Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
Schnellmethoden für die Qualitätskontrolle von Lebensmitteln
Optische Sensortechnologie zur schnellen Qualitätsbewertung
Schnelle Qualitätskontrolle entlang der gesamten Lebensmittelkette
Die Einführung innovativer Messsysteme in die Praxis markiert einen wichtigen Schritt zur Digitalisierung und Optimierung der Qualitätskontrolle entlang der gesamten Lebensmittelkette – von der landwirtschaftlichen Erzeugung bis zum fertigen Produkt. Am Fraunhofer IVV entwickeln und implementieren wir optische Sensortechnologien, die eine schnelle, präzise und zerstörungsfreie Qualitätsbewertung ermöglichen. Diese Systeme können an unterschiedlichsten Punkten der Prozesskette eingesetzt werden – im Wareneingang, während der Verarbeitung, bei der Lagerung oder direkt auf dem Feld während der Produktion und Ernte.
Vorteile von optischen Schnelltests
- Schnelle und zerstörungsfreie Analyse von Lebensmitteln und Agrarprodukten
- Kosteneffiziente Sensorkonzepte für Forschung und Industrie
- Nahtlose Integration in bestehende Prozesse der Qualitätskontrolle
- Einsetzbar entlang der gesamten Prozesskette – von der Erzeugung bis zur Lagerung
Kombination von Infrarotspektroskopie und bildgebender Messtechnik
Steine zwischen Kartoffeln (RGB-Kamera)
Steine zwischen Kartoffeln (modifizierte RGB- Kamera, R-Kanal durch Infrarot bei 850 nm ersetzt)
Unsere Sensorkonzepte basieren auf der Infrarotspektroskopie (IR) zur Analyse der chemischen Zusammensetzung von Lebensmitteln. Durch speziell entwickelte, kosteneffiziente Systeme können wir präzise Messungen zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher IR-Spektrometer durchführen. Die Technologie macht wichtige Informationen sichtbar, die dem menschlichen Auge normalerweise verborgen bleiben.
Erweiterte Analyse durch bildgebende Verfahren
Der Einsatz von Kameras ermöglicht es, die Infrarotspektroskopie in bildgebende Verfahren zu integrieren und dem Anwender ein direktes visuelles Feedback zu bieten. Zusätzlich können weitere wichtige Eigenschaften wie Größe, Form oder Struktur erfasst werden. So entsteht ein leistungsfähiges Werkzeug zur schnellen und umfassenden Qualitätsbewertung. Verunreinigungen, Verfälschungen oder kleine Qualitätsabweichungen können bereits im Wareneingang zuverlässig und schnell erkannt werden.
Anwendung in der Lebensmittelproduktion und Landwirtschaft
In der Lebensmittelproduktion kann die Qualitätsbewertung auf Knopfdruck dazu beitragen, Produktionsprozesse zu optimieren und Lebensmittelabfälle durch rechtzeitige Verwendung, Weiterverarbeitung oder alternative Verwertungswege zu reduzieren.
In der Landwirtschaft kann die Messung bereits auf dem Feld direkt und zerstörungsfrei zur Optimierung der Kulturführung oder zur Bestimmung des optimalen Erntezeitpunktes erfolgen.
Gassensortechnik als erweiterte Qualitätskontrolle
Ergänzend zur optischen Analytik setzen wir Gassensortechnologien ein, um flüchtige organische Verbindungen (VOCs) zu erfassen. Diese liefern wertvolle Informationen über Reifegrad, Frische und Haltbarkeit von Lebensmitteln oder landwirtschaftlichen Produkten. Die Kombination verschiedener Sensortechniken ermöglicht eine zielgerichtete, datenbasierte Qualitätskontrolle über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg.
Wir unterstützen Unternehmen bei der Integration von Schnellmethoden in ihren Prozess der Qualitätskontrolle sowohl in der Lebensmittelbranche als auch in der Landwirtschaft.
Forschungsprojekte zur Qualitätskontrolle mit Infrarotspektrometrie
Food-Scanner zum Nachweis der Lebensmittelauthentizität
Im abgeschlossenen internationalen BMEL/BMLEH-Projekt »BaoQuality - Qualitätsverbesserung und effizientere Nutzung von Produkten des Baobabbaums (Adansonia digitata L.) zur Verbesserung der Ernährungssicherheit in Subsahara-Afrika« konnte mit einem Infrarotspektrometer die Verfälschung von Baobab-Pulvern mit Reismehl sicher nachgewiesen und damit eine kostengünstige Schnellmethode zur Sicherstellung der Produktsicherheit etabliert werden. Um einen zügigen Transfer der entwickelten Methodik in die Anwendung zu ermöglichen, wurden die Ergebnisse ohne Zugangsbarriere im International Journal of Food Science and Technology veröffentlicht (https://ifst.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ijfs.16313).
Food-Scanner zur Bestimmung der Haltbarkeit
Im Rahmen des vom StMELF geförderten Verbundprojektes »FoodScanner - Zerstörungsfreie Messmethode zur schnellen Qualitätsbewertung und Haltbarkeitsabschätzung von Lebensmitteln mit Hilfe von Food-Scannern« (Fraunhofer IVV, Fraunhofer IOSB, Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, Technologie Campus Grafenau) wurde die Anwendung von kompakten NIR (Nahinfrarot)-Spektrometern zur schnellen Qualitätsbewertung und Haltbarkeitsabschätzung an zwei ausgewählten Lebensmitteln (Hackfleisch und Tomaten) untersucht. Dabei wurden unter anderem variierende Lagertests mit abgepacktem Hackfleisch durchgeführt, bei gleichzeitiger Bestimmung der mikrobiologischen Qualität, aber auch ausgewählter chemischer Parameter (z. B. Gehalt an Wasser, Fett, Protein). Auf Grundlage der gemessenen Infrarotspektren und der Anwendung statistischer Methoden wurde eine Korrelation zur mikrobiologischen Beschaffenheit hergestellt, die eine Abschätzung der mikrobiologischen Qualität ermöglichte.
Einsatz der Infrarotspektroskopie zur Qualitätsbewertung
Im abgeschlossenen BMLEH-Projekt »SmartGrape - Anwendung KI basierter Messsysteme zur Charakterisierung der Rohstoffe im Weinbau« wurde die Infrarotspektroskopie bei der Qualitätsbewertung von in Weingenossenschaften angelieferten Trauben eingesetzt. Anhand von zwei im Projektkonsortium entwickelten Messgeräten in Verbindung mit einer KI-basierten Auswertung konnten aus den Informationen des mittleren Infrarotbereichs (MIR) qualitätsrelevante Parameter der Weintrauben ermittelt werden.