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(Bio-)Lebensmittel: Weni­ger Ver­lus­te durch sen­so­ri­sche Detektion

16. Juni 2021
in Food
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Für weniger Lebensmittelverluste durch sensorische Detektionsverfahren sorgen Prof. Dr. Andrea Büttner (links), geschäftsführende Institutsleiterin des Fraunhofer IVV und Verbundsprecherin für das Projekt SHIELD und Dr. Susann Vierbauch (rechts), die das Projekt im Fraunhofer IVV verantwortet.

Die Über­wa­chung und Siche­rung der Qua­li­tät von (Bio-)Lebensmitteln soll zukünf­tig ent­lang der Wert­schöp­fungs­ket­te schnel­ler und effi­zi­en­ter als bis­her durch­führ­bar sein. Dafür wer­den neue sen­so­ri­sche Detek­ti­ons­ver­fah­ren ent­wi­ckelt, die dazu bei­tra­gen, Lebens­mit­tel­ver­lus­te zu ver­rin­gern. Von der Ern­te über die Logis­tik und Lage­rung bis zur Ver­ar­bei­tung oder den Weg in den Han­del sol­len Metho­den bereit­ge­stellt wer­den, mit denen Lebens­mit­tel unter Berück­sich­ti­gung der indi­vi­du­el­len Qua­li­täts­ei­gen­schaf­ten best­mög­lich ver­plant, ver­trie­ben und wei­ter­ver­ar­bei­tet wer­den kön­nen. Ent­wi­ckelt wer­den sie im Ver­bund­pro­jekt »SHIELD — Siche­re hei­mi­sche (Bio-) Lebens­mit­tel durch sen­so­ri­sche Detek­ti­ons­ver­fah­ren«, das von der Baye­ri­schen For­schungs­stif­tung mit 1,2 Mio. € geför­dert wird. Unter der Koor­di­na­ti­on des Fraun­ho­fer-Insti­tuts für Ver­fah­rens­tech­nik und Ver­pa­ckung IVV star­tet am 1.7.2021 die­se digi­ta­le Trans­for­ma­ti­on der Ana­ly­tik, Sen­so­rik und Detek­ti­on im Lebensmittelqualitätsmanagement.
Gemein­sam mit wis­sen­schaft­li­chen Ein­rich­tun­gen und Anwen­dungs-Part­nern wer­den grund­le­gen­de Kon­zep­te erar­bei­tet, die auch die Über­wa­chungs- und Kon­troll­be­hör­den wie das Baye­ri­sche Lan­des­amt für Gesund­heit und Lebens­mit­tel­si­cher­heit mit ein­be­zie­hen. Der Anteil an öko­lo­gisch bewirt­schaf­te­ter Flä­che in Bay­ern steigt seit 1994 kon­ti­nu­ier­lich und soll bis zum Jahr 2030 durch das Pro­gramm Bio­Re­gio 2030 auf 30 % der land­wirt­schaft­li­chen Flä­che erhöht wer­den. Auf EU-Ebe­ne wird zudem ab 2023 im Rah­men der neu­en Gemein­sa­men Agrar­po­li­tik (GAP) sowie der Farm-to-Fork-Stra­te­gie die öko­lo­gisch zu bewirt­schaf­ten­de Flä­che auf 25 % aus­ge­wei­tet. »Die Stär­kung von Qua­li­tät und Sicher­heit über die Bio-Wert­schöp­fungs­ket­ten ist des­halb auch für den Wett­be­werb der baye­ri­schen Bio­bran­che von gro­ßer Bedeu­tung. Damit weni­ger beschä­dig­te oder für den mensch­li­chen Ver­zehr unge­eig­ne­te Lebens­mit­tel­roh­stof­fe aus­sor­tiert wer­den müs­sen, brau­chen wir ein­fa­che und zuver­läs­sig hand­hab­ba­re Ver­fah­ren, mit denen die Roh­stof­fe bereits bei der Waren­an­nah­me ana­ly­siert wer­den kön­nen«, erläu­tert Prof. Dr. Andrea Bütt­ner, geschäfts­füh­ren­de Insti­tuts­lei­te­rin des Fraun­ho­fer IVV und Ver­bund­spre­che­rin für das Pro­jekt SHIELD.

Hand­ge­rä­te und smar­te Soft­ware erleich­tern die Planung

Mit sen­so­ri­schen Detek­ti­ons­ver­fah­ren soll es leich­ter wer­den, Qua­li­täts­pro­gno­sen zu erstel­len sowie Logis­tik­ket­ten zu opti­mie­ren, um damit die tat­säch­li­chen Bedar­fe der Lebens­mit­tel­in­dus­trie und der Ver­brau­cher zu adres­sie­ren. Durch die genaue Bestim­mung der (Bio-)Rohstoffqualität für die Ver­ar­bei­tung bzw. die Abga­be in den Han­del kön­nen Lebens­mit­tel­ver­lus­te erheb­lich redu­ziert werden.

»Wir kom­bi­nie­ren unter ande­rem Sen­sor­tech­no­lo­gien, opti­sche Metho­den und intel­li­gen­te Algo­rith­men und ent­wi­ckeln Hand­ge­rä­te und smar­te Soft­ware, die auch in klei­nen Betrie­ben ein­setz­bar sind. Zusätz­lich wer­den Nach­weis­me­tho­den für die Authen­ti­zi­tät sowohl von Roh­stof­fen als auch von pro­du­zier­ten Lebens­mit­teln etabliert.«
— Dr. Susann Vier­bauch vom Fraun­ho­fer IVV

Am Lehr­stuhl für Aro­ma- und Geruchs­for­schung an der Fried­rich-Alex­an­der-Uni­ver­si­tät Erlan­gen-Nürn­berg (FAU) wer­den zur Qua­li­täts­be­stim­mung Mar­ker­sub­stan­zen aus authen­ti­schem Pro­ben­ma­te­ri­al defi­niert. Die­se bil­den die Grund­la­ge für die Ent­wick­lung von Schnell­me­tho­den für den Waren­ein­gang. Die Eva­lu­ie­rung über­neh­men das Fraun­ho­fer IVV, die Fraun­ho­fer-Ein­rich­tung für Mikro­sys­te­me und Fest­kör­per Tech­no­lo­gien EMFT sowie der Lehr­stuhl für Ana­ly­ti­sche Lebens­mit­tel­che­mie der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Mün­chen. Am Lehr­stuhl für Lebens­mit­tel­che­mie der FAU wer­den Pro­filing­me­tho­den ent­wi­ckelt, um auch uner­war­te­te Pro­ble­me sys­te­ma­tisch erken­nen zu können.
Die Schnell- und Pro­filing­me­tho­den die­nen neben der Erfas­sung der Qua­li­tät und Sicher­heit der ange­lie­fer­ten Roh­stof­fe auch zur Bestim­mung der Authen­ti­zi­tät der Roh­wa­ren. Wäh­rend der Pro­jekt­lauf­zeit wer­den die Schnell­me­tho­den kon­ti­nu­ier­lich mit wei­te­ren Erkennt­nis­sen abge­gli­chen und in der Pra­xis bei den Indus­trie­part­nern vali­diert. Die­se Erkennt­nis­se flie­ßen in eine Daten­platt­form ein, die zur kom­bi­na­to­ri­schen Betrach­tung und Kor­re­la­ti­on der Mess­ergeb­nis­se dient.

Digi­ta­ler Waren­ein­gang und Online-Logistik

Die eva­lu­ier­ten kos­ten­güns­ti­gen Sen­so­ren, die vor Ort von den Indus­trie­part­nern bei der Waren­an­nah­me als Schnell­me­tho­de sowie bei der Lage­rung ein­ge­setzt wer­den, lie­fern wert­vol­le Daten über die Qua­li­tät, Sicher­heit und Authen­ti­zi­tät der Roh­wa­ren. Damit wird durch die Digi­ta­li­sie­rung des Waren­ein­gangs über NIR und opti­schen Metho­den ein enor­mer Infor­ma­ti­ons­ge­halt z.B. über Form, Far­be, Grö­ße und Beschaf­fen­heit gene­riert. Die­se Infor­ma­tio­nen ermög­li­chen durch Mus­ter­er­ken­nung ver­läss­li­che Halt­bar­keits­vor­her­sa­gen und ver­bes­sern damit die Logis­tik und Rezep­tie­rung bei der Ver­ar­bei­tung. Am Lehr­stuhl für Maschi­nel­les Ler­nen und Daten­ana­ly­tik der FAU wer­den zu die­sem Zweck Metho­den und Model­le für Halt­bar­keits- und Absatz­pro­gno­sen entwickelt.
Dabei wird berück­sich­tigt, dass sich pro­dukt­spe­zi­fi­sches Wis­sen in die Vor­her­sa­gen inte­grie­ren lässt. So kön­nen sai­so­nal beding­te Schwan­kun­gen im Absatz berück­sich­tigt wer­den. Am Lehr­stuhl für Wirt­schafts­ma­the­ma­tik wer­den dar­auf auf­bau­end mathe­ma­ti­sche Opti­mie­rungs­mo­del­le bereit­ge­stellt, die bei der Rezep­tie­rung unter­stüt­zen. Die­se gene­rie­ren auto­ma­ti­siert Vor­schlä­ge für eine vor­aus­schau­en­de, nach­hal­ti­ge Pro­duk­ti­ons­pla­nung. Ein Online-Ansatz sorgt durch stän­di­ge Reop­ti­mie­rung beim Ein­tref­fen neu­er Infor­ma­tio­nen dafür, dass sich Logis­tik und Pro­duk­ti­on stets im opti­ma­len Zustand befinden.
Im Rah­men des Pro­jek­tes wird an der Tech­ni­sche Hoch­schu­le Nürn­berg am Stand­ort Neu­markt i.d.Opf. im For­schungs­schwer­punkt Manage­ment in der Öko­bran­che eine Bedarfs­ana­ly­se durch­ge­führt und der Wis­sens­trans­fer eta­bliert. Ziel ist es, neben der Erfas­sung der Gesamt­si­tua­ti­on in der Bio-Bran­che, die spe­zi­fi­schen Her­aus­for­de­run­gen zu defi­nie­ren und die Erkennt­nis­se aus dem Pro­jekt SHIELD umzu­set­zen. Zusätz­lich sol­len die­se dann auch auf ande­re ver­wand­te Pro­dukt­ebe­nen über­tra­gen werden.

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