Verbesserung der Haltbarkeit von und Reduktion von Lebensmittelabfällen
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Verbesserung der Haltbarkeit von
Lebensmitteln
und Reduktion von Lebensmittelabfällen
(Food Waste)
Judith Kreyenschmidt Stephan Maurer
Cold-Chain Management Group Institut für Detektionstechnologien
Universität Bonn Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
Bonn Rhein Sieg
“F d4F
“Food4Future”
” - Sind
Si d unsere L
Lebensmittel
b i l zukunftsfähig?
k f fähi ?
Bonn, 04 Juni 2013Inhalte
• Vorstellung Arbeitsgruppen
• Food Waste in fleischerzeugenden Ketten
• Ursachen für Lebensmittelausschüsse
• Einflussfaktoren und Handlungsoptionen
• M d
Moderne S
Sensortechnologie
t h l i zur V
Verringerung
i von F
Food
d Waste
W t
2Forschungsgruppe
Cold Chain Management
Cold-Chain-Management
Gegründet 2003, landwirtschaftliche Fakultät, ITW, Universität Bonn
2 PostDoc, 6 Doktoranden, ca. 10-15 Masterstudenten(innen)
Forschungsschwerpunkte:
Erstellung von Modellen zur Prognose der Produktqualität und –sicherheit
E
Entwicklung
t i kl und
dPPrüfung
üf i
innovativer
ti Technologien
T h l i zur Verbesserung
V b d
der
Produkt- und Prozessqualität kühlpflichtiger Lebensmittel
Entwicklung und Prüfung neuer Hygienetechniken
Analyse und Implementierung neuartiger Temperaturüberwachungssysteme
Optimierung von Verpackungen für kühlpflichtige Produkte
3Institut für Detektionstechnologien
Gegründet 2010 am Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften,
Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, Standort Rheinbach
2 Professoren, 7 Doktoranden u. wissenschaftliche Mitarbeiter,
8 Bachelorstudenten(-innen)
Forschungsschwerpunkte:
Entwicklungg von Probenahmetechniken und Methoden der Spurenanalytik
y zum
Nachweis von Explosivstoffen, Betäubungsmitteln und chemischen
Gefahrstoffen.
Prüfung
P üf und
dBBewertung
t von D
Detektionssystemen
t kti t und
d –methoden
th d
Gassensoranwendungen und Gasanalytik
Entwicklung und Validierung von Methoden und Hilfsmittel zur
Spürhundeausbildung
4Food Waste in fleischerzeugenden Ketten
Schlachtung/ Logistik Konsu-
Konsu
Region Gesamt Quelle
Verarbeitung Handel ment
Europa,
p Gustavsson et al.
5 7%
5.7% 4% 11% 20 7%
20.7% (2011)
Russland
Nord Amerika / Gustavsson et al.
6% 4% 11% 21% (2011)
O
Ozeanien
i
Industriali- Gustavsson et al.
5,6% 6% 8% 19,6 (2011)
siertes Asien
Großbritannien 13.2% WRAP (2008)
USA -- -- -- 15 29%
15-29% Muth et al. (2011)Ursachen für das Verwerfen von
kühlpflichtigen Lebensmitteln
Schlachtung Trans- Großhändler TS Einzelhändler TS Verbraucher
Verarbeitung port (TS)
100%
100%
1. Vorzeitiger
g Verderb ((vor Ablauf des MHDs oder Verbrauchsdatums))
2. Ablauf des MHDs bis zum Point of Sale (POS) bzw. bis zum Food
Servicebereich
3. Lebensmittel entsprechen nicht den Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen
4. Ablauf des MHDs beim Verbraucher sowie dessen Konsumverhalten
6Ursachen und Einflussfaktoren für das
Verwerfen von kühlpflichtigen Lebensmitteln
1 Vorzeitiger Verderb
1.
• Hygiene
• Temperaturbedingungen
• Gasatmosphäre
H ltb k it d kti
Haltbarkeitsreduktion
10
160 25%
E/g]
140
seudomonas sp. [log10 KbE
8
Ende der Haltbarkeit 120
keit [h]
6
100
Haltbark
80
4 12 %
60
35 %
2 40 Geflügel
Haltbarkeits-
Ps
Schwein
reduktion 20
0
0 50 100 150 200 250 300 350 0 2 4 6 8 10 12 14 16
Zeit [h]
Temperatur [°C]
Bruckner et al. 2013
7Ansätze und Methoden zur Reduzierung
des Ausschusses
Ur-
Einfluss Mögliche Handlungsoptionen
sache
Vorzeittiger Verrderb
Prozesshygiene Antimikrobielle Oberflächen und Verpackungen, R&D Optimierung
Temperatur- Produktbegleitende Temperturüberwachung (Smart Aktive Label, Zeit-
bedingungen Temperatur Indikatoren),
Gasatmosphäre automatischer Bildererkennung, C02-;O2-Indikatoren
8Ursachen für das Verwerfen von
kühlpflichtigen Lebensmitteln
2. Ablauf des MHDs bis zum Point of Sale ((POS)) bzw. bis zum Food
Servicebereich
• Produktions-, Bedarfs und Absatzplanung
• Analysemethoden zur Bewertung des Frischezustandes und der Sicherheit
Gesamtkeimzahl in MA verpacktem Hackfleisch am Ende
des Verbrauchsdatums
9 6d 6d 4d 6d 6d 7d
8
GKZ log10[[cfu/g]
7
6
5
G
4
3
)
)
)
)
)
)
18
17
15
18
18
17
n=
n=
(n=
(n=
n=
n=
A(
B(
E(
F(
C
D
Herbert et al. 2012 9Ansätze und Methoden zur Reduzierung
des Ausschusses
Ur-
Einfluss Mögliche Handlungsoptionen
sache
MHD bis zum
Produktions-,
Absatzplanungsmodellen, Nutzung von POS Daten, Nutzung von KPIs,
Bedarfs- und
Bedarfs
O ti i
Optimierung Routenplanung
R t l & Lagerhaltung,
L h lt M k ti
Marketingstrategien;
t t i
Absatzplanung
Nutzung der Lebensmittel für soziale Zwecke,
POS
P
Ablauf M
Analyse- Einsatz von spektroskopischen Schnellmethoden und
methoden Sensortechnologien, Haltbarkeitsmodelle
A
10Ursachen für das Verwerfen von
kühlpflichtigen Lebensmitteln
3. Lebensmittel entsprechen nicht den Qualitäts-
Qualitäts und Sicherheitsanforderungen
• Prüfmethoden und -entscheidungen zur Bestimmung der Sicherheit und Frische
• Wertbestimmende Qualitätseigenschaften
g
11Ansätze und Methoden zur Reduzierung
des Ausschusses
Ur-
Einfluss Mögliche Handlungsoptionen
sache
sac e
Prüfmethoden
heits-
Einsatz von Smart Aktive Label, Zeit-Temperatur Indikatoren, Einsatz
und
ualitäts- und Sicherh
von Spektroskopischen Schnellmethoden und Haltbarkeitsmodellen,
Haltbarkeitsmodellen
derungen
Entscheidungen
Nutzung der Lebensmittel für soziale Zwecke
anford
Wertbestimmende gezielter Marketingstrategien, Verbraucheraufklärung, Vereinbarungen
Qualitäts- zwischen Supermärkten
Qu
eigenschaften
12Ursachen für das Verwerfen von
kühlpflichtigen Lebensmitteln
4. Ablauf des MHDs beim Verbraucher sowie dessen Konsumverhalten
• Lebensmittel-Know-How und Prüfmethoden
• Einkaufsplanung
g und Bewusstsein
• Verpackungsgröße
13Ansätze und Methoden zur Reduzierung
des Ausschusses
Ur-
Einfluss Mögliche Handlungsoptionen
sache
Lebensmittel- Öffentlichkeitsarbeit, Schulungen zum Thema „Frische und Sicherheit
beim
Know-How und p
von Produkten“, Einsatz von Zeit-Temperatur Indikatoren und Frische-
ucher sowie
mverhalten
n
Ablauf des MHDs b
Prüfmethoden Indikatoren
Konsum
Verbrau
Einkaufsplanung
Ei k f l Sensibilisierung
S ibili i d
des VVerbrauchers
b h iin B
Bezug „Food
F dW Waste“
t “
und (Öffentlichkeitsarbeit, Informationskampagnen, Schulungen)
Bewusstsein Präsentation von Handlungsoptionen, wie Einkaufszettel schreiben
nach Bedarf
Bedarf, Kühltaschennutzung
Verpackungs
Verpackungs- Sensibilisierung des Verbrauchers in Bezug auf die Thematik „Food
größe Waste“
14Langfristige Ansätze und Ziele zur
Reduzierung des Ausschusses
• Das Bewusstsein aller Akteure der Kette für das Thema zu wecken
• Möglichst lange Haltbarkeitszeiten des Produktes zu erzielen
• Die tatsächliche Haltbarkeit bzw. die Resthaltbarkeit objektiver
einschätzen zu können (Einsatz von Modellen und Schnellmethoden)Einsatz von Sensortechnologien Einsatz von Sensortechnologien bei Frischfleisch • Frische- Frische und Hygieneparameter vor Verpackung: Input für Haltbarkeitsmodelle zur Festlegung MHD Kontrolle der Prozesshygiene • Frische- Frische und Hygieneparameter nach Verpackung: Veränderung der Qualitätsmerkmale Monitoring der Lagerbedingungen Wichtige Parameter sind Art und Umfang der mikrobiellen Anfangsbelastung
Einsatz von Sensortechnologien
Frische- und Hygieneparameter vor Verpackung
• Etablierte Methoden:
Klassische mikrobiologische Untersuchungen
Sensorische Prüfung
Polymerase Chain Reaction (PCR)
Enzyme Linked Immunosorbent Assays (ELISA)
Impedanzmessungen
• Neue Ansätze:
Surface-Accustic-Wave-Technik zum Nachweis von spezifischen
EndotoxinenNachweis von Endotoxinen
Surface-Accustic-Wave-(SAW)-Technik
Surface Accustic Wave (SAW) Technik
Jede Bakterienspezies produziert spezifisch Endotoxine (Pyrogene)
Ektronenmikroskopaufnahme von Salmonellen
(rot eingefärbt), Quelle: NIAID
SAW-Technik:
Änderung der Oberflächenbeladung
verändert Amplitude und Phase der
Oberflächenwellen
18Einsatz von Sensortechnologien
Frische- und Hygieneparameter
yg p vor Verpackung
p g
• Etablierte Methoden:
Klassische mikrobiologische Untersuchungen
Sensorische Prüfung
PCR
Enzyme Linked Immunosorbent Assays (ELISA)
Impedanzmessungen
• Neue Ansätze:
Surface-Accustic-Wave-Technik zum Nachweis von spezifischen
Endotoxinen
Nachweis von Bakterien-spezifischen Molekülen/Molekülspektren mit
Fluoreszenz-, Raman- und FT-IR- SpektroskopieSpektroskopische Methoden
Fluoreszenzspektroskopie
Moleküle auf der Oberfläche werden mit Licht angeregt
Sie fluoreszieren und emittieren dabei Licht
Lichtquelle
Detektor
Untersuchungen z.B. zum
Verderb von Hackfleisch
f
oder Nachweis von ATP,
y
NADPH und Tryptophan auf
Fleisch
20Spektroskopische Methoden
Ramanspektroskopie
L
Laser
Monochromatisches Licht wird
reflektiert.
D t kt
Detektor
Durch unelastische Streuung an
Atomen und Molekülen kommt es zu
Wellenlängenverschiebungen des
reflektierten Lichts.
Signalinttensität
Untersuchungen z.B. zur
Alterung von Fetten und
Proteinen auf Fleisch,
Nachweis von Bakterien Wellenlängenverschiebung [cm-1]
aus: Ellis et al., DOI:10.1039/B511484E
über Proteinspektren
21Spektroskopische Methoden
Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie
f f (FT-IR)
( )
Attenuated Total Reflectance (ATR)
Moleküle absorbieren Infrarotlicht abhängig von ihrer chemischen Struktur
ATR-Kristall
IR-Lichtquelle
q
Detektor
Untersuchungen z.B. zur Korrelation
von IR-Spektren mit Fleischverderb
durch Bakterien oder mit Populationen
versch Spezies
versch.
22Einsatz von Sensortechnologien
Frische- und Hygieneparameter
yg p vor Verpackung
p g
• Etablierte Methoden:
Klassische mikrobiologische Untersuchungen
Sensorische Prüfung
PCR
Enzyme Linked Immunosorbent Assays (ELISA)
Impedanzmessungen
• Neue Ansätze:
Surface-Accustic-Wave-Technik zum Nachweis von spezifischen
Endotoxinen
Nachweis von Bakterien-spezifischen Molekülen/Molekülspektren mit
Fluoreszenz-, Raman- und FT-IR- Spektroskopie
Gasphasenanalytik mit HalbleitergassensorenGasphasenanalytik
Gasphasenanalytik
p y mit Halbleitergassensoren
g
Halbleitergassensoren haben sensitive Schichten, die auf Moleküle verschieden reagieren
Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4
gnal
Sig
Arrays verschiedener Sensoren
ergeben Signalantworten, die mit
M
Mustererkennung/statistischen
k / i i h
Methoden ausgewertet werden
können.
Prinzip: Elektronische Nase
Zeit
Erste Entwicklungen für die
Beurteilung von Fischqualität
24Einsatz von Sensortechnologien
Frische- und Hygieneparameter nach Verpackung
Temperatur-Zeit-Indikatoren
T t Z it I dik t
RFID-Temperaturchip Monitoring
Raman-
R und
d Fl
Fluoreszenzspektroskopie
kt k i
Berührungslose Verfahren
Ei
Einsatz
t bei
b i transparenten
t t Verpackungen
V k möglich
ö li h
Einsatz von mobilen Geräten möglich
Beispiel TrueDefender:
Mobiles Raman-Spektrometer
Fa Thermo Scientific
Fa.
25Einsatz von Sensortechnologien
Schlachtung, Trans-
Verpackung Großhandel TS Einzelhandel
Verarbeitung port (TS)
Bestimmung der Haltbarkeitsmodell:
Anfangs- Festlegung MHD
Keimbelastung
Temperatur Monitoring
Keimbelastung Monitoring27
Danke für Ihre
Aufmerksamkeit
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