Nahinfrarotmethode für schnelle, mobile Lebensmittelanalyse

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Bei Lebensmitteln und ihrer Frische ist die Nahinfrarot (NIR) Spektralanalyse ein bewährtes Verfahren im Laboreinsatz. Viele neue Anwendungen können von der NIR Spektralanalyse profitieren, wenn es gelingt, die Systeme auch für den mobilen Einsatz ausreichend zu miniaturisieren und kostengünstig bereit zu stellen. Daher entwickelt das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS kleinste Analysegeräte, die selbst in Handhelds, Tablets oder perspektivisch sogar in Smartphones integriert werden können.

Im Lebensmittelbereich sichern schnelle und zuverlässige Analysen vor Ort nicht nur die Qualität, sondern leisten auch einen wichtigen Beitrag zum Umweltschutz. Dank der rechtzeitigen Erfassung von nachlassender Frische in der gesamten Lieferkette können Lebensmittelverluste minimiert werden. In Anbetracht von Verknappung und Verteuerung von landwirtschaftlichen Rohstoffen stellt die zuverlässige Analyse einen wichtigen Beitrag zur Versorgung der Menschheit mit sicheren, gesunden und frischen Lebensmitteln dar.

Hochgenaue Geräte sind in der Lage, präzise Aussagen über den Produktzustand zum Zeitpunkt der Messung zu liefern. Problematisch wird es jedoch, wenn sich die Probe im Zeitraum zwischen der Probennahme und der Messung im Labor verändert oder wenn die Ergebnisse schnell benötigt werden. Die Verwendung von mikro-elektromechanischen Systemen (MEMS) ermöglicht hochkompakte Systeme, die in grossen Stückzahlen kosteneffizient gefertigt werden können. Die Qualität der Messungen ist trotz der geringen Grösse für viele wichtige Anwendungen konkurrenzfähig.

Aktuelle Arbeiten des Fraunhofer IPMS kombinieren hierfür eine einfache Technologie. Kernstück ist ein MEMS Scannerspiegel, der die einfallenden kollimierten Lichtbündel auf ein im System montiertes Gitter ablenkt. Dabei ist eine Auswahl verschiedener spektraler Beugungsgitter möglich, welche für spezifische Anwendungen optimiert und eingesetzt werden können. Aktuell erreicht das System ein Bauvolumen von ca. 2 cm³. Eine weitere Miniaturisierung ist jedoch möglich. Im Demonstrationssystem wird die Erkennung weisser Pulver gezeigt. Hierbei könnte es sich um Salz, Zucker, Stärke oder Mehl handeln, es können aber durchaus zahlreiche visuell ähnlich erscheinende Substanzen zuverlässig erkannt und zugeordnet werden.

Spektralanalyse liefert vielseitige Anwendungsmöglichkeiten
«Im Kontext der Bewertung von Qualitätsparametern von Lebensmitteln wurde gezeigt, dass Druck- und Schadstellen am Beispiel von Äpfeln sehr frühzeitig erkannt werden können, so dass eine geeignete Selektion die Verwertung mit höchstmöglicher Wertschöpfung zulässt und die vermeidbare Vernichtung minimiert wird», sagt Dr. Heinrich Grüger, Wissenschaftler am Fraunhofer IPMS.

Quantitative Analysen sind unter Nutzung entsprechender mathematischer Modelle ebenfalls möglich. Für die Bewertung der Qualität von Olivenöl wurde die Zusammensetzungsanalyse implementiert. Im Kontext der landwirtschaftlichen Erzeugung reichen die Zielanwendungen von der Bewertung des Ackerbodens über Saat, Wachstum und Reife bis hin zur Reststoffverwertung, beispielsweise in Biogasanlagen.

«Die Miniaturisierung des Systems und der geringe Energiebedarf ermöglichen künftig auch den Einsatz in mobile Anwendungen. Die Integration in ein Hostsystem, beispielsweise ein Handheld, Tablet oder perspektivisch sogar ein Smartphone, profitiert zusätzlich von zahlreichen Synergieeffekten», fährt Grüger fort. Hierdurch werden auch wissenschaftliche Laien in die Lage versetzt, anspruchsvolle Messaufgaben schnell und zuverlässig zu erledigen.

Die Einsatzszenarien reichen unter anderem für tragbare Profisysteme mit entsprechend hoher Messgenauigkeit für den Einsatz im landwirtschaftlichen Kontext von der Bodenbewertung über die Überwachung des Wachstums bis zur Reifebewertung für die Ernte, anschliessend in der Verwertung der Erzeugnisse, d.h. Lagerung, Logistik und im Vertrieb. Am „Point of Sales“ ist die Selektion der Güter in der Auslage eine wichtige Anwendung, um Waren kurz vor dem Verlust von Frische noch preisreduziert für den sofortigen Verbrauch zu verkaufen, statt diese am Folgetag zu entsorgen.

Andererseits können einfachere Systeme für den privaten Nutzer entwickelt werden, beispielsweise integriert im Mobiltelefon oder als Zubehörgerät mit kabellosen Schnittstelle. Hierdurch wird der Verbraucher in die Lage versetzt, Messungen zu Qualität und Frische vor dem Kauf durchzuführen und eine bewusste Entscheidung auf Basis von Informationen zu treffen. Speziell für Früchte, die nach dem Verkauf noch reifen - ein prominentes Beispiel ist die Avocado - wird die Auswahl zuhause unterstützt, um die auf den Höhepunkt der Reife befindlichen Lebensmittel zum Verzehr auszuwählen. Rechtzeitiger Verbrauch schnell verderblicher Lebensmittel leistet zudem einen wichtigen Beitrag zur Minimierung der Lebensmittelverschwendung.

Weitere Informationen unter www.ipms.fraunhofer.de.

EVENTS

Fi Europe

Internationale Fachmesse für Lebensmittelzusatzstoffe

Datum: 06.-08. Dezember 2022

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The Future of Packaging Technology

Datum: 25.-26. Januar 2023

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Schweizer Fachmesse für Logistik und Transport

Datum: 25.-26. Januar 2023

Ort: Zürich (CH)

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Internationale Zuliefermesse für Süsswaren- und Snackindustrie

Datum: 29. Januar-01. Februar 2023

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Der neue Treffpunkt für Bier- und Getränkeproduzierende | vom Profi bis zum Selbstvermarkter

Datum: 02. - 03. Februar 2023

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Fruit Logistica

Weltweite Messe aller Frisch-Produkte

Datum: 08.-10. Februar 2023

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BioFach

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Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

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Fachmesse für Retail Technologien

Datum: 26. Februar-02. März 2023

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EuroShop

Fachmesse für den Investitionsbedarf des Handels

Datum: 26. Februar-02. März 2023

Ort: Düsseldorf (D)

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International führende Fachmesse mit Kongress für Gedruckte Elektronik

Datum: 01.-02. März 2023

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Midest - smart Industries - Industrie - Tolexpo - die weltweit grössten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft

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Der IFM-Day der ZHAW findet als Begegnungstag für FM-Ausbildung und FM-Praxis statt.

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Leitmesse für den Ausser-Haus-Markt

Datum: 10.-14. März 2023

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Pro Wein

Internationale Fachmesse Weine und Spirituosen

Datum: 19.-21. März 2023

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TRANSFORMING INDUSTRY TOGETHER

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index 23

Weltleitmesse für Vliesen

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Weltleitmesse für Süsswaren und Snacks

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Internationale Fachmesse für Intralogistik

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Lebensmitteltag

Die führende schweizerische Lebensmittelfachtagung von bio.inspecta und SQS

Datum: 27. April 2023

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Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 04.-10. Mai 2023

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TUTTOFOOD

Internationale B2B-Messe für Food & Beverage

Datum: 08.-11. Mai 2023

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VITAFOODS EUROPE

Messe für Nutraceuticals, Functional Food & Drinks

Datum: 09.-11. Mai 2023

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SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 09.-11. Mai 2023

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Als europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows bildet die LABVOLUTION das gesamte Spektrum der Laborwelt ab und zeigt neue Wege für Anwenderbranchen auf.

Datum: 09.-11. Mai 2023

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Lebensmitteltagung

Circular Economy in der Lebensmittelverarbeitung - Innovative Technologische Ansätze

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Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 4.-5. Juli 2023

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Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

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Fachmesse und Symposium: Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

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Fachevent zum Megatrend Dekabonisierung, die Plattform für Energiespeicher und Klimaneutralität im Unternehmen.

Datum: Herbst 2023

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Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 26.-28. September 2023

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POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 26.-28. September 2023

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Anuga

Weltweite Ernährungsmesse für Handel und Gastronomie/Ausser-Haus-Markt

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Die Fachmesse für die Fleischbranche

Datum: 21.-23. Oktober 2023

Ort: Stuttgart (D)

iba

Die führende Weltmesse für Bäckerei, Konditorei und Snacks

Datum: 22.-26. Oktober 2023

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Internationale Fachmesse für Persönlichen Schutz, Betriebliche Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit.

Datum: 24.-27. Oktober 2023

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AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für Wasser, Abwasser und Gas

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

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Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

BrauBeviale

Europäische Fachmesse für die Getränkewirtschaft

Datum: 14.–16. November 2023

Ort: Nürnberg (D)

igeho

Internationale Plattform für Hotellerie, Gastronomie, Take-away und Care-Institutionen in der Schweiz

Datum: 18.-22. November 2023

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Lefa (ehemals Mefa)

Branchentreffpunkt für das verarbeitende schweizerische Lebensmittelgewerbe

Datum: 18. - 22.11.2023

Ort: Basel (CH)

Swissbau

Die führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft in der Schweiz.

Datum: 16.-19. Januar 2024

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Internationale Fachmesse für Werkstoffe, Komponenten und Systembau

Datum: 16.-19. Januar 2024

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Anuga FoodTec

Internationale Zuliefermesse für die Lebensmittel-und Getränkeindustrie

Datum: 19.-22. März 2024

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IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 13.-17. Mai 2024

Ort: München (D)

drupa

Weltweit führenden Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai - 07. Juni 2024

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ArbeitsSicherheitSchweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz & Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

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all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

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Ble.ch

Fachmesse für Metall- und Stahlbearbeitung

Datum: 2024

Ort: Bern (CH)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

SIAL

Fachmesse für Nahrungsmittel-Innovationen

Datum: 19.-23 Oktober 2024

Ort: Paris (F)

ZAGG

DER BRANCHENTREFFPUNKT MIT RELEVANTEN GASTRO-TRENDS

Datum: 20.-23. Oktober 2024

Ort: Luzern (CH)

Südback

Fachmesse für das Bäcker- und Konditorenhandwerk

Datum: 26.-29.10.2024

Ort: Stuttgart (D)

IFFA

Internationale Leitmesse – Technology for Meat and Alternative Proteins

Datum: 03.-08. Mai 2025

Ort: Frankfurt (D)

Oils + fats

Leitmesse der Öl- und Fettindustrie in Europa.

Datum: Herbst 2025

Ort: München (D)

Bezugsquellenverzeichnis