Der Food-Scanner beurteilt die Frische in Echtzeit Fischwirtschafts-Gipfel 2019 Hamburg, 04. – 05. März 2019 Thorsten Tybussek Fraunhofer IVV, Freising Qualitätserhalt Lebensmittel

Food-Scanner Projekt Laufzeit: 2017 - 2019 Inhalt: Entwicklung von Schnellmethoden zur Qualitätsbewertung von Lebensmitteln (Food- Scanner) Bestimmung der Qualität von Lebensmitteln mittels Infrarotspektroskopie Ziel: Reduzierung der Lebensmittelverluste

Infrarotspektroskopie: Grundprinzip Energie Infrarotstrahlung = Energie Molekülschwingungen Moleküle absorbieren infrarote Strahlung und wandeln diese in Molekülschwingungen um (Streck-/Biegeschwingung) Licht-quelle PC Detektor Biegeschwingung Streckschwingung

Infrarotspektroskopie: Grundprinzip Identifizierung und Quantifizierung verschiedener Molekülbindungen Identifizierung und Quantifizierung der chemischen Zusammensetzung anhand der verschiedenen auftretenden Molekülbindungen Glukose C-H = Fett C-N = Protein O-H = Wasser/Kohlenhydrate Triglyceride/Fett Indirekte Identifizierung/Quantifizierung (statistische Auswertung)

NIR vs. MIR (FT-IR) Unterschiede zwischen Nahinfrarotspektroskopie (NIR) und Spektroskopie im mittleren Infrarot (MIR): NIR MIR (FT-IR) Wellenlänge 740 – 2 500 nm 2 500 – 50 000 nm Eindringtiefe bis zu 5 mm wenige µm Informationsgehalt Mittel sehr hoch Kosten 250 – 30 000 € 10 000 – 120 000 € NIR geeignet für Analyse der Hauptinhaltsstoffe (Fett, Wasser, Protein, Kohlenhydrate, etc.) MIR geeignet für detailiertere Informationen (Oxidatio, Herkunftsnachweis, etc.) und Oberflächenmessung

Einfluss des Biofilms auf Messung (Validierung) Tag 0 Tag 1 Tag 3 Tag 7

Einfluss des Biofilms auf Messung (Validierung) Fehler: 1,8 g/100g Fehler: 1,1 g/100g Fehler: 1,8 g/100g

Vorteile der Infrarotspektroskopie Moderne Infrarotspektroskopie erlaubt eine detailiertere und umfassendere Qualitätskontrolle: Zerstörungsfrei (kontaktlos) Sehr schnelle Messung (Echtzeitmessung) Messung großer Probenmengen ( erhöhte Produktsicherheit) Messung einzelner loser Proben ( erhöhte Produktinformation) Ortsaufgelöste Messung (hyperspectral imaging) ( erhöhte Produktinformation)

(zukünftige) Anwendungen der Infrarotspektroskopie Echtzeitmessung digitaler Zwilling Messung großer Probenmengen Messung verschiedener Parameter gleichzeitig Sortierung Rückverfolgbarkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette Modellierung (z.B. MHD)

Echtzeitmessung bisher: IR-Spektroskopie (Food-Scanner): Stichprobenuntersuchung zeitintensiv nicht repräsentativ IR-Spektroskopie (Food-Scanner): schnell kostengünstig 100% Kontrolle  Sortierung

Echtzeitmessung Produktion (z.B. Aquakulturen): Erfassung des Ernährungszustandes der einzelnen Fische Anpassung der Fütterung Kostenreduzierung Nachhaltigkeit Vermarktung: Qualitätsbestimmung einzelner Produkte (z.B. Filets) Sortierung der Ware nach Kundenwunsch gleichbleibende Qualität gezielte Vermarktung hochwertiger Ware Logistik: Bestimmung der Haltbarkeit und Anpassung der Warenströme Weniger Produktverluste Fettgehalt in geräuchertem Lachsfilet Quelle: Cheng, J.-H. and D.-W. Sun (2017). "Partial least squares regression (PLSR) applied to NIR and HSI spectral data modeling to predict chemical properties of fish muscle." Food engineering reviews 9(1): 36-49.

Echtzeitmessung Produktion (z.B. Aquakulturen): Erfassung des Ernährungszustandes der einzelnen Fische Anpassung der Fütterung Kostenreduzierung Nachhaltigkeit Vermarktung: Qualitätsbestimmung einzelner Produkte (z.B. Filets) Sortierung der Ware nach Kundenwunsch gleichbleibende Qualität gezielte Vermarktung hochwertiger Ware Logistik: Bestimmung der Haltbarkeit und Anpassung der Warenströme Weniger Produktverluste Quelle: Dada, A. and F. Thiesse (2008). Sensor applications in the supply chain: the example of quality-based issuing of perishables. The Internet of Things, Springer: 140-154. SIRO = Sequence In Random Order LIFO = Last In First Out FIFO = First In First Out FEFO = First Expiry First Out LQFO = Lowest Quality First Out LEFO = Latest Expiry First Out HQFO = Highest Quality First Out

Echtzeitmessung Produktion (z.B. Aquakulturen): Erfassung des Ernährungszustandes der einzelnen Fische Anpassung der Fütterung Kostenreduzierung Nachhaltigkeit Vermarktung: Qualitätsbestimmung einzelner Produkte (z.B. Filets) Sortierung der Ware nach Kundenwunsch gleichbleibende Qualität gezielte Vermarktung hochwertiger Ware Logistik: Bestimmung der Haltbarkeit und Anpassung der Warenströme Weniger Produktverluste Quelle: Dada, A. and F. Thiesse (2008). Sensor applications in the supply chain: the example of quality-based issuing of perishables. The Internet of Things, Springer: 140-154. SIRO = Sequence In Random Order LIFO = Last In First Out FIFO = First In First Out FEFO = First Expiry First Out LQFO = Lowest Quality First Out LEFO = Latest Expiry First Out HQFO = Highest Quality First Out

Digitaler Zwilling: Rückverfolgbarkeit „digitale Zwillinge“ Vergleich 1 2 3 4 Produzent Händler Händler Endverbraucher 1 2 IR-Messung in jedem Schritt der Wertschöpfungskette IR-Spektren weden als digitale Zwillinge hinterlegt Durch den Vergleich der einzelnen digitalen Zwillinge können kritische Punkte identifiziert werden (Wo + Was) Produkt = Datenlogger (intrinsisch) IR-Spektrometer = Lesegerät 3 4

Anmerkung Die Infrarotspektroskopie ersetzt nicht die bisher etablierte Qualitätskontrolle/-sicherung  Die Infrarotspektroskopie ergänzt die bisher etablierte Qualitätskontrolle/-sicherung

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