Kutatási terv Egészségvédő és sportélelmiszerek eredetvédelmének és biztonságának erősítése újonnan kidolgozott analitikai és molekuláris biológiai módszerekkel nyert egyedi paraméterkomplexeket tartalmazó, és új algoritmusokra, illetve információs technológiai megoldásokra épülő adatbázis létrehozásával TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV Konzorciumvezető: Eszterházy Károly Főiskola 2012 1
Tartalom Vezetői összefoglaló... 3 1. kutatási alprojekt A termékazonosítás és az eredetvédelem hatékonyságának növelése, illetve az élelmiszerbiztonsági veszélyek csökkentése neurális hálózatokat, továbbfejlesztett RFID- és Datamátrix technikát alkalmazó on-line informatikai rendszer kidolgozásával... 6 2. Kutatási alprojekt Magas hozzáadott értékű termékek élelmiszerbiztonsági és eredetvédelmi rendszerének bővítése egyedi kémiai paraméterekkel és újonnan kifejlesztett analitikai módszerekkel... 18 3. Kutatási alprojekt Eredetvédelmi és élelmiszerbiztonsági paraméterek on-line monitorozásra alkalmas újszerű analitikai eszközök (bioszenzorok) kifejlesztése... 34 4. Kutatási alprojekt In vitro élettani modellvizsgálati rendszerek kifejlesztése az élelmiszer komponensek biológiai hasznosulának és esetleges toxikus hatásának jellemzésére, illetve a biztonsági és eredetvédelmi adatbázis bővítésére... 42 5. Kutatási alprojekt Csökkentett allergénhatású, tej alapú új funkcionális élelmiszerek kifejlesztésének megalapozása, illetve az élelmiszerbiztonsági adatbázis bővítése új módszerekkel végrehajtott genomvizsgálatokkal, és fehérjeanalízissel... 52 6. Kutatási alprojekt Vad kecskebúza (Aegilops) génforrásai azonosítására és új vonalak létrehozására irányuló fejlesztések magas hozzáadott értékű termékek eredetvédelmének és biztonságának fokozására... 63 7. Kutatási alprojekt A kecskebúza (Aegilops) fajok felhasználásával létrejövő élelmiszer-alapanyagok eredetvédelmét biztosító új genetikai módszerek kidolgozása, illetve a beltartalmi tulajdonságok jelzésére is alkalmas genomok, mint adatbázis-paraméterek analízise... 72 2
Vezetői összefoglaló Az élelmiszerek biztonságossága iránti fokozódó elvárás teljesítésének egyik legfontosabb eszköze az adott termékeket érintő valamennyi veszélytényező megbízható azonosítása, illetve a kontaminások precíz analízise által a kockázatok minimalizálása és lehetséges kiiktatása. Ezen cél nyilván a technológiai és logisztikai folyamatok átfogó jellemzése és szoros nyomonkövetése által valósítható meg, ami lehetővé teszi a hibás, kockázatos termékek fogyasztókhoz való eljutásának megakadályozását visszahívás formájában. Napjainkban számos élelmiszerbiztonsági, nyomonkövetési, minőségirányítási rendszer létezik, azonban ezek korántsem egységes, komplex és koherens megközelítésben kezelik a termékazonosítás és az eredetvédelem kérdését. A leglényegesebb kifogás ezen működő rendszerekkel szemben az, hogy az élelmiszerbiztonsági problémák csak egy csekély szegmensének azonosítására, és így elkerülésének elősegítésére alkalmasak, mivel a költséghatékonyság növelése, illetve konkrét előírások hiánya okán kevés célzott kémiai analitikai, mikrobiológiai vagy molekuláris biológiai vizsgálatra épülnek. Ebből adódóan számos veszélytényezőt egyáltalán nem, vagy csak későn, illetve szporadikusan jeleznek. A projektünkben érintett, magas hozzáadott értéket képviselő egészségvédő hatású, illetve sportélelmiszerekre vonatkozóan nem létezik minden igényt kielégítő, korszerű, költséghatékony nyomonkövetési rendszer. A hagyományos termékváltozatokra kidolgozott megoldások ugyanis éppen az értéktöbbletet és biológia előnyöket jelentő egyedi hatóanyagok (pl. megnövelt antioxidáns kapacitás, hozzáadott esszenciális aminosav, zsírsav, vitamin, vagy probiotikus baktérium) mennyiségi és minőségi követését nem tudják kielégíteni. Nincsen működő megoldás ezen összetevőkkel kapcsolatos eseti kockázatok, veszélytényezők feltárására, folyamatos, lehetőleg online követésére sem. A hazai élelmiszeripar számára kitörési pontot jelentenek az egészségvédő hatású, ill. magas hozzáadott értékű funkcionális élelmiszerek. A projektünkben foglalt kutatások jelentőségét fokozza, hogy a termékazonosítás és az eredetvédelem új módszerekkel történő hiteles érvényesítése a fogyasztói bizalom növekedését és ezen keresztül a termékek piaci pozíciójának a javulását eredményezi. A fentiekből következően nagy igény mutatkozik egy olyan komplex, transzparens és megbízható élelmiszerbiztonsági-eredetvédelmi adatbázis rendszerre, melyben a funkcionális és sportélelmiszerekre specifikusan jellemző biztonsági problémákra és a biológiai előnyök tudományos bizonyítására különös hangsúlyt fektetnek. Az általunk kifejlesztett rendszer újonnan kidolgozott paraméterkomplexek, termékazonosítási protokollok és algoritmusok alkalmazására épül. Új informatikai megoldások és eszközök integrálása révén alkalmassá tesszük a rendszert a legfrekventáltabb veszélytényezők korai detektálhatóságára, azok súlyának feltárása, így az élelmiszerbiztonsági problémák megelőzésére, illetve esetleges veszélyhelyzet esetén a gyors termékvisszahívásra a legkorszerűbb közeltéri kommunikáción alapuló lekérdezési lehetőségek kidolgozásával. Új rendszerünk a legkorszerűbb RFID-technikai, Datamátrix, illetve neurális hálózatos megoldásokat alkalmaz a termékazonosításra, valamint a biztonság és az eredet igazolására. Egyedi informatikai megoldásaink, illetve az új biztonsági paramétereket szolgáltató kémiai analitikai és molekuláris biológiai módszerfejlesztéseink számos más termékre, vagy szektorra adaptálhatóak, így alkalmazásuk nagyban kibővíthetőek. Rendszerünk alkalmas lesz a gabona- és tejalapú funkcionális és sportélelmiszerek gyártástechnológiai eljárásainak az aktív komponensekre gyakorolt hatása felmérésére és adatbázisban való megjelenítésére, amire hasonló protokollok egyáltalán nem terjednek ki, pedig a tényleges biológiai hatás jellemzése nélkülözhetetlen e nélkül. A biológiailag aktív anyagok, illetve az élelmiszerszennyezők hatásának, átalakulásainak és mennyiségének jellemzése mellett munkánk során megalapozzuk új, funkcionális és 3
sportélelmiszerek kidolgozását új, egyedi hatóanyag-kombinációk kialakításával és a mátrixhatások, a szinergizmus és a felszívódás mértéke figyelembevételével. Az egyedi hatóanyag-kombinációk, illetve kontaminánsok jellemzéséhez új eljárások kifejlesztése válik szükségessé. Új, specifikus analitikai eszközök, bioszenzorok létrehozásával támogatjuk az eredetvédelmi, illetve élelmiszerbiztonsági adatbázis fejlesztését. Az on-line mérési technikán keresztül gyors, pontos, azonnali és hiteles mérési eredményeket kapunk az adott bioaktív komponensre, az eredetiség megállapítására alkalmas összetevőkre, illetve a legjelentősebb szennyeződésekre. Ebből adódóan nagyban fokozható a tételazonosítás és a biztonsági veszélyek észlelésének a hatékonysága. Funkcionális komponensek (antioxidánsok), kontaminánsok (mikotoxinok) és baktériumok (bifido-, tejsav-, és patogén baktériumok) analízisére fejlesztünk ki bioszenzorokat. Mivel a hatóanyagok a gyártástechnológiai és logisztikai folyamatok során jelentős átalakuláson mehetnek keresztül, illetve a felszívódásuk mértékét sok tényező befolyásolja, modellvizsgálati rendszer kifejlesztésével nyerünk hiteles és tényszerű információkat a funkcionális és a sportélelmiszerek hatóanyagainak tényleges hasznosulása mértékéről, illetőleg a kontaminánsok negatív hatásairól. Ily módon új paraméterekkel gazdagíthatjuk az eredetvédelmi-élelmiszerbiztonsági adatbázist, és ellenőrizhetővé válik az élelmiszerekkel kapcsolatosan tett állítások megbízhatósága. Ezen újszerű paraméterekhez mesterséges emésztési, szövettenyésztési és antioxidáns felvételi modellvizsgálati rendszerek kidolgozása és alkalmazása által jutunk. A tejtermékek biztonságát alapvetően meghatározza az allergén hatású fehérjék jelenléte, mivel nagyszámú tejfehérje-érzékeny fogyasztó azonosítható társadalmunkban. Kiemelkedő jelentőségűek azon kutatásaink, melyek a hazai juh-, és kecskeállomány szelektált egyedei által termelt tejféleségek kazeinjei és savófehérjéi polimorfizmusának feltárását célozzák, mivel így azonosítani tudjuk azon specifikus genotípusú egyedeket, melyek tejei nem allergén tejfehérje-változatokat tartalmaznak. Vizsgálataink eredményeképpen rendelkezésre fognak állni klinikai tesztekkel is igazoltan csökkentett allergénhatású, tej alapú funkcionális élelmiszercsalád alapanyagai, illetve új, eredetvédelmi és biztonsági célokra alkalmazható analitikai és molekuláris biológiai módszerek. A búza eredetvédelme és biztonságának garantálása kiemelkedő jelentőségű, hiszen alapvető élelmiszer alapanyagról van szó. A magas hozzáadott értékű funkcionális gabonaalapú élelmiszerek kifejlesztését új, azonosított eredetű kecskebúza génforrások felderítésével, és speciális előállított vonalak vizsgálatával támogatjuk. A szelektált búzafajták esetében végrehajtjuk a beltartalmi és táplálkozás élettani paramétereinek javítását, illetve stressztűrő képességének fokozását. A munka során feltárjuk és az eredetvédelmi adatbázisban rögzítjük az egyedi gén vonalakat, illetve a fajták azon egyedi beltartalmi és élettani tulajdonságait, melyek lehetővé teszik nagy megbízhatóságú azonosíthatóságukat a későbbi nemesítési folyamat, illetve élelmiszeralapanyag-előállítás során. A kutatási program megvalósításának köszönhetően rendelkezésre fognak állni az Aegilops fajok felhasználásával létrejövő új búzafajtákból készülő termékek eredetazonosítására, és biztonságuk igazolására alkalmas új módszerek és paraméterek. Az eredmények hasznosításával hosszú távon olyan, jelenleg egy fajtában sem létező tulajdonság együttessel bíró új búzafajták születhetnek, melyekkel stratégiai előnyökhöz juthat a hazai funkcionális, ill. sportélelmiszer-gyártás, mivel kiemelkedő funkcionális és beltartalmi paraméterekkel, nagy stabilitással, alacsony allergéntartalommal és jó stessztűréssel jellemezhetőek. Az alábbiakban összefoglaljuk a program során létrehozott eredmények innovatív értékét. 4
A munka újszerűsége és innovatív tartalma Új szerkezetű és új paraméter-komplexeket tartalmazó élelmiszerbiztonságieredetvédelmi adatbázis létrehozása, a legkorszerűbb, közeltéri kommunikáción alapuló lekérdezési lehetőséggel. Új algoritmusok, információs technológiai megoldások, RFID- és Datamátrix termékazonosítási protokollok kifejlesztése. Új kémiai analitikai és molekuláris biológiai eljárások kidolgozása, mely révén új paramétereket kapunk az eredet és az élelmiszerbiztonság igazolására. Az egyedi és új komponensek közötti speciális összefüggések, illetve a bioaktív komponensek gyártás-technológiák során bekövetkező átalakulásai feltárása. Az egyedi élelmiszerek eredetvizsgálatára kidolgozandó ujjlenyomat-rögzítéses módszer kidolgozása. Új hatóanyag kombinációk kialakítása, valamint a mátrixhatás, a szinergizmus, és a hatóanyagok biológiai hasznosulása közötti összefüggése feltárása. Új vagy továbbfejlesztett vizsgálati eljárások, biotechnológiai megoldások jönnek létre az enzimek kinyerése változatos területein. A korábban leírt rendszerekhez nem hasonlatos, új, egyedi műszerkonstrukciójú bioszenzorok kifejlesztése 6 meghatározó fontosságú élelmiszer komponensre. A továbbfejlesztett in vitro biológiai-emésztési és szövettenyésztési kísérleti modellrendszerek létrehozása a komponensek tényleges élettani hatása felmérésére. Életkorspecifikus funkcionális élelmiszer fejlesztéseket megalapozó, egyedi modellvizsgálati rendszereket fejlesztünk ki. Az antioxidánsok sportélettani hatása és felszívódása felméréséhez új módszereket fejlesztünk ki. Gyors, megbízható, nagy pontosságú módszerek alkalmazására épülő vizsgálati protokoll jön létre, juh- és kecskeállományok tejei fehérjeösszetételének, illetve az egyes egyedek genotípusainak a felmérésére. Új és egyedi adatbázist hozunk létre az alacsony allergenicitású tejet termelő fajtákból és egyedekből. Új, garantált biztonságú kecskebúza génforrások felderítése és azonosítása, melyek jól hasznosíthatóak a búza termésbiztonságának és táplálkozás-élettani tulajdonságainak javítására Az egyedi génforrások beltartalmi jellemzőinek összefüggése abiotikus stressztényezőktől való függésének növényélettani hátterének feltárása. Olyan új molekuláris citogenetikai módszerek, illetve kromoszóma specifikus molekuláris markerek jönnek létre, melyek alkalmasak az Aegilops fajok alkalmazásával előállított élelmiszerek azonosítására, eredetvédelmére. Új búza allergének, genomok és vad allélek azonosítása, melyek mind az eredetiség meghatározásában, mind a későbbi nemesítési munka során alkalmazhatóak. Új búza x Aegilops hibridek létrehozása, mely magas beltartalmi értékű, a szokványosnál előnyösebb biológiai hatású élelmiszerek alapanyagaként szolgál. 5
1. kutatási alprojekt A termékazonosítás és az eredetvédelem hatékonyságának növelése, illetve az élelmiszerbiztonsági veszélyek csökkentése neurális hálózatokat, továbbfejlesztett RFID- és Datamátrix technikát alkalmazó on-line informatikai rendszer kidolgozásával Az alprojekt lényege Az élelmiszerek biztonságossága iránti fokozódó elvárás teljesítésének egyik legfontosabb eszköze az adott termékeket érintő valamennyi veszélytényező megbízható azonosítása, illetve a kontaminások precíz analízise által a kockázatok minimalizálása és lehetséges kiiktatása. Ezen cél nyilván az élelmiszerkomponensek, illetve a technológiai és logisztikai folyamatok átfogó jellemzése, valamint a hiteles adatok hatékony lekérdezhetősége által valósítható meg. Így lehetővé téve a hibás, kockázatos termék fogyasztóhoz való eljutásának megakadályozását visszahívás formájában. A hazai élelmiszeripar számára kitörési pontot jelentő egészségvédő hatású élelmiszerekre vonatkozóan vonatkozóan nem létezik minden igényt kielégítő, korszerű, költséghatékony élelmiszerbiztonsági-eredetvédelmi-nyomonkövetési rendszer, így a jelen alprogramban ennek az informatikai alapjait, illetve konkrét megoldásait dolgozzuk ki. Új információs technológiai megoldások, RFID- és Datamátrix termékazonosítási protokollok kifejlesztése által fokozzuk az ellenőrzés hatékonyságát. Újonnan kidolgozott neurális hálózati algoritmusok (intelligens adatfelismerési eljárások) alkalmazásával a rendszer további bővíthetősége lehetőségeit is biztosítjuk. Az alprojekt során elérendő célok 1. Élelmiszertermékek célzottan a funkcionális és sportélelmiszerek eredetazonosítására és az esetleges élelmiszerbiztonsági veszélyek kijelölésére alkalmas, bővíthető adatbázis kidolgozása információs technológiai újításokra támaszkodva. 2. Az új élelmiszerbiztonsági-eredetvédelmi rendszer vállalatirányítási szoftverekkel való kompatibilitásának biztosítása. 3. Kiterjesztett és továbbfejlesztett RFID és Datamátrix -alapú megoldások és új termékazonosítási protokollok létrehozása. 4. A termékekre specifikus, célzott biztonsági és minőségi paraméterek adatbeviteli eszközeinek prototípusa és a működtetéshez használt szoftverek kifejlesztése. 5. Az újonnan kidolgozott neurális hálózati algoritmusok (intelligens adatfelismerési eljárások) alkalmazásával a termékazonosítások és az eredetiség megállapítása hatékonyságának növelése. 6. A funkcionális összetevőként használt bioaktív hatóanyagok átalakulásának, így a biológiai hatás változásának a megjelenítése az eredetvédelmi-termékazonosítási infromatikai rendszerben. 7. Közeltéri kommunikáció nyomonkövetésben való alkalmazhatóságával kapcsolatos innovatív megoldások kidolgozása. Fő kutatási irányok 6
1. A legfrekventáltabb veszélytényezők és azok súlyának feltárása a korai detektálhatóság, megelőzés és kiiktathatóság biztosítása érdekében. 2. Új paraméterkomplexekre és új algoritmusokra épülő élelmiszerbiztonságieredetvédelmi adatbázis informatikai eszközeinek létrehozása. 3. A legkorszerűbb információs technológiára támaszkodó termékazonosítási protokollok kifejlesztése és az eredetvédelmi adatbázisba való adaptációja. 4. Az RFID-technika termékazonosításra, előállítási folyamatokra, illetve rögzített információk tárolására és feldolgozására való alkalmazhatóságának vizsgálata. 5. A funkcionális összetevőként használt anyagok egyedi jelölési lehetőségeinek vizsgálata, különös tekintettel az RFID technika (smart tagek - okos címkék, passzív/aktív RFID tagek, és szenzor RFID) és Datamátrix alkalmazhatóságának körülményeire. 6. A gabona- és tejalapú funkcionális és sportélelmiszerek gyártásával kapcsolatos technológiai eljárások (elsősorban őrlés, szárítás, pasztőrözés, sütés) aktív komponensekre gyakorolt hatásának megjelenítése az eredetvédelmi adatbázisban. 7. A gyártási körülmények adatbiztonságra gyakorolt hatásának tanulmányozása. 8. Az analitikai és molekuláris biológiai vizsgálatok során kapott egyedi, termékazonosításra alkalmas adatsorok neurális hálózatban való automatikus feldolgozását megalapozó vizsgálatok végzése, a megfelelő hardver és azt működtető szoftvermegoldások kidolgozása. 9. A neurális hálók, illetve RFID-technika és Datamátrix alkalmazásával létrehozott célzott termékazonosítási, élelmiszerbiztonsági rendszerünk bővítése komplex nyomonkövetési modellrendszerré. 10. A funkcionális és sportélelmiszerek élelmiszerbiztonsági nyomonkövetésére és eredetazonosítására alkalmas modellrendszer más termékek körére való kiterjeszthetőségének vizsgálata. A munka újszerűsége és innovatív tartalma Új algoritmusokra és információs technológiai megoldásokra építve hozunk létre egy innovatív struktúrájú, célzott élelmiszerbiztonsági és eredetvédelmi adatbázist. Új termékazonosítási protokollok kifejlesztése RFID- és Datamátrix technika alkalmazásával, és az eredetvédelmi adatbázisba való adaptációja. A mesterséges neurális hálózatok által nyújtott intelligens felismerési lehetőségeket az élelmiszerek azonosításában és a nyomkövetésben még nem alkalmazták korábban. A funkcionális összetevőként használt bioaktív hatóanyagok egyedi jelölési lehetőségeinek kialakítása jelentős újításnak számít, és hozzájárul ahhoz, hogy a biológiai hatás változásának alakulását nyomon tudjuk követni a teljes élelmis láncon keresztül. Letesszük az alapjait egy komplex élelmiszerbiztonsági-termékazonosítási modellrendszernek, mely kiterjeszthető, illetve bővíthető teljes nyomonkövetési rendszerekké. Az eredményeink széles körű hasznosítása érdekében az élelmiszerbiztonsági paraméterek legkorszerűbb, közeltéri kommunikáción alapuló lekérdezési lehetőségeit értékeljük és dolgozzuk ki. 7
Indokoltság A szokványos termékeknél magasabb hozzáadott értéket képviselő egészségvédő hatású, illetve sportélelmiszerekre vonatkozóan nem létezik minden igényt kielégítő, korszerű, költséghatékony nyomonkövetési rendszer. A hagyományos termékváltozatokra kidolgozott megoldások ugyanis éppen az értéktöbbletet és biológia előnyöket jelentő összetevők, illetve a szennyezők mennyiségi és minőségi követését nem tudják kielégíteni. Ily módon nincsen működő megoldás a funkcionális hatóanyagokkal (pl. antioxidánsok, prebiotikumok, esszenciális aminosavak, zsírsavak, vitaminok, nyomelemek, probiotikus baktériumok) kapcsolatos eseti kockázatok feltárására, folyamatos, lehetőleg on-line követésére sem. Ezen funkcionális összetevőknél pedig különös figyelmet érdemelnek az eredetükkel kapcsolatos veszélytényezők, ill. az egyedi, pozitív biológiai hatás kifejtésében bekövetkező esetleges változások felismerése. A projekt által megcélzott funkcionális és sportélelmiszerek alapvetően gabona- vagy tejalapú termékek, melyeknél további nyomonkövetési problémaként jelentkezik az alapanyag ömlesztett jellege. E tulajdonságuk több nehézséget is jelent a minőség ellenőrzésében és a nyomonkövethetőség biztosításában: - az egyes tételek csak jelentős költségek árán különíthetőek el egymástól, így jelentős a legalább részleges keveredés veszélye, - és a különböző eredetű, összetételű gyártási egységek csak költséges laboratóriumi vizsgálattal különböztethetőek meg egymástól. A jelenlegi eredetvédelmi-nyomonkövetési rendszerek hiányosságai: Az alapanyagokkal kapcsolatos információk kezelésére használt jelenlegi megoldások is többféle gyengeségekkel bírnak, melyek jelentősen csökkentik a funkcionális élelmiszerek biztonságosságának, eredetiségének és magas minőségének garantálhatóságát. - A legelterjedtebben használt papír alapú bizonylatolási rendszerben jelentősek a hamisítás lehetőségei, és gyakran kétséges a termék alapanyagai földrajzi származása. - Az egyedi, pozitív biológiai hatású komponensek analitikai vizsgálatára nem terjednek ki. - A kontaminánsoknak csak szűk csoportjait, és azokat is csak eseti alapon vizsgálják. - A funkcionális termékek egészségvédő hatásainak a technológiai tényezők hatása következtében előálló módosulásának követésére nem fektettek hangsúlyt, pedig a gyártás, a tárolás és a mátrixhatás következtésben jelentős változások következhetnek be. - A fenti okok miatt értelemszerűen hiányoznak a már létező vállalatirányítási rendszerekkel való összekapcsolódás lehetőségei, melyeknek nyilvánvaló szerepe lenne az élelmiszer előállításával kapcsolatos információk egy platformon való kezelésében. Az élelmiszerbiztonsági-eredetvédelmi-nyomonkövetési rendszerekkel szembeni alapvető elvárások Nyomonkövetési rendszerek működtetését 178./2002. számú EK rendelet 2005. január 1-jétől kötelezően írja elő minden élelmiszergyártás és forgalmazás területén működő vállalkozás számára. A nyomonkövetés, és így az eredetiség igazolásának technikájára viszont nincs egységes szabályozás, azt minden vállalkozásnak a saját termékének és alkalmazott technológiájának megfelelően kell kidolgoznia. Az ISO 22005:2007 számú, a nyomonkövethetőségre vonatkozó szabványban rögzített területeken kihasználható előnyök az alábbiak: 8
1. az élelmiszerbiztonsági és minőségi célok támogatása, 2. az eredetiség hiteles megállapításának leghatékonyabb eszköze, 3. a termék költséghatékony visszavonásának és visszahívásának támogatása, 4. a termékre vonatkozó specifikus információk ellenőrzésének elősegítése, 5. információk eljuttatása az érintett felelősök és a fogyasztók számára, 6. a szervezet hatékonyságának, termelékenységének és gazdaságosságának növelése. A jelen hazai (és EU-s) gyakorlatban alkalmazott rendszerek azonban ezek közül csak a hatósági előírásnak, a visszahívhatóság biztosításának igyekeznek megfelelni. A minőségi célok támogatása, a specifikus információ ellenőrzésének elősegítése, a releváns információk célba juttatása, a gazdasági hatékonyság növelése kimarad a működtetés céljai közül. Az oltalom alatt álló földrajzi árujelzőket automatikusan tovább védi az uniós jog, de 2011 utolsó napjáig termékleírást kell átadni a jogosultak számára. A nemzeti szabályozásban az eredetvédelmet a termékleírás veszi át. Magyarországon is három kategóriába sorolják a termékeket: Földrajzi jelzés nélküli termék. Oltalom alatt álló, földrajzi jelzésű termék. Oltalom alatt álló, eredet megjelölésű termék, mely kizárólag a földrajzi területen, az ott termett anyagból készül. A kapcsolatnak a földrajzi hellyel alapvetőnek kell lennie, aminek konkrét összetevőit a termékleírás tartalmazza. Az eredetiségvizsgálat szakmai alapjai és növekvő jelentősége A termékleírásnak való megfelelés ellenőrzése kiemelkedő fontosságú feladat, melynek megoldása során a következő kihívások jelentkeznek: bizonytalan eredetű termékek volumenének növekedése a piacon, a hatósági vizsgálatok körének beszűkülése, a vállalkozások forráshiány miatt igyekeznek a vizsgálatokat minimalizálni, a dokumentációs rendszer sokféleségéből adódó gyenge áttekinthetősége, korszerű nyomonkövetési rendszerek teljes hiánya, a technológiai folyamatok és az adalékolás nem kellően kontrollált volta. a komplex vizsgálatok és egzakt paraméterrendszer hiánya. Élelmiszerbiztonsági tendenciák és elvárások A funkcionális, ill. a sportélelmiszereknek, speciális jellegükből adódóan meg kell felelniük a szokványostól eltérő biztonsági paramétereknek is. Ezen többlet igényeknek az ellenőrzésére, monitorozására azonban nem léteznek megfelelő modellek. Ennek egyik legfontosabb oka az, hogy messze nem kielégítő módon ismerjük az adott élelmiszerféleség gyártása, felhasználása, emésztése során végbemenő, a hatóanyagokat érintő, így az adott termék által ígért biológiai hatásokat befolyásoló folyamatokat. Az általános és a specifikus információk nyomonkövetési célú gyűjtése és kezelése terén az elektronikus rendszerek és jellemzően a központosított adatkezelést alkalmazó megoldások felé mutatnak a tendenciák. Az Aberdeen Group 2007-ben az élelmiszerbiztonság alkalmazásában legfejlettebb USA vállalatok körében végzett felmérést, melyből kiderül, hogy az ún. Best-In-Class vállalatoknál kiugróan csekély (36 perc) egy hibás terméktétel azonosításához és visszahívásához szükséges idő, míg az e tekintetben lemaradóknál több, mint 45 óra. A különbségen emberéletek, ill. vállalkozások arculatvesztés miatti tönkremenetele múlhat. A felmérés rámutat arra is, hogy mely, az alábbi táblázatban felsorolt szempontokból tartják fontosnak az elektronikus élelmiszerbizonsági nyomonkövetést a gyártási és a logisztikai láncban. 9
Motiváció A rossz minőségű élelmiszer és nem megfelelőségből eredő extra költségek csökkentése 650 vezető USA vállalat válaszadóinak %- ában A termékvisszahívás kockázatának csökkentése 38 Megfelelés a szabályozási előírásoknak (US: nfda, DOT, DoD, EPA, EU) 38 Minőségrendszerek előírásainak megfelelés ISO 33 Vásárlói-fogyasztói biztoság és elégedettség növelése több eladás 21 49 A visszahívási idő azon vállalkozásoknál a legrövidebb, melyeknél a lehető legtöbb adat on-line módon, optimális esetben emberi beavatkozás (és manipulációs lehetőség) nélküli adatrögzítésre épül. Eredetvédelmi-nyomonkövetési rendszerek az EU-ban A jelenleg az EU-ban, közösségi támogatásból folytatott kutatási projektek is azt mutatják, hogy nagy űr tátong a gyakorlatban működtetett rendszerek megalapozottságában. EU-s projektek csoportosítása témakör szerint Alapanyag-előállítás (mezőgazdasági termelés), és szállításának nyomonkövetése A mikrobiális, ill. a GMOszennyezés megakadályozása és követése Élelmiszercsomagoláson elhelyezett tételazonosítók alkalmazása Tájékoztatási tevékenységek Tevékenységek Húsok és halak (hűtve vagy fagyasztott állapotában szállítását követik nyomon, két esetben tejelő, vagy húshasznú tehenek takarmányát követik nyomon, valamint egy esetben paradicsomot Az élelmiszer-feldolgozó iparban a szennyezések terjedésének megakadályozására, a veszélyes anyagokra útmutató kidolgozása, előre látható mikróbafertőzés előrejelzése (prediktív) számítással génmódosított anyagot tartalmazó élelmiszert követése Az élelmiszer csomagolásába helyezett chip (tag), üvegbe zárt érzékelők és DNSA alapú jelzőanyagok felhasználása. Munkaértekezletek és konferenciák szervezése az EU-jelölt országok számára, a nyomon követés etikai megközelítése, farmok részvétele, fogyasztókra összpontosító együttműködések országok között, eredetvizsgálatok, marketing eszközök és kutatási partner-kereső rendszer kiépítése Projektek száma 9 4 3 7 Összességében megállapítható, hogy a 2008 évtől napjainkig pályázatot indított szervezetek nagyon heterogén kutatási témákat vonultattak fel. A primer mezőgazdasági termékek (hal, hús, tej, takarmány) nyomonkövetésének kutatása elsőbbséget élvezett, feldolgozott termékre 10
vonatkozó fejlesztések nem valósultak meg. Az élelmiszer-biztonság területéről a mikrobiológiai, dioxin és GM szennyezők nyomon követése kapott figyelmet az élelmiszerláncban. Összesen három projekt foglalkozott a nyomon követés eszköz-fejlesztésével, gyakorlati alkalmazásokkal. Viszonylag sok (7) projekt célja a módszertan, tapasztalatcsere, felkészítés, marketing. Mesterséges neurális hálózatok kialakítása és alkalmazása A projekt során élelmiszer alapanyagok és termékek azonosításához, osztályozásához fogjuk használni a neurális hálózatot, mely egy viszonylag új, dinamikusan fejlődő terület. A mesterséges neurális hálók az emberi agy modellje szerint működnek és valamelyest az emberi intelligencia ismérveit is mutatják, mégis jól kombinálhatóak hagyományos algoritmusokkal. Működésük lényege, hogy minta feladatokkal (adatsorokkal) képesek tanulni, ahol ismert a bemenetekhez az elvárt eredmény, és a tanulást addig folytatjuk, amíg az elvárt eredményt elég jól megközelítő megoldást nem kapunk. Kiválóan lehet az ilyen típusú neurális hálózatokat alkalmazni olyan esetekben, amikor valahonnan, pl. szenzorokról, mérő berendezésekről folyamatosan vagy gyakran érkeznek adatsorok, amelyekre reagálni szükséges, az adatsorok alapján osztályokba sorolni, esetleg figyelmeztetést adni. A tapasztalat szerint a további hasonló jellegű adatsorokra jó válaszokat tud adni a neurális hálózat. Nagy előnyük a hibatűrés és az általánosító képesség. A fentiek alapján tehát a mesterséges neurális hálózatok rendkívül előnyösen alkalmazhatóak mintafelismerésre, tételosztályozásra és termékazonosításra, így nagyban hozzájárulhatnak az eredetvédelmi-élelmiszerbiztonsági nyomonkövetési rendszerünk hatékony működtetéséhez, és az esetleges kockázatok minimalizálásához. Az RFID- és Datamatrix technika alkalmazhatósága A termékazonosítás rendkívüli jelentőségét, és a legfejlettebb és legmegbízhatóbb technológiai elemek alkalmazásának szükségességét az adja, hogy e nélkül a gyártás során összekeveredhet a kiváló minőségű és az átlagos alapanyag, lehetetlenné válik az egyedi azonosítás, és így a magas hozzáadott értékű termék piaci előnye nem realizálható. Az adatkezelés egyik leggyorsabban fejlődő területe az árura közvetlen rárakható, rádiófrekvenciás adattovábbításra épülő, ún. RFID-tag (címke) használata. Ma már nem csak adattárolásra, hanem akár aktív adatgyűjtésre (pl. hőmérséklet mérésére) is alkalmas címkék is léteznek. Ezeknek a szenzoros címkéknek az alkalmazása azonban számos, ma még tisztázatlan műszaki, természettudományos, ill. adatbiztonsági kérdést felvet, melyek részletes tanulmányozása alapján célszerű az ipari gyakorlat alkalmazható megoldásokat kifejleszteni. Az adatokat célszerű magához az alapanyaghoz, illetve a félkész termékhez kötni, hiszen a gyártás során esetleges korrekciókat ezen adatok alapján tudunk megtenni. Az adatkötés legegyszerűbb és legkorszerűbb módja egy passzív RFID tag elhelyezése a terméken, amely tartalmaz egy egyedi azonosítót (ID) és a vállalat irányítási rendszerben ehhez az azonosítóhoz társítjuk a termék adatait. A másik lehetőség egy olyan aktív RFID tag használata, amely az azonosításon kívül tartalmazza a termék adatait is. Ez utóbbi megoldás előnye, hogy az aktív RFID tag a keletkezéstől a végfelhasználásig vagy még azon túl az újrahasznosításig képes segíteni a döntéseket akár több vállalat esetén is. Ez passzív RFID tag használata esetén csak akkor lenne elképzelhető, ha az egyes vállalatirányítási rendszerek össze lennének kötve. A datamátrix (Data Matrix Code) 2D kódforma, 2 dimenziós adatrögzítési forma, mivel az információ tárolására két egymásra merőleges irány van kihasználva, szemben a vonalkóddal, ahol csak egy irányban tudunk kódolni. A datamátrix elemi cellákból épül fel, hasonlóan a sakktábla fekete és fehér mezőihez. A datamátrixban a cellák mérete megegyezik, az 11
információt a sötét és világos cellák összessége hordozza. A datamátrixokban akár több ezer karakter is eltárolható, ezek lehetnek számjegyek, betűkarakterek és írásjelek is. A kódolt adatmennyiség növekedésével a datamátrixokban lévő cellák mennyisége is változik. A Datamátrix kód lehetővé teszi több mint 2000 karakterből álló tetszőleges információ tárolását néhány négyzetcentiméteres (vagy kisebb) felületen. A Datamátrix jelölés, vagy papír alapú cimkével, vagy megjelölni kívánt tárgyra lézergarvirozással kerül fel. Ennek megfelelően, a kód tartalmazhatja például az RFID-nál alkalmazott (EPCGlobal ID) egyedi azonosítókat, vagy ezek mellet bármilyen más adatot(mérési eredmény) is. A Datamátrix kódok olvasására speciális optikai olvasók, illetve jelenleg szinte az összes okostelefonon elérhető alkalmazások szolgálnak. Üzleti-informatikai fejlesztési tendenciák Ma még sokak számára nem ismert, és ez által nem elfogadott tény, hogy a nyomonkövetési rendszerek bár elsősorban élelmiszerbiztonságot szolgáló eszközök, további minőségi, cégvezetési, üzletpolitikai szempontok is fontos szerepet kell, hogy játszanak a rendszer kialakítása során. Ma már a középvállalkozások sem bízhatnak hosszú távú fennmaradásukban, ha nem kezelik legalább stratégiai célként valamely integrált vállalatirányítási rendszer (ERP) bevezetését és alkalmazását. A jövő innovatív vállalkozásainak ERP iránti elvárása az igen magas fokú rugalmasság, az akár heteken belül való jelentős változás támogatása. A közel jövő okos rendszerei kell, hogy képesek legyen helyet adni a gyártók, viszonteladók és vevők közötti kapcsolatok erősödésének, az ún. tudásmenedzsmentnek, így akár közösen részt véve az innovációban. Az ügyfelek ma már megkövetelik, hogy ne több, egymással esetleg nem is kompatibilis szoftvert kelljen akár külön gépeken is üzemeltetni. Vagyis minden külön alkalmazás elérhető legyen az integrált rendszeren keresztül. Ennek megfelelően a projektben létrejövő informatikai megoldások kapcsán szem előtt tartjuk a nagy vállalatirányítási rendszerekhez való illeszthetőséget. Hazai előzmények A hazai felsőoktatási intézmények közül több is (Budapesti Corvinus Egyetem, Szent István Egyetem, Nyugat-Magyarországi Egyetem, Debreceni Egyetem) foglalkozott az élelmiszerbiztonsági célú nyomonkövetés, ill. eredetazonosítás valamely aspektusával. A kutatások fő iránya a számosállat-tenyésztéssel és az abból történő állatitermék-előállítással volt kapcsolatos, illetve az élelmiszerbiztonsági paraméterek vizsgálhatóságával és nyomonkövetési rendszerekbe történő integrálhatóságával. Az ipari áruk nyomonkövetésének biztosítására több hazai informatikai cég nyújt konkrét, az adott vállalat igényeinek megfelelően egyedileg kidolgozott szolgáltatást, általában több más, vállalatirányítással kapcsolatos informatikai támogatással csomagban. Azonban ezeknek alapvető hátránya, hogy a különböző cégek által kifejlesztett és működtetett rendszerek egymással nem kompatibilisek, így a teljes láncon keresztül való követhetőség biztosítása az optimálisan sokkal hosszabb időt igényel. Az egységes informatikai megoldás nemzetközileg is leginkább elfogadott megoldását az EPC globális szabványok jelentik, melynek hazai jogtulajdonosa és alkalmazója a GS1 Magyarország Kft.. A vonalkód formájában a termékkel együttmozgó nyomonkövetési adatmennyiséget nagymértékben növeli a Datamatrix kód alkalmazása, melynek fejlesztésében vezető szerepet visz a Konzorcia Kft. Elektronikus adatkezelési megoldásokat is dolgozott ki ez a vállalat: rádiófrekvenciás azonosításra épülő (RFID alapú) követési rendszereknél hatékonyan biztosítható, hogy a termék mozgása során keletkező információk automatikusan rögzítésre kerüljenek a rajta elhelyezett, postabélyeg méretű chipen. 12
Konzorciumi előzmények Az egri Eszterházy Károly Főiskolán 2006-2009 között folyó Pázmány Péter Program keretébe létrehozott Regionális Egyetemi Tudásközpont munkatársai kidolgoztak egy univerzális adatbázisra épülő élelmiszerbiztonsági nyomonkövetési rendszer prototípusát. Az adatbázisrendszer lehetővé teszi, hogy számos felhasználó élelmiszergyártó cég egymástól lényeges eltérő jellegű, nagyszámú termékei ugyanazon rendszerben, költségtakarékosan nyomonkövethetőek legyenek. Központi adattárházban, az intézmény területén lévő szerveren történik az élelmiszergyártóknak az adott termékkel kapcsolatos, nyomonkövetési szempontból releváns adatainak gyűjtése és kezelése. Tizenegy jegyű számból álló egyedi termékazonosító biztosítja azt, hogy a termékek tételei nagy biztonsággal azonosíthatóak, paraméterei lekérdezhetőek legyenek. Részlépések és alkalmazott módszerek 1.1. Gabona- és a tejalapú funkcionális és a sportélelmiszerek gyártási folyamatainak azonosítását és célzott élelmiszerbiztonsági nyomonkövetését támogató informatikai rendszer alapjainak kidolgozása A részfeladat célja Olyan új struktúrájú adatbázis, illetve annak alkalmazásához kapcsolódó adatfeldolgozási és lekérdezési protokollok kialakítása, melyek révén az egyedi termékek azonosítása és a biztonsági veszélyek kimutatása nagy megbízhatósággal végrehajtható. Részlépések 1.1.1. A funkcionalitás célzott követésére alkalmas adatbázisrendszer kialakítása o A megcélzott funkcionális és sportélelmiszerekre vonatkozó FMEA eljárás módszertanának kidolgozása o A vizsgált termékeknél kritikus specifikus veszélytényezők azonosítása és értékelése a célzott FMEA elvégzésével o Az adott paraméterek szenzoros és műszeres adatgyűjtésére és továbbítására alkalmas (érintőképernyős, vonalkódolvasó, RFID, közeltéri kommunikációs) eszközök elvi lehetőségeinek összevetése, fejlesztési irányok megállapítása, az egyes élelmiszerláncok követelményeinek megfelelő eszközök prototípusainak kifejlesztése 1.1.2. Univerzális adatbeviteli protokoll elméleti alapjainak és alkalmazásainak kidolgozása o Adatbeviteli protokollok összehasonlító értékelése az élelmiszergyártás és forgalmazás teljes vertikumában univerzálisan való alkalmazhatóság szempontjából o A követelményeknek megfelelő, új(szerű) adatbeviteli eljárás kidolgozása o Adatkommunikációs átjárók (gateway) funkcionális fejlesztése o Élelmiszerbiztonsági adatok gyűjtésére, feldolgozására, megjelenítésére alkalmas alkalmazási réteg funkcionális fejlesztése o Autentikációs és biztonsági elemek beépítése 13
1.1.3. A termék azonosításához, eredetvédelméhez és biztonságának garantálásához szükséges paraméter komplexek mérésében résztvevő analizátorok adatainak feldolgozása és integrálása az adatbázisban. o Bioszenzorok on-line adatgyűjtésre való alkalmazhatóságának informatikai vizsgálata o A kifejlesztett rendszermodell adatátviteli követelményeinek és a 3. kutatási programban kidolgozott bioszenzorok adatrögzítési megoldásainak összehangolása. o A szenzorprototípusok adatátviteli rendszerének tesztelése nyomonkövetési modell környezetben; a hatékonyságot befolyásoló tényezők értékelése. o mérőegységek kommunikációs követelményeinek elemzése, o optimális kommunikáció kialakítása. 1.1.4. Romlékony (tej alapú) élelmiszerek tartósságának vizsgálata a tárolás során mért hőmérsékletek alapján o Hőmérséklet mérésre alkalmas RFID tag-ek kiválasztása o Rizikót jelentő hőmérsékleti adatok bemérése o Riasztás, ha a tárolás során adott ideig túllép a hőmérséklet egy adott (előző pontban kimért) értéket 1.1.5. Egyedi azonosítók rögzítése ún. esemény-adatbázisban o Adatstruktúra kialkaítása: fix pontok azonosítása, bővítési pontok kijelölése. o adat beviteli felület (data-capturing interface) és adatlekérdezési felület (queryinterface) kialakítása. o Esemény-adatbázis kialakítása, mely rugalmas esemény ábrázolást/modellezést tesz lehetővé, illetve támogatja az eseményekhez kapcsolódó mérések kezelését. o Az esemény-adatbázis bővítése grafikai felülettel és szabály felülettel, melyek lehetővé teszik az esemény adatok térképen történő megjelenítését, illetve validálását. A részfeladat várható újdonságtartalma A létrehozott élelmiszerbiztonsági adatbázis számos technikai újítás alkalmazására épül, egyedi szerkezetű, illetve nagyon speciális megközelítések találhatók benne tartalmi, élelmiszerbiztonsági, valamint lekérdezhetőségi szempontokból is. 1.2. Mesterséges neurális hálózatok kifejlesztése termékazonosítás és az élelmiszerbiztonság növelése céljából A részfeladat célja Mesterséges neurális hálózatok alkalmazása mintafelismerésre, eredetvizsgálatra és termékazonosításra, így az élelmiszerbiztonsági veszélyek és hamisítások korai felismerése. Részlépések 1.2.1. Az élelmiszeriparban, mezőgazdaságban alkalmazható szenzorok által szolgáltatott adatokra használható neurális hálózatok megismerése, osztályozása, jellemzése. 14
1.2.2. A Kohonen Self Organized Map neurális hálózat alkalmazhatóságának vizsgálata. 1.2.3. Entitások klaszterezése, az egymáshoz közeli tulajdonságú termékek azonosítása. 1.2.4. A háló által elkészített két vagy háromdimenziós ábrázolásból adódó összefüggések nyerése. 1.2.5. Hardver eszközök alkalmazási lehetőségeinek felmérése a neurális hálózatok teljesítményének javítására. 1.2.6. A neurális hálózati algoritmusok alkalmazásával végrehajtott termékazonosítások validálása. A részfeladat újdonságtartalma Az élelmiszerparaméterekre a mienkhez hasonló, intelligens adatfelismerésre alkalmas rendszert még nem hoztak létre, mely hozzájárulhat az eredetvédelmi-élelmiszerbiztonsági nyomonkövetés hatékony működtetéséhez, és az esetleges kockázatok minimalizálásához. 1.3. RFID és Datamátrix alapú adatrögzítés eszközeinek fejlesztése egyedi élelmiszeripari felhasználásokra, adatbázis fejlesztéshez, termékazonosításhoz, veszély azonosításra és eredetvédelmi célokra. A részfeladat célja Új termékazonosítási protokollok kifejlesztése a komplex élelmiszerbiztonsági-eredetvédelmi rendszerünkben történő alkalmazásra Részlépések 1.3.1. Szenzor RFID technológia lehetséges nyomonkövetési alkalmazásának feltárása. o Az elérhető szenzor tag-ek alkalmazási lehetőségeinek és korlátainak felmérése o RFID és szenzor RFID alapú AIDC technológiák feltérképezése. o Az Auto-ID Labs által kidolgozott nyílt forrású Fosstrak programcsomagjának használata.(pl. Konzorcia által fejlesztett KEP is ezen alapul). o Alkalmazandó adatkommunikációs protokollok és integrációs, valamint üzenet szabványok elemzése. o Termékpálya specifikus megoldások kidolgozása. 1.3.2. Anyag eredetének és mozgatásának követése o GPS-kordináták autentikált, RFID technikájú rögzítési lehetőségeinek feltárása. o Az adatrögzítés (tag írása) és a rendszerben való tárolás szoftveres hátterének kidolgozása. o Az RFID alkalmazás hardveres feltételeinek nyomonkövetési célú optimalizálása. 1.3.3. Datamátrix alapú követési rendszerek o RFID és Datamátrix technika összehasonlítása élelmiszer nyomonkövetési szempontból : előnyök, hátrányok, semleges területek azonosítása. o Olyan rendszer alapjainak kidolgozása, mely egyaránt képes RFID és Datamátrix kódoláson alapuló egyedi azonosítók követésére. 15
A részfeladat újdonságtartalma Új, speciális adatok tárolására, gyűjtésére és továbbítására képes aktív RFID tag-ek, illetve egyedi Datamátrix kódok kifejlesztése, melyek alkalmasak az adatbázisban való célzott alkalmazásra. 1.4. A vizsgált termékek specifikus biztonsági és minőségi paramétereinek kezelésére kifejlesztett informatikai rendszer más termékpályákra való kiterjeszthetőségének előkészítése A részfeladat célja Komplex élelmiszerbiztonsági-termékazonosítási modellrendszer alapjainak a létrehozása Részlépések 1.4.1. A rendszer egy vagy több különböző szintű integrált vállalatirányítási rendszerhez való illesztéséhez szükséges lépések kidolgozása. 1.4.2. A kiválasztott ERP-hez szolgáltatásalapú architektúra elemévé való fejlesztés lehetőségeinek tanulmányozása. 1.4.3. A rendszer adatbázisában megvalósítható speciális, pl. üzleti intelligencia célú lekérdezési megoldások kidolgozása, egyszerűsített kezelő felületen való megjelenítése. 1.4.4. Bővítési protokoll kidolgozása. A részfeladat újdonságtartalma Az egyedi rendszerünk további bővítése, illetőleg más termékekre való alkalmazása csakis számos információtechnológiai elem továbbfejlesztése révén érhető el. 1.6. Az élelmiszerbiztonsági paraméterek legkorszerűbb lekérdezési lehetőségei elvi alapjainak kidolgozása A részfeladat célja: Az új adatbázis, illetve biztonsági-eredetvédelmi rendszer hatékonyságának és megbízhatóságának növelése az adatlekérdezésre alkalmazható legmegfelelőbb műszaki megoldások kifejlesztése révén. Részlépések: 1.6.1. Mobiltelefonok közeltéri kommunikációs lekérdezésben való alkalmazási lehetőségeinek megalapozása. 1.6.2. Off-line adatátvitel lehetőségeinek felmérése mérőműszerek és az adattárház között. 1.6.3. Kereskedelmi szintű alkalmazás fejlesztési tervének kidolgozása. A részfeladat újdonságtartalma a legkorszerűbb, közeltéri kommunikáción alapuló lekérdezési lehetőségek élelmiszerbiztonsági és eredetvédelmi paraméterekre való célzott alkalmazási módjait még nem dolgozták ki korábban. 16
Az alprojekt várható eredményeinek hasznosítása Hosszú távú hasznosítás Széles körben elterjeszthető, a nagyvállalatok igényeit is kielégítő eredetvédelmitermékazonosítási-nyomonkövetési rendszer fejleszthető ki a programban kidolgozott elvi megoldásokra építve. Az új informatikai eszközök és protokollok számos vállalati szegmensben alkalmazást nyerhetnek a minőségirányítási rendszer részeként a biztonsági veszélyek kizárására. Az élelmiszergyártási gyakorlatban széles körben alkalmazható, sorozatgyártásra kész eszközök fejleszthetők ki a létrehozott prototípusok alapján. Tudományos alkalmazhatóság A létrehozott élelmiszerbiztonsági adatbázis sokrétűen alkalmazható akár az orvosbiológiai vagy a hatósági gyakorlatban is. Korszerű, költséghatékony nyomonkövetési megoldások és közeltéri kommunikáció feltárt lehetőségei nemcsak a projekt tárgyát képező élelmiszerek körében, hanem számos más szektorban is alkalmazhatóak az élelmiszerbiztonság garantált igazolására. Összefüggés a projekt más kutatási programjaival A rendszer a 2. kutatási alprogram során kifejlesztett eredetvédelmi és nyomonkövetési laboratóriumi módszerfejlesztésekre épül, az ott felállított paraméterkomplexet alkalmazza, kiterjed azok on-line módon való rögzítésére. A 3. kutatási program alkalmazza a jelen kutatási program által megfogalmazott adatátviteli követelményeket. A 3. kutatási program során kifejlesztett hordozható bioszenzor megoldásokkal való integrálás adatátviteli és rögzítési követelményeinek figyelembe vételével történnek az RFID fejlesztések. A 4. kutatási program során megállapított, a funkcionális és sportélelmiszerekre specifikus technológiai körülmények figyelembe vételével történik a hardver eszközök architektúrájának kialakítása. Az egyedi eredetvédelmi-nyomonkövetési elvárások integrálásra kerülnek e kutatási programban. 17
2. Kutatási alprojekt Magas hozzáadott értékű termékek élelmiszerbiztonsági és eredetvédelmi rendszerének bővítése egyedi kémiai paraméterekkel és újonnan kifejlesztett analitikai módszerekkel Az alprojekt lényege Az élelmiszergyártók alapvető érdeke, hogy kielégítsék a nagy hozzáadott értéket képviselő termékek fogyasztóinak az élelmiszer biztonsága és kiemelt minősége iránti elvárását. A rendelkezésre álló jelen módszerek azonban csak korlátozottan képesek megfelelni annak az elvárásnak, hogy a tételazonosítással egy időben az adott termék funkcionalitását jelentő összetevő(k)re, valamint az előforduló szennyeződésekre vonatkozóan is megbízható tájékoztatást adjanak a gyártók, a forgalmazók és a fogyasztók számára. Ennek megalapozására újszerű paraméter komplexet, illetve az egyedi és új komponensek közötti speciális összefüggésekre épülő új adatbázist alakítunk ki a hazai élelmiszeripar számára kitörési pontot jelentő egészségvédő hatású, ill. a sportélelmiszerek körében. A termékazonosítás és az eredetvédelem új módszerekkel történő hiteles érvényesítése a fogyasztói bizalom növekedését és ezen keresztül a termékek piaci pozíciójának a javulását eredményezi. Az új, egyedi hatóanyag-kombinációk, melyeket a mátrixhatások, a szinergizmus és a felszívódás mértéke figyelembevételével alakítottunk ki, új, egészségvédő hatású, és garantált biztonságú élelmiszer prototípusok kidolgozását alapozza meg. Az alprojekt során elérendő célok 1. Olyan specifikus, és egyedi paraméterekkel (analitikai adatokkal) kibővített eredetvédelmi adatbázis álljon rendelkezésre, mely alkalmas a magas hozzáadott értékű (egyedi hatóanyag-összetételű) termékek azonosítására, illetve a főbb élelmiszerbiztonsági veszélytényezők kimutatására. 2. A legfrekventáltabb élelmiszerbiztonsági veszélytényezők azonosítását követően (1. alprojekt) új kémiai módszereket fejlesztünk ki azok egymás melletti érzékeny analízisére, figyelembe véve az egyidejűleg jelen levő kontaminánsok és komponensek szerepét. 3. Nagyobb biztonságú, új élelmiszerek előállítása váljon lehetővé annak révén, hogy feltárjuk a legjelentősebb kontaminánsok közti lehetséges kölcsönhatásokat és az azokat befolyásoló technológiai tényezők szerepét. 4. Rendelkezésre álljon az egyedi tejféleségek zsírsav-összetételének átfogó elemzésére és értékelésére alkalmas újszerű módszertani megközelítés. 5. Az alacsony allergenicitású tejfehérje-változatok sorozatvizsgálatára célirányosan kifejlesztett specifikus analitikai módszerek kerüljenek kifejlesztésre. 6. A funkcionális, ill. a sportélelmiszerekben jellemzően előforduló, ill. specifikusan alkalmazott bioaktív anyagok mennyiségét nagyban meghatározó mátrix-hatások és gyártási-technológia hatások értékelése a tényleges biológiai hatás értékelése céljából. 7. A pozitív élettani hatású anyagok között feltárt kölcsönhatások révén megalapozzuk a funkcionalitást legmegbízhatóbban nyújtani képes termékek kifejlesztését, illetve hitelesen jellemezzük a ténylegesen gyakorolt pozitív fiziológiai hatásokat. 8. Nagy pontosságú műszeres mérésekkel történjen meg az újonnan kifejlesztett bioszenzorok mérési paramétereinek validálása (lsd. III. alprojekt). 18
Fő kutatási irányok 1. Az eredetiség megállapítását és a tételazonosítást elősegítő egyedi paraméterkomplex kialakítása 2. Egyedi tejféleségek speciális zsírsavösszetételének átfogó analízise termékazonosítás céljából. 3. Újszerű peptidelválasztási és azonosítási módszerek kifejlesztése, különös tekintettel a eltérő fajok tejeinek azonosítására a fehérje összetétel alapján. 4. Pozitív élettani hatású, egyedi hatóanyag-kombinációk kifejlesztése az alkotók egyedi alapsajátosságainak és a technológiai folyamatok hatására bekövetkező átalakulásaik figyelembevételével. Egyedi antioxidánsok, antocianinok, esszenciális zsírsavak, aminosavak, prebiotikumok, terpenoidok vizsgálata és kombinálása. 5. Bioszenzorok validálása az alábbi vegyületcsoportokra: mikotoxinok, polifenolok, specifikus antioxidáns csoportok. 6. A legfontosabb élelmiszerkontaminánsok és funkcionális komponensek potenciális szinergista hatásának tanulmányozása: egymással és az élelmiszermátrixszal való kölcsönhatások feltárása, egymás reakciókészségének és stabilitásának befolyásolása, a kölcsönhatások felszívódásra gyakorolt hatása, a legjelentősebb mikotoxinokból, fémionokból és hatóanyagokból álló modellrendszerek vizsgálata. A munka újszerűsége és innovatív tartalma Indokoltság Olyan adatbázis, vizsgálati protokoll és összehasonlító algoritmus együttesének kialakítása képezi az alprojekt alapját, melyek az eddigiektől eltérő módon adnak lehetőséget ismert tételek azonosítására, valamint ismeretlen tételek származási helyének felderítésére. A fenti eredetvédelmi adatbázis számos analitikai módszertani újításra és új paraméter-kombinációk alkalmazására épül. Az egyedi élelmiszerek eredetvizsgálatára kidolgozandó ujjlenyomat-rögzítéses módszer az eddigieknél olcsóbb, gyorsabb, és autentikus következtetések levonására alkalmas eljárás, mivel optimált számú paraméter vizsgálatára épül. Az eddigiektől eltérő struktúrájú és tartalmú és komplexitású adatmátrixot alakítunk ki, mely a folyamatos bővíthetősége által lehetővé teszi az egyre pontosabb tételazonosítást. A modell továbbfejlesztése és elterjesztése új és jelentős hozzájárulást jelent az élelmiszeripari szektor transzparenciájának növeléséhez, a hitelesség és a fogyasztói bizalom fokozásához, és így a magyar élelmiszerek versenyképessége növeléséhez. A vizsgálataink eredményei alapján képesek leszünk a gyanítható élelmiszerbiztonsági kockázatok és technológiai hibák kijavítására. A kutatási program a funkcionális és a sportélelmiszerekkel kapcsolatos, ill. az élelmiszerbiztonság növelése irányában megfigyelhető korszerű tendenciáknak megfelelően azt célozza meg, hogy az egészséges élelmiszerek hazai gyártói olyan élelmiszereket tudjanak 19
kifejleszteni (később kereskedelmi forgalomba hozni), melyek garantált biztonságúak, illetve az egyedi és magas hozzáadott értékük egyértelműen bizonyítható, így későbbi piacképességük jelentős. Ezt egy célirányosan fejlesztett, kibővített adatbázis és új termékazonosítási módszerek létrehozásával lehet megvalósítani. Az alábbiakban azokat a szempontokat mutatjuk be röviden, melyek alátámasztják a téma aktualitását, a hazai akadémiai és gazdasági környezet számára való kiemelt jelentőségét. A téma aktualitása Az egészségmegőrzés, ill. a sportteljesítmény fokozása iránt növekvő igény egyre több hozzáadott bioaktív összetevőből álló termék kifejlesztését indítja el. A funkcionális és a sportélelmiszerek iránti, a szokványos változatokénál nagyobb minőségi elvárások kielégítésére nincsenek felkészülve a gyártók, a kereskedők, de a mérési-szolgáltatást végző laboratóriumok sem. Az élelmiszer komponensek kémiai szerkezet és élettani hatás szempontjából való változatossága a belőlük előállítható termékek sokféleségével együtt gyakorlatilag kezelhetetlen helyzetet teremtenek a jelenlegi élelmiszerbiztonsági megközelítés számára. A magas hozzáadott értékű, a szokványost meghaladó minőségű termékekkel kapcsolatos alapvető fogyasztói elvárásnak része az élettani hatás garantált érvényesülése mellett a magasabb biztonságosságra vonatkozó igény is. Azonban korábban szinte kizárólag csak a tiszta bioaktív komponensek vonatkozásában végeztek hatásvizsgálatokat, arra kevésé terjedtek ki a tanulmányok, hogy ezen anyagok együttesen előfordulva hogyan befolyásolhatják egymás stabilitását, kiválthatnak-e egyes reakciókat és ennek alapján várható-e változás az élettani hatásukban. Ezek a vizsgálatok várhatóan nagyban befolyásolják számos pozitív, ill. negatív hatású anyag tényleges biológiai aktivitásáról jelenleg kialakul képet, így az ezekre épülő termékek biztonságát és fiziológiai hatását felül kell vizsgálni. A gabona és a tej, mint alapanyag, ill. hatóanyagforrás számos fizikai, kémiai és biológiai veszélytényezőnek van kitéve, melyek kiiktatására tett erőfeszítések ellenére sem ritkulnak a velük kapcsolatos élelmiszerbiztonsági kifogások. Jól bizonyítja ezt, hogy egyre növekvő számban jelennek meg e termékeket közvetlenül vagy közvetve érintő élelmiszerbiztonsági veszélyhelyzetek az EU gyorsriasztási rendszerében (RASFF). A 2010. évre vonatkozóan az alábbi lényegi elemek emelhetők ki a RASFF-összefoglalóból. 2010-ben 3358 eredeti jelentést fogadott a brüsszeli RASFF iroda, mely az előző évhez képest 2,3%-os növekedést mutatott: ebből 592 bizonyult több tagországra kiterjedő riasztásnak. A legnagyobb hatást kiváltó esemény a Németországban nagy nyilvánosságot kapott dioxin-szennyezés volt, mely több ezer állattenyésztő telepet, vágóhidat és húsfeldolgozó üzemet érintett. A korábbi évekhez hasonlóan a legtöbb bejelentés a penészgombák által befertőzött gabonafélék és olajos magvakban talált mikotoxinra érkezett, mely 679 eseménnyel volt kapcsolatos, többségüket az EU határállomásain jelentkező szállítmányokban regisztrálták. Funkcionális és sportélelmiszerekben használt adalékok között Kínából származó, dioxinnal szennyezett A-vitamin palmitát, Ukrajnából származó kalcium-jodát, Izraelből származó réz-karbonát és Egyiptomból szállított szárított bazsalikom akadt fenn az ellenőrzés hálóján. A problémák fenti körét tükrözi a projektünk szakmai felépítése, hiszen az élelmiszeranalitikai vizsgálatok körében jelentős szerephez jutnak a mikotoxin-vizsgálatok is. 20