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Bestimmung der Isotopenverhältnisse

Jede Pflanze hat ein eigenes, charakteristisches Verteilungsmuster der natürlich in ihr vorkommenden stabilen Isotope.

Die Isotopenverhältnisse von Kohlenstoff (¹³C/¹²C), Wasserstoff (²H/¹H), Stickstoff (¹⁵N/¹⁴N), Sauerstoff (¹⁸O/¹⁶O) und Schwefel (³⁴S/³²S) werden von verschiedenen physikalischen und/oder biochemischen Eigenschaften der Pflanze sowie von den geoklimatischen Bedingungen der Anbauzone beeinflusst.

So werden isotopomere Moleküle, wie ¹²CO₂ und ¹³CO₂ am Beispiel Kohlendioxid, bei biochemischen und chemischen Reaktionen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit umgesetzt (kinetischer Isotopeneffekt). Im Allgemeinen reagieren die Moleküle mit dem schweren Isotop langsamer, sodass dieses in den Produkten abgereichert wird. Die durch die CO2-Fixierung bedingte Änderung im Isotopenverhältnis ¹³C/¹²C ist abhängig vom Fotosynthesetyp der Pflanze (sog. C₃-, C₄- und CAM-Pflanzen) und ist bei C₃ -Pflanzen-Pflanzen am stärksten ausgeprägt.

Aufgrund der großen Massendifferenzen von ¹H₂O, ²H_¹HO und ²H₂O reichert sich Deuterium (²H) bei einer Verdampfung in die Gasphase ab, sodass Regen-, Oberflächen- und Grundwasser weniger ²H enthalten als die Ozeane (thermodynamischer Isotopeneffekt). Am Äquator ist die ²H-Anreicherung in den Ozeanen aufgrund der höheren Temperaturen am größten und nimmt mit zunehmender geografischer Breite ab. Der in Pflanzen gebundene Wasserstoff stammt aus dem Niederschlags- bzw. Grundwasser der jeweiligen Anbauzone und unterscheidet sich demnach in den ²H/¹H-Verhältnissen.

Die Isotopenverhältnisse in den natürlichen, aus Pflanzen gewonnenen Aromastoffen, sind somit abhängig von der botanischen und geografischen Herkunft der Pflanzen. Synthetisch hergestellte Aromastoffe besitzen wiederum andere Isotopenverhältnisse als diejenigen natürlicher Herkunft, sodass bei Zusatz von synthetischen Aromastoffen eine Änderung der Isotopen-Verhältnisse nachweisbar ist.

Das Verteilungsmuster der stabilen Isotope in Aromastoffen kann mithilfe der Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie (IRMS, isotope ratio mass spectrometry) bestimmt werden.

spectrometry) bestimmt werden.
Eine weitere, äußerst leistungsfähige Methode, um Manipulationen aufzudecken, ist die SNIF-NMR Technik (SNIF, site-specific natural isotope fractionating; NMR, nuclear magnetic resonance). Diese Methode ermöglicht sogar die Bestimmung des ²H/¹H-Verhältnisses in ausgewählten Atomgruppen eines Moleküls.

Durch eine kombinierte Anwendung beider Methoden können Verfälschungen mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit nachgewiesen werden.