Verbesserung der Haltbarkeit von. und Reduktion von Lebensmittelabfällen (Food Waste)

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1 Verbesserung der Haltbarkeit von Lebensmitteln und Reduktion von Lebensmittelabfällen (Food Waste) Judith Kreyenschmidt Cold-Chain Management Group Universität Bonn Stephan Maurer Institut für Detektionstechnologien Hochschule Bonn-Rhein-Sieg Food4Future - Sind unsere Lebensmittel zukunftsfähig? fähi Bonn, 04 Juni 2013

2 2 Inhalte Vorstellung Arbeitsgruppen Food Waste in fleischerzeugenden Ketten Ursachen für Lebensmittelausschüsse Einflussfaktoren und Handlungsoptionen Moderne Sensortechnologie zur Verringerung von Food Waste

3 Forschungsgruppe Cold-Chain-Management Chain Gegründet 2003, landwirtschaftliche Fakultät, ITW, Universität Bonn 2 PostDoc, 6 Doktoranden, ca Masterstudenten(innen) Forschungsschwerpunkte: Erstellung von Modellen zur Prognose der Produktqualität und sicherheit Entwicklung und Prüfung innovativer Technologien zur Verbesserung der Produkt- und Prozessqualität kühlpflichtiger Lebensmittel Entwicklung und Prüfung neuer Hygienetechniken Analyse und Implementierung neuartiger Temperaturüberwachungssysteme Optimierung von Verpackungen für kühlpflichtige Produkte 3

4 4 Institut 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: Entwicklung von Probenahmetechniken und Methoden der Spurenanalytik zum Nachweis von Explosivstoffen, Betäubungsmitteln und chemischen Gefahrstoffen. Püf Prüfung und dbewertung von Detektionssystemen t und methoden Gassensoranwendungen und Gasanalytik Entwicklung und Validierung von Methoden und Hilfsmittel zur Spürhundeausbildung

5 Food Waste in fleischerzeugenden Ketten Region Europa, Russland Nord Amerika / Ozeanien Gesamt Quelle Gustavsson et al. 5.7% 4% 11% 20.7% (2011) Gustavsson et al. 6% 4% 11% 21% (2011) Schlachtung/ Logistik Konsument Verarbeitung Handel Industriali- 5,6% 6% 8% 19,6 siertes Asien (2011) Gustavsson et al. (2011) Großbritannien 13.2% WRAP (2008) USA % Muth et al. (2011)

6 Ursachen für das Verwerfen von kühlpflichtigen Lebensmitteln 6 Schlachtung Trans- Großhändler TS Einzelhändler TS Verbraucher Verarbeitung port (TS) 100% 100% 1. Vorzeitiger 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

7 Ursachen und Einflussfaktoren für das Verwerfen von kühlpflichtigen Lebensmitteln 1. Vorzeitiger Verderb Hygiene Temperaturbedingungen Gasatmosphäre Haltbarkeitsreduktion kti % sp. [log 10 KbE E/g] Ps seudomonas % 35 % Ende der Haltbarkeit Zeit [h] Haltbark keit [h] Haltbarkeitsreduktion Geflügel Schwein Temperatur [ C] Bruckner et al

8 Ansätze und Methoden zur Reduzierung des Ausschusses 8 Ur- sache Einfluss Mögliche Handlungsoptionen Vorzeit tiger Ver rderb Prozesshygiene Temperaturbedingungen Gasatmosphäre Antimikrobielle Oberflächen und Verpackungen, R&D Optimierung Produktbegleitende Temperturüberwachung (Smart Aktive Label, Zeit- Temperatur Indikatoren), automatischer Bildererkennung, C0 2-; O 2 -Indikatoren

9 Ursachen 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 GKZ log 10 [cfu/g] 9 6d 6d 4d 6d 6d 7d A (n=18) B (n=17) C (n=15) D (n=18) E (n=18) F (n=17) Herbert et al

10 Ansätze und Methoden zur Reduzierung des Ausschusses 10 Ur- sache Einfluss Mögliche Handlungsoptionen Ablauf MHD bis zum POS Produktions-, Bedarfs- und Absatzplanung Analysemethoden Absatzplanungsmodellen, Nutzung von POS Daten, Nutzung von KPIs, Optimierung i Routenplanung & Lagerhaltung, Marketingstrategien; t t i Nutzung der Lebensmittel für soziale Zwecke, Einsatz von spektroskopischen Schnellmethoden und Sensortechnologien, Haltbarkeitsmodelle

11 Ursachen für das Verwerfen von kühlpflichtigen Lebensmitteln Lebensmittel entsprechen nicht den Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen Prüfmethoden und -entscheidungen zur Bestimmung der Sicherheit und Frische Wertbestimmende Qualitätseigenschaften

12 Ansätze und Methoden zur Reduzierung des Ausschusses 12 Ursache Einfluss Mögliche Handlungsoptionen Einsatz von Smart Aktive Label, Zeit-Temperatur Indikatoren, Einsatz von Spektroskopischen Schnellmethoden und Haltbarkeitsmodellen, Nutzung der Lebensmittel für soziale Zwecke Qu ualitäts- u nd Sicherh heitsanford derungen Prüfmethoden und Entscheidungen Wertbestimmende Qualitäts- eigenschaften gezielter Marketingstrategien, Verbraucheraufklärung, Vereinbarungen zwischen Supermärkten

13 Ursachen für das Verwerfen von kühlpflichtigen Lebensmitteln Ablauf des MHDs beim Verbraucher sowie dessen Konsumverhalten Lebensmittel-Know-How und Prüfmethoden Einkaufsplanung und Bewusstsein Verpackungsgröße

14 Ansätze und Methoden zur Reduzierung des Ausschusses 14 Ur- sache Einfluss Mögliche Handlungsoptionen beim ie n Öffentlichkeitsarbeit, Schulungen zum Thema Frische und Sicherheit von Produkten, Einsatz von Zeit-Temperatur Indikatoren und Frische- Indikatoren s MHDs b ucher sow mverhalten Ablauf de Verbrau Konsum Lebensmittel- Know-How und Prüfmethoden Einkaufsplanung Sensibilisierung i des Verbrauchers in Bezug Food Waste und (Öffentlichkeitsarbeit, Informationskampagnen, Schulungen) Bewusstsein Präsentation von Handlungsoptionen, wie Einkaufszettel schreiben nach Bedarf, Kühltaschennutzung Verpackungs- größe Sensibilisierung des Verbrauchers in Bezug auf die Thematik Food Waste

15 Langfristige 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)

16 Einsatz von Sensortechnologien Einsatz von Sensortechnologien bei Frischfleisch Frische- und Hygieneparameter vor Verpackung: Input für Haltbarkeitsmodelle zur Festlegung MHD Kontrolle der Prozesshygiene Frische- und Hygieneparameter nach Verpackung: Veränderung der Qualitätsmerkmale Monitoring der Lagerbedingungen Wichtige Parameter sind Art und Umfang der mikrobiellen Anfangsbelastung

17 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 Endotoxinen

18 18 Nachweis von Endotoxinen 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

19 Einsatz von Sensortechnologien Frische- und Hygieneparameter vor Verpackung 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

20 20 Spektroskopische 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 oder Nachweis von ATP, NADPH und Tryptophan auf Fleisch

21 21 Spektroskopische Methoden Ramanspektroskopie Monochromatisches Licht wird reflektiert. Laser Durch unelastische Streuung an Atomen und Molekülen kommt es zu Wellenlängenverschiebungen des reflektierten Lichts. Untersuchungen z.b. zur Alterung von Fetten und Proteinen auf Fleisch, Nachweis von Bakterien über Proteinspektren Detektor Signalint tensität Wellenlängenverschiebung [cm -1 ] aus: Ellis et al., DOI: /B511484E

22 22 Spektroskopische Methoden Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie f (FT-IR) Attenuated Total Reflectance (ATR) Moleküle absorbieren Infrarotlicht abhängig von ihrer chemischen Struktur IR-Lichtquelle ATR-Kristall Detektor Untersuchungen z.b. zur Korrelation von IR-Spektren mit Fleischverderb durch Bakterien oder mit Populationen versch. Spezies

23 Einsatz von Sensortechnologien Frische- und Hygieneparameter vor Verpackung 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 Halbleitergassensoren

24 24 Gasphasenanalytik Gasphasenanalytik mit Halbleitergassensoren Halbleitergassensoren haben sensitive Schichten, die auf Moleküle verschieden reagieren Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 Arrays verschiedener Sensoren ergeben Signalantworten, die mit Mustererkennung/statistischen i Methoden ausgewertet werden können. Sig gnal Prinzip: Elektronische Nase Erste Entwicklungen für die Beurteilung von Fischqualität Zeit

25 25 Einsatz von Sensortechnologien Frische- und Hygieneparameter nach Verpackung Temperatur-Zeit-Indikatoren t RFID-Temperaturchip Monitoring Raman- und dfluoreszenzspektroskopie k Berührungslose Verfahren Einsatz bei transparenten t Verpackungen möglich Einsatz von mobilen Geräten möglich Beispiel TrueDefender: Mobiles Raman-Spektrometer Fa. Thermo Scientific

26 Einsatz von Sensortechnologien Schlachtung, Verarbeitung Verpackung Trans- port (TS) Großhandel TS Einzelhandel Bestimmung der Anfangs- Keimbelastung Haltbarkeitsmodell: Festlegung MHD Temperatur Monitoring Keimbelastung Monitoring

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28 28 Danke für Ihre Aufmerksamkeit