Verbesserung der Haltbarkeit von Lebensmitteln und ...giqs.org/.../content/...Maurer_Food4FutureWorkshop.pdf · Verbesserung der Haltbarkeit von Lebensmitteln und Reduktion von Lebensmittelabfällen

Verbesserung der Haltbarkeit von LebensmittelnLebensmitteln

und Reduktion von Lebensmittelabfällen(Food Waste)

Stephan MaurerInstitut für Detektionstechnologien

Hochschule Bonn-Rhein-Sieg

Judith KreyenschmidtCold-Chain Management Group

Universität Bonn

“F d4F ” Si d L b i l k f fähi ?

Hochschule Bonn Rhein SiegUniversität Bonn

“Food4Future” - Sind unsere Lebensmittel zukunftsfähig?Bonn, 04 Juni 2013

Inhalte

• Vorstellung Arbeitsgruppen

• Food Waste in fleischerzeugenden Ketten• Food Waste in fleischerzeugenden Ketten

• Ursachen für Lebensmittelausschüsse

• Einflussfaktoren und Handlungsoptionen

M d S t h l i V i F d W t• Moderne Sensortechnologie zur Verringerung von Food Waste

2

Forschungsgruppe Cold-Chain-ManagementCold Chain Management

Gegründet 2003, landwirtschaftliche Fakultät, ITW, Universität Bonn2 PostDoc, 6 Doktoranden, ca. 10-15 Masterstudenten(innen)

Forschungsschwerpunkte: Erstellung von Modellen zur Prognose der Produktqualität und –sicherheit

E t i kl d P üf i ti T h l i V b d Entwicklung und Prüfung innovativer Technologien zur Verbesserung der Produkt- und Prozessqualität kühlpflichtiger Lebensmittel

Entwicklung und Prüfung neuer HygienetechnikenEntwicklung und Prüfung neuer Hygienetechniken

Analyse und Implementierung neuartiger Temperaturüberwachungssysteme

Optimierung von Verpackungen für kühlpflichtige ProdukteOptimierung von Verpackungen für kühlpflichtige Produkte

33

Institut für Detektionstechnologien

Gegründet 2010 am Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften,Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, Standort Rheinbach2 Professoren, 7 Doktoranden u. wissenschaftliche Mitarbeiter,8 Bachelorstudenten(-innen)

Forschungsschwerpunkte: Entwicklung von Probenahmetechniken und Methoden der Spurenanalytik zum g y

Nachweis von Explosivstoffen, Betäubungsmitteln und chemischen Gefahrstoffen.

P üf d B t D t kti t d th d Prüfung und Bewertung von Detektionssystemen und –methoden

Gassensoranwendungen und Gasanalytik

Entwicklung und Validierung von Methoden und Hilfsmittel zur Spürhundeausbildung

4

Food Waste in fleischerzeugenden Ketten

Schlachtung/ Logistik KonsuRegion Schlachtung/Verarbeitung

LogistikHandel

Konsu-ment Gesamt Quelle

Europa, 5 7% 4% 11% 20 7% Gustavsson et al.pRussland 5.7% 4% 11% 20.7% (2011)

Nord Amerika / O i 6% 4% 11% 21% Gustavsson et al.

(2011)Ozeanien 6% 4% 11% 21% (2011)

Industriali-siertes Asien 5,6% 6% 8% 19,6 Gustavsson et al.

(2011)siertes Asien (2011)

Großbritannien 13.2% WRAP (2008)

USA 15 29%USA -- -- -- 15-29% Muth et al. (2011)

Ursachen für das Verwerfen von kühlpflichtigen Lebensmittelnkühlpflichtigen Lebensmitteln

Trans-Schlachtung Großhändler TS Einzelhändler VerbraucherTSport (TS)Verarbeitung

100%100%

1. Vorzeitiger Verderb (vor Ablauf des MHDs oder Verbrauchsdatums)g ( )

2. Ablauf des MHDs bis zum Point of Sale (POS) bzw. bis zum Food

ServicebereichServicebereich

3. Lebensmittel entsprechen nicht den Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen

4. Ablauf des MHDs beim Verbraucher sowie dessen Konsumverhalten

6

Ursachen und Einflussfaktoren für das Verwerfen von kühlpflichtigen Lebensmitteln

1 Vorzeitiger Verderb

Verwerfen von kühlpflichtigen Lebensmitteln

1. Vorzeitiger Verderb• Hygiene• TemperaturbedingungenTemperaturbedingungen• Gasatmosphäre

H ltb k it d kti

8

10

E/g]

140

160

Haltbarkeitsreduktion

25%

6

8

sp. [

log 10

KbE

Ende der Haltbarkeit

100

120

keit

[h]

2

4

seud

omon

as

12 %

35 %Haltbarkeits- 40

60

80

GeflügelH

altb

ark

0 50 100 150 200 250 300 3500

Ps

Zeit [h]

Haltbarkeits-reduktion

0 2 4 6 8 10 12 14 16

20 Schwein

Temperatur [°C]

7

Zeit [h]

Bruckner et al. 2013

Temperatur [°C]

Ansätze und Methoden zur Reduzierung des Ausschussesdes Ausschusses

Ur-sache Einfluss Mögliche Handlungsoptionensache

rder

b

Prozesshygiene Antimikrobielle Oberflächen und Verpackungen, R&D Optimierung

tiger

Ver

Temperatur-bedingungen

Produktbegleitende Temperturüberwachung (Smart Aktive Label, Zeit-Temperatur Indikatoren),

Vorz

eit

Gasatmosphäre automatischer Bildererkennung, C02-;O2-Indikatoren

8


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

9 7d6d6d

des Verbrauchsdatums

6d 6d 4d

78

[cfu

/g]

56

GKZ

log 10

[

8) 7) 5) 8) 8) 7)

34 G

9Herbert et al. 2012A (n

=18)

B (n

=17)

C (n

=15)

D (n

=18)

E (n

=18)

F (n

=17)



zum

Produktions-, Bedarfs- und Absatzplanungsmodellen, Nutzung von POS Daten, Nutzung von KPIs,

O ti i R t l & L h lt M k ti t t i

MH

D b

is

PO

S

Bedarfs und Absatzplanung Optimierung Routenplanung & Lagerhaltung, Marketingstrategien;

Nutzung der Lebensmittel für soziale Zwecke,

Abl

auf M

P

Analyse-methoden

Einsatz von spektroskopischen Schnellmethoden und Sensortechnologien, Haltbarkeitsmodelle

A

10


3. Lebensmittel entsprechen nicht den Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen3. Lebensmittel entsprechen nicht den Qualitäts und Sicherheitsanforderungen• Prüfmethoden und -entscheidungen zur Bestimmung der Sicherheit und Frische• Wertbestimmende Qualitätseigenschafteng

11


Ur-sache Einfluss Mögliche Handlungsoptionensac e

heits

- Prüfmethoden und Einsatz von Smart Aktive Label, Zeit-Temperatur Indikatoren, Einsatz

von Spektroskopischen Schnellmethoden und Haltbarkeitsmodellen

nd S

iche

rhde

rung

en Entscheidungen von Spektroskopischen Schnellmethoden und Haltbarkeitsmodellen, Nutzung der Lebensmittel für soziale Zwecke

ualit

äts-

uan

for d

Wertbestimmende Qualitäts-

gezielter Marketingstrategien, Verbraucheraufklärung, Vereinbarungen zwischen Supermärkten

Qu

eigenschaften

12


4. Ablauf des MHDs beim Verbraucher sowie dessen Konsumverhalten4. Ablauf des MHDs beim Verbraucher sowie dessen Konsumverhalten• Lebensmittel-Know-How und Prüfmethoden• Einkaufsplanung und Bewusstseing• Verpackungsgröße

13



beim

ie

n

Lebensmittel-Know-How und

Öffentlichkeitsarbeit, Schulungen zum Thema „Frische und Sicherheit von Produkten“, Einsatz von Zeit-Temperatur Indikatoren und Frische-

s M

HD

s b

uche

r sow

mve

rhal

ten

Prüfmethodenp

Indikatoren

Ei k f l S ibili i d V b h i B F d W t “

Abl

auf d

eVe

rbra

uK

onsu

m Einkaufsplanung und Bewusstsein

Sensibilisierung des Verbrauchers in Bezug „Food Waste“ (Öffentlichkeitsarbeit, Informationskampagnen, Schulungen) Präsentation von Handlungsoptionen, wie Einkaufszettel schreiben nach Bedarf Kühltaschennutzungnach Bedarf, Kühltaschennutzung

Verpackungs- Sensibilisierung des Verbrauchers in Bezug auf die Thematik „FoodVerpackungsgröße

Sensibilisierung des Verbrauchers in Bezug auf die Thematik „Food Waste“

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Langfristige Ansätze und Ziele zur Reduzierung des AusschussesReduzierung 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 und Hygieneparameter vor Verpackung:• Frische- und Hygieneparameter vor Verpackung:

Input für Haltbarkeitsmodelle zur Festlegung MHD

Kontrolle der Prozesshygiene

• Frische und Hygieneparameter nach Verpackung:• Frische- und Hygieneparameter nach Verpackung:

Veränderung der Qualitätsmerkmale

Monitoring der Lagerbedingungen

Wichtige Parameter sind Art und Umfang der mikrobiellen Anfangsbelastungmikrobiellen Anfangsbelastung


Frische- und Hygieneparameter vor VerpackungFrische- 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 Endotoxinen

Nachweis von Endotoxinen

Surface-Accustic-Wave-(SAW)-TechnikJede Bakterienspezies produziert spezifisch Endotoxine (Pyrogene)

Surface Accustic Wave (SAW) Technik

Ektronenmikroskopaufnahme von Salmonellen(rot eingefärbt), Quelle: NIAID

SAW-Technik:Änderung der OberflächenbeladungÄnderung der Oberflächenbeladung verändert Amplitude und Phase der Oberflächenwellen

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Frische- und Hygieneparameter vor Verpackungyg p p g• Etablierte Methoden:

Klassische mikrobiologische Untersuchungen Klassische mikrobiologische Untersuchungen Sensorische Prüfung

PCR PCR Enzyme Linked Immunosorbent Assays (ELISA)

Impedanzmessungen Impedanzmessungen

• Neue Ansätze:


Nachweis von Bakterien-spezifischen Molekülen/Molekülspektren mit Fluoreszenz-, Raman- und FT-IR- Spektroskopie

Spektroskopische Methoden

FluoreszenzspektroskopieFluoreszenzspektroskopieMoleküle auf der Oberfläche werden mit Licht angeregtSie fluoreszieren und emittieren dabei LichtSie fluoreszieren und emittieren dabei Licht

LichtquelleDetektor

Untersuchungen z.B. zum fVerderb von Hackfleisch

oder Nachweis von ATP, NADPH und Tryptophan auf

20

yFleisch


RamanspektroskopieRamanspektroskopie

LMonochromatisches Licht wird reflektiert.

D t kt

Laser

DetektorDurch unelastische Streuung an Atomen und Molekülen kommt es zu Wellenlängenverschiebungen des

tens

ität

Wellenlängenverschiebungen des reflektierten Lichts.

Sig

nalin

t

Untersuchungen z.B. zur

Wellenlängenverschiebung [cm-1]

Alterung von Fetten und Proteinen auf Fleisch, Nachweis von Bakterien

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aus: Ellis et al., DOI:10.1039/B511484Eüber Proteinspektren


f f ( )Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FT-IR)Attenuated Total Reflectance (ATR)

Moleküle absorbieren Infrarotlicht abhängig von ihrer chemischen Struktur

ATR-KristallIR-LichtquelleqDetektor

Untersuchungen z.B. zur KorrelationUntersuchungen z.B. zur Korrelation von IR-Spektren mit Fleischverderb durch Bakterien oder mit Populationen versch Spezies

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versch. Spezies


Frische- und Hygieneparameter vor Verpackungyg p p g• Etablierte Methoden:

Klassische mikrobiologische Untersuchungen Klassische mikrobiologische Untersuchungen Sensorische Prüfung

PCR PCR Enzyme Linked Immunosorbent Assays (ELISA)

Impedanzmessungen Impedanzmessungen

• Neue Ansätze:


Nachweis von Bakterien-spezifischen Molekülen/Molekülspektren mit Fluoreszenz-, Raman- und FT-IR- Spektroskopie

Gasphasenanalytik mit Halbleitergassensoren

Gasphasenanalytik

Gasphasenanalytik mit Halbleitergassensorenp y g

Halbleitergassensoren haben sensitive Schichten, die auf Moleküle verschieden reagieren

gnal

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4

Sig

Arrays verschiedener Sensoren ergeben Signalantworten, die mit M k / i i hMustererkennung/statistischen Methoden ausgewertet werden können.

Zeit Prinzip: Elektronische NaseErste Entwicklungen für dieBeurteilung von Fischqualität

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Frische- und Hygieneparameter nach Verpackung

T t Z it I dik t Temperatur-Zeit-Indikatoren RFID-Temperaturchip Monitoring

R d Fl kt k i Raman- und FluoreszenzspektroskopieBerührungslose VerfahrenEi t b i t t V k ö li hEinsatz bei transparenten Verpackungen möglichEinsatz von mobilen Geräten möglich

Beispiel TrueDefender:Mobiles Raman-SpektrometerFa Thermo ScientificFa. Thermo Scientific

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Trans-port (TS)

Schlachtung,Verarbeitung Großhandel TS EinzelhandelVerpackung port (TS)Verarbeitung

Bestimmung der Haltbarkeitsmodell:Bestimmung der Anfangs-Keimbelastung

Haltbarkeitsmodell:Festlegung MHD

Temperatur Monitoring

Keimbelastung Monitoring

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