Por Ernesto Gallegos. En U-238 Octubre/12
Para saberte mejor
A través del estudio de los isótopos estables –uno de las formas más rápidas económicas de los estudios de proveniencia- es posible acceder a la “huella digital isotópica” de casi cualquier alimento y conocer con precisión su origen e historia. De esta manera, los productos alimenticios ganan en valor agregado y en confiabilidad en un mercado en el que, cada vez más, este tipo de información es valorado por productores y consumidores.
El actual mercado internacional de alimentos y los consumidores demandan, cada vez más, herramientas fiables, independientes de las cadenas de custodia o de documentación, para la caracterización y certificación de origen de productos alimenticios. De esta manera, los consumidores que exigen productos locales o técnicas de producción sustentables coinciden en sus intereses con productores que necesitan brindar la certificación de origen de su producción como valor agregado o para evitar imitaciones. Esto se observa particularmente en el mercado global cuando se trata de especialidades regionales como jamón de Parma, aceite de oliva griego o vinos argentinos. Pero las condiciones que hacen necesarios este tipo de estudios no incluyen solamente variables económicas o la generación de un valor agregado, ya que la no detección temprana de alimentos fraudulentos ha costado demasiadas vidas en todo el mundo y representan un riesgo severo para la salud pública.
Existen nuevas herramientas (producto de Estudios de Proveniencia, o la disciplina conocida en inglés como food forensics) desarrolladas en los últimos años que tienen como objetivo proporcionar a los consumidores y comerciantes la seguridad que demandan en cuanto a calidad y seguridad de los alimentos que consumen y comercializan y contribuye a la protección de los productores contra potenciales estafas. La idea consiste en utilizar los trazadores naturales, es decir la información que contienen naturalmente estos productos o commodities, y que puede ser estudiada en cualquier lugar del mundo mediante un sencillo análisis realizado sobre una pequeña proporción. El conjunto de estos trazadores naturales, que no es más que el valor que le corresponde al material en cuestión en una serie de variables analizadas, constituye una suerte de “huella digital”, que en el caso que se estudien exclusivamente variables isotópicas también puede ser llamada “firma isotópica”. El estudio de isótopos estables es de los más baratos dentro de la batería de análisis que se pueden realizar en este tipo de estudios de proveniencia, los cuales incluyen análisis químicos de elementos trazas y microbiológicos. Además de ser económicos, los análisis de isótopos estables en alimentos pueden proveer suficiente información para establecer el origen y autenticidad de diversos productos alimenticios.
Isótopos Estables
Se denominan isótopos a los núcleos atómicos con el mismo número de protones (Z) pero con distinto número de neutrones. Dos isótopos, por tanto, corresponden al mismo elemento químico, pero tienen un peso atómico (A) diferente, dado que este resulta de la suma de protones y neutrones del núcleo.
Los isótopos se identifican mediante el nombre del elemento químico seguido del número de protones y neutrones del isótopo (por ejemplo Carbono-13, Azufre-34 o Uranio-238) y en forma simbólica este número se denota como superíndice prefijo del símbolo químico, en el caso de los isótopos anteriores: 13C, 34S y 238U. Los isótopos de un elemento químico pueden ser estables o radiactivos. Los isótopos radiactivos, a diferencia de los estables, se desintegran para convertirse en otros nucleídos al tiempo que emiten partículas subatómicas o radiación electromagnética. Todos los isótopos de los elementos con un número atómico superior a 83 (Bismuto) son radiactivos, y también lo son algunos de los isótopos más livianos (por ejemplo Potasio-40).
Los sistemas naturales evolucionan de manera que los isótopos de cada elemento se distribuyen de forma heterogénea entre las distintas fases y componentes, enriqueciéndose unos en isótopos livianos y otros en isótopos pesados. En una sustancia, las moléculas que lleva incorporados los isótopos pesados tienen un comportamiento algo diferente al que tienen las moléculas que incorporan los isótopos más ligeros. Estas diferencias de comportamiento dan lugar a lo que se conoce como fraccionamiento isotópico, el cual indica que la composición isotópica de una especie molecular que interviene en un determinado proceso físico o químico originalmente es diferente de la especie resultante. Es decir, la especie molecular original y la resultante muestran pequeñas diferencias en sus características físicas y químicas como consecuencia de sus diferencias de masa, por lo que las velocidades de reacción o de cambio de estado también son diferentes.
Los elementos cuyos isótopos estables son útiles en este tipo de estudio son aquellos en los que es detectable el fraccionamiento isotópico. Los elementos de masas mayores a 25 presentan fraccionamientos indetectables o inexistentes.
Para satisfacer las demandas políticas y de los consumidores, sobre todo en los países centrales, en los últimos años se observó una fuerte inversión en el desarrollo de herramientas analíticas, estadísticas y en estandarización de los métodos de evaluación de procedencia de alimentos. Debido a lo económico y relativamente sencillo de los análisis de isótopos estables, sumado a que se realizan con una cantidad casi insignificante de muestra (del orden de los microgramos), es que se encuentran en la vanguardia de este tipo de caracterización. Para esto, dependiendo del material (que puede variar entre trigo, todo tipo de carnes, miel, aceite de oliva, lácteos, etcétera) se analizan principalmente los isótopos estables de oxígeno, hidrógeno, carbono, nitrógeno, azufre y estroncio, que no es un bioelemento como los demás pero reemplaza al calcio en los procesos biológicos y eso permite utilizarlo como trazador.
El análisis de estroncio funciona de una manera completamente diferente a los otros isótopos estables mencionados. Se toma la relación 87Sr/86Sr como trazador de la geología local de donde fue incorporado, ya que representa la composición de las rocas subyacentes a la formación de suelos o fuentes de aguas minerales.
Más allá de la información básica que pueda brindar cada análisis en particular, la “huella digital” desarrollada es siempre más robusta cuantos más análisis se sumen, incluyendo en esto no sólo los análisis de isótopos estables sino también análisis químicos de fracciones de elementos trazas y análisis microbiológicos, entre otros.
Isótopos estables para determinar el origen geográfico de la carne
A modo de ejemplo de los estudios de proveniencia de este tipo, desarrollaremos a continuación los de la bio-geoquímica isotópica que se encuentra asociada a la determinación de origen geográfico de carne, independientemente del tipo de ganado. En este caso, los estudios realizados para obtener la “huella digital” isotópica de una muestra consisten en el análisis de los isótopos estables de hidrógeno, oxígeno, carbono, nitrógeno, azufre y la relación 87Sr/86Sr. Este es un tipo de estudio que se realiza al ingresar carne vacuna de exportación argentina en ciertos mercados, sobre todo europeos.
Los isótopos de los elementos que componen el agua (hidrógeno y oxígeno) proveen información geográfica sobre la ubicación del lugar donde creció un animal. Se indica para este y los siguientes análisis que la información corresponde al lugar donde “creció”, ya que corresponde al largo proceso de su desarrollo, mientras que no se puede obtener de esta manera información certera sobre el lugar de nacimiento del mismo. Los isótopos de hidrógeno y oxígeno sufren procesos de fraccionamiento a través del llamado ciclo del agua. De esta manera, los isótopos estables se concentran en la fase líquida durante el proceso de evaporación y tienden a precipitar primero durante las lluvias o nevadas. Esto lleva a que los valores isotópicos de las precipitaciones se encuentren más empobrecidos al alejarnos de las líneas de costa continentales o a mayor altitud, lo que genera que cada región presente una señal isotópica característica. Estos valores, trasladados al análisis de isótopos estables de hidrógeno y oxígeno en la fracción de lípidos (grasas) de muestras de carne —que es donde se preservan— permiten identificar dicha señal e interpretar su origen geográfico.
Los isótopos estables del carbono, o la llamada señal de 13C, dependen en una muestra de carne (específicamente en la fracción proteica desgrasada) de la dieta del animal. En animales herbívoros como el ganado que conocemos, esta señal va a depender del tipo de planta que dicho animal haya consumido. Las plantas se dividen principalmente por su patrón fotosintético en dos tipos, C3 (95% de las plantas, incluyendo pasturas y trigo) y C4 (maíz y caña entre otras). La distribución de estas plantas está determinada por una serie de variables geográficas y ambientales, dando la señal característica de cada tipo la información necesaria para diferenciar entre regiones, climas y técnicas de alimentación (cuando se trata de feed-lot o engorde en corral se utilizan alimentos balanceados a base de maíz, lo que brinda la señal típica de la alimentación a base de plantas C4).
A pesar de haber sido menos estudiado que el carbono, el nitrógeno también puede brindar información valiosa sobre el tipo de alimentación de un animal. En los sistemas naturales el comportamiento del nitrógeno, así como el llamado ciclo del nitrógeno presentan una cantidad de variables que lo hacen más complejo. De todas maneras es posible determinar, a partir de los estudios de isótopos estables de nitrógeno en muestras de carne, la señal isotópica de este elemento en su dieta. Así, de manera similar a lo que ocurre con los análisis de isótopos estables del carbono, se puede determinar el origen de una muestra al comparar entre dietas y técnicas de producción ganadera características de las diferentes fuentes.
En cuanto a la señal isotópica de la dieta de un animal que puede brindar el conjunto de isótopos estables de carbono y nitrógeno, además de las variables naturales, y sobre todo cuando se trata de muestras de ganado, deben considerarse otras variables relacionadas con factores antrópicos, como el uso de fertilizantes y otras técnicas agrícola-ganaderas.
El azufre es un nutriente secundario requerido por plantas y animales para realizar diversas funciones. Además, está presente prácticamente en todas las proteínas, motivo por el cual es un elemento absolutamente esencial para todos los seres vivos. La principal fuente de azufre móvil es la litósfera, mientras que el depósito principal a donde va a parar es el océano. Sólo una parte del azufre se recicla dentro del sistema suelo-atmósfera continental, la gran mayoría es transportada desde la atmósfera continental hacia la atmósfera oceánica. Este azufre vuelve a los sistemas continentales con una señal isotópica característica y en forma de aerosoles . Estos aerosoles marinos, portadores de azufre, sufren procesos de fraccionamiento isotópico relacionados con la continentalización (son más livianos a mayor distancia de la línea de costas). De esta manera y teniendo en cuenta otras fuentes relacionadas con las técnicas de manejo agrícola-ganadero, se pueden utilizar estos valores como marcadores del origen geógrafico de plantas y por ende de los animales que consumen dichas plantas.
Los isótopos estables del estroncio (en particular la relación 87Sr/86Sr) son de utilidad para la determinación del origen de muestras de carne ya que su composición depende del tipo de rocas y suelo sobre las cuales se desarrolló la vida del animal. Esta señal es afectada también, en menor medida, por el clima o la perturbación que aportan las actividades humanas. La relación 87Sr/86Sr permite diferenciar entre diversos tipos geológicos, en cuanto a composición de las rocas y también su edad.
Cada uno de los análisis mencionados brinda por sí mismo una información parcial que puede resultar ambigua. Es por eso que se habla de “firma isotópica” como el conjunto de ellos, ya que sumados (analizando el conjunto de resultados mediante diversas herramientas estadísticas) pueden permitir la determinación geográfica y discriminación entre muestras de diversos orígenes con gran precisión. La técnica desarrollada en estas páginas se aplica de igual manera en diversos lugares del mundo, variando más o menos la batería de isótopos analizados, para la determinación del origen geográfico de todo tipo de alimentos: vinos, mieles, huevos, lácteos, pescado, harinas y cereales, entre otros.
