Frischfleisch per Scanner erkennen: Daran arbeitet seit zwei Jahren eine Expertengruppe aus fünf Forschungseinrichtungen. Die Wissenschaftler nutzen dabei Verfahren, die mithilfe von Laserlicht den Frischegrad von Fleisch erkennen und dokumentieren können.
In dem Projekt "FreshScan" ist nun ein handliches Funktionsmuster entstanden, das sich aus zwei Komponenten zusammensetzt: einem intelligenten Etikett und einem Handscanner. Das Etikett funktioniert wie eine Art Laufzettel und dokumentiert den Zustand des Fleisches von der Schlachtung bis zum Verkauf. Damit kann zudem die Temperatur kontinuierlich gemessen und aufgezeichnet werden, sodass jede Unterbrechung der Kühlkette dokumentiert wird. Der Scanner erfasst den Zustand des Fleisches und schreibt ihn gleich in das intelligente Etikett.
Durch den Einsatz von Mikrosystemtechnik wird die Produktionskette vom Erzeuger, über die Fleischverarbeitung, den Transport, Groß- und Einzelhandel bis zum Endverbraucher gezielt erfasst. Die Produktzustände werden lückenlos dokumentiert und seine Frischeparameter sind aktuell mess- und abrufbar. Indem das Konzept an zwei Punkten ansetzt, am Lebensmittel selbst und an der Logistik- bzw. Verarbeitungskette, ist die Historie des Lebensmittels in allen Schritten transparent und rückverfolgbar. Über einen Touchscreen können verschiedene Funktionen angewählt und die ausgewerteten Messergebnisse angezeigt werden: einwandfrei oder ungenießbar! Dieses System wird derzeit als Pilotlösung am Beispiel Schweinefleisch getestet und optimiert. Später könnte es nach entsprechenden Modifizierungen auch in anderen Lebensmittelsegmenten kommerziell genutzt werden.
Das vom BMBF geförderte Projekt vereint unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) Forscher aus dem Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), dem Max Rubner-Institut (MRI), dem Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim (ATB) und der Technischen Universität Berlin.
Mobile "Frischescanner"
Zum Prüfen des Produktzustands ermitteln mobile "Frischescanner" mittels optischer Sensorik Daten, mit denen der Frischezustand des Lebensmittels direkt erfasst und ausgewertet werden kann. Die Scanner arbeiten mit Laserlicht, das je nach Zustand des Fleisches unterschiedlich gestreut und reflektiert wird. Die Handscanner nutzen dabei zwei unterschiedliche Messprinzipien: die Raman- und die Fluoreszenz- Spektroskopie. Beide Verfahren erlauben zuverlässige Aussagen über die Fleischbeschaffenheit, reagieren jedoch auf Parameter wie Verpackung bzw. Produktzustände wie tiefgefrorenes oder frisches Fleisch unterschiedlich. Sowohl die Raman- als auch die Fluoreszenz-Methode analysieren die typisch gemessenen spektralen Signaturen und werten diese auf die Beschaffenheit des Fleisches hin aus. Die Raman-Spektroskopie nutzt dazu ein speziell entwickeltes optisches System, in das ein rot emittierender Diodenlaser integriert ist. Bei der Fluoreszenz-Spektroskopie wird Fleisch mit einem Laser im blauen Spektralbereich bestrahlt. Ziel ist es künftig, die Vorteile beider Verfahren in einem Aufbau zu kombinieren und diesen weiter zu miniaturisieren. Derzeit hat das gesamte Gerät das Format eines umfangreicheren Taschenbuches.
Das intelligente Etikett
Leider verrät ein positiver Fleischbefund noch nichts über die Zeit, die seit der Schlachtung vergangen ist - lange und gut gelagerte Ware liefert mitunter die gleichen Messergebnisse wie frisches, ungekühltes Fleisch. Möchte man wissen, wie alt das Fleisch tatsächlich ist, liest der Scanner diese Informationen aus einem RFID-Etikett, das das Fleisch stets begleitet. Mithilfe Radio Frequency IDentification, also der Funk-Frequenz-Identifizierung, werden die auf dem Funkchip gespeicherten Informationen von dem Handscanner ausgelesen. Aus den dort gespeicherten Sensorinformationen lässt sich ein Temperatur-Protokoll des transportierten Fleischs erstellen. Auch andere Verarbeitungs- und Transportdaten wie Zeit, Feuchte oder Lichteinfall lassen sich so rekonstruieren. Da sich die intelligenten Etiketten im Gegensatz zu bestehenden Systemen wieder aufladen lassen, kommen sie für eine Mehrfachverwendung infrage. Denkbar wäre schon aus Kostengründen eine Anbringung in den branchenüblichen Fleisch-Transportkisten. Die Daten könnten dann drahtlos innerhalb der Prozesskette übertragen werden.
Das FBH
Das Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik ist eines der weltweit führenden Institute für anwendungsorientierte und industrienahe Forschung in der Mikrowellentechnik und Optoelektronik. Auf der Basis von III/V-Verbindungshalbleitern realisiert es Hochfrequenz-Bauelemente und Schaltungen für Anwendungen in der Kommunikationstechnik und Sensorik. Leistungsstarke und hochbrillante Diodenlaser entwickelt das Institut für die Materialbearbeitung, Lasertechnologie, Medizintechnik und Präzisionsmesstechnik. Für künftige Anwendungen führt das FBH grundlegende Untersuchungen an Nitriden durch, beispielsweise für die Realisierung von kurzwelligen UV-Lichtquellen oder Transistoren für sehr hohe Spannungen. Die enge Zusammenarbeit des FBH mit Industriepartnern und Forschungseinrichtungen garantiert die schnelle Umsetzung der Ergebnisse in praktische Anwendungen. Das Institut beschäftigt 240 Mitarbeiter und hat einen Etat von 17,1 Millionen Euro. Es gehört zum Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB) und ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.
Max Rubner-Institut
Das Bundesforschungsinstitut für Ernährung und Lebensmittel am Standort Kulmbach befasst sich unter anderem mit Fragen der Analytik im Rahmen der Sicherheit und Qualität bei Fleisch, und Fleischerzeugnissen .
Die Arbeitsgruppe Analytik hat darüber hinaus jahrzehntelang Erfahrung über die (bio)chemischen und physikalischen Prozesse, die in der Muskulatur von Schlachttieren vor und nach der Schlachtung ablaufen. sowie zur Messung von relevanten Qualitätsparametern,, optimalen Messzeitpunkten und Messlokalisationen im Schlachttierkörper und in Fleischteilstücken. Ebenfalls ist weitreichende Expertise zur Kühlung und Reifung, Zubereitung sowie zur Verarbeitung von Fleisch zu Fleischerzeugnissen vorhanden.Qualitätsfleischprogramme wurden lange vom Arbeitsbereich begleitet und bearbeitet.
ATB
Das Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim (ATB) ist eine der führenden agrartechnischen Forschungseinrichtungen in Europa. Es entwickelt Verfahren und technische Lösungen u.a. in den Bereichen produktionsintegrierter Umweltschutz in der Landwirtschaft, biotechnologische Stoffwandlung und regenerative Energien. Ein weiterer wesentlicher Fokus liegt auf der Sicherung der Qualität von Futter und Lebensmitteln. Aufbauend auf der spezifischen Analyse der biologischen Prozesse am Produkt entwickeln die Wissenschaftler Sensor- und Informationstechniken zur Steuerung und Dokumentation von Prozessabläufen. Das ATB verfügt über langjährige Erfahrung mit sensorbasierten Verfahren, die die Qualität des Produkts analysieren können, ohne es zu zerstören. Im Rahmen von FreshScan beschäftigt sich das ATB mit dem Produkt selbst beschäftigen und geht u.a. der Frage nach, welche mit Hilfe von optischen Verfahren zerstörungsfrei messbaren Eigenschaften von Fleisch als Frischeparameter geeignet sind.
Technische Universität Institut für Optik und Atomare Physik
Das Institut für Optik und Atomare Physik (IOAP) beschäftigt sich mit Lichtoptik, Laserphysik, angewandter Laserspektroskopie, optischen Technologien, Elektronenmikroskopie und -holographie, sowie Röntgenspektroskopie, Röntgenanalyse und Röntgenoptik. Diese Methoden werden auf experimentelle Untersuchungen auf den Gebieten der Atom-, Molekül-, Cluster- und Festkörperphysik sowie in der Umweltphysik angewandt.
Die Arbeitsgruppe Laserspektroskopie bearbeitet Fragestellungen der angewandten Physik, die den "Life Sciences" zuzuordnen sind, wie z.B. die Untersuchung der Verschmutzung des Meerwassers und der Luft oder die Untersuchung der Beschaffenheit von Fleisch. Um wissenschaftlich belastbare Aussagen treffen zu können, werden stets flankierend grundlagenorientierte spektroskopische Messungen durchgeführt, wozu laserspektroskopische Apparaturen vom UV (ab 250 nm), über das VIS bis hin zum IR (25 µm) zur Verfügung stehen. Langjährige laserspektroskopische Erfahrungen auf den Gebieten Atom- und Molekülphysik bilden das wissenschaftliche Fundament.
Forschungsschwerpunkt Technologien der Mikroperipherik
Der Forschungsschwerpunkt Technologien der Mikroperipherik gehört weltweit zu den führenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet des Electronic Packaging. Die Forschungsarbeiten werden in enger Kooperation mit nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen durchgeführt. Neben einer intensiven Zusammenarbeit mit anderen Fachgebieten der TU Berlin besteht z. B. eine erfolgreiche, eng abgestimmte Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM. Während im Forschungsschwerpunkt der Fokus auf die technologieorientierte Grundlagenforschung gelegt wird, konzentriert sich das Fraunhofer IZM auf angewandte, umsetzungsorientierte Forschung und Entwicklung.
In dem Projekt "FreshScan" ist nun ein handliches Funktionsmuster entstanden, das sich aus zwei Komponenten zusammensetzt: einem intelligenten Etikett und einem Handscanner. Das Etikett funktioniert wie eine Art Laufzettel und dokumentiert den Zustand des Fleisches von der Schlachtung bis zum Verkauf. Damit kann zudem die Temperatur kontinuierlich gemessen und aufgezeichnet werden, sodass jede Unterbrechung der Kühlkette dokumentiert wird. Der Scanner erfasst den Zustand des Fleisches und schreibt ihn gleich in das intelligente Etikett.
Durch den Einsatz von Mikrosystemtechnik wird die Produktionskette vom Erzeuger, über die Fleischverarbeitung, den Transport, Groß- und Einzelhandel bis zum Endverbraucher gezielt erfasst. Die Produktzustände werden lückenlos dokumentiert und seine Frischeparameter sind aktuell mess- und abrufbar. Indem das Konzept an zwei Punkten ansetzt, am Lebensmittel selbst und an der Logistik- bzw. Verarbeitungskette, ist die Historie des Lebensmittels in allen Schritten transparent und rückverfolgbar. Über einen Touchscreen können verschiedene Funktionen angewählt und die ausgewerteten Messergebnisse angezeigt werden: einwandfrei oder ungenießbar! Dieses System wird derzeit als Pilotlösung am Beispiel Schweinefleisch getestet und optimiert. Später könnte es nach entsprechenden Modifizierungen auch in anderen Lebensmittelsegmenten kommerziell genutzt werden.
Das vom BMBF geförderte Projekt vereint unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) Forscher aus dem Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), dem Max Rubner-Institut (MRI), dem Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim (ATB) und der Technischen Universität Berlin.
Mobile "Frischescanner"
Zum Prüfen des Produktzustands ermitteln mobile "Frischescanner" mittels optischer Sensorik Daten, mit denen der Frischezustand des Lebensmittels direkt erfasst und ausgewertet werden kann. Die Scanner arbeiten mit Laserlicht, das je nach Zustand des Fleisches unterschiedlich gestreut und reflektiert wird. Die Handscanner nutzen dabei zwei unterschiedliche Messprinzipien: die Raman- und die Fluoreszenz- Spektroskopie. Beide Verfahren erlauben zuverlässige Aussagen über die Fleischbeschaffenheit, reagieren jedoch auf Parameter wie Verpackung bzw. Produktzustände wie tiefgefrorenes oder frisches Fleisch unterschiedlich. Sowohl die Raman- als auch die Fluoreszenz-Methode analysieren die typisch gemessenen spektralen Signaturen und werten diese auf die Beschaffenheit des Fleisches hin aus. Die Raman-Spektroskopie nutzt dazu ein speziell entwickeltes optisches System, in das ein rot emittierender Diodenlaser integriert ist. Bei der Fluoreszenz-Spektroskopie wird Fleisch mit einem Laser im blauen Spektralbereich bestrahlt. Ziel ist es künftig, die Vorteile beider Verfahren in einem Aufbau zu kombinieren und diesen weiter zu miniaturisieren. Derzeit hat das gesamte Gerät das Format eines umfangreicheren Taschenbuches.
Das intelligente Etikett
Leider verrät ein positiver Fleischbefund noch nichts über die Zeit, die seit der Schlachtung vergangen ist - lange und gut gelagerte Ware liefert mitunter die gleichen Messergebnisse wie frisches, ungekühltes Fleisch. Möchte man wissen, wie alt das Fleisch tatsächlich ist, liest der Scanner diese Informationen aus einem RFID-Etikett, das das Fleisch stets begleitet. Mithilfe Radio Frequency IDentification, also der Funk-Frequenz-Identifizierung, werden die auf dem Funkchip gespeicherten Informationen von dem Handscanner ausgelesen. Aus den dort gespeicherten Sensorinformationen lässt sich ein Temperatur-Protokoll des transportierten Fleischs erstellen. Auch andere Verarbeitungs- und Transportdaten wie Zeit, Feuchte oder Lichteinfall lassen sich so rekonstruieren. Da sich die intelligenten Etiketten im Gegensatz zu bestehenden Systemen wieder aufladen lassen, kommen sie für eine Mehrfachverwendung infrage. Denkbar wäre schon aus Kostengründen eine Anbringung in den branchenüblichen Fleisch-Transportkisten. Die Daten könnten dann drahtlos innerhalb der Prozesskette übertragen werden.
Das FBH
Das Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik ist eines der weltweit führenden Institute für anwendungsorientierte und industrienahe Forschung in der Mikrowellentechnik und Optoelektronik. Auf der Basis von III/V-Verbindungshalbleitern realisiert es Hochfrequenz-Bauelemente und Schaltungen für Anwendungen in der Kommunikationstechnik und Sensorik. Leistungsstarke und hochbrillante Diodenlaser entwickelt das Institut für die Materialbearbeitung, Lasertechnologie, Medizintechnik und Präzisionsmesstechnik. Für künftige Anwendungen führt das FBH grundlegende Untersuchungen an Nitriden durch, beispielsweise für die Realisierung von kurzwelligen UV-Lichtquellen oder Transistoren für sehr hohe Spannungen. Die enge Zusammenarbeit des FBH mit Industriepartnern und Forschungseinrichtungen garantiert die schnelle Umsetzung der Ergebnisse in praktische Anwendungen. Das Institut beschäftigt 240 Mitarbeiter und hat einen Etat von 17,1 Millionen Euro. Es gehört zum Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB) und ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.
Max Rubner-Institut
Das Bundesforschungsinstitut für Ernährung und Lebensmittel am Standort Kulmbach befasst sich unter anderem mit Fragen der Analytik im Rahmen der Sicherheit und Qualität bei Fleisch, und Fleischerzeugnissen .
Die Arbeitsgruppe Analytik hat darüber hinaus jahrzehntelang Erfahrung über die (bio)chemischen und physikalischen Prozesse, die in der Muskulatur von Schlachttieren vor und nach der Schlachtung ablaufen. sowie zur Messung von relevanten Qualitätsparametern,, optimalen Messzeitpunkten und Messlokalisationen im Schlachttierkörper und in Fleischteilstücken. Ebenfalls ist weitreichende Expertise zur Kühlung und Reifung, Zubereitung sowie zur Verarbeitung von Fleisch zu Fleischerzeugnissen vorhanden.Qualitätsfleischprogramme wurden lange vom Arbeitsbereich begleitet und bearbeitet.
ATB
Das Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim (ATB) ist eine der führenden agrartechnischen Forschungseinrichtungen in Europa. Es entwickelt Verfahren und technische Lösungen u.a. in den Bereichen produktionsintegrierter Umweltschutz in der Landwirtschaft, biotechnologische Stoffwandlung und regenerative Energien. Ein weiterer wesentlicher Fokus liegt auf der Sicherung der Qualität von Futter und Lebensmitteln. Aufbauend auf der spezifischen Analyse der biologischen Prozesse am Produkt entwickeln die Wissenschaftler Sensor- und Informationstechniken zur Steuerung und Dokumentation von Prozessabläufen. Das ATB verfügt über langjährige Erfahrung mit sensorbasierten Verfahren, die die Qualität des Produkts analysieren können, ohne es zu zerstören. Im Rahmen von FreshScan beschäftigt sich das ATB mit dem Produkt selbst beschäftigen und geht u.a. der Frage nach, welche mit Hilfe von optischen Verfahren zerstörungsfrei messbaren Eigenschaften von Fleisch als Frischeparameter geeignet sind.
Technische Universität Institut für Optik und Atomare Physik
Das Institut für Optik und Atomare Physik (IOAP) beschäftigt sich mit Lichtoptik, Laserphysik, angewandter Laserspektroskopie, optischen Technologien, Elektronenmikroskopie und -holographie, sowie Röntgenspektroskopie, Röntgenanalyse und Röntgenoptik. Diese Methoden werden auf experimentelle Untersuchungen auf den Gebieten der Atom-, Molekül-, Cluster- und Festkörperphysik sowie in der Umweltphysik angewandt.
Die Arbeitsgruppe Laserspektroskopie bearbeitet Fragestellungen der angewandten Physik, die den "Life Sciences" zuzuordnen sind, wie z.B. die Untersuchung der Verschmutzung des Meerwassers und der Luft oder die Untersuchung der Beschaffenheit von Fleisch. Um wissenschaftlich belastbare Aussagen treffen zu können, werden stets flankierend grundlagenorientierte spektroskopische Messungen durchgeführt, wozu laserspektroskopische Apparaturen vom UV (ab 250 nm), über das VIS bis hin zum IR (25 µm) zur Verfügung stehen. Langjährige laserspektroskopische Erfahrungen auf den Gebieten Atom- und Molekülphysik bilden das wissenschaftliche Fundament.
Forschungsschwerpunkt Technologien der Mikroperipherik
Der Forschungsschwerpunkt Technologien der Mikroperipherik gehört weltweit zu den führenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet des Electronic Packaging. Die Forschungsarbeiten werden in enger Kooperation mit nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen durchgeführt. Neben einer intensiven Zusammenarbeit mit anderen Fachgebieten der TU Berlin besteht z. B. eine erfolgreiche, eng abgestimmte Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM. Während im Forschungsschwerpunkt der Fokus auf die technologieorientierte Grundlagenforschung gelegt wird, konzentriert sich das Fraunhofer IZM auf angewandte, umsetzungsorientierte Forschung und Entwicklung.
