification using absorption spectroscopy. Talanta, 211 (January), pp. 120740.
https://doi.org/10.1016/j.talanta.2020.120740

[21] Hao, Q., Zhou, J., Zhou, L., Kang, L., Nan, T., Yu, Y., & Guo, L. (2020): Prediction the contents of fructose, glucose, sucrose, fructo-oligosaccharides and iridoid glycosides in Morinda officinalis radix using near-infrared spectroscopy. Spectrochimica Acta - Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, pp. 234
https://doi.org/10.1016/j.saa.2020.118275

[22] KALL, I. (2020): K-syrup LDX. Retrieved from http://kallingredients.hu/en/products/2/14/k-syrup-ldx

[23] KALL, I. (2020): K-sweet F55. Retrieved from http://kallingredients.hu/en/products/2/12/k-sweet

[24] Naes, T., Isaksson, T., Fearn, T., & Davies, T. (2002): A user-friendly guide to multivariate calibration and classification. Chichester, UK: NIR Publications

DOI: https://doi.org/10.52091/EVIK-2021/2-1-HUN

Érkezett: 2021. február – Elfogadva: 2021. április

^a Debreceni Egyetem, Mezőgazdaság-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Élelmiszertudományi Intézet
^b BIOMI Kft.
^c Pázmány Péter Katolikus Egyetem
^d WESSLING Hungary Kft.
^e Állatorvostudományi Egyetem
^* Levelező szerző: horvath.brigitta920108@gmail.com

Kulcsszavak

élelmiszer, Staphylococcus, antibiotikum rezisztencia, MALDI-TOF-MS, baktérium identifikálás, élelmiszerbiztonság, humán patogén, nozokómiás fertőzés

2. Bevezetés és irodalmi áttekintés

Az antibiotikum rezisztens mikroorganizmusok által okozott nozokómiális infekciók (kórházhigiénés fertőzések – a szerk.) száma minden országban növekedést mutat, ezáltal egyre nagyobb kihívás elé állítva az egészségügyi ellátórendszert [1, 2]. A helyzetet tovább súlyosbítja az a tény, hogy az antibiotikum rezisztens Staphylococcus fajok már nem csak a közösségekben és az egészségügyben, hanem az intenzív állattartásban, ezáltal az élelmiszerláncban is megjelentek [3].

A Staphylococcus fajokban az antibiotikum rezisztenciával és virulenciával kapcsolatos gének a mobilis genetikai elemekben (MGE) találhatók, mint például a kromószóma kazettákban, patogenitási szigeteken, plazmidokban vagy transzpozonokban [4]. A methicillinnel szembeni rezisztenciáért a mecA gén felelős: a gén egy módosított penicillin-kötő fehérjét kódol, amely csökkenti a legtöbb béta-laktám antibiotikum, így a penicillin és a methicillin kötődési affinitását. A mecA gén a Staphylococcus kromószóma kazettán (SSCmec) található, amely egy MGE csoport és csak a Staphylococcus fajokban található meg [5]. A mecA gén Staphylococcus fajok közötti átvitelének mechanizmusa nem ismert, azonban bizonyítékok támasztják alá a horizontális géntranszfert a koaguláz-pozitív és koaguláz-negatív Staphylococcus fajok között [6].

A methicillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) törzsek élelmiszerláncban előforduló jelenlétéről már több tanulmány beszámolt. Szerzőik egy része állati eredetű élelmiszermintákból, másik része pedig nyers húsmintákból (sertés, hal, baromfi) izolált törzsek vizsgálatát végezte el. Hollandiában 2009-ben 2217 különböző élelmiszermintát vizsgáltak meg, amelynek a 12%-a MRSA törzsnek bizonyult [7], míg egy dániai vizsgálat során 153 sertéshúsmintának a 4,6%-a, az importált 173 sertéshúsmintának pedig a 7,5%-a volt fertőzött MRSA törzzsel [8]. Németországban nyers tejből, sertéshúsból, pulykahúsból és brojler csirkehúsból is azonosítottak MRSA törzseket [9]. Magyarországon egy tehenészeti telep 595 egyedi tejmintájából 27 db MRSA izolátumot azonosítottak [10], egy másik vizsgálatban 42 telep 626 S. aureus izolátuma közül csak 4 törzs bizonyult methicillin rezisztensnek [11]. Ezeken túl azonban más élelmiszerkategóriából származó és fogyasztásra kész élelmiszerekből eddig nem vizsgálták az MRSA jelenlétét. A törzsek molekuláris tipizálási eredményei rámutattak arra, hogy az MRSA számos típusa jelen van az élelmiszerláncban a különböző országokban [12], azonban a leggyakrabban a CC398-as típus fordult elő, amely az EU és az EGT területén a mezőgazdasági haszonállatokból izolált MRSA törzsek 85%-át teszi ki [13, 14, 7,15].

A további methicillin-rezisztens Staphylococcus (MRS) fajok előfordulását az élelmiszerekben azonban már kevesebb tanulmány vizsgálta. Nigériában 255 tradicionális ételből származó izolátumból 13 Staphylococcus faj (S. xylosus, S. epidermidis, S. simulans) mutatott methicillin-rezisztenciát [16]. Egy Lengyelországban végzett tanulmány során 58 készételből izolált törzsből 33 Staphylococcus törzs (S. epidermidis, S. simulans, S. xylosus, S. hycus, S. lentus, S. saprophyticus) mutatott rezisztenciát legalább egy fajta antibiotikummal szemben [17].

Az Európai Unióban az élelmiszerekből és haszonállatokból izolált Staphylococcus törzsek antibiotikum rezisztenciájának ellenőrzése jelenleg önkéntes, ezért 2016-ban csak Németország, Svájc, Dánia és Spanyolország jelentett ezzel kapcsolatos információt. Az MRSA előfordulási gyakorisága országonként eltérő volt, ám az összehasonlítás során figyelembe kell venni, hogy a vizsgálatokat eltérő állatfajokból, húsokból és húskészítményekből izolált törzseken végezték el [18]. A humán fertőzések kis hányada vezethető vissza a CC398-as típusú MRSA törzsekre és azok is legfőképp szakmai expozíciókra korlátozódnak, mint az állatgyógyászat és az intenzív állattartás. Ennek ellenére a CC398-as típusú MRSA törzsekben kimutatható virulencia faktorok lehetővé teszik a magas patogenitást, így a folyamatos revízió mind az állatokban, mind az élelmiszerekben elengedhetetlen [19]. A felügyelet szükségességét az egyéb Staphylococcus fajok antibiotikum rezisztenciájának esetleges fennállása is indokolja, amely lehetőséget nyújt a rezisztencia terjedésére, és veszélyt jelent a fogyasztók egészségére.

A sikeres felügyeleti rendszer elengedhetetlen feltétele, hogy egy egységes, gazdasági szempontból is elfogadható, gyors és megbízható módszer álljon rendelkezésre a mikroorganizmusok faji szintű azonosításában és antibiotikum rezisztencia meghatározásában, amelynek ígéretes alappillére lehet a fehérje azonosításon alapuló (peptide mass fingerprint) mátrix-asszisztált lézer deszorpciós, ionizációs, repülési idő mérésén alapuló tömegspektrometria (MALDI-TOF-MS). A 2000-es évek kezdetén számos tanulmány számolt be olyan specifikus fragment ionokról, amelyek lehetővé teszik az antibiotikum rezisztens Staphylococcus törzsek gyors azonosítását. A legtöbbet vizsgált biomarker a 2414 m/z értékű fragment ion volt, amelynek megjelenése a tömegspektrumban az MRSA törzsekre jellemző psm-mec expressziójával korrelál [20]. A detektáláshoz és diszkriminációhoz a 2414 m/z értékű fragment ion alkalmazhatóságát több tanulmány is igazolta [21, 22].

Az MRSA törzsek biomarkereinek vizsgálatain kívül más tanulmányok további Staphylococcus fajok methicillin-rezisztencia specifikus fragment ion csúcsait elemezték. Egy korábbi cikkben két specifikus fragment ion-értéket határoztak meg: a 7239 m/z értékű ion fragment-csúcsot, amely a methicillin-rezisztens S. epidermidis és a 9674 m/z fragment-ion csúcsot, amely a methicillin-rezisztens S. haemolyticus biomarkere [23].

Saját kísérleteink célja az élelmiszerekből izolált Staphylococcus törzsek methicillin rezisztenciájának vizsgálata klasszikus mikrobiológiai, molekuláris biológiai módszerekkel és MALDI-TOF-MS technikával, továbbá az antibiotikum rezisztens törzsek multilókusz szekvencia tipizálása volt (MLST) a törzsek epidemiológiai vizsgálata céljából.

3. Vizsgálati anyag és módszer

3.1. Gyűjtött izolátumok és tenyésztési körülmények

A WESSLING Hungary Kft. Mikrobiológiai laboratóriumában a 2019. augusztus és 2020. szeptember közötti időszakban az MSZ EN ISO 6888-1:2008 szabvány előírásai alapján izolált 77 Staphylococcus izolátumot vizsgáltunk. Az izolátumokat 37 °C-on, 24±1 órán keresztül Baird-Parker (Biokar, Franciaország) szelektív táptalajon tenyésztettük és a Staphylococcusokra jellemző kolóniákat Columbia véres agarra (Neogen, UK) oltottuk át (37 °C, 24±1 óra). A tenyésztés során 47 törzs mutatott pozitív koaguláz reakciót, míg 30 izolátum koaguláz-negatívnak bizonyult, amelyet latex agglutinációs gyorsteszttel (PASTOREX™ STAPH-PLUS) is igazoltunk. Az izolátumokat nyers húsból, húskészítményekből és fogyasztásra készételekből gyűjtöttük: baromfi (n=14), marha (n=5), sertés (n=42), vad (n=1), hal (n=1), tejtermék (n=3), készételek (n=3), zöldségek (n=2) és száraztészta (n=6).

3.2. Izolátumok azonosítása MALDI-TOF-MS technikával

A gyűjtött 77 izolátum azonosítását Bruker Microflex LT MALDI-TOF tömegspektrométerrel és a MALDI BioTyper 3.1 (Bruker Daltonics) szoftverrel végeztük el. Hangyasavas szuszpendálási protokollt alkalmaztunk, amely során Columbia véres agarról egy önálló telepet vettünk fel egy steril kacs segítségével, majd 40 µl hangyasavban szuszpendáltunk el. A szuszpenzióhoz 40 µl acetonitrilt adtunk, amelyből a lemez egyik pozíciójára 1 μl-t cseppentettünk fel. A csepp beszáradását követően a mintákra 1 μl α-HCCA (10 mg/ml α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid) mátrix oldatot vittünk fel és a mintát ismét hagytuk beszáradni. Valamennyi minta esetében 6 párhuzamos mérést végeztünk.

Az izolátumok azonosítása során MALDI Biotyper 3.1 szoftvert alkalmaztunk, amely a kapott tömegspektrumokat az adatbázisában szereplő referencia tömegspektrumokhoz hasonlítja és egy megfelelőségi faktort (score) számít ki. 2,300 – 3,000 log score érték esetén az azonosság igen valószínű. Ekkora log score érték esetén a faj azonosítottnak tekinthető. Amennyiben 2,000 – 2,299 közötti log score értéket kapunk, az azonosság kisebb, így ez esetben csak a mikroorganizmus nemzetsége tekinthető azonosítottnak. 1,700 – 1,999 log score érték között a nemzetség (genus) azonosítása sem tekinthető megfelelően biztosnak. Ha az értékelő szoftver 0,000 – 1,699 közötti log score értéket ad meg, az azonosítást sikertelennek kell tekinteni. A vizsgálatba bevont koaguláz-pozitív Staphylococcus törzsek azonosítását korábban végeztük el [24].

3.3. Antibiotikum érzékenységi vizsgálat

3.3.1. Methicillin-rezisztencia specifikus csúcsok vizsgálata MALDI-TOF-MS módszerrel

A kapott tömegspektrumokat a flexAnalysis 3.4 szoftverbe (Bruker Daltonics) exportáltuk és elvégeztük a tömegspektrumok manuális elemzését és összehasonlítását. A tömegspektrumok simítását a Savitzky–Golay szűrővel, az alapvonal korrekcióját pedig a TopHat algoritmussal végeztük el. Az elemzés során a methicillin-rezisztencia (MR) specifikus fragment ionok jelenlétét vizsgáltuk (1. táblázat).

3.3.2. Korongdiffúziós módszer

A törzsek antibiotikum-rezisztenciájának vizsgálata során a CLSI (Clinical and Laboratory Standards Institute) által meghatározott előírásoknak (2019) megfelelően jártunk el [25]. A 0,5 McFarland egységnyi baktérium-szuszpenziót Mueller-Hinton agar (Oxoid, UK) felületére szélesztettük, majd a táptalaj felületére helyeztük a Cefoxitin 30 μg korongokat. A törzseket 37 °C-on, 18 órán át inkubáltuk. Az MRSA törzsek esetében a feltisztulási zóna referencia tartománya 6-19 mm volt, míg mecA negatív fajoknál 20-32 mm.

3.3.3. Szelektív differenciáló agar

Az antibiotikum rezisztencia vizsgálatok során továbbá a CHROMagar MRSAII szelektív differenciáló táptalajt (BD, UK) alkalmaztunk, amely a methicillin-rezisztens Staphylococcus aureus fajok kimutatására szolgál. Az izolátumokat 37 °C-on 24-48 órán keresztül inkubáltuk aerob körülmények között. MRSA baktériumnak tekintettük azokat a törzseket, amelyek morfológiailag Staphylococcusokhoz hasonló mályvaszínű telepeket képeztek. A korongdiffúziós (Cefoxitin 30 µg) módszert és az MRSA CHROMagar vizsgálatot minden élelmiszerből izolált törzs (n=77) esetében kétszer ismételtük meg. A vizsgálatok során pozitív kontrollként az ATCC 33591 referencia MRSA törzset, negatív kontrollként pedig az ATCC 29213 MSSA törzset használtuk.

3.3.4. mecA génkomplex

A mecA gén kimutatásának vizsgálatát a Dán Nemzeti Élelmiszertudományi Intézet (National Food Institute – NFI) 2012-ben kiadott protokollja alapján végeztük el [26]. A vizsgálat során pozitív kontrollként az ATCC 43300 MRSA törzset, míg negatív kontrollként az ATCC 29213 MSSA törzset használtuk. A baktériumokból genomi DNS-t izoláltunk, majd a mecA génszakaszt PCR segítségével felszaporítottuk. Az alkalmazott primereket a 2. táblázat tartalmazza.

3.4. A methicillin-rezisztens Staphylococcus törzsek MLST vizsgálata

THOMAS és munkatársai [27] tanulmánya alapján a baktériumokból genomi DNS-t izoláltunk, majd a 7 db Staphylococcus aureus fajra specifikus génszakaszt PCR segítségével felszaporítottuk (3. táblázat). Meghatároztuk a megtisztított PCR termékek nukleotid sorrendjét majd a szekvencia adatokat BioNumerics 7.6 szoftverben értékeltük.

4. Eredmények

4.1. Az izolált törzsek azonosítási eredményei

A MALDI-TOF-MS vizsgálat során minden koaguláz-pozitív Staphylococcus (CPS) törzs (n=47) S. aureus fajnak bizonyult (4. és 6. táblázat). A koaguláz-negatív Staphylococcus (CNS) törzsek esetében pedig 8 különböző fajt (S. xylosus, S. saprophyticus, S. pasteuri, S. epidermidis, S. warneri, S. chromogenes, S. piscifermentans, S. haemolyticus) azonosítottunk (4. és 7. táblázat). A CNS (n=30) izolátumok 30%-a S. warneri fajnak, míg 23%-a S. pasteuri fajnak bizonyult. A S. aureus törzsek 70%-át, míg a CNS törzsek mindegyikét hús és húskészítményekből izoláltuk (1. és 2. ábra). A S. aureus törzsek esetében a hús és húskészítmények 64%-a, míg a CNS törzsek 70%-a sertésből származott. A hús és húskészítményeken belül, a baromfiból és marhából származó izolátumok megoszlása közel azonos volt.

Az izolátumok átlag azonosítási log score értékeit és azok szórását a 4. táblázat foglalja össze. A S. aureus izolátumok átlag azonosítási log score értéke meghaladta a 2,400-et. A legalacsonyabb log score érték 2,304 volt, azonban még ebben az esetben is biztonságosnak tekinthető az azonosítás. A CNS izolátumok vizsgálata során, minden fajt 2,300 log score érték felett azonosítottunk és a szórás egyik esetben sem haladta meg a 0,1 értéket.

4.2. A MALDI-TOF-MS technikával meghatározott methicillin-rezisztencia eredményei

Az izolátumokból nyert tömegspektrumok elemzése során 3 antibiotikum-rezisztencia specifikus csúcsot vizsgáltunk meg. A 2414 m/z csúcs a mecA gén egyik fehérjeterméke [28], ezért ennek a csúcsnak a jelenlétét illetve hiányát minden törzs esetében megvizsgáltuk. A 7239 m/z csúcs detektálhatóságát csak a S. epidermidis fajokban, míg a 9674 m/z csúcs jelenlétét/hiányát csak a S. haemolyticus fajokban vizsgáltuk a csúcsok fajspecificitása miatt.

A 2414 m/z csúcsot a 77 izolátum közül, két S. aureus törzsben detektáltuk, amelyek közül az egyik libamájból (SA-17) a másik pedig sertés tarjából (SA-47) származik. A további 75 izolátum esetében ez a csúcs még alacsony intenzitással sem jelent meg (5. táblázat). Az elemzés során a methicillin-rezisztensnek bizonyult két S. aureus törzset pirossal, míg a többi, methicillin-rezisztencia specifikus csúcsot nem tartalmazó S. aureus törzsek tömegspektrumait feketével jelöltük (3. és 4. ábra).

A 7239 m/z egyik S. epidermidis törzsben (n=4) sem volt detektálható és a 9674 m/z csúcs a 4 S. haemolyticus faj egyikében sem jelent meg.

4.3. A korongdiffúziós módszer és az MRSA CHROMagar szelektív differenciáló agar eredményei

A 77 törzs vizsgálata során 75 törzs esetében a feltisztulási zóna átmérője 23-29 mm közé esett. Egy libamájból izolált törzs (SA-17) feltisztulási zónája 9 mm, egy sertéstarjából izolált törzs (SA-47) feltisztulási zónája pedig 17 mm átmérőjű volt és ugyanezen törzsek mályvaszínű telepeket képeztek az MRSA CHROMagar szelektív differenciáló táptalajon is (6. és 7. táblázat).

4.4. mecA gén kimutatás eredményei

A MALDI-TOF-MS vizsgálatok, a korongdiffúziós módszer és az MRSA szelektív, differenciáló táptalaj eredményei alapján kiderült, hogy a libamájból és sertés tarjából izolált S. aureus törzsek (SA-17, SA-47) methicillin-rezisztenciát hordoznak, amelyet a két törzsben kimutatható, a PBP2a szintéziséért felelős mecA gén erősített meg (6. táblázat).

4.5. Az MRSA törzsek MLST típusa

A vizsgálat során elvégeztük a két MRSA törzs MLST tipizálását is, amely során a PubMLST honlapon (https://pubmlst.org/saureus/) elérhető adatbázisban szereplő adatokat használtuk. A BioNumerics 7.6 szoftver a két MRSA törzs közül csak a sertés tarjából izolált törzs esetében tudta hozzárendelni a szekvencia típust.

A libamájból izolált törzs egy eddig még nem ismert szekvencia típusba, míg a sertés tarjából izolált törzs a 398-as szekvencia típusba tartozott (8. táblázat).

5. Összefoglalás és következtetés

A vizsgálat során különböző élelmiszer mátrixokból 77 Staphylococcus izolátumot gyűjtöttünk az MSZ EN ISO 6888-1:2008 szabványban leírt módszerek alapján. A szabvány ugyan lehetővé teszi a koaguláz-pozitív és koaguláz-negatív Staphylococcus fajok elkülönítését, azonban a faji identifikálást nem, amely a fajok eltérő virulencia faktorai és patogenitása szempontjából számottevő. Az élelmiszerekből izolált 47 koaguláz-pozitív és 30 koaguláz-negatív Staphylococcus törzs azonosítását MALDI-TOF-MS technikával végeztük el, magas azonosítási log score értékekkel. Emellett a kapott tömegspektrumok elemzésével, korábbi tanulmányokban meghatározott methicillin-rezisztencia specifikus ion fragment-értékek alapján két S. aureus törzs esetében methicillin-rezisztenciát állapítottunk meg, amelyet korongdiffúziós módszerrel, szelektív differenciáló agarral és a mecA gén kimutatásával igazoltunk. A specifikus ion fragment értékeknek köszönhetően jelentősen csökkenthető a diagnosztikai idő, amely gazdasági és terápiás szempontból sem elhanyagolható. Azt azonban figyelembe kell vennünk, hogy az MRSA törzsek nagy variabilitásának köszönhetően ezeknek az ion fragment értékeknek a szenzitivitása és specificitása nem 100%-os, így megerősítő vizsgálatok elvégzése szükséges.

Az élelmiszerekből izolált két MRSA törzsnek elvégeztük a multilókusz szekvencia tipizálását (MLST), a törzsek epidemiológiai vizsgálata céljából. A sertéshúsból származó izolátum az ST398 típusba tartozott, amely a mezőgazdasági haszonállatokból izolált MRSA törzsek leggyakoribb típusa az EU/EGT területén. Figyelembe véve azonban az ST398-as típusú törzsek specifikus gazdaszervezet adaptációs képességeit, miszerint azok nem csak sertésekben, hanem más állatfajokban és a humán szervezetben is képesek megtapadni, a kontamináció és a fertőződés számos módon létrejöhet az élelmiszer-feldolgozás technológiai lépései során is.

Tekintve, hogy az élelmiszerekből izolált 47 S. aureus törzs közül 2 törzs is methicillin-rezisztensnek bizonyult, e tény igazolja a globálisan növekvő antibiotikum-rezisztencia okozta veszélyeket, ezáltal a helyzet súlyosságát és aktualitását is jelzi.

6. Köszönetnyilvánítás

A tanulmány a WESSLING Hungary Kft., a BIOMI Kft. és az Innovációs és Technológiai Minisztérium ÚNKP-19-3-III kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának szakmai támogatásával készült.

7. Irodalom

[1] Böröcz, K. (2001): A magyarországi nosocomialis MRSA járványok tapasztalatai (1993-2000). Epidemiológiai Információs Hetilap. 8. (10-11).

[2] Böröcz, K. (2005): Az Országos tisztifőorvos állásfoglalása a methicillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) törzsek által okozott, egészségügyi ellátással összefüggő fertőzések megelőzésükről és terjedésük megakadályozásáról. Epidemiológiai Információs Hetilap. 12. (5).

[3] Jungwhan, C., Kidon, S., Saeed, K. (2017): Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus (MRSA) in Food-Producing and Companion Animals and Food Products. Frontiers in Staphylococcus aureus. Intechopen.

[4] Lim, D., Strynadka, N. C. J. (2002): Structural basis for the β-lactam resistance of PBP2a from metichillin-resistant Staphylococcus aureus. Nature Structural Biology. 9 (11), pp. 870-876. https://doi.org/10.1038/nsb858

[5] Ito, T., Katayama, Y., Hiramatsu, K. (1999): Cloning and nucleotide sequence determination of the entire mec DNA of pre-methicillin-resistant Staphylococcus aureus N315. Antimicrob Agents Chemother. 43 (6), pp. 1449-58. https://doi.org/10.1128/AAC.43.6.1449

[6] Wielders, C. L., Vriens, M. R., Brisse, S., De Graaf-Miltenburg, L. A., Troelstra, A., Fleer, A., Schmitz, F. J., Verhoef, J., Fluit, A. C. (2001): In-vivo transfer of mecA DNA to Staphylococcus aureus [corrected]. Lancet. 26; 357 (9269), pp. 1674-1675. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(00)04832-7

[7] Köck, R., Harlizius, J., Bressan, N., Laerberg, R., Wieler, L. H., Witte, W., Deurenberg, R. H., Voss, A., Becker, K., Friedrich, A. W. (2009): Prevalence and Molecular Characteristics of Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus (MRSA) Among Pigs on German Farms and Import of Livestock-Related MRSA Into Hospitals. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases. 28 (11), pp. 1375-1382. https://doi.org/10.1007/s10096-009-0795-4

[8] Agersø, Y., Hasman, H., Cavaco, L. M., Pedersen, K., Aarestrup, F. M. (2012): Study of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) in Danish pigs at slaughter and in imported retail meat reveals a novel MRSA type in slaughter pigs. Veterinary Microbiology. 157 (1-2), pp. 246-250. https://doi.org/10.1016/j.vetmic.2011.12.023

[9] Argudín, M. A., Tenhagen, B. A., Fetsch, A., Sachsenröder, J., Käsbohrer, A. (2011): Virulence and resistance determinants of German Staphylococcus aureus ST398 isolates from nonhuman sources. Applied and Environmental Microbiology. 77 (9), pp. 3052-3060 https://doi.org/10.1128/AEM.02260-10

[10] Juhász-Kaszanyitzky, E., Jánosi, S., Somogyi, P., Dán, A., Van Der, A., Graaf-Van Bloois, L. (2007): MRSA transmission between cows and humans. Emerging Infectious Diseases. 13 (4), pp. 630-632. https://doi.org/10.3201/eid1304.060833

[11] Albert, E., Sipos, R., Jánosi, Sz., Kovács, P., Kenéz, Á., Micsinai, A., Noszály, Zs., Biksi, I. (2020): Occurrence and characterisation of methicillin-resistant Staphylococcus aureus isolated from bovine milk in Hungary. Acta Veterinaria Hungarica. 68 (3) pp. 236-241. https://doi.org/10.1556/004.2020.00040

[12] Wendlandt, S., Schwarz, S., Silley, P. (2013): Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus: A Food-Borne Pathogen? Annual Review of Food Science and Technology. 4, pp. 117-139. https://doi.org/10.1146/annurev-food-030212-182653

[13] Bosch, T., Verkade, E., Van Luit, M., Landman, F., Kluytmans, J., Schouls, L. M. (2015): Transmission andpersistence of livestock-associated methicillin-resistant Staphylococcus aureus among veterinarians and their household members. Applied and Environmental Microbiology. 81 (1), pp. 124-129. https://doi.org/10.1128/AEM.02803-14

[14] Fluit, A.C. (2012): Livestock-associated Staphylococcus aureus. Clinical Microbiology and Infection. 18 (8), pp. 735-744. https://doi.org/10.1111/j.1469-0691.2012.03846.x

[15] Verkade, E., Van Benthem, B., Den Bergh, M. K., Van Cleef, B., Van Rijen, M., Bosch, T., Kluytmans, J. (2013): Dynamics and determinants of Staphylococcus aureus carriage in livestock veterinarians: a prospective cohort study. Clinical Infectious Diseases. 57 (2), pp. 11-17. https://doi.org/10.1093/cid/cit228

[16] Fowoyo, P. T. - Ogunbanwo, S. T. (2017): Antimicrobial resistance in coagulase-negative staphylococci from Nigerian traditional fermented foods. Annals of Clinical Microbiology and Antimicrobials, 16 (4), pp. 2-7. https://doi.org/10.1186/s12941-017-0181-5

[17] Chaje, W., Zadernowska, A. C.-W., Nalepa, B., Sierpinska, M., - Łaniewska-Trokenheim, L. (2015): Coagulase-negative staphylococci (CoNS) isolated from ready-to-eat food of animal origin e Phenotypic and genotypic antibiotic resistance. Food Microbiology, 46, pp. 222-226. https://doi.org/10.1016/j.fm.2014.08.001

[18] European Food Safety Authority - EFSA (2018): The European Union summary report on antimicrobial resistance in zoonotic and indicator bacteria from humans, animals and food in 2016. EFSA journal. 16 (2), pp. 5182. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2018.5182

[19] Aires-De-Sousa, M. (2016): Methicillin-resistant Staphylococcus aureus among animals: current overview. Clinical Microbiology and Infection. 23, pp. 373-380. https://doi.org/10.1016/j.cmi.2016.11.002

[20] Josten, M., Dischinger, J,. Szekat, C., Reif, M., Al-Sabti, N., Sahl, H. G., Parcina, M., Bekeredjian-Ding, I, Bierbaum, G. (2014): Identification of Agr-Positive Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus Harbouring the Class A Mec Complex by MALDI-TOF Mass Spectrometry. International Journal of Medical Microbiology. 304 (8), pp. 1018-1023. https://doi.org/10.1016/j.ijmm.2014.07.005

[21] Alksne, L., Makarova, S., Avsejenko, J., Cibrovska, A., Trofimova, J., Valciņa, O. (2020): Determination of methicillin-resistant Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis by MALDI-TOF-MS in clinical isolates from Latvia. Clinical Mass Spectrometry. 16, pp. 33-39. https://doi.org/10.1016/j.clinms.2020.03.001

[22] Pranada, A. B. - Bienia, M. - Kostrzewa, M. (2016): Optimization and Evaluation of MRSA Detection by Peak Analysis of MALDI-TOF Mass Spectra, in DGHM 2016 https://www.msacl.org/view_abstract/MSACL_2017_EU.php?id=305 Hozzáférés: 2021.01.08.

[23] Manukumar, H. M., Umesha, S. (2017): MALDI-TOF-MS based identification and molecular characterization of food associated methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Scientific Reports. 7, 11414 pp. 1-16. https://doi.org/10.1038/s41598-017-11597-z

[24] Horvath, B., Peles, F., Szél, A., Sipos, R., Erős, Á., Albert, E., Micsinai, A. (2020): Molecular typing of foodborne coagulase-positive Staphylococcus isolates identified by MALDI-TOF-MS. Acta Alimentaria, An International Journal of Food Science. 49 (3), pp. 307-313. https://doi.org/10.1556/066.2020.49.3.9

[25] Clinical and Laboratory Standards Institute - CLSI (2019): Performance Standards for Antimicrobial Susceptibility Testing: Eighteenth Informational Supplement M100- S18. Wayne, PA, USA: CLSI.

[26] National Food Institute - NFI (2012): protocol for pcr amplification of meca, mecc (mecalga251), spa and pvl recommended by the eurl-ar 2st version. https://www.eurl-ar.eu/CustomerData/Files/Folders/21-protocols/279_pcr-spa-pvl-meca-mecc-sept12.pdf Hozzáférés: 2021.02.03.

[27] Thomas, J. C., Vargas, M. R., Miragaia, M., Peacock, S. J., Archer, G. L., Enright, M. (2007): Improved Multilocus Sequence Typing Scheme for Staphylococcus epidermidis. Journal of Clinical Microbiology. 45 (2), pp. 616-619. https://doi.org/10.1128/JCM.01934-06

[28] Josten, M., Dischinger, J,. Szekat, C., Reif, M., Al-Sabti, N., Sahl, H. G., Parcina, M., Bekeredjian-Ding, I, Bierbaum, G. (2014): Identification of Agr-Positive Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus Harbouring the Class A Mec Complex by MALDI-TOF Mass Spectrometry. International Journal of Medical Microbiology. 304 (8), pp. 1018-1023. https://doi.org/10.1016/j.ijmm.2014.07.005

DOI: https://doi.org/10.52091/EVIK-2021/2-5-HUN

Érkezett: 2020. augusztus – Elfogadva: 2021. január

¹ Szent István Egyetem, Gépészmérnöki Kar, Folyamatmérnöki Intézet, Gödöllő (2021. február 1. óta: Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Műszaki Intézet)
² Szent István Egyetem, Gépészmérnöki Kar, Géptani és Informatikai Intézet, Gödöllő (2021. február 1. óta: Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Műszaki Intézet)

Kulcsszavak

gyümölcsök sérülése, TTF (time to failure), gyümölcsök reológiai vizsgálata, viszkoelasztikus modellek, időfüggő alakváltozás, terhelési és tehermentesítési görbék, disszipált energia, biológiai folyáshatár, biológiai töréspont, sérülési határérték, sérülési ellenállás, kúszási görbe, deformáció

2. Bevezetés

A termények szortírozásánál nem csupán a méret és az alak, de az esetleges sérülés kiterjedése, vagy sok esetben maga a károsodás ténye is a válogatás alapját képezi. Az automatizált gépi felismerés – amelyet legtöbb esetben spektrális képalkotási módszerekkel végeznek – napjainkban már hatékonyan különíti el a sérült terményszövetet az egészségestől, a technológia számára pedig a szabad szemmel nem látható, felszín alatti károsodások észlelése sem jelent akadályt [1, 2]. A megbízhatóság egyrészt a hardveres kialakításnak (vagyis a felhasznált eszközök pontosságának), másrészt az alkalmazott algoritmusoknak a függvénye [3]. A módszerrel a válogatáson túl olyan kamerás megfigyelést is alkalmaznak, amely a megfelelő szoftver segítségével a paradicsomok érési állapotát is figyelembe tudja venni, és amely a szedőrobotok teljesen automatizált működését teszi lehetővé [4].

Bár az eredményes felismeréssel a sérült termények könnyedén eltávolíthatók a feldolgozási láncból, a szűrés mellett azt a célkitűzést is szem előtt kell tartani, hogy a betakarítás és a szükséges kezelési folyamatok után minél több egészséges áru jusson el a vevőkhöz. Mivel a nemzetközi felmérések szerint a feldolgozás különböző fázisaiban keletkező veszteségek miatt a termények jelentős része már nem kerül a fogyasztók elé a piacon [5, 6, 7], a sérülések precíz feltárása mellett a megelőzésnek is kiemelten fontos szerepet kell kapnia. Ehhez a termények roncsolásos úton történő vizsgálatára és a tönkremeneteli folyamat közvetlen megfigyelésére is szükség van.

A különféle mezőgazdasági és kertészeti termények anyagi tulajdonságai viszkoelasztikus modellek segítségével írhatók le, amelyek részben rugalmas, részben pedig viszkózus alkotóelemekből állnak. A sorban vagy párhuzamosan kapcsolt alaptagokból összetett anyagi struktúrák is előállíthatók, a háromelemes rendszerek közül pedig a Poynting-Thomson modellt már korábbi kutatásokban is többször alkalmazták az almástermésűek jellemzéséhez [8, 9, 10]. A viszkoelasztikus rendszerek esetében a mechanikai kölcsön-hatások miatt létrejövő deformáció nem csupán az igénybevétel nagyságától, de a terhelés sebességétől is függ, a kúszás és a relaxáció pedig fontos részét képezi a terhelési és az alakváltozási folyamatnak: míg az előbbi esetében az állandó terhelés növekvő deformációt eredményez, addig az utóbbi jelenség során az állandó deformáció folyamatos feszültségcsökkenéssel jár [11].

Egy adott termény valamilyen mechanikai behatásra adott reakciója a terhelés-deformáció görbén jelenik meg, amely a kúszási és relaxációs paraméterek mellett a terhelési folyamatban keletkező összes energiamennyiségről is információt ad: a terhelési és tehermentesítési görbék által határolt terület egyéb szakterületeken is alapját képezi a disszipált energiaszámításoknak [12, 13], ez pedig szoros összefüggésben áll a vizsgált anyag viszkoelasztikus tulajdonságaival, valamint a termények esetében a mechanikai ellenállóképességgel és a sérülési hajlandósággal [14].

Azt a terhelési határértéket, amely a sejtszerkezetben bekövetkező mikroszkopikus károsodáshoz vezet – és amely a termény romlását is okozhatja - biológiai folyáshatárnak nevezzük. Bár biológiai anyagként a különböző termények a gyógyulásra, vagy akár a teljes regenerációra is képesek lehetnek, a feldolgozás során alkalmazott mechanikai hatásokat érdemes a biológiai folyáshatár alatt tartani. A határértéket ezen kívül a szabad szemmel is jól látható, nagyobb kiterjedésű károsodás is jelentheti, amelyet a szakirodalom töréspontnak nevez. Ilyen roncsolódás esetén a termény már nagy valószínűség szerint ténylegesen tönkremegy [15, 16]. A sérülési határértékek között általában jelentős szórás tapasztalható (teljesen azonos terhelőerő esetében is), amelyre az adott termény érési állapota, valamint a tárolás és feldolgozás közben biztosított körülmények is hatást gyakorolnak.

A nem megfelelő kezelésből adódó ütközések mellett a sérülések zömét a szállítás során kialakuló rezgések okozzák. A sérüléssel végződő folyamatok roncsolásos vizsgálatokkal történő megfigyelése sajnos kiesik napjaink kutatási irányvonalaiból, pedig az ismételt terhelés hatására kialakuló kifáradási jelenség feltérképezése a gyümölcsöknél is elengedhetetlen [17].

A szállítási szimulációk során a legnagyobb károsodást előidéző frekvenciákat már egybehangzóan kimutatták [18, 19, 20], az ismétlődő terhelésekkel végzett roncsolásos vizsgálatoknál a tapasztalatok alapján így a 10 Hz alatti frekvenciatartományt érdemes beállítani.

A zöldségek és a gyümölcsök egy-egy mechanikai tulajdonságának leírásához gyakran alkalmaznak több-változós regressziós modelleket, amelyek a különböző vizsgálati paraméterek figyelembevételével készülnek [21, 22]. Kutatásunk célja a termények esetében kevésbé tárgyalt kifáradási jelenség tanulmányozása, vala-mint a sérülési határértékek (biológiai folyáshatár vagy töréspont), és az ezzel összefüggésben álló tényezők (energiamérleg, anyagtulajdonságok) közötti összefüggés meghatározása. A cél egy sérülési határértékre vonatkozó lineáris egyenlet felállítása, amelyet az ismétlődő nyomóterhelés során mérhető paraméterek figyelembevételével határozunk meg.

3. Anyag és módszer

3.1. Mérőeszköz és a gyümölcsök rögzítése

A roncsolásos vizsgálatokat a DyMaTest nevű berendezéssel végeztük, amelyet a NAIK Mezőgazdasági Gépesítési Intézet bocsátott a rendelkezésünkre. Az eszköz egy hengeres (lapos felszínű) nyomócsappal terheli a gyümölcsöket, a nyomóerő pedig tetszőlegesen beállítható a készülékhez fejlesztett szoftveres kezelőfelületen [23]. A termény deformációja a mérőcsap elmozdulását érzékelő lézeres szenzorral, az erő pedig a műszerhez kialakított speciális mérőcellával regisztrálható. A vizsgálatok egy szinuszos nyomóerő beállítását követően a gyümölcsök tönkremeneteli határáig történnek.

A terményeket a mérések lebonyolításához egy homokágyban rögzítettük. Annak ellenőrzéséhez, hogy az alkalmazott homok kúszása nem befolyásolja a gyümölcsöknél kapott eredményeket, kontroll méréseket végeztünk, ehhez pedig egy teljesen rugalmatlan, 32 mm átmérőjű csapágygolyót alkalmaztunk. A nyomóterhelések során a fotoelektromos érzékelő mérési tartományában nem volt kimutatható elmozdulás, ezért a homok alakváltozása a gyümölcsök terhelési görbéin egyáltalán nem jelenik meg. A vizsgálatok előtt a homok előkészítése nedvesítési, szitálási és tömörítési műveletekből állt [24].

3.2. A termények alakváltozási görbéi

Az ismétlődő terhelésekkel végzett vizsgálatokhoz egy ciklikus jelalakot alkalmaztunk, amely az alábbi függvénnyel jellemezhető:

Fm = F_max(1-cos(ωt))

ahol F_max a periodikus terhelési függvény csúcsértéke [N], ω pedig a terhelés szögsebessége [s^-1].

A periodikus terhelés hatására a keletkező deformáció szintén periodikus. Az 1.a ábrán egy Golden alma deformációjának időfüggvénye látható, a 3.b ábrán pedig az erő-deformáció görbéje. A Packham körtéknél tapasztalható tipikus deformációs görbéket a 3.c és 3.d ábra mutatja.

Az állandó amplitúdójú ciklikus terhelés hatására az alakváltozás folyamatosan módosul, ezt pedig a burkológörbék (vagy a középérték) növekedésén vehetjük észre. Mivel ezek a burkológörbék hasonlóan növekednek, mint a statikus terheléskor megfigyelhető kúszási görbék, ezt a folyamatot dinamikus kúszásnak nevezik [25].

A ciklikus terhelésre adott válaszfüggvény a

W_m = β+W_max(1-cos(ωt-δ))

egyenlettel írható le, ahol w a deformáció [mm], β a kúszási tag, w_max a periodikus alakváltozási függvény csúcsértéke [mm], ω a szögsebesség [s^-1], δ pedig a terhelés és az alakváltozás időfüggvényei közötti fáziseltolódás.

A kúszás jellemzéséhez (jelen esetben a β megadásához) a szakirodalom általában lineáris közelítést alkalmaz. Bár a kúszás jelentős szakaszához ez a közelítés a legtöbb esetben megfelelő lehet, a görbe kezdete és tönkremeneteli szakasza már nem linearizálható, így a módszer a teljes kúszási folyamatot tekintve pontatlanságokat hordoz. Ennek elkerülése érdekében az alakváltozást érintő adatkezelési folyamatokban olyan numerikus megoldásokat alkalmaztunk, amelyben a műveleteket nem közelítéssel, hanem az adatsorok közvetlen feldolgozásával végeztük.

Az 1. ábrán látható görbék esetében a gyümölcsök tönkremeneteli határértékét – jelen esetben a töréspontot – már meghatároztuk, a diagramokról pedig az ezt követő adatokat eltávolítottuk. Az így kapott görbék elemzésével már ténylegesen a tönkremenetelig bekövetkező energiaviszonyokról, valamint az eddig tapasztalható anyagtulajdonságokról kapunk információkat.

Mivel a töréspont sok esetben – főleg a gyorsan lezajló terheléseknél, és az ezzel együtt meredeken változó alakváltozási folyamatoknál – nem vehető ki tisztán a diagramok elemzésénél, a pontos meghatározást nagy képkockasebességű videós megfigyeléssel végeztük (2. ábra). Az alkalmazott kamera másodpercenként 240 képkockát rögzített, a keresett töréspontot pedig a tönkremeneteli szakasz első képkockája jelenti, amikor a mérőcsap jól láthatóan kilép a kúszási fázis során lassan növekedő deformációs tartományból, és a héjat átszakítva egy kívülről is jól látható károsodást okoz a termény szövetében. Ilyenkor a héj és a gyümölcshús egyaránt károsodik, az anyagi viselkedést így nem egy homogén összetételű struktúra, hanem egy „szerkezet” modellezésével közelítettük.

A DyMaTest mintavételi frekvenciája 2 kHz, ami 8,3-szor nagyobb, mint a töréspontról készített videó-felvételek esetében. A képkockaelemzés abszolút hibája az anyagvizsgáló berendezéssel gyűjtött adatokhoz képest 4,16 milliszekundum – ami a kamera legkisebb felbontási egysége. A 2.b ábra a törésponthoz tartozó hibasávot szemlélteti. A töréspontot, mint vizsgálati paramétert a továbbiakban a TTF jelöléssel tüntetjük fel, ami a time to failure (azaz a sérülésig eltelt időtartam) kifejezésre utal.

3.3 Viszkoelasztikus anyagtulajdonságok

A gyümölcsök anyagtulajdonságainak a meghatározásához a háromelemes Poynting-Thomson modellt használtuk, amelyet almák esetében már korábbi kutatásokban is alkalmaztak. A modell kapcsolása a 3. ábrán látható, ami az alábbi egyenlettel jellemezhető:

ahol E₁ és E₂ a mechanikai modell rugalmas komponensei [N mm^-1], ƞ pedig a viszkózus elem [Ns mm^-1]. F_m a mérések során rögzített nyomóerő [N], w_m pedig a mérések során kapott deformáció [mm].

Az egyenlet blokkorientált felírását Matlab Simulink környezetben végeztük, ahol a modellt a mérések során kapott erő és deformáció adatokkal identifikáltuk (3. ábra). A rugalmas és viszkózus együtthatók értékeit annál a számított görbénél (w) határoztuk meg, ami a legjobban illeszkedik a mért eredményekre (w_m). A két adatsor közötti eltérés minimalizálásához olyan eljárást alkalmaztunk, amely a legkisebb négyzetek módszerén alapul:

A minimumkeresési folyamat futtatása után az E₁, E₂ és ƞ modellegyütthatókat rögzítettük, és vizsgálati paraméterként felhasználtuk. A bemutatott matematikai rendszerrel végzett közelítések R² = 0,967 – 0,998 értékek között változtak.

3.4. A hiszterézis görbék elemzése

Az 1.b és 1.d, valamint a 4. ábrán látható erő-deformáció diagramokon olyan ismétlődő hiszterézis folyamatok figyelhetők meg, ahol a terhelési és tehermentesítési görbék által határolt terület szoros összefüggésben áll a termény adott ciklusra jellemző energiamutatóival. A vízszintes tengelyen látható, hogy a görbe a tehermentesítés után nem záródik, így az anyagban a következő nyomóterhelésig minden ciklusban egy wM maradó alakváltozás keletkezik, az adott termény w_R rugalmas alakváltozása pedig a terhelési csúcspont és a maradó alakváltozás közötti különbségből adódik (a kettő összege így az alakváltozás teljes nagyságát adja az adott ciklusban).

Ha a görbék közötti területeket vizsgáljuk, a rugalmas alakváltozáshoz tartozó energiát (E_R) a teljes munkából (E) kivonva a ciklus disszipált energiáját kapjuk (E_D). Ez az energiaveszteség a görbék közötti terület meghatározásával számítható:

ahol t_wM a terhelési folyamat kezdete és a tehermentesítés vége között eltelt idő [s], F pedig a vizsgálóberendezéssel előállított terhelési függvény [N].

Mivel a területszámítást az erő- és deformáció-adatok idő szerinti numerikus integrálásával végeztük, a korábban említett közelítő függvények, és az ezekkel együtt járó pontatlanságok elkerülhetők.

Bár az energiaveszteségek számítása több kutatásban hozzátartozik a sérülési mechanizmus leírásához, a hiszterézis görbéből meghatározható disszipált energiának csak egy része kötődik az anyag károsodásához és a tönkremeneteli folyamathoz [13]. Más szakterületeken, például az útburkolati aszfaltrétegek reológiai leírásánál olyan számítási módszereket is kidolgoztak, amelyek a disszipált-energia adatokat felhasználva közvetlenül mutatnak rá a tönkremenetel pillanatára. Ezek közé tartozik az ún. disszipált energia hányados, amely a következő összefüggéssel számítható [26]:

ahol E_Di az adott ciklusig összegzett energiaveszteség [N mm], E_Dn pedig az adott ciklus energiavesztesége [N mm].

Amikor a disszipált energiahányadost a ciklusszám függvényében ábrázolják (5. ábra), akkor az két károsodási mutatóra is utalhat: az adott aszfalt repedésképződési folyamatának a kezdetét a görbe felfutási meredek-ségének 10%-os zuhanása jelzi, a csúcsponton látható törés pedig a kifáradásos tönkremenetelt [26].

A gyümölcsökön végrehajtott kísérleteink során az említett meredekség zuhanása a legtöbb esetben nem figyelhető meg ennyire egyértelműen, ami valószínűleg a gyors terhelési beállítások következménye. A belső töréspont viszont a saját eredményeinkben is egyértelműen megjelenik. Ezt az adatot a töréspontig eltelt idő és a viszkoelasztikus modellegyütthatók mellett szintén felhasználjuk a károsodási folyamatot leíró egyenletek felállításához.

3.5. Vizsgálati paraméterek, terhelési beállítások

Célunk, hogy a sérülési folyamattal összefüggésben álló paraméterek felhasználásával a töréspontig eltelt időtartamot írjuk le (TTF), ami a kapott egyenletek függő változója lesz. A tönkremenetel jellemzésénél lineáris regressziós egyenletek felállítására törekszünk.

A nyomóterheléseket 25 db Golden Delicious almán és 25 db Packham körtén hajtottuk végre (a méréssorozat ismétlési száma terményenként tehát 25), minden gyümölcsön hat különböző mérési frekvenciát állítottunk be. Ezek a frekvenciák a szállítással foglalkozó kutatások legveszélyesebbnek ítélt tartományába, a főleg 10 Hz alatti sávba esnek, a műszerünk beállítási lehetőségeihez mérten ezek 2,5, 3,7, 5, 7,5, 10 és 11,6 Hz voltak. Így összesen 300 nyomóterhelés történt, a terhelések során kapott erő, deformáció- és időadatokból pedig a fent részletezett módszerekkel minden esetben meghatároztuk az anyagmodell E₁, E₂ és η együtthatóit, a TTF tönkremeneteli időt, valamint az E_DRmax belső károsodási mutatót. Ezek mellett azt is figyelembe vettük, hogy a vizsgálati frekvenciák befolyásolják-e a folyamatot.

A Golden és Packham termények eltérő terhelési ellenállása miatt különböző nyomóerők beállítására volt szükség: a Packham körték esetében a vizsgált frekvenciatartomány bizonyos értékeinél már az első ciklusok némelyikében megtörtént a tönkremenetel, a Golden almák viszont sokkal ellenállóbbak voltak, ezért a későbbiekben részletezésre kerülő károsodási idők és disszipált energiaértékek összehasonlíthatóságát figyelembe véve a körtéket 4 N-nal, az almákat pedig 14 N-nal terheltük. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a 4 N erőnél nagyobb beállításoknál – a vizsgált frekvenciaértékek többségénél – a körték anyagában azonnali roncsolódás jönne létre, 14 N alatt pedig nagyságrendekkel hosszabb terhelési folyamatot kéne futtatni az almák látható károsításához.

Eredmények

4.1. Tönkremeneteli időtartamok és a belső károsodásra utaló energiamutatók

A töréspontig eltelt időtartamok egyes frekvenciabeállításokhoz tartozó átlag- és szórásértékeit az 1. táblázat tartalmazza. A 6.a ábrán a Golden almák átlagértékeiből készített grafikon látható, a Packham körték esetében pedig a 6.b ábrán tekinthetők meg az ábrázolt eredmények. Az almák esetében a töréspont bekövetkezése a várakozásoknak megfelelően alakult, vagyis a nagyobb frekvenciákon hamarabb következett be a visszafordíthatatlan károsodás, a körtéknél kapott átlagértékek tekintetében ehhez képest viszont változás tapasztalható, ugyanis az 5 Hz feletti beállításoknál egy növekvő tendencia kezdődik a tönkremeneteli idő tekintetében.

A Golden termények esetében az alacsonyabb frekvenciabeállításoknál nagyobb szórásmezőkkel találkozunk, a magasabb frekvenciákon viszont a hibasávok szélsőértékei már közelebb kerülnek az átlaghoz. A szórásmezők végpontjai a Golden almáknál még hasonló trendet mutatnak az átlag frekvenciafüggéséhez, a körték esetében azonban szórásmezők minimumértékei már nem reprezentálják az átlagértékek változását, a körtéknél tehát eltérőbb karakterisztikák tapasztalhatók a 25 mérés között.

Mivel a szórás az almák és körték esetében is elég jelentős (1. táblázat), a vizsgálatnál figyelembe vett további paraméterek (a viszkoelasztikus modellegyütthatók, valamint az energiamutatók) szerepe kiemelten fontos, amikor a károsodási folyamatra gyakorolt hatásukat vesszük figyelembe a tönkremeneteli idő leírása során.

A 7. ábra a disszipált energiából számított energiaveszteségi hányados csúcsértékeit mutatja, a 25-25 terményhez tartozó eredményeket szintén átlagoltuk az egyes frekvenciabeállításokhoz tartozóan.

A vizsgált Golden almák esetében a ciklusonként rögzített energiaveszteségi értékek, valamint a belső törésre utaló maximális hányadosértékek a magasabb frekvenciabeállítások felé haladva csökkenő tendencia szerint változnak, a körtéknél ez a folyamat viszont fordítottan jelenik meg. Ezzel együtt a frekvenciafüggést jellemző trend is más jelleget ölt.

4.2. Viszkoelasztikus modellparaméterek kiértékelése

A termények rugalmas (E_1' E₂) és viszkózus (ƞ) anyagtulajdonságainak frekvenciafüggését a 8. ábra mutatja be, ahol a méréssorozat értékeit az egyes frekvenciabeállításoknál átlagolva jelenítjük meg. A számszerű eredményeket a 2. táblázat és a 3. táblázat foglalja össze.

A rugalmas együtthatók a Golden almák esetében nem mutatnak szembetűnő frekvenciafüggést, az E₁ paraméterek esetében enyhe csökkenés fedezhető fel, amikor magasabb vizsgálati frekvenciákat használunk. Korábbi kísérletekben a nagyobb sebességű terhelés során az almák általában merevebben viselkednek [25]: ha a nagyobb terhelési sebességnek jelen esetben a nagyobb frekvencia felel meg, akkor ez a reakció egybevág a régebbi tapasztalatokkal.

A körték esetében azonban egyértelmű a növekedés, amikor az E₁ komponenst vizsgáljuk, ez az eredmény pedig magyarázatot adhat a tönkremeneteli időtartamok esetében kapott adatokra: a vizsgált körtéknél az 5 Hz feletti frekvenciákon egy rugalmasabb, puhább felület keletkezik a terhelési zóna közelében, a megnövekedett rugalmasság pedig kedvezőbb mechanikai ellenállást biztosít a termények számára. A legveszélyesebb frekvenciatartományban így nem feltétlenül a magasabb értékek hordozzák a legjelentősebb károsodási potenciált. Az E₂ rugalmas együttható a vizsgált tartományban a Golden és Packham termények esetében is állandó.

A viszkózus paramétereket ábrázolva a Golden és a Packham terményeknél is egyértelmű frekvenciafüggést kaptunk. Az almáknál kapott görbe hasonlóságot mutat egy korábbi kutatásban prezentált dinamikus viszkozitási tényező frekvenciafüggéséhez [27], a körtéknél pedig szintén az 5 Hz körüli frekvencia töri meg az addigi csökkenő tendenciát – ez szintén összefüggésben állhat a tönkremeneteli időtartamok frekvenciagörbéjénél tapasztalt törésponttal.

A szórásokat megjelenítő hibasávok a körték esetében nagyobbak, az adatokat a 2,5 Hz-es beállításánál rögzítettük a legszélesebb szórástartományban. Ennek egyik oka, hogy ennél a beállításnál több körte már az első ciklus első felterhelési szakaszában azonnal tönkrement.

A frekvenciafüggés mértékét varianciaanalízis (ANOVA - Analysis of Variance) segítségével ellenőriztük, az eredményeket a 4. táblázat foglalja össze. A Golden almák esetében kizárólag az η együtthatónál fedezhető fel szignifikáns összefüggés (p<0,05), ez pedig megerősíti a diagramok alapján levonható következtetést, amit az E₁ és E₂ együtthatók esetében tettünk: a rugalmas elemek és a frekvencia a vizsgált tartományban nem állnak kimutatható összefüggésben. A Packham körték esetében viszont az η mellett az E₁ rugalmas együttható frekvenciafüggése is kimutatható, ami jelentős szerepet játszik az 5 Hz felett tapasztalt mechanikai ellenállásban.

4.3. Lineáris tönkremeneteli modellek

A bemutatott vizsgálatok eredményeit, valamint a terhelési frekvenciák értékeit felhasználva a Golden Delicious almák esetében négy különböző tönkremeneteli modell lehetősége vetődik fel, a következő keresőfüggvény szerint:

TTF = A+Bη+CE_DRmax+Df+KE₁+JE_2'

ahol A, B, C, D, K és E konstansok. Az egyes változatokat az 5. táblázat ismerteti. Ezek között a termények rugalmas és viszkózus anyagtulajdonságai, valamint a disszipált energia csúcsértéke is rendre megjelenik, a frekvenciabeállítások azonban nem.

(a) változók: η
(b) változók: η, E_DRmax
(c) változók: η, E_DRmax, E₁
(d) változók: η, E_DRmax, E₁, E₂

A modellparamétereket bemutató görbéken, valamint a varianciaanalízis nyomán az elasztikus együtthatók nem álltak szignifikáns összefüggésben a frekvenciával, a Golden almák rugalmassága azonban egyértelmű hatást gyakorol a tönkremeneteli folyamatra, kimutatható növekedést eredményezve. Míg az E₁ rugalmas együttható meghatározó része az egyenletnek, az E₂ csupán elhanyagolható mértékben ad hozzá az illeszkedés pontosságához, ezért a Golden almák tönkremenetelének legegyszerűbb leírásához a harmadik egyenletet választottuk:

TFF = 0,533+2,736η+0,141E_DRmax-0,261E₁

A Packham körtékre alkalmazható modelleket a 6. táblázat foglalja össze. Ezekben a változatokban már a terhelési frekvencia is megjelenik, ami ezúttal fontos szerepet játszik a tönkremeneteli idő leírásában.

(a) változók: E_DRmax
(b) változók: E_DRmax' η
(c) változók: E_DRmax' η, f
(d) változók: E_DRmax' η, f, E₂

Bár az E₁ paraméter a frekvenciával összefüggésbe került, a tönkremenetelt mégsem ez az együttható befolyásolja, hanem a viszkózus komponenssel párhuzamosan kapcsolt E₂. Mivel a frekvencia, valamint az E₂ rugalmas tényező jelentősen hozzájárul a lineáris közelítés pontosságához, így a Packham körték esetében a negyedik egyenletet írjuk fel:

TTD = 0-091+0,788η+0,085E_DRmax-0,103f+1,524E₂.

Az egyenletek érvényességét ellenőrző varianciaanalízis eredményeit a 7. táblázat tartalmazza. Mivel a kapott F értékek szignifikánsnak minősülnek (p<0,05), a felírt közelítések érvényesek.

A létrehozott modellek behelyettesítés utáni törésponti eredményeit (TTF_sz), valamint a mért eredmények (TTF_m) kapcsolatát a 9. ábra mutatja be a teljes vizsgálati tartományban. A Golden Delicious almáknál alkalmazott közelítés frekvenciánként átlagolt eredményei az 1,54% és 3,85% relatív hiba közé esnek, a terményenként átlagolt eredmények pedig 1,01% és 31,13% között alakulnak. A Packham körtéknél az egyes frekvenciabeállításoknál kapott eredményeket átlagolva a relatív hibák 2,42 és 6,22% közé esnek, a terményegyedenként számított értékek eltérései pedig 0,04% és 34,51% között alakulnak a mért tönkremeneteli időtartammal összehasonlítva. A jelentősebb hibaértékek nem az adott frekvenciabeállításokhoz, hanem az egyes termények eltérő mechanikai ellenállóképességéhez és anyagtulajdonságaihoz kötődnek.

5. Következtetések

Az ismétlődő terhelés a gyümölcsök feldolgozási és szállítási folyamataiban jelentős mértékű károsodást okoz, munkánkban ezért a kifáradás okozta tönkremenetelt vizsgáltuk, ennek érdekében pedig olyan többváltozós lineáris regressziós modelleket dolgoztunk ki, amelyek a tönkremeneteli folyamathoz kötődő legfontosabb anyagtulajdonságokra és energiamutatókra utaló paraméterekre támaszkodnak, és amelyek a vizsgált almástermésűek (Golden Delicious almák és Packham körték) sérülési ellenállására adnak előrejelzést.

A tönkremenetelt jelző töréspont bizonyos esetekben nem értékelhető ki a mérések során kapott deformációs adatokból, ilyenkor a gyorsfilmezéssel és képkocka-elemzéssel megállapított határérték nyújthat segítséget a vizsgálatok során. Ennek pontossága az alkalmazott kamerák képkockafrissítésén múlik, ez pedig a képfelbontással együtt a mobileszközökben is folyamatosan fejlődik, így ezek az eszközök a hasonló jellegű méréstechnikai feladatokhoz is alkalmassá válnak. Használatuk a gyümölcsök alakváltozásának figyelésében már napjainkban sem példa nélküli.

Az energiaszámításokon alapuló belső károsodás megfigyelése új kutatási irányokat jelenthet a gyümölcssérülések vizsgálatában, hiszen a feldolgozási folyamatokban fellépő környezeti hatásokat ennek függvényében kell kezelni (megfogási, ejtési és rezgési határértékek korlátozása vagy módosítása). A jelenség pontos definiálása azonban a sejtszerkezetben létrejövő károsodási folyamat részletesebb leírása érdekében még mikroszintű vizsgálatra és megerősítésre vár.

6. Köszönetnyilvánítás

A DyMaTest anyagvizsgáló berendezés biztosítása miatt a szerzők köszönetüket fejezik a NAIK Mezőgazdasági Gépesítési Intézet felé. Köszönjük továbbá Dr. Földi Lászlónak a számítógépes modellezésben, valamint Dr. Székely Lászlónak a többváltozós egyenletek felállításában nyújtott segítségét.

7. Irodalom

[1] Che, W., Sun, L., Zhang, Q., Tan, W., Ye, D., Zhang, D., Liu, Y. (2018): Pixel based bruise region extraction of apple using Vis-NIR hyperspectral imaging. Computers and Electronics in Agriculture 146, pp. 12-21.
https://doi.org/10.1016/j.compag.2018.01.013

[2] Tan, W., Sun, L., Yang, F., Che, W., Ye, D., Zhang, D., Zou, B. (2018): Study on bruising degree classification of apples using hyperspectral imaging and GS-SVM. Optik 154, pp. 581-592.
https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2017.10.090

[3] Gergely, Z., Beke, J. (2015): Az osztályozási hibák csökkentésének lehetőségei a HPV-I sorozatú paprikaválogató gépeken, Mezőgazdasági Technika 2015/11, pp. 2-4.

[4] Malik, M., Zhang, T., Li, H., Zhang, M., Shabbir, S., Saeed, A. (2018): Mature Tomato Fruit Detection Algorithm Based on improved HSV and Watershed Algorithm. IFAC-PapersOnLine 51 (17) pp. 431-436.
https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2018.08.183

[5] FAO, (2011): Global Food Losses and Waste. Extent, Causes and Prevention.
http://www.fao.org/docrep/014/mb060e/mb060e00.pdf (Hozzáférés / Aquired: 12.08.2020)

[6] NRDC, (2012): Wasted: How America is losing up to 40 percent of its food from farm to fork. NRDC Issue PAPER.
https://www.nrdc.org/sites/default/files/wasted-food-IP.pdf (Hozzáférés / Aquired: 12.08.2020)

[7] Yahia, E. M., Fonseca, J. M., Kitinoja, L. (2019): Postharvest Losses and Waste. p. 43. In: Yahia, E. M, Postharvest Technology of Perishable Horticultural Commodities. Woodhead Publishing.
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813276-0.00002-X

[8] Morrow, C., Mohsenin, N. (1966): Consideration of Selected Agricultural Products as Viscoelastic Materials. Journal of Food Science 31 (5) pp. 686-698.
https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1966.tb01925.x

[9] Tscheuschner, H., Doan, D. (1988): Modelling of mechanical properties of apple flesh under compressive load. Journal of Food Engineering 8 (3) pp. 173-186.
https://doi.org/10.1016/0260-8774(88)90052-0

[10] Fenyvesi, L. (2004): Mezőgazdasági termények sérülésvizsgálata. Akadémiai Kiadó, Budapest.

[11] Szendrő, P. (2000): Mezőgazdasági Gépszerkezettan. Mezőgazdasági Szaktudás Kiadó, Budapest.

[12] Kim, J., Roque, R., Birgisson, B. (2006): Interpreting Dissipated Energy from Complex Modulus Data. Road Materials and Pavement Design 7 (2) pp. 223-245.
https://doi.org/10.1080/14680629.2006.9690034

[13] Ghuzlan, K., Carpenter, S. (2000): Energy-Derived, Damage-Based Failure Criterion for Fatigue Testing. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board 1723 (1) pp. 141-149.
https://doi.org/10.3141/1723-18

[14] Lee, J., Tan, J., Waluyo, S. (2016): Hysteresis characteristics and relationships with the viscoelastic parameters of apples. Engineering in Agriculture, Environment and Food 9 (1) pp. 36-42.
https://doi.org/10.1016/j.eaef.2015.09.005

[15] Mohsenin, N. (1986): Physical properties of plant and animal materials. Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam.

[16] Sitkei, Gy. (1981): A mezőgazdasági anyagok mechanikája. Akadémiai Kiadó, Budapest.

[17] Li, Z., Miao, F., Andrews, J. (2017): Mechanical Models of Compression and Impact on Fresh Fruits. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 16 (6) pp. 1296-1312.
https://doi.org/10.1111/1541-4337.12296

[18] Fischer, D., Craig, W. L., Watada, A. E., Douglas, W., Ashby, B. H. (1992): Simulated In-Transit Vibration Damage to Packaged Fresh Market Grapes and Strawberries. Applied Engineering in Agriculture 8 (3) pp. 363-366.
https://doi.org/10.13031/2013.26078

[19] Hinsch, R. T., Slaughter, D. C., Craig, W. L., Thompson, J. F. (1993): Vibration of Fresh Fruits and Vegetables During Refrigerated Truck Transport. Transactions of the ASAE 36 (4) pp. 1039-1042.
https://doi.org/10.13031/2013.28431

[20] Vursavuş, K., Özgüven, F. (2004): Determining the Effects of Vibration Parameters and Packaging Method on Mechanical Damage in Golden Delicious Apples. Turkish Journal Of Agriculture And Forestry 28 (5) pp. 311-320.

[21] Oveisi, Z., Minaei, S., Rafiee, S., Eyvani, A., Borghei, A. (2012): Application of vibration response technique for the firmness evaluation of pear fruit during storage. Journal of Food Science and Technology 51 (11) pp. 3261-3268.
https://doi.org/10.1007/s13197-012-0811-z

[22] Vursavus K., Kesilmis Z., Oztekin B. (2017): Nondestructive dropped fruit impact test for assessing tomato firmness. Chemical Engineering Transactions 58, pp. 325-330.

[23] Petróczki, K., Fenyvesi, L. (2014): Improvement of compressive testing instrument with wide range of speed for examining agricultural materials. Computers and Electronics in Agriculture 101, pp. 42-47.
https://doi.org/10.1016/j.compag.2013.12.003

[24] Pillinger, G., Géczy, A., Hudoba, Z., Kiss, P. (2018): Determination of soil density by cone index data. Journal of Terramechanics 77, pp. 69-74.
https://doi.org/10.1016/j.jterra.2018.03.003

[25] Fenyvesi, L. (2004): Mezőgazdasági termények sérülésvizsgálata. Akadémiai Kiadó, Budapest.

[26] Delgadillo, R., Bahia, H. (2005): Rational fatigue limits for asphalt binders derived from pavement analysis. Asphalt paving thechnology: Journal of the association of asphalt paving technologics 74, pp. 1-42.

[27] Van Zeebroeck, M., Dintwa, E., Tijskens, E., Deli, V., Loodts, J., De Baerdemaeker, J., Ramon, H. (2004): Determining tangential contact force model parameters for viscoelastic materials (apples) using a rheometer. Postharvest Biology and Technology 33 (2) pp. 111-125.
https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2004.02.008