Forschungs- und Innovationsprojekt
Vermeidung von Lebensmittelverlusten mittels eines Food-Scanners

Food Scanner misst die Qualität von Tomaten

Prototyp des Food Scanners ©Simon Goisser HSWT

Im Frühjahr 2017 startete das Projekt ,,Zerstörungsfreie Messmethode zur schnellen Qualitätsbewertung und Haltbarkeitsabschätzung von Lebensmitteln mithilfe von Food-Scannern‘‘. Es forciert die Entwicklung einer Methode zur einfachen und schnellen Messung der Qualität und Haltbarkeit von ausgewählten Lebensmitteln. Das entwickelte Modell soll Händlern und Konsumenten eine bessere Orientierung ermöglichen, zu welchem Zeitpunkt genau ein Lebensmittel noch verzehrsfähig ist. Das Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF) finanziert das Projekt.


Informationen zum Forschungsprojekt

Hintergrund des Projekts

In Bayern liegt das Vermeidungspotenzial für Lebensmittelverluste bei etwa 1,3 Millionen Tonnen pro Jahr. Dabei fallen rund 60 Prozent der Verluste am Ende der Wertschöpfungskette an – im Handel und beim Verbraucher. Häufige Ursachen sind ein Ablauf des Mindesthaltbarkeitsdatums und die fehlende Möglichkeit, den aktuellen Qualitätszustand und die tatsächlich verbleibende Haltbarkeit schnell zu bewerten.

Mehr Informationen zum Bündnis "Wir retten Lebensmittel!"

Ziel des Projekts

Das Projekt stellt eine der 17 Maßnahmen des Bündnis „Wir retten Lebensmittel!“ des Staatsministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten dar. Ziel ist die Entwicklung einer schnellen und zerstörungsfreien Messmethode zur Qualitätsbewertung und Haltbarkeitsabschätzung von ausgewählten Lebensmitteln. Die auf der Nahinfrarotspektroskopie (NIR) basierende Methode soll auf kompakte sowie kostengünstige Food-Scanner übertragen werden. Diese können im Handel von Qualitätskontrolleuren oder Endverbrauchern eingesetzt werden und sollen einen Beitrag zur Reduzierung von Lebensmittelverlusten leisten. Durch die frühzeitige Erkennung von Problemen sowie der Abschätzung der verbleibenden Haltbarkeit sollen Verluste auf allen Ebenen der Wertschöpfungskette reduziert werden – z. B. durch alternative Verwertungswege oder eine Preisreduzierung.

Übersicht über alle Lebensmittelretter-Projekte am KErn

Methode des Projekts

Für die Forschungsphase wurden Hackfleisch und Tomaten ausgewählt.

  • Die gemessenen NIR-Spektren von Hackfleisch werden mithilfe statistischer Verfahren mit dem mikrobiellen Verderb korreliert und die weitere Haltbarkeit des Produkts abgeleitet. Dies geschieht unter Berücksichtigung der Lagerbedingungen sowie der mikrobiologischen Richt- und Warnwerte zur Beurteilung von Lebensmitteln. Auf Grundlage der erhaltenen Daten wird ein Algorithmus entwickelt, welcher anhand der gemessenen Infrarotspektren den Status des Verderbs und somit die weitere Haltbarkeit des Produkts ermittelt.
  • Bei Tomaten werden relevante Qualitäts- und Reifeparameter unter Berücksichtigung sensorischer Qualitätsattribute sowie der Haltbarkeit mit den NIR-Spektren korreliert. Hierfür sind umfangreiche sensorische Analysen und zerstörende Qualitätsmessungen mit Tomaten in Kombination mit den NIR-Messungen und Lagerversuchen notwendig. Aus den resultierenden Daten wird ein Modell zur sensorischen Qualitätsbewertung sowie zur Haltbarkeitsabschätzung entwickelt.
  • Nach erfolgreicher Implementierung wird die Übertragbarkeit auf weitere Lebensmittel geprüft. Im Anschluss werden die entwickelten Modelle in einen mobilen und kostengünstigen Food-Scanner umgesetzt.

Aktueller Projektstand

Die definierten Arbeitspakete sind seit Projektbeginn im April 2017 in der Umsetzung. Die ersten Versuchsreihen wurden Ende 2017 abgeschlossen. Im Herbst 2018 wurden die ersten Prognosemodelle zur Haltbarkeit und Qualitätsbestimmung erstellt und überprüft. Ende 2018 wurden kommerziell verfügbare Scanner bewertet. Die entwickelten Messmethoden wurden auf die Übertragbarkeit auf andere Lebensmittel getestet. Seit Frühling 2019 wird an einem statistischen Modell gearbeitet, welches sortenübergreifend funktioniert. Am 26. September 2019 wird die Veranstaltung „Auf einer Wellenlänge“ über das Projekt informieren und mit Fachpersonen über eine Anwendung entlang der Lebensmittelwertschöpfungskette diskutieren.

Foodscanner-Projektflyer, Stand Juni 2017 pdf 3,0 MB

Projektpartner

Das Projektteam des Food-Scanner-ProjektsZoombild vorhanden

Das Projektteam, ©Hauke Seyfarth

- Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung
- Technische Hochschule Deggendorf, Technologie Campus Grafenau
- Hochschule Weihenstephan-Triesdorf
- Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung

Forum "Auf einer Wellenlänge"

Lebensmittelverluste entlang der Wertschöpfungskette

Laut aktuellem Nachhaltigkeitsbericht über den Fortschritt der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen ist der menschliche Umgang mit natürlichen Ressourcen noch immer auf einem sehr ineffizienten und verschwenderischen Niveau. Besonders im Bereich der Lebensmittelverschwendung ist noch sehr viel zu tun, um das SDG 12.3 „Globale Lebensmittelverluste halbieren“ spätestens in 2030 zu erreichen. In Deutschland landen in Privathaushalten mindestens 4,4 Millionen Tonnen Lebensmittel pro Jahr im Müll. Betrachtet man die Gesamtmenge von Lebensmittelverlusten in Deutschland von mindestens 11 Millionen Tonnen (ohne Agrarsektor), lässt sich großes Potenzial zur Reduktion in Landwirtschaft, Handel, Industrie und Logistik vermuten. Hier können schnelle, kosteneffiziente und zerstörungsfreie Messmethoden helfen, die Qualität von Lebensmitteln einzuschätzen und dementsprechend zu verarbeiten oder auch alternativ zu verwerten.

Technische Möglichkeiten noch nicht ausgeschöpft

Auch wenn Schätzungen und Berechnungen gewisse Ungenauigkeiten beinhalten, der verantwortungsbewusste Umgang mit unseren Lebensmitteln vom Acker bis zum Teller ist notwendig. Mobile Nahinfrarot-Scanner zeigen hier große Anwendungsmöglichkeiten: So lassen sich Parameter wie Wassergehalt, Süße, Proteingehalt, Einfärbung, Festigkeit und Konzentrationen von Inhaltsstoffen wie zum Beispiel sekundären Pflanzenstoffen messen. Die zugehörige Software berechnet dann die Werte im statistischen Modell. Ob direkt in der Anwendung in Schüttgut, der Warenannahme im Lager, der Messung der Güteklasse nach der Ernte, der Bewertung der Bodengüte, der Lebensmittelkontrolle & -sicherheit - bei vorhandenen Daten und geeignetem Modell sind viele Einsätze denkbar. Besonders im Hinblick auf die fortlaufende Miniaturisierung der Sensortechnik und die Digitalisierung ist es nur eine Frage der Zeit, bis Hardware und Software vollkommen in Smartphones integriert werden.

Vernetzung der Akteur*innen

Verschiedene Fachgebiete und Branchen initiieren viele neuartige Konzepte und Problemlösungen an genau den Schnittstellen, die sonst wenige Berührungspunkte haben. Das Forschungsprojekt "Food Scanner" will hier den Austausch anregen und neue Fallbeispiele kreieren. Im Rahmen der Veranstaltung "Auf einer Wellenlänge" am 26.09.2019 in Freising diskutieren Sensorhersteller, Lebensmitteleinzelhandel, Agrarforscher*innen, Lebensmittelindustrie, Rohstoffeinkäufer*innen, Startups und staatliche Einrichtungen den Einsatz mobiler Nahinfrarottechnik "from farm to fork". Falls Sie Interesse an einer Teilnahme haben, melden Sie sich bis zum 13.09.2019 unter pascal.luginger@kern.bayern.de an.

Fachkongress "Lebensmittel retten 4.0"

Live-Demonstration des Food-Scanners

Am Mittwoch, dem 16. Mai 2018, wurden im Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten in München innovative Verfahren zur Reduzierung von Lebensmittelverlusten vorgestellt.

Ernährungsministerin Michaela Kaniber eröffnete den Fachkongress und testete live vor Ort den Prototyp. Durch die Verknüpfung mit einer Smartphone-App könnten VerbraucherInnen damit bald erkennen, ob Obst und Gemüse noch verzehrbar ist. Der Scanner bestimmt mithilfe von Infrarot-Licht unter anderem den Reifegrad von Obst und Gemüse, liefert aber auch Informationen, ob Lebensmittel, wie etwa Hackfleisch, noch verzehrbar sind.

Beitrag von Food-Scannern zur Reduzierung von Lebensmittelverlusten

Nach der Live-Demonstration des entwickelten Food-Scanners folgte der theoretische Teil: Dr. Yannick Weesepoel von der Universität Wageningen berichtete über die (Weiter-)Entwicklung im Bereich der Spektroskopie und die neue Generation von Food-Scannern, die nicht nur in eine Hosentasche passen, sondern auch zunehmend günstiger werden: Spektroskopische Hardware, die in ein Smartphone integriert werden kann, gibt es für 250 US-Dollar.

Professorin Dr. Heike Mempel von der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf richtete ihren Fokus auf "lebende" Produkte wie Obst und Gemüse. Sie betonte, dass Food-Scanner zukünftig einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung von Lebensmittelverlusten bei frischen Produkten leisten können: Verschiedene Qualitätsparameter können zerstörungsfrei und in einem Arbeitsgang ermittelt werden. Dadurch ist eine gezieltere Steuerung des Warenflusses von empfindlichen und verderblichen Produkten möglich, wodurch wiederum Verluste reduziert werden können.

Dr. Peter Muranyi vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung berichtete über den Einsatz von Food-Scannern bei der Qualitätsbeurteilung von Hackfleisch. Umfangreiche Lagertests, bei denen die mikrobiologische Qualität sowie weitere chemische Parameter erfasst wurden, zeigten eine gute Übereinstimmung der mittels Nahinfrarotspektroskopie ermittelten und der tatsächlichen Gesamtkeimzahl.
Dr. Robert Hable von der Technischen Hochschule Deggendorf beschäftigt sich mit den "großen" Daten hinter den kleinen: "Die Kernidee von Big Data ist es, die vorhandenen Daten systematisch zu analysieren, um hieraus wertvolles Wissen zu erzeugen." Prognosen im Sinne von Verkaufszahlen spielen bei schnell verderblichen Waren eine große Rolle. Mithilfe der Nahinfrarotspektroskopie lässt sich der Zustand von Lebensmitteln genau und zerstörungsfrei bestimmen. Dr. Hable betonte aber: "Um basierend auf Sensordaten die Qualität der Lebensmittel bestimmen und letzlich Prognosen für die Haltbarkeit errechnen zu können, müssen intelligente Algorithmen entwickelt werden, die nach entsprechenden Mustern in den Daten suchen."

Dr. Robin Gruna vom Fraunhofer Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung wies auf die zentrale Rolle der Speicherung und Analyse gewonnener Messdaten hin, die durch den Einsatz spektroskopischer Sensoren entlang der Wertschöpfungskette entstehen. "Mittels geeigneter Datenanalyseverfahren ist es möglich, relevante chemische Informationen zu extrahieren, die quasi in Echtzeit zur Verfügung gestellt und beispielsweise zur Regelung und Überwachung von Produktionsprozessen eingesetzt werden können."

Programm des Fachkongresses am 16. Mai 2018

  • 10:00–10:05: Begrüßung
  • 10:05–10:25: Statement | Staatsministerin Michaela Kaniber
  • 10:15–10:55: Live-Demonstration des entwickelten Food-Scanners
  • 10:55–11:10: KEYNOTE: Das mobile FoodLab in der Hosentasche | Dr. Yannick Weesepoel (Universität Wageningen)
  • 11:10–11:15: Einführung in das Fachprogramm | Rainer Prischenk, Leiter KErn

VORSTELLUNG DES FOOD-SCANNER-PROJEKTS

  • 11:15–11:30: Qualitätsveränderungen bei pflanzlichen Lebensmitteln | Prof. Dr. Heike Mempel (Hochschule Weihenstephan-Triesdorf)
  • 11:30–11:45: Qualitätsveränderungen bei tierischen Lebensmitteln | Dr.-Ing. Peter Muranyi (Fraunhofer IVV)
  • 11:45–12:00: Innovative Prognosesysteme für den Lebensmittel-Einzelhandel | Dr. habil. Robert Hable (Technische Hochschule Deggendorf)
  • 12:00–12:15: Spektralsensoren für die Lebensmittelanalyse – Möglichkeiten und Herausforderungen | Dr.-Ing. Robin Gruna (Fraunhofer IOSB)
  • 12:15–12:30: Diskussionsrunde

12:30–13:30: Mittagspause mit Marktplatz der Spektroskopie

    ANWENDUNGSBEISPIELE IN DER LEBENSMITTELINDUSTRIE

    • 13:30–13:50: Schnelle High-Tech-Analytik zur Prüfung von Qualität, Regionalität und Echtheit: Anwendung bei Honig und Speiseölen | Prof. Dr. Stephan Schwarzinger (FZ BIOmac der Universität Bayreuth)
    • 13:50–14:10: Die Ranzigkeit von Nüssen in Echtzeit erkennen | Dipl-Ing. Anton Scheibelmasser (Insort GmbH)
    • 14:10–14:30: Bestimmung von Qualitätsparametern mit miniaturisierten Gitterspektrometern (MEMS) und andere Anwendungsfelder | Dr. Heinrich Grüger (Fraunhofer IPMS)
    • 14:30–14:50: AgrOr – Herkunftsnachweis von Getreide mittels Spektroskopie | Nina Hoffmann (ALNuMed GmbH)
    • 14:50–15:05: Diskussionsrunde

    15.05–15.20 Kaffeepause mit Marktplatz der Spektroskopie

      ABSCHLUSSDISKUSSION

      • 15:30–16:00: Lebensmittel-Prüfgeräte für Verbraucher: Chancen oder Risiken?
      • 16:00–16:30: Offener Austausch am Marktplatz
      • ca. 16:30: Ende der Veranstaltung
      Projektinformation
      Projektleitung: Christine Röger
      Projektmanagement: Pascal Luginger
      Laufzeit: 01.04.17–31.12.2019
      Finanzierung: StMELF
      Förderkennzeichen/Fördernummer: 70/215