수 그램의 미량으로 이탈리아에서 생산되는 전체의 올리브 오일의 생산정보를 확인할 수 있는 새로운 물질이 개발되었다. 올리브 오일의 위조가 의심되면 올리브 내에 첨가된 입자를 추출하여 생산지 정보를 확인할 수 있다. “이번 기술은 제거할 수 없는 라벨을 만든 것과 같은 것”이라고 스위스취리히연방공과대학(ETH Zurich)의 Robert Grass 교수는 설명했다.

 

식품에 대한 위조를 밝혀내는 전세계의 수요는 엄청나다. 2013년 12월에서부터 2014년 1월에 걸쳐서 인터폴과 유로폴은 대략 430,000리터의 가짜 주류와 1,200톤의 가짜 식품을 적발하였다. 이러한 불법 유통은 조직적인 범죄 그룹에 의해서 자행되었으며, 그들은 수 백만 달러의 부당이득을 취득했다고 관련 당국자는 설명했다. 또한 위조된 식품에는 131리터의 오일과 식초 등이 포함되었다고 한다.

 

위조 방지 라벨은 눈에 보이지 않아야 할 뿐만 아니라 안정성을 갖추어야만 한다. 또한 제조단가가 저렴해야 하고 감지하는 것이 쉬워야 한다. 이러한 조건을 맞추기 위해서 ETH 연구진은 나노기술과 DNA 기술을 이용하였다. 인공 유전자 물질의 작은 조각은 미니 라벨의 심장 역할을 한다. “DNA는 그 자체로 수백만의 옵션이 있는 코드가 될 수 있다”고 Grass 교수는 설명했다. 더욱이 이러한 소재는 매우 작은 양이라도 쉽게 감지할 수 있어서 라벨링 목적으로는 이미 최적화되어 있는 것과 같다고 말했다.

 

그러나 DNA는 얼마의 단점도 가지고 있다. 이러한 물질이 살아있는 유기체의 외부에서 정보의 전달자로 사용될 때는, 자가 치유 기능을 잃게 되며 또한 빛, 온도 변화, 화학물에 매우 취약하다는 문제점을 안고 있다. 연구진은 이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로 DNA를 실리카로 코팅 처리하였다. 연구진의 이번 기술은 화석의 원리에서부터 모방한 것이다. 실리카는 화학물로부터 DNA를 보호하는 동시에 외부적인 환경의 변화로부터 DNA를 보호할 수 있다. 또한 이러한 물질을 오일에서 쉽고 빠르게 골라내기 위해서 연구진은 산화철 나노입자를 부착하는 방식으로 자석화된 태그를 만들었다.

 

연구진은 미세한 태그를 오일에 분산시켜 오일의 시각적 변화가 발생하지 않도록 했다. 또한 이번에 개발된 물질은 열과 그 밖의 시간에 따른 노화에 대한 저항성을 가지는 것으로 확인되었다. 자성의 산화철은 오일에서 쉽게 입자를 추출하는데 매우 효과적이다. DNA는 플루오라이드계 기반의 용액으로 원상태로 복원되었으며 복원된 DNA는 일반적인 PCR 기법으로 분석하는 것이 가능하다고 연구진은 설명했다.

 

연구진은 이번 기술로 오일을 포함한 여러 식품들의 위조를 방지할 수 있게 되었다. 만약 나노입자의 농도가 초기값과 일치하지 않으면 이는 중간에 불순물 등이 첨가되었다는 것을 의미한다. 라벨 제조 비용은 대략 리터당 0.02센트가 될 것이라고 연구진은 밝혔다.

 

연구진은 이러한 기술을 향후 화장품 산업 등 여러 부분에 적용할 수 있을 것이라고 말했다. 이연구는 저널 ACS NANO에 “Magnetically Recoverable, Thermostable, Hydrophobic DNA/Silica Encapsulates and Their Application as Invisible Oil Tags”라는 제목으로 게재되었다. (DOI: 10.1021/nn4063853)

그림. 자성 DNA 입자를 사용하여 올리브 오일의 위조를 방지할 수 있는 표식을 할 수 있다.

(Nanowerk News) Just a few grams of the new substance are enough to tag the entire olive oil production of Italy. If counterfeiting were suspected, the particles added at the place of origin could be extracted from the oil and analysed, enabling a definitive identification of the producer ("Magnetically Recoverable, Thermostable, Hydrophobic DNA/Silica Encapsulates and Their Application as Invisible Oil Tags").

 

"The method is equivalent to a label that cannot be removed," says Robert Grass, lecturer in the Department of Chemistry and Applied Biosciences at ETH Zurich. The worldwide need for anti-counterfeiting labels for food is substantial. In a joint operation in December 2013 and January 2014, Interpol and Europol confiscated more than 1,200 tonnes of counterfeit or substandard food and almost 430,000 litres of counterfeit beverages.

 

The illegal trade is run by organised criminal groups that generate millions in profits, say the authorities. The confiscated goods also included more than 131,000 litres of oil and vinegar.

 

 

A forgery-proof label should not only be invisible but also safe, robust, cheap and easy to detect. To fulfil these criteria ETH researchers used nanotechnology and nature's information storehouse, DNA. A piece of artificial genetic material is the heart of the mini-label. "With DNA, there are millions of options that can be used as codes," says Grass. Moreover, the material has an extremely low detection limit, so tiny amounts are sufficient for labelling purposes. Synthetic fossil However, DNA also has some disadvantages.

 

If the material is used as an information carrier outside a living organism, it cannot repair itself and is susceptible to light, temperature fluctuations and chemicals. Thus, the researchers used a silica coating to protect the DNA, creating a kind of synthetic fossil. The casing represents a physical barrier that protects the DNA against chemical attacks and completely isolates it from the external environment – a situation that mimics that of natural fossils, write the researchers in their paper, which has been published in the journal ACS Nano.

 

To ensure that the particles can be fished out of the oil as quickly and simply as possible, Grass and his team employed another trick: they magnetised the tag by attaching iron oxide nanoparticles. Experiments in the lab showed that the tiny tags dispersed well in the oil and did not result in any visual changes. They also remained stable when heated and weathered an ageing trial unscathed. The magnetic iron oxide, meanwhile, made it easy to extract the particles from the oil. The DNA was recovered using a fluoride-based solution and analysed by PCR, a standard method that can be carried out today by any medical lab at minimal expense.

 

"Unbelievably small quantities of particles down to a millionth of a gram per litre and a tiny volume of a thousandth of a litre were enough to carry out the authenticity tests for the oil products," write the researchers. The method also made it possible to detect adulteration: if the concentration of nanoparticles does not match the original value, other oil – presumably substandard – must have been added. The cost of label manufacture should be approximately 0.02 cents per litre.

 

Labels for petrol and Bergamot essential oil Petrol could also be tagged using this method and the technology could be used in the cosmetics industry as well. In trials the researchers also successfully tagged expensive Bergamot essential oil, which is used as a raw material in perfumes. Nevertheless, Grass sees the greatest potential for the use of invisible labels in the food industry. But will consumers buy expensive 'extra-virgin' olive oil when synthetic DNA nanoparticles are floating around in it?

"These are things that we already ingest today," says Grass. Silica particles are present in ketchup and orange juice, among other products, and iron oxide is permitted as a food additive E172.