Geruchsoptimierung von Bedarfsgegenständen und Rohstoffen

• Sensorische Charakterisierung von Bedarfsgegenständen und Verpackungsmaterialien (DIN/ISO) Geruchsprofilanalyse, Geruchsübergang auf Lebensmittel, quantitativ beschreibende Analysen (QDA), Triangeltest, hedonische Bewertung
  
  
• Kombinierte instrumentelle und sensorische Analyse von Gerüchen in Gegenständen des täglichen Bedarfs
  Gaschromatographie (GC) gekoppelt mit Flammenionisationsdetektor (GC-FID), Olfaktometrie (GC-O), Massenspektrometrie (GC-MS) oder kombinierte Systeme (GC-MS/O oder 2D-GC-MS/O), Geruchsextraktverdünnungsanalyse (GEVA)
  
  
• Untersuchungen zur Klärung von Fehlgerüchen
  Klärung der Störgeruch auslösenden Komponenten, Additiven und Rohmaterialien, forcierte Kurz- und Langzeitlagerversuche, Modifikation der Herstellungsparameter, Percursorstudien
  
  
• Simulation von Fehlgerüchen im Labormaßstab
  
  
• Isolierung und Aufreinigung von Geruchsstoffen
  Verschiedene Destillationssysteme z. B. Solvent assisted flavour evaporation (SAFE), Kondensations- und Trappingtechniken, Twister®-Extraktionsmethode, Stir-bar sorptive extraktion (SBSE), Solid-phase microextraction (SPME), Headspace
  
  
• Quantitative Bestimmung von Geruchsstoffen im Spurenbereich
  z. B. Stabilisotopenverdünnungsanalyse (SIVA), on-line Gasphasenbestimmungen
  
  
• Monitoring dynamischer Prozesse von Geruchsstoffen in Echtzeit
  Protonentauschreaktions-Spektrometrie (PTR) gekoppelt an Flugzeit- oder Quadrupol-Massenspektrometrie (PTR-TOF/Q-MS), Kalibrierung mittels Advanced Gas Calibration Unit (GCU-a)
  
  
• Entwicklung von Konzepten zur Optimierung erwünschter Geruchseindrücke sowie zur Vermeidung der Entstehung von Fehlgerüchen

Untersuchungsmethoden zur Charakterisierung von Geruch in Nonfood-Produkten

• Identifizierung und Charakterisierung von Geruchsstoffen mittels Gaschromatographie-Olfaktometrie (GC-O) und Geruchsextraktverdünnungsanalyse (GEVA), ein- und zweidimensionale Gaschromatographie-Olfaktometrie in Koppelung mit Massenspektrometrie (2D-GC-O/MS)
  
• Synthese und vergleichende Bewertung von Referenzsubstanzen sowie geeigneten Standards zur Quantifizierung, beispielsweise Stabilisotopenverdünnungsanalyse (SIVA)
• Umfassende analytische Charakterisierung von Störsubstanzen und Geruchsstoffen mittels Massenspektrometrie, NMR, Retentionsindizes (RI), stereochemische Untersuchungen und Bewertung der Substanzen gemäß ihren Geruchseigenschaften (Geruchsschwellen und Geruchsqualitäten)
• Umfassende Struktur-Geruchsaktivitäts-Untersuchungen
• Geruchsrekombinationsversuche zur Verifizierung der Strukturaufklärung
• Sensorische Untersuchung und Bewertung gemäß etablierter Methoden (DIN/ISO), sowie spezifisch angepasste sensorische Prüfungen, adaptiert auf bestimmte Problemfälle oder Produkte bzw. Produktgruppen, unter besonderer Berücksichtigung von physiologischen Aspekten wie Adaptation oder partiellen Anosmien. Die sensorische Prüfung kann auch multi-sensorische Fragestellungen beinhalten.
• Schwellenwertbestimmungen in Hinblick auf Geruch und Geschmack, in Abhängigkeit von der Matrixbeschaffenheit der Lebensmittel oder der jeweiligen Rohstoffe, sowie unter Berücksichtigung multi-sensorischer Aspekte. Je nach Bedarf werden Detektions-, Erkennungs-, Reiz- bzw. trigeminale Schwellen der jeweiligen Stimuli erfasst.
• Charakterisierung und Bewertung von Geruchsfreisetzung und Emissionen aus Rohstoffen und Produkten sowie im Verlauf prozesstechnologischer Schritte mittels online-massenspektrometrischer Verfahren (beispielsweise bei Trocknungs-, Färbe- oder Extrusionsprozessen)

Die Charakterisierung der jeweiligen Geruchsstoffe erfolgt hierbei mittels Gaschromatographie-Olfaktometrie (GC-O) in Koppelung mit massenspektrometrischen (MS) Methoden. Durch Einsatz der GC-O werden die geruchsaktiven Verbindungen von den geruchsinaktiven Verbindungen klar unterschieden. Dadurch werden schon während der Analysen diejenigen Verbindungen, die mit einem charakteristischen sensorisch wahrnehmbaren Geruch bzw. Störgeruch in Verbindung stehen, herausgefiltert (s. Abb. 1). Diese fokussierte Analytik ermöglicht auch einen direkten Vergleich wertgebender bzw. störender Komponenten zwischen verschiedenen Proben.



Abb. 1: Chromatogramm einer Mineralwasser-Analyse mittels GC-O, gekennzeichnet sind exemplarisch geruchsaktive Regionen (© Fraunhofer IVV)

Die Identifizierung der geruchsaktiven Spurenkomponenten erfolgt mittels zweidimensionaler GC-O/MS mit sehr guter Trennleistung (s. Abb. 2). Hierbei werden die Geruchsstoffe an zwei gekoppelten gaschromatographischen Trennsäulen voneinander getrennt und anschließend sowohl massenspektrometrisch analysiert als auch an einem Odour-Detection-Port von unserem hoch spezialisierten Sensorikpanel hinsichtlich ihrer Geruchsqualität bewertet.

Der Abgleich der chemisch-analytischen Untersuchungen erfolgt stets mit den entsprechenden human-sensorischen Bewertungen, um sicherzustellen, dass alle Störsubstanzen erfasst wurden.

Abb. 2: Schematische Darstellung eines zweidimensionalen GC-MS/O Systems (© Fraunhofer IVV)

Bei hoch geruchsaktiven Substanzen genügen oftmals schon Spuren, um den Gesamtgeruch signifikant zu verändern. Die Kombination von analytischen und olfaktometrischen Untersuchungsmethoden, erlaubt uns eine hochgenaue und gerichtete Analyse geruchsaktiver Verbindungen auch im Spurenbereich. So konnten beispielsweise die Schlüsselverbindungen für Kartongeruch erfolgreich aufgeklärt werden sowie plastikartige Fehlgerüche bei der Sterilisation von Verpackungsmaterial aufgeklärt werden.
 

Produktgruppen und Rohstoffe

Produktgruppen und Rohstoffe, in denen wir geruchsaktive flüchtige Verbindungen charakterisieren (Beispiele):

• Farbstoffe, Pigmente, Lacke, Tinten
• Lösungsmittel und Basisformulierungen
• Weichmacher, Gleitmittel, UV-Schutzmittel
• Klebstoffe, Bindemittel
• Reinigungs- und Pflegemittel
• Kosmetika und Body Care-Produkte
  
• Kunststoffe, Polymere, Rezyklate
• Holz-, Papier-, Kartonprodukte, Cellulose-basierte Materialien
• Textilien, Bekleidungsmaterialien, Lederwaren, Funktionsmaterialien
• Bedarfsgegenstände, Spielwaren
• Möbel und Einrichtungsgegenstände
• Rohstoffe (z.B. Fette oder Fett-Derivate, Cellulose oder Cellulose-Derivate)
• Bedarfsgegenstände für den Lebensmittelkontakt

Moderne Bedarfsgegenstände bestehen aus einer Vielzahl von Ausgangskomponenten und Additiven und werden während ihrer Herstellung mit komplexen chemischen und physikalischen Verfahren bearbeitet. Treten bei den Produkteigenschaften unerwünschte Abweichungen auf, stellt die Ursachenfindung eine große Herausforderung dar. Zur Aufklärung von Fehlgerüchen verfügen wir über eine zielgerichtete Analytik gekoppelt mit dem entsprechenden Expertenwissen. Unsere umfassende Kenntnis von Stoffeigenschaften und möglichen Bildungswegen geruchsaktiver Substanzen ist die Grundlage, um Ursachen aufzudecken und geeignete Vermeidungsstrategien zu entwickeln. Besonders die Aufklärung von Störgerüchen in Rohstoffen, Werkstoffen und Bedarfsgegenständen und die Bewertung angenehmer und gewünschter Materialgerüche stehen im Fokus unserer Forschung.
 

Referenzprojekte

• Ursachenklärung von Reizeffekten und Störgeruch bei Kinderprodukten
  
• Charakterisierung und Optimierung von Geruch in Kunststoffen und Rezyklaten
  
• Holz- und Holzprodukte und ihre sensorischen Eigenschaften
  
• Charakterisierung von Geruchsstoffen in Klebstoffen