Mensch, Maschine und Produkt als Team: Smart Solutions in der Qualitätssicherung auf dem Vormarsch

Rückblick digitaler DLG-Lebensmitteltag Sensorik 2021.

Die instrumentelle Lebensmittelanalytik unterstützt zunehmend die Humansensorik bei der Produkt- und Prozesskontrolle in der Lebensmittelindustrie. Digitalisierung und Automatisierung werden zukünftig den Einsatz unterschiedlicher Techniken aus den Bereichen Chromatographie und Spektroskopie weiter beschleunigen. Damit kann die humansensorische Panel-Arbeit in der Qualitätssicherung eine wertvolle, kosten- und ressourcensparende Unterstützung erhalten, die Prüfer zugleich schützt und entlastet. Zu diesem Ergebnis kam der digitale Lebensmitteltag Sensorik der DLG (Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft), der dieses Jahr unter dem Leitthema „Smart Solutions in der Qualitätssicherung“ stand.

Die Bedeutung der instrumentellen Sensorik wächst insbesondere in jenen Anwendungsbereichen, in denen ein routinemäßiger Bedarf an definierten, verlässlichen und schnellen Analysen besteht. Aktuell stehen dem Markt unterschiedliche instrumentelle Sensorsysteme kommerziell zur Verfügung, auf die Prof. Dr. Stefanie Sielemann, Fachgebiet Instrumentelle und analytische Sensortechnik (Hochschule Hamm-Lippstadt), in ihrem Einführungsvortrag einging. Neben Sensor-basierten Elektronischen Nasen und gaschromatographischen Messsystemen, stellte sie auch spektrometrische Verfahren, wie u.a. die Ionenmobilitäts- und die Massenspektrometrie sowie Verfahrenskombinationen als neuere Technologien im Bereich der analytischen instrumentellen Sensorik vor. Sie liefern unter anderem in der Klassifizierung von Olivenölen oder bei der Authentifizierung von Honigen vielversprechende Ergebnisse. Darüber hinaus sind sie zunehmend einfacher zu bedienen, bei guter Sensitivität und Selektivität.

Daneben gewinnen aber auch spektroskopische Verfahren wie etwa die Nahinfrarot (NMR)-Spektroskopie zunehmend an Bedeutung, wie Dr. Ina Willenberg, Max Rubner-Institut (Detmold), erläuterte. Hierbei kann eine Vielzahl von bekannten Qualitäts- und Reinheitsparametern simultan, innerhalb kürzester Zeit und ohne Probenvorbereitung ermittelt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass diese „Schnell“-Methode ein hilfreiches und kostengünstiges Screeningverfahren ist, um auch bei unbekannten Proben die Klassifizierung von nativen Olivenölen mit hoher Wahrscheinlichkeit richtig zu ermitteln. Auffällige Proben können vorselektiert und damit das vom Panel zu untersuchende Probenvolumen reduziert werden.

Komplexe Mischungen

Komplexe Mischungen wie Zutaten und fertige Lebensmittel stellen bezüglich ihrer analytischen und sensorischen Evaluierung große Herausforderungen dar. Daher begünstigt die Kombination mehrerer Analyseverfahren und ihre Auswertung via targeted und non-targeted Analysen einen maximalen Umfang an relevanten Informationen.

Die Nutzung von „Machine Learning“ ermöglicht die Erschließung neuer Erkenntnisse im Bereich von speziesspezifischen Markern und Qualitätsmerkmalen von Lebensmitteln. Dr. Stephan Ingmar Brückner, Symrise AG (Holzminden), stellte eine Applikation vor, die Daten aus speziellen Spektroskopie-Messungen mit der Zusammensetzung, dem geographischen Ursprung und dem Hersteller von Fruchtsaftkonzentraten korreliert. Diese Analysen sind von besonderem Interesse, da die entsprechenden Attribute hohen Einfluss auf den Preis haben.

Zudem beeinflussen sie, u.a. im Falle der Authentizitäts-Prüfung, die Verwendung der Rohstoffe und die korrekte Auslobung daraus erzeugter Waren. Die Applikation von Symrise zeige das große Potenzial der resultierenden statistischen Modelle, das sich aufgrund der vereinfachten Kategorisierung und der Zuordnung von Qualitätsparametern auf neu gemessene Proben ergibt.

Aromaanalytik

Dass sich die Aromaanalytik stark weiterentwickelt hat und trotz Stoffkomplexität und Aromenvielfalt vielversprechende Verfahren und Geräte zur Verfügung stehen, verdeutlichte Jens Hannibal, Winopal Forschungsbedarf (Elze). Er stellte anhand von Herakles und der AroChemBase die hohe Leistungsfähigkeit der heutigen Geräte da. Herakles vereint die ultraschnelle Flash-Gaschromatographie mit den Funktionen einer elektronischen Nase, so dass die chemischen Komponenten einer Probe bestimmt und ein präziser olfaktorischer Abdruck erstellt werden kann. Über die AroChemBase Datenbank lässt sich eine Verbindung zu sensorischen Deskriptoren aus der Panelarbeit herstellen, ohne dass die Prüfer gegebenenfalls unreine Proben verkosten müssen.

Laut Dr. Jan-Christoph Wolf, Plasmion GmbH (Augsburg), ermöglicht die auf der Massenspektrometrie basierende SICRIT®-Technologie die hochspezifische Erfassung von Aromakomponenten in Echtzeit. Innerhalb einer Sekunde lassen sich hiermit gleichzeitig die rund 300 für das Kaffeearoma verantwortlichen chemischen Stoffe einer Kaffeebohne identifizieren und ihr Mengenanteil bestimmen. Mit dieser Laboranalytik und den High-Tech Endgeräten können die für Aroma oder Fehlaroma verantwortlichen flüchtigen Stoffe nicht nur im Labor, sondern auch in inline- bzw. online-Kontrollen direkt im Herstellungsprozess realisiert werden. Auf diese Wiese wird in der Qualitätssicherung eine enorme Entlastung humansensorischer Panels möglich.

Nach den Worten von Prof. Dr. Andrea Büttner, Institutsleiterin Fraunhofer Institut für Verfahrenstechnik & Verpackung IVV (Freising), kommt bei der Entwicklung zukunftsweisender, nachhaltiger Technologien für die verschiedensten Lebens- und Arbeitsbereiche insbesondere in den Ingenieurswissenschaften der Verknüpfung biologischer Prinzipien mit anderen aktuellen Schlüsseltechnologien, wie der Nanotechnologie, der Robotik, der Informatik und Künstlichen Intelligenz eine immense Bedeutung zu. Schon seit einiger Zeit werden biobasierte Verfahren genutzt, um neue Medikamente, Chemikalien, Nahrungsmittelzusatzstoffe oder Materialien nachhaltig zu produzieren. Zudem tragen intelligente Sensoren und ein elektronisches Prozessmanagement gerade auch in der Lebensmittelverarbeitung immer mehr dazu bei, dass Menschen, Maschinen und Produkte immer stärker miteinander inter-agieren: Sensoriker erhalten beispielsweise in der Qualitätskontrolle bei Lebensmitteln Unterstützung ebenso wie die Humanmedizin bei der Diagnose, Interpretation und Behandlung von Riech- und Schmeckstörungen.

Fazit

Die Bedeutung der instrumentellen Sensorik wächst insbesondere in den Anwendungsbereichen, in denen ein routinemäßiger Bedarf an definierten, verlässlichen und schnellen Analysen besteht, wie beispielsweise bei Authentizitätskontrollen. Zudem können diese technischen Systeme Sensoriker vor Gefahren schützen, indem sie als Detektoren gesundheitsschädliche Stoffe erkennen und zu prüfende Produkte entsprechend selektieren. Weil die Humansensorik meistens Stichprobenmessungen vornimmt, stellen chemisch-technische Analysen und kontinuierlich laufende Messsysteme gerade auch im Bereich der Aromaanalytik eine wertvolle, fachliche Unterstützung der Panel-Arbeit dar. Für Qualitätssicherung und klar definierte Aromaanalysen bedeutet das einen geringeren zeitlichen und personellen Aufwand, eine hohe Verlässlichkeit, Gesundheitsschutz sowie langfristig betrachtet auch eine Kostenersparnis.

Pressekontakt:
Dr. Regina Hübner
Tel.: +49 69 24788-206
E-Mail: R.Huebner(at)DLG.org

Quelle: DLG

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