Use of biogeochemical tools to trace the origin of bivalves : first steps towards origin certification

Abstract

Market globalization and recurrent alerts on food safety issues resulted in a growing awareness of consumers on the need for food traceability. Determining seafood geographic origin is critical for controlling its quality and safeguarding the interest of consumers. This study used as target species the common cockle (Cerastoderma edule) and focused in the use of biochemical and geochemical tools, like fatty acid (FA) profiles and shells’ trace element fingerprints (TEF), respectively, to determine the geographic origin. This bivalve species represents a high commercial importance and supports a number of fisheries in European coastal waters and, in the particular case of Ria de Aveiro, a lagoon located in the western Atlantic coastal of Portugal, the harvesting of cockle exceeds 1000 tons per year. The first step of the present study was to evaluate the potential use of FA profiles of the adductor muscle (AM) of C. edule traded as fresh seafood for tracing their harvesting location. Results showed, for the first time, that it is possible to achieve the geographic origin with a spatial resolution < 10 Km without the complimentary use of stable isotope signatures. Besides, FA profile of the AM of fresh cockles showed to be able to discriminate the origin of specimens collected in close areas with different classifications according to European regulation (EC) No 1379/2013 for the capture/production of bivalves. This approach is paramount for traceability, expose fraud and ensure food safety. The way how the spatial distribution of C. edule among eight ecosystems along the Portuguese coast affects the FA profiles of the AM of this species and the temporal variability of FA profile between two consecutive years in areas within the same ecosystem were also tested. Data obtained from this research enable to differentiate cockles cultured in different Portuguese ecosystems, playing a key role for fishermen / producers willing to differentiate and add value to their products. Besides, this approach was able to discriminate the ecosystems which are microbiologically safer. The FA profiles presented inter-annual variability which must be considered for traceability as it compromise the discrimination of the geographic origin. In other attempt to ensure food safety, this study determined if the FA profile of the AM of live cockles displayed any significant shifts during the shelf-life (seven days post-harvest under a refrigerated environment) and how long post-harvest can these FA profiles be used to reliably trace their geographic origin. Results indicated that FA profiles remained stable until the third day post-harvest being able to be used to reliably trace geographic origin. After this period cockles started to exhibit contrasting FA profiles on their AM, namely a higher percentage of heptadecanoic acid (17:0), associated with the growth of pathogenic microorganisms responsible for food spoilage. In this study, was also evaluated and validated the efficiency of TEF of shells from fresh bivalves as a proxy to discriminate the origin of specimens collected from adjacent areas of the same estuarine system. Barium (Ba), manganese (Mn), magnesium (Mg), strontium (Sr) and lead (Pb) were quantified in cockle shells. Results showed, for the first time, that this method can be used to achieve a reliable and accurate certification of origin for bivalves with a spatial resolution < 1 Km. TEF was also approached in the sense of evaluate if TEF of cockle shells from specimens captured in eight different ecosystems along the Portuguese Atlantic coastline can be used to successfully discriminate their geographic origin and if the temporal stability of TEF in cockle shells changes between two consecutive years in areas within the same ecosystem but displaying different classifications. TEF displayed by cockle shells successfully traced the geographic origin of cockles along the Portuguese coast and a periodical verification of TEF (> 6 months and < 1 year) is required to control temporal variability whenever comparing specimens originating from the same area collected more than six months apart. The molecular tools developed during this study represent an economic benefit if and when applied to the bivalve production sector. The transfer of this technology to the bivalve’s production constitutes a form of product’s safety, promotion and differentiation, as well as a tool against fraud

A globalização da indústria de comercialização de produtos alimentares e os recorrentes alertas sobre questões de segurança alimentar, resultaram numa crescente consciencialização dos consumidores sobre a necessidade de rastrear estes produtos. Determinar a origem geográfica de produtos alimentares de origem marinha é fundamental para controlar a sua qualidade e salvaguardar o interesse dos consumidores. Este estudo utilizou como espécie alvo o berbigão (Cerastoderma edule), focando-se na utilização de ferramentas bioquímicas e geoquímicas, tais como perfis de ácidos gordos e a assinatura elementar de conchas, respetivamente, para a determinação da origem geográfica. Esta espécie de bivalve representa uma grande importância comercial e suporta uma série de pescarias nas águas costeiras europeias e, no caso particular da Ria de Aveiro, uma lagoa localizada na costa ocidental atlântica de Portugal, onde a apanha de berbigão é superior a 1000 toneladas por ano. O primeiro passo do presente estudo consistiu na avaliação do potencial uso dos perfis de ácidos gordos do músculo adutor de C. edule comercializados frescos para rastrear seu local de origem. Os resultados mostraram, pela primeira vez, que é possível determinar a origem geográfica com resolução espacial < 10 km sem o uso complementar de assinaturas de isótopos estáveis. Além disso, o perfil de ácidos gordos do músculo adutor de berbigão fresco mostrou ser capaz de discriminar a origem dos espécimes recolhidos em áreas próximas com diferentes classificações de acordo com o Regulamento Europeu (CE) n. º 1379/2013 para a captura/produção de bivalves. Esta abordagem é primordial para a rastreabilidade, de modo a combater a fraude e a segurança alimentar. Os perfis de ácidos gordos do músculo adutor de C. edule foram avaliados ao longo da costa Portuguesa, bem como a sua variabilidade interanual dentro do mesmo ecossistema. Os resultados obtidos permitiram diferenciar os berbigões produzidos em diferentes ecossistemas ao longo a costa portuguesa, desempenhando um papel fundamental para os mariscadores/produtores dispostos a diferenciar e agregar valor aos seus produtos. Além disso, esta abordagem foi capaz de discriminar os ecossistemas que são microbiologicamente mais seguros. Os perfis de ácidos gordos do músculo adutor apresentaram variabilidade inter-anual devendo ser considerada para a rastreabilidade, na medida em que compromete a discriminação da origem geográfica. Numa outra tentativa de garantir a segurança alimentar, este estudo determinou se o perfil de ácidos gordos do músculo adutor de berbigão vivo apresentava mudanças significativas durante o tempo de prateleira (sete dias pós-colheita em ambiente refrigerado) e quanto tempo pós-colheita esses perfis de ácidos gordos poderiam ser utilizados para rastrear com fiabilidade a sua origem geográfica. Os resultados indicaram que os perfis de ácidos gordos permanecem estáveis até ao terceiro dia pós-colheita, podendo ser usados para rastrear com fiabilidade a origem geográfica. Após este período, os berbigões começaram a exibir perfis contrastantes de ácidos gordos no seu músculo adutor, nomeadamente uma elevada percentagem do ácido heptadecanóico (17:0), associado ao crescimento de microrganismos patogénicos responsáveis pela deterioração dos alimentos. Neste estudo foi também avaliada e validada a eficiência da assinatura elementar das conchas de bivalves frescos como um proxy para discriminar a origem de espécimes coletados em áreas adjacentes no mesmo sistema estuarino, tendo sido quantificados Bário (Ba), manganês (Mn), magnésio (Mg), estrôncio (Sr) e chumbo (Pb). Os resultados mostraram, pela primeira vez, que este método pode ser utilizado para obter uma certificação confiável e precisa da origem para bivalves com resolução espacial < 1 km. A análise elementar também foi abordada no sentido de avaliar se a assinatura elementar das conchas de espécimes capturados em oito ecossistemas diferentes ao longo da costa atlântica portuguesa pode ser usado para discriminar com sucesso a sua origem geográfica. Além disso, foi também testado se a assinatura elementar das conchas se altera em dois anos consecutivos, em áreas com classificações diferentes dentro do mesmo ecossistema. A assinatura elementar exibida pelas conchas de berbigão determinou com sucesso a origem geográfica dos berbigões ao longo da costa portuguesa, necessitando, no entanto, de uma verificação periódica (> 6 meses e < 1 ano) para controlar a variabilidade temporal sempre que comparados espécimes provenientes da mesma área recolhidos com mais de seis meses de diferença. As ferramentas moleculares desenvolvidas durante este estudo representam um benefício económico se e quando aplicadas ao setor de produção de bivalves. A transferência desta tecnologia para a produção de bivalves constitui uma forma de segurança do produto, promoção e diferenciação, bem como uma ferramenta de combate à fraude.