An der TH Ostwestfalen-Lippe erforscht ein Forscherteam neue Möglichkeiten, um die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu bestimmen

An der TH Ostwestfalen-Lippe erforscht ein Forscherteam neue Möglichkeiten, um die Qualität und Haltbarkeit von Lebensmitteln zu bestimmen. Damit wollen die Forscherinnen und Forscher aus der Forschungspartnerschaft smartFoodTechnologyOWL der Lebensmittelverschwendung vorbeugen.

Vier Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler stehen in einem Labor, einer hält den Karton einer Tiefkühlpizza in der Hand
Ein Teil des DProFood-Projektteams in einem der analytischen Labore. Von links nach rechts: Prof. Dr. Hans-Jürgen Danneel; Stephanie Wisser, M. Sc.; Michael Neumaier, B.Sc. ; Daniel Pauli, M.Sc
(Bild: Daniel Pauli)

Beinahe die Hälfte des weggeworfenen Essens in Deutschland landet nur deshalb im Müll, weil das Mindesthaltbarkeitsdatum überschritten wurde. Dabei sind diese Lebensmittel meist noch völlig in Ordnung und kein bisschen verdorben. Dieser Verschwendung will das Projekt DProFood mit moderner Technik entgegentreten: Das Projektteam um die Professoren Dr. Hans-Jürgen Danneel und Dr. Volker Lohweg entwickelt Sensoren, die den Zustand von Lebensmitteln beurteilen können.

Ist das Produkt noch frisch, oder haben bereits Prozesse eingesetzt, die von Verderbnis zeugen? Solche Prozesse zu erkennen, noch bevor die menschlichen Sinne sie erfassen, das ist das Projektziel. Am besten sollte die Sensorüberwachung schon mit den Rohstoffen beginnen, die am Anfang der Produktionskette stehen, und erst enden, wenn der Endverbraucher das Lebensmittel verspeist. "Wenn man immer genau informiert wäre, in welchem Zustand das Produkt gerade ist, dann könnte man die Verschwendung von Lebensmitteln drastisch reduzieren", meint Danneel.

Über Verderbnisprozesse ist erstaunlich wenig bekannt

Bis dahin ist es allerdings ein weiter Weg, denn das Problem ist enorm komplex. Und das Forscherteam fängt wirklich ganz am Anfang an: Was passiert überhaupt, wenn ein Lebensmittel verdirbt, und welche Stoffe kann man als Verderbnisindikator nutzen? Es sei eigentlich erstaunlich, dass so wenig darüber bekannt sei, findet der Biochemiker Danneel.

Immerhin: Sein Team hat schon einen großen Erfahrungsschatz aus ähnlichen Projekten gesammelt und weiß, wo man am besten mit der Suche anfängt. Ein interessanter Kandidat für einen zuverlässigen Verderbnisindikator sind zum Beispiel biogene Amine, die typischerweise in verdorbenem Fisch und Fleisch auftauchen und für einen strengen Geruch sorgen. Bis die menschliche Nase allerdings diese Stoffe erkennt, könnte das Lebensmittel bereits verdorben sein. Ein empfindlicher Sensor dagegen, so Danneel, könne bereits viel früher auf biogene Amine ansprechen und dem Verbraucher frühzeitig anzeigen, dass dieses Lebensmittel bald verzehrt werden sollte.

Im Projekt DProFood will sich das Forscherteam zunächst auf die Herstellung der Lebensmittel konzentrieren und für diese Produktionsprozesse eine Überwachungskette etablieren. Dabei kommen verschiedene Sensoren zum Einsatz, deren Messwerte dann zu einem Gesamtergebnis fusioniert werden: von elektronischen Nasen über Ultraschall bis hin zu Hyperspektralkameras, die sehr frühzeitig Schimmelbildung erkennen, ist hier praktisch alles denkbar.

Die Fertigpizza als ideales Testobjekt

Als Testobjekt dient derzeit eine Fertigpizza. Daniel Pauli, wissenschaftlicher Mitarbeiter in Danneels Team, erklärt diese Wahl: "Zum einen hat eine Pizza viele Komponenten, da kommt eine breite Rohstoffpalette zum Einsatz – und jeder Rohstoff verdirbt anders, so dass wir hier viele Ansatzpunkte für verschiedene Messungen haben", sagt er. "Und zum anderen verdirbt eine frische oder aufgetaute Pizza vergleichsweise schnell. Deshalb können wir die Veränderungen gut beobachten, ohne bei jedem Versuch wochenlang warten zu müssen, dass sich etwas tut." Später sollen die Erkenntnisse aus den Pizza-Experimenten dann auf langlebigere Produktklassen wie Pudding oder Joghurt übertragen werden.

Hans-Jürgen Danneel ist überzeugt, dass die automatisierte Überwachungstechnik den Mitarbeitern in der Lebensmittelproduktion eine Hilfe sein wird. "Die Menschen an den Produktionsstraßen haben eine hohe Verantwortung", meint er. "Sie müssen die Rohstoffqualität im Auge behalten und trotzdem nach wirtschaftlichen Vorgaben produzieren. Ein Warnsystem, das notfalls eingreift und vielleicht sagt: Stopp, an dieser Stelle muss etwas länger erhitzt werden, damit das Produkt sicher ist – das würde den Mitarbeitern viel Druck nehmen." Deshalb soll das System sich auch mittels maschinellem Lernen weiterentwickeln und aus vielen Optionen irgendwann selbständig die beste wählen können.

Auf lange Sicht stellt sich das Team von DProFood außerdem vor, dass Lebensmittel auch nach der Produktion noch überwacht werden. Denn abseits der Produktionsstrecke vervielfältigen sich die externen Einflüsse, die ein Lebensmittel zerstören können: Nun ist die Ware möglichen Transportschäden durch Licht, Temperatur oder Erschütterungen ausgesetzt, kann falsch gelagert werden oder versehentlich auftauen. Und vor allem befindet sie sich nicht mehr auf einem Produktionsband, wo sie an den benötigten Sensoren vorbei transportiert wird, sondern muss ihren Sensor bei sich tragen – vielleicht als winziges Bauteil in der Verpackung.

Die richtige Balance beim Einsatz von Sensoren finden

Das DProFood-Team setzt hierbei auf so genannte Patches, die sehr kleine Sensoren enthalten und zum Beispiel mit Farbänderungen auf äußere Einflüsse reagieren können. "Solche Patches gibt es schon, allerdings nur für einzelne Faktoren und fast immer noch in der Forschungsphase", erläutert Pauli. Die Patches können zum Beispiel auf eine Unterbrechung der Kühlkette reagieren und diese durch einen Farbwechsel anzeigen. Allerdings ist Verderbnis ein so komplexer Prozess, dass es nicht ausreicht, einzelne Faktoren zu erkennen – dafür müsste man schon mehrere Sensoren kombinieren.

"Irgendwann wird dann aber womöglich die Verpackung zu teuer, wenn man sie mit Hightech-Sensoren zupflastert", schränkt Danneel ein. Es sei eine Gratwanderung, hier die richtige Balance für einen sinnvollen Einsatz der Sensortechnik zu finden. Und noch eine Gefahr sehen die Wissenschaftler: Was, wenn die Überwachung der Lebensmittel nur dazu führt, dass schon vor der Produktion die minderwertigeren Rohstoffe aussortiert werden? Das würde die Verschwendung vom Verbraucher auf den Produzenten verlagern, "und das ist natürlich nicht das, was wir erreichen wollen", erklärt Danneel.

Dennoch: Die Sensortechnologie kann gerade der oft recht strukturkonservativen Lebensmittelindustrie neue Impulse verleihen und auch den Verbrauchern mehr Sicherheit geben, glaubt das Team von DProFood. Und selbst wenn es bis zur lückenlosen Frischeüberwachung noch ein weiter Weg ist: Das grundlegende Wissen darum, wie und wann Lebensmittel verderben, ist in jedem Fall nützlich für alle Beteiligten.