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Ist das Fleisch noch genießbar? Neue Technologie misst Frische und verhindert Verschwendung
Im EU-Projekt PRECISE entwickeln deutsche und dänische Forschende eine künstliche Nase, die das riechen kann, was wir Menschen selbst nicht können: ob Fleisch und Fisch noch frisch ist. Die Technologie misst kleinste Geruchsmoleküle, die beginnenden Verderb anzeigen — lange bevor unsere eigenen Sinne dies wahrnehmen können.
„Wir haben eine künstliche Nase entwickelt, die die ersten Anzeichen von Verderb messen kann. Das bedeutet, dass wir Frische wesentlich präziser als ein Datumstempel beurteilen können — und das ist entscheidend, wenn wir Lebensmittelverschwendung reduzieren und besser auf das Klima achten wollen,” erklärt Roana de Oliveira Hansen, Projektleiterin an der Syddansk Universitet in Sønderborg.
Heute werfen sowohl Verbraucher als auch Betriebe große Mengen Lebensmittel weg, weil das Datum auf der Verpackung „mindestens haltbar bis“ sagt, auch wenn das Produkt noch gut ist. PRECISE bietet eine neue und präzisere Art, die Qualität von Lebensmitteln zu beurteilen, und somit eine Möglichkeit, Geld und CO₂ zu sparen.
Getestet in der Realität – in Restaurants, Supermärkten und Schlachtereien
Einer der wichtigsten Teile des PRECISE-Projekts waren die neun Lebensmittelbetriebe, die die künstliche Nase in ihrem ganz normalen Alltag getestet haben. Alle, von Restaurants über Supermärkte bis zu Schlachtereien, haben diese Nase in hektischen Produktionsumfeldern angewandt. Hier sind die Bedingungen weitaus unvorhersehbarer als in einem Labor und genau deshalb sind ihre Erfahrungen so wertvoll. Roana de Oliveira Hansen betont die Bedeutung dieser realen Testumfelder: „Die Betriebe, die die Nase getestet haben, waren äußerst entscheidend. Sie haben die Technologie in ihrer täglichen Arbeit angewandt und uns konstruktives Feedback gegeben.“
Pia B. Andersen, Managerin, Laboratory, Danish Crown sagt über die künstliche Nase: „Die Lösung von PRECISE wird zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit im Bereich der Fleisch- und Fischindustrie sowohl in Europa als auch weltweit beitragen. Diese Lösung stellt ein großes Potenzial für unseren Betriebsbereich dar.“
Mehrere der Betriebe haben betont, dass der Sensor ein wichtiges Werkzeug im Rahmen ihrer Qualitätskontrolle sowie ihrer Arbeit in Bezug auf das Reduzieren von Lebensmittelverschwendung werden kann. „Wenn das Produkt implementiert ist, werde ich meine eigenen Standards für mein gesamtes Personal festsetzen können, so dass ich nicht die ganze Zeit da sein muss! Vielleicht kann ich die Zeit nutzen, um den Betrieb zu erweitern,“ berichtet Jacek Lubinski, CEO, Koi Sushi.
Durch diese Tests konnten die Forschenden von PRECISE ebenfalls Herausforderungen wie Feuchtigkeit und Partikel in der Luft entdecken und Verbesserungen wie das neue „Mouthpiece” entwickeln, das den Sensor schützt und präzise Messungen gewährleistet.
Die Technologie, die das riechen kann, was wir nicht riechen können
Auch wenn es bei PRECISE um etwas so alltägliches wie frisches Fleisch oder frischen Fisch geht, baut die Technologie auf einem engen Zusammenspiel zwischen Microchipproduktion, Biochemie, Lebensmittelanalyse und künstlicher Intelligenz auf. Die Lösung wird durch das Bündeln deutscher und dänischer Kräfte ermöglicht.
In Deutschland entwickelt und produziert das Fraunhofer ISIT die mikroskopischen Sensorelemente, auf denen das gesamte System aufbaut. Wenn die Sensoren fertig sind, fügt die Syddansk Universitet die biochemische Komponente hinzu, und die Hochschule Flensburg sowie die KIN GmbH sind für Lebensmitteltests und Referenzanalysen zuständig, die die Messung von beginnendem Verderb ermöglichen. Gleichzeitig besteht die Arbeit der Technischen Hochschule Lübeck darin, die Sensordaten zu verstehen und zu interpretieren sowie zu gewährleisten, dass die Messungen stabil und zuverlässig sind.
Die Syddansk Universitet sorgt als Leadpartner dafür, dass Sensoren, Biochemie und Software als ein Gesamtsystem funktionieren, und dass es in realen Testumgebungen getestet wird. AmiNIC ApS arbeitet gleichzeitig daran, die Technologie in ein Produkt umzusetzen, das in der Industrie genutzt werden kann.
Roana de Oliveira Hansen fasst dies folgendermaßen zusammen: „Es ist genau die Kombination aus deutscher Präzision und dänischer Entwicklungskraft, die die Technologie ermöglicht. Jeder Partner trägt mit etwas Einzigartigem bei, und erst wenn wir das zusammensetzen, erhalten wir eine Lösung, die in der Realität funktioniert.“
Warum der Sensor zuverlässiger ist als unsere eigene Nase
Einer der wichtigsten Punkte der Forschenden ist, dass die künstliche Nase nicht nur ein neues Werkzeug ist – sie ist auch zuverlässiger als unsere eigenen Sinne. Heutzutage beurteilen viele Verbraucher die Frische neben dem Blick auf das Haltbarkeitsdatum durch Riechen an Lebensmitteln, aber das ist keinesfalls eine sichere Methode.
„Der Sensor kann sehr niedrige Konzentrationen von Molekülen messen. Er ist deutlich empfindlicher als unsere eigene Nase – und wird nicht von etwas so Einfachem wie einer Erkältung beeinflusst,“ so Horst Hellbrück, Professor an der Technischen Hochschule Lübeck.
Er weist auch darauf hin, dass es derzeit keine entsprechenden Technologien auf dem Markt gibt, die in Bezug auf Frische eine schnelle und objektive Antwort geben können. „Mir ist keine andere Methode bekannt, die Verderb so schnell und so präzise messen kann. Die Alternative ist nach wie vor eine mikrobiologische Analyse und die dauert mehrere Tage,“ erläutert er.
Was haben wir gelernt – Erfahrungen aus drei Jahren Entwicklung
Durch die Entwicklung der künstlichen Nase hat die deutsch-dänische Partnerschaft wertvolle Erkenntnisse in Bezug darauf gewonnen, wie der Sensor in der Praxis funktioniert. Eine der wichtigsten Erkenntnisse betrifft die Empfindlichkeit und Haltbarkeit des Sensors.
„Der Sensor ist extrem empfindlich. Anfangs dachten wir, dass wir ihn über Wochen hinweg nutzen könnten, aber wir stellten schnell fest, dass wir die Signale sehr vorsichtig interpretieren müssen, und dass der Sensor tatsächlich altert,” berichtet Horst Hellbrück. Dies bedeutete, dass die Forschenden neue Routinen zur Aufbewahrung, zum Austausch und zum Synchronisieren von Messzyklen entwickeln mussten, so dass die Daten stabil und vergleichbar blieben.
Auch die Zusammenarbeit zwischen den Partnern führte zu wertvollen Erkenntnissen. „Wir konnten ohne lange Anlaufphase direkt in die Entwicklung einsteigen, weil wir uns bereits kannten. Dadurch konnten wir die ersten Sensoren schon früh im Projekt liefern” so Lars Blohm, Forscher am Fraunhofer ISIT. Viele Arbeitsaufgaben liefen parallel – von der Sensorproduktion bis zur Biochemie, Datenanalyse und Tests in Betrieben. Dies erforderte eine enge Koordination und laufende Justierungen.
Das Zukunftspotenzial – neue Anwendungen und wachsende Nachfrage
Obwohl PRECISE noch ein Forschungsprojekt ist, ist das Interesse für die Technologie bereits groß. Mehrere Partner merken, dass der Sensor auf einen Bedarf trifft, und dass sowohl in der Technologie als auch in ihren Anwendungen ein großes Zukunftspotenzial steckt.
„Wir haben bereits mehrere Anfragen erhalten, unter anderem zur Integration des Sensors in einen Kühlschrank. Das zeigt, wie groß das Interesse an dieser Technologie ist.“ berichtet Horst Hellbrück. Er sieht besonders in der Änderung unseres Verhaltens in Bezug auf Lebensmittelverschwendung ein Potenzial: „Eine Technologie, die uns zuverlässig sagt, wann Lebensmittel tatsächlich noch frisch sind, kann unser Verhalten verändern und die Unsicherheit verringern, die viele dazu bringt, Essen zu früh wegzuwerfen.“
Der Sensor kann sowohl an andere Lebensmittel als auch völlig andere chemische Stoffe angepasst werden. Daher geht das Potenzial der Technologie weit über Fleisch und Fisch hinaus. Sie kann für neue Anwendungen umskaliert und -geformt werden.
„Wir schätzen, dass die PRECISE-Nase innerhalb der nächsten 1–2 Jahre für die Industrie bereit sein kann. Die Technologie ist ausgereift, und die Betriebe fragen nach der Lösung,” erklärt Projektleiterin Roana de Oliveira Hansen.
Die Interreg-Förderung als Ausgangspunkt für zukünftige Sensortechnologie
PRECISE wird umgesetzt mit Förderung von Interreg Deutschland-Danmark und der Europäischen Union, die mit ca. 1,9 Millionen Euro zum Projekt beigetragen haben. Die Förderung hat ermöglicht, 10 deutsche und 6 dänische Partner in einer gemeinsamen Entwicklungsarbeit zu bündeln, die sonst nicht in gleicher Weise hätte erfolgen können.
„Die Interreg-Förderung hat es ermöglicht, Kompetenzen zu bündeln, die normalerweise so nicht zusammenkommen. Das hat die Entwicklung beschleunigt und uns eine Grundlage geschaffen, auf der wir weiter aufbauen können,“ erläutert Lars Bohm.
Mit dem Abschluss des Projekts stehen die Partner nicht am Endpunkt sondern an einem neuen Ausgangspunkt. Die Technologie ist nahezu ausgereift für den Markt, die Nachfrage wächst, und mehrere Partner sehen bereits Möglichkeiten für neue Kooperationen.