Raziskovalne teme

V projektu ISO-FOOD se prepletajo znanja z več različnih področij:


Speciacija elementov

Analiza koncentracij in speciacije elementov v hrani je pomembna predvsem zato, ker je uživanje s hrano glavni način vnosa večine onesnažil v telo.

Speciacija elementov – porazdelitev posameznih ionskih zvrsti in kompleksov – je pomembna za njihovo razpoložljivost (t.j. kolikšen delež zaužitega elementa lahko telo dejansko uporabi) in biološke učinke. Od porazdelitve ionskih zvrsti je odvisna tudi toksičnost nekaterih elementov (npr. Cr, As, Se, Hg….), vpliva pa lahko tudi na okus in kakovost živil in prehrambnih izdelkov. Glavni izziv pri analizi speciacije esencialnih in toksičnih elementov v hrani so predvsem njihove nizke koncentracije, kar zahteva uporabo zelo občutljivih in selektivnih naprednih analiznih postopkov, ki kombinirajo različne tehnike separacije (visokoločljiva tekočinska kromatografija ali plinska kromatografija) z naprednimi metodami detekcije (npr. visoko ločljiva masna spektrometrija). Največji izziv predstavlja razvoj in validacija novih metod za določanje kemijskih zvrsti esencialnih in toksičnih elementov (Zn, Cr, Ni…) po kromatografski ločbi z metodami izotopskega redčenja in masne spektrometrije z indukcijsko sklopljeno plazmo (ID-ICP-MS). 


Radionuklidi

Določevanje aktivnosti posameznih radionuklidov v hrani in vodi je pomembno za oceno izpostavljenosti in kumulativnih učinkov sevanja na zdravje. Dozni pretvorbeni faktorji so namreč vezani na specifične radionuklide. Izotopi v razpadnih nizih 238U in 232Th imajo visoke dozne pretvorbene faktorje, ker so najbolj radiotoksični in povzročajo največje efektivne doze. Odvisni so od fizikalnih in kemijskih lastnosti radionuklidov, pa tudi od načina presnavljanja v telesu. Dozni pretvorbeni faktorji so večji pri mladostnikih kot pri odraslih in so določeni v zakonodaji. V običajni prehrani ljudi večino doze prispevajo naravni radionuklidi, umetni pa le izjemoma, npr. ob povečanih izpustih radionuklidov v okolje v primeru jedrskih nesreč. Pomembna lastnost nekaterih radionuklidov je tudi njihovo kopičenje (biomagnifikacija) v prehranjevalni verigi. Glavni izziv bo razvoj metod za hitro detekcijo in identifikacijo alfa sevalcev ( npr. izotopov polonija, radija, urana, torija in plutonija) v nizkih koncentracijah, ki so običajne v okolju in hrani.


Nova organska onesnažila

Potreba po ustreznih validiranih analiznih metodah za zagotavljanje varnosti hrane je postala očitna še zlasti po nedavnem odkritju protibolečinske učinkovine fenilbutazona v konjskem mesu, ki se je pojavilo na trgovskih policah. V projektu ISO-FOOD se bomo osredotočili na razvoj in validacijo metod za določanje novih onesnažil – farmacevtskih učinkovin, steroidov in nekaterih novih pesticidov, katerih mejne koncentracije v hrani še niso zakonsko predpisane. V ta namen bomo najprej določili seznam spojin, ki ustrezajo omenjenim kriterijem. Razvili, optimizirali in validirali bomo metode za njihovo določanje v različnih vrstah vzorcev, pri čemer si bomo pomagali z izotopsko označenimi spojinami (t.j. spojinami, ki imajo znan delež določenih atomov nadomeščenih z njihovimi težkimi izotopi).


Nanodelci

Nanodelci vstopajo v prehranjevalno verigo v dodatkih (aditivih), med postopki predelave in iz embalaže. Poleg namenoma dodanih nanodelcev pa hrana vsebuje tudi nanoonesnažila iz okolja, ki so se odlagala v hrani v času rasti, predelave in skladiščenja. Večina proizvajalcev hrane se niti ne zaveda tveganja za zdravje, ki ga povzroča zaužitje nanodelcev različne sestave. Tudi zakonodaja napredku nanotehnologij v predelavi hrane ne uspeva slediti in zaostaja vsaj za desetletje. Razlog je predvsem tem, da je nanotoksikologija zelo kompleksna veda, saj zahteva znanje s področja znanosti o materialih, biologije, kemije in medicine, in je pogosto težko razumljiva. Pogosto se pojavljajo nasprotujoči si podatki o učinkih in škodljivosti nanodelcev, obetavne napovedi o dobičkonosnosti pa morebitno tveganje za zdravje še dodatno odrivajo na stranski tir. Obstoječa zakonodaja na področju nanodelcev v hrani ni restriktivna, vendar pa ne izključuje možnosti omejitev v prihodnje. Vsekakor pa je nujno ozaveščanje široke in strokovne javnosti in zakonodajalcev o možnem tveganju.

Glavni izziv projekta bo razvoj metod za določanje nanodelcev v hrani in priprava strokovnih podlag za izpopolnjeno zakonodajo. Ta bo v veliki meri odvisna od odziva javnosti na strategije ozaveščanja v procesu izobraževanja in v odprtem dialogu z deležniki, vključno z industrijo.

Naše pomembne reference:

SKOČAJ, Matej, FILIPIČ, Metka, PETKOVIĆ, Jana, NOVAK, Saša. Titanium dioxide in our everyday life : is it safe?. Radiol. oncol. (Ljubl.), 2011, vol. 45, no. 4, str. 227-247, doi: 10.2478/v10019-011-0037-0. 

PETKOVIĆ, Jana, KUEZMA, Tadeja, RADE, Katja, NOVAK, Saša, FILIPIČ, Metka. Pre-irradiation of anatase TiO2 particles with UV enhances their cytotoxic and genotoxic potential in human hepatoma HepG2 cells, Journal of Hazardous Materials, 2011.

PETKOVIĆ, Jana, ŽEGURA, Bojana, STEFANOVIĆ, Magdalena, DRNOVŠEK, Nataša, USKOKOVIĆ, Dragan, NOVAK, Saša, FILIPIČ, Metka. DNA damage and alterations in expression of DNA damage responsive genes induced by TiO2 nanoparticles in human hepatoma HepG2 cells. Nanotoxicology, Sept. 2011, vol. 5, no. 3 , str. 341-353.


Izotopski odtis pridelkov in prehrambnih proizvodov

Na osnovi izotopskega (in elementnega ter biokemijskega) odtisa je možno oceniti pristnost in geografsko poreklo živil in prehrambnih proizvodov, s tem pa je omogočeno tudi sledenje onesnaženih ali drugače oporečnih živil do vira.

Med številnimi metodami za analizo hrane za zdaj še nobena ne omogoča nedvoumnega določanja njenega geografskega porekla. Trenutno znanje omogoča le delno identifikacijo območja in načina pridelave, pri čemer so še najbolj zanesljive izotopske in kemometrične metode, s katerimi izdelamo izotopski, elementni in biokemijski odtis proizvoda ali pridelka. Osnovo pri tovrstnem profiliranju pa predstavlja baza podatkov številnih merjenih parametrov pristnih proizvodov s posameznih pridelovalnih območij (vina, mleka, medu….), s katero lahko primerjamo neznane vzorce. Teh baz pa je le malo; še najbolj podrobna je baza podatkov o vinu v Evropski uniji. Obstajajo še baze podatkov o elementni in izotopski sestavi mesa (govedina in jagnjetina), mlečnih izdelkov (mleka, masla in sira), pijač (sokovi, kava) in žitaric (riž, pšenica).

Glavni izziv projekta je izdelava metodologij in sistema sledljivosti na osnovi izotopskih parametrov, ki bodo omogočale identifikacijo vira onesnaženih proizvodov in njihovo odstranitev s tržišča; te vključujejo analizo stabilnih in radioaktivnih izotopov. Kot podlago uporabnim raziskavam pa bomo poglobili tudi temeljna znanja o tem, kako se regionalni izotopski in geokemijski (elementni) odtis okolja (vode, tal) prenaša v kmetijske pridelke in živali, kar bo omogočilo izdelavo novih baz prostorskih podatkov o značilnih in mejnih vrednostih posameznih parametrov, ki so nujen del sistema sledljivosti. Poleg stabilnih izotopov lahkih elementov bomo z novo opremo (multikolektorski elementni masni spektrometer) analizirali tudi t.i. netradicionalne izotope »težkih« elementov in preverili možnost njihove uporabe za določanje virov onesnaženja hrane. 

Naše pomembne reference:

Knap, M., Ogrinc, N, Potočnik, K., Vidrih, R. 2014. Antioxidant activity in selected Slovenian organic and conventional crops. Acta Agriculturae Slovenica, 103, 281-289.

Bat, K., Vidrih, R., Nečemer, M., Mozetič Vodopivec, B., Mulič, I., Kump, P., Ogrinc, N. 2012. Characterization of Slovenian apples with respect to their botanical and geographical origin and agricultural production practice. Food Technology and Biotechnology 50, 107-116.

Kacjan-Maršić, N., Burnik Šturm, M., Zupanc, V., Lojen, S., Pintar, M. 2012. Quality of white cabbage yield and potential risk of ground water nitrogen pollution, as affected by nitrogen fertilisation and irrigation practices. Journal of the Science of Food and Agriculture 92, 92-98.

Burnik Šturm, M., Kacjan-Maršić, N., Lojen, S. 2011. Can δ15N in lettuce tissues reveal the use of synthetic nitrogen fertiliser inorganic production? Journal of the Science of Food and Agriculture 91, no. 2, str. 262-267.

Burnik Šturm, M., Lojen, S. 2011. Nitrogen isotopic signature of vegetables from the Slovenian market and its suitability as an indicator of organic production. Isotopes in Environmental and Health Studies 47, 214-220.

Bat, K., Mozetič Vodopivec, B., Ogrinc, N., Mulič, I. 2010. Metode iskanja potvorb v sadnih sokovih. Sad, 21, 4-5.

Burnik Šturm, M., Kacjan-Maršić, N., Zupanc, V., Bračič-Železnik, B., Lojen, S., Pintar., M. 2010. Effect of different fertilisation and irrigation practices on yield, nitrogen uptake and fertiliser use efficiency of white cabbage. Scientia Horticulturae, 125, 103-109.

Kropf, U., Golob, T., Nečemer, M., Kump, P., Korošec, M., Bertoncelj, J., Ogrinc, N. 2010. Carbon and nitrogen natural stable isotopes in Slovene honey: adulteration and botanical and geographical aspects. Journal of Agricultural and Food Chemistry 58, 12794-12803.

Kropf, U., Korošec, M., Bertoncelj, J., O.grinc, N., Nečemer, M., Kump, P., Golob, T. 2010. Determination of the geographical origin of Slovenian black locust, lime and chestnut honey. Food Chemistry 121, 839-846.

Hrastar, R., Gams Petrišič, M., Ogrinc, N., Košir, I. J. 2009. Fatty acid and stable carbon isotope characterization of Camelina sativa oil: implications for authentication. Journal of Agricultural and Food Chemistry 57, 579-585.

Kropf, U., Bertoncelj, J., Korošec, M., Nečemer, M., Kump, P., Ogrinc, N., Golob, T. 2009. Geographical origin of Slovenian multifloral and forest honey. Apiacta 44, 33-42.

Ogrinc, N., Bat, K., Košir, I. J., Golob, T., Kokkinofta Diogenous, R. 2009. Characterization of commercial Slovenian and Cypriot fruit juices using stable isotopes. Journal of Agricultural and Food Chemistry 57, 6764-6769.

Nečemer, M., Košir, I. J., Kump, P., Kropf, U., Korošec, Mo., Bertoncelj, J., Ogrinc, N., Golob, T. 2009. Application of total reflection X-ray spectrometry in combination with chemometric methods for determination of the botanical origin of Slovenian honey. Journal of Agricultural and Food Chemistry 57, 4409-441.

Sacco, D., Brescia, M., Sgaramella, A., Casiello, G., Buccolieri, N., Ogrinc, Nives, Sacco, A. 2009. Discrimination between Southern Italy and foreign milk samples using spectroscopic and analytical data. Food Chemistry 114, 1559-1563.

Ogrinc, N., Košir, I. J., Spangenberg, J. E., Kidrič, J. 2003. The application of NMR and MS methods for detection of adulteration of wine, fruit juices, and olive oil. A review. Analytical and Bioanalytical Chemistry 376, 424-430.

Košir, I. J., Kocjančič, M., Ogrinc, N., Kidrič, J. 2001. Use of SNIF-NMR and IRMS in combination with chemometric methods for the determination of chaptalisation and geographical origin of wines (the example of Slovenian wines). Analytica Chimica Acta 429, 195-206.

Ogrinc, N., Košir, I. J., Kocjančič, M., Kidrič, J. 2001. Determination of authenticy, regional origin, and vintage of Slovenian wines using a combination of IRMS and SNIF-NMR analyses. Journal of Agricultural and Food Chemistry 49, 1432-1440.

Spangenberg, J. E., Ogrinc, N. 2001. Authentication of vegetable oils by bulk and molecular carbon isotope analyses with emphasis on olive oil and pumpkin seed oil. Journal of Agricultural and Food Chemistry 49, 1534-1540.

Spangenberg, J. E., Ogrinc, N. 1999. Characterization of olive oils from Slovenia and Croatia by compound specific isotope analysis. Annales, Series Historia Naturalis 9, 1-4.

Guček, M., Marsel, J., Ogrinc, N., Lojen, S., 1998. Stable isotopes determinations in some fruit juices to detect added sugar. Acta Chimica Slovenica 45, 217-228.


Metrologija

Analizni laboratoriji Katedre so deloma že vključeni v sistem nacionalnih etalonov, ki zagotavlja sledljivost meritev do mednarodnih standardov, tako da lahko sodelujejo v projektih EURAMET (European Metrology System) predvsem na področju radiokemičnih analiz in določanja Hg.

Na področju metrologije poseben izziv predstavlja analiza izotopske sestave posameznih sojin in ionskih kompleksov ter nanodelcev v vzorcih hrane. Ti predstavljajo zelo kompleksne matrice in pogosto zahtevajo komplicirane in dolgotrajne postopke izolacije merjenca. Že sami postopki večinoma niso standardizirani, prav tako pa ni na razpolago ustreznih certificiranih referenčnih materialov. Referenčni materiali, ki so danes na voljo, so namreč večinoma enostavne spojine, s katerimi ne moremo validirati postopkov priprave vzorcev, ker ne moremo oceniti izotopske frakcionacije v posameznih fazah postopka. Posledica je, da je negotovost meritev kljub vrhunski in zelo precizni merilni opremi še vedno velika. Pri razvoju in validaciji se bomo tako osredotočili na postopke priprave vzorcev, ki predstavlja glavni vir negotovosti meritve.


Upravljanje podatkov

Razvili bomo zbirko podatkov in znanja o sestavi hrane in krme ISO-FOOD, ki bo obsegala tudi podatke pomembne za določanje izvora, porekla in načina pridelave živil.

Baza podatkov in znanja ter ustrezna orodja za njihovo obdelavo in upravljanje bodo služili kot podpora raziskovalnemu in izobraževalnemu delu Katedre. Potrebna programska oprema za obdelavo podatkov bo deloma na razpolago v obstoječih bazah, nadgradnja obstoječih in razvoj novih programov pa je tudi del projekta ISO-FOOD v okviru doktorskega usposabljanja.

Naše pomembne reference:

BIZJAK, Mojca, JENKO PRAŽNIKAR, Zala, KOROUŠIĆ-SELJAK, Barbara. Development and validation of an electronic FFQ to assess food intake in the Slovene population. Public health nutrition, ISSN 1368-9800, 2014, Vol. 17, Iss. 8, pp. 1729-1737, doi: 10.1017/S1368980013002577.

BENEDIK, Evgen, KOROUŠIĆ-SELJAK, Barbara, SIMČIČ, Marjan, ROGELJ, Irena, BRATANIČ, Borut, DING, Eric L., OREL, Rok, FIDLER MIS, Nataša. Comparison of paper- and web-based dietary records : a pilot study. Annals of nutrition and metabolism, ISSN 0250-6807, 2014, Vol. 64, No. 2, pp. 156-166, doi: 10.1159/000363336.

KOROUŠIĆ-SELJAK, Barbara, STIBILJ, Vekoslava, POGRAJC, Larisa, FIDLER MIS, Nataša, BENEDIK, Evgen. Food composition databases for effective quality nutritional care. Food chemistry, ISSN 0308-8146, Elsevier, 2013, Vol. 130, No. 3, pp. 495-499, doi: 10.1016/j.foodchem. 2013.02.061.

KOROŠEC, Mojca, GOLOB, Terezija, BERTONCELJ, Jasna, STIBILJ, Vekoslava, KOROUŠIĆ-SELJAK, Barbara. The Slovenian food composition database. V: 9th International Food Data Conference, September 14-17, 2011, Norwich, United Kingdom. FINGLAS, Paul M. (ur.). Food composition and sustainable diets, (Food chemistry, ISSN 0308-8146, Vol. 140, no. 3). Amsterdam [etc.]: Elsevier, 2013, str. 495-499, doi: 10.1016/j.foodchem.2013.01.005.

KOROUŠIĆ-SELJAK, Barbara. Web-based eHealth applications with reference to food composition data. European journal of clinical nutrition, ISSN 0954-3007, London; Paris: John Libbey, 2010, Vol. 64, Iss. S3, pp. S121-S127.