(Bio-)Lebensmittel: Weni­ger Ver­lus­te durch sen­so­ri­sche Detektion

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.