Innovative Sensoren für frische Früchte

24.07.2012: Wie reif Früchte sind, lässt sich bestimmen – auch ohne hineinzubeißen. Dies verrät nämlich das gasförmige Ethylen, das je nach Reifegrad unterschiedlich stark als Stoffwechselprodukt ausströmt. Im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) gelang es in einem Projekt der Deutschen Forschungsvereinigung für Meß-, Regelungs- und Systemtechnik e.V. (DFMRS, Bremen) ein Messsystem auf Basis von Ethylensensorik zu entwickeln, das den Reifungsgrad der Früchte überwacht.

Diese Innovation ist insbesondere für Unternehmen der Fruchtlogisik interessant, aber auch Verbraucher dürfen sich freuen, denn dank dieser hochsensitiven Messtechnologie gelangt weniger bereits überreifes Obst in den Handel.

Stoffwechsel findet in Früchten nach der Ernte weiterhin statt und je nach Obstsorte und Reifegrad werden unterschiedliche Mengen an gasförmigem Ethylen erzeugt. Während die Frucht heranreift, steigt die Ethylenproduktion stark an, das Maximum wird mit dem idealen Reifezustand erreicht, bevor es dann zu Überreife und Absenkung der Ethylenmenge kommt. Damit eignet sich das Gas besonders gut als Indikator für den Reifegrad von Obst.

Darüber hinaus ist es ein Vorteil, die Ethylenkonzentration in der Umgebung gut zu kennen, denn das Gas wirkt auf die Früchte wie ein Reifehormon. So kann es beim Transport oder Lagern zu einer Art Kettenreaktion führen, wenn erste Früchte den maximalen Reifezustand erreichen und damit den Reifeprozess der gesamten Ladung beschleunigen. Dann sind Verluste beispielsweise beim Straßentransport von bis zu 20.000 Euro möglich.

2011 wurden weltweit etwa 725 Millionen Tonnen Obst geerntet, die zum Endverbraucher transportiert werden mussten. Entsprechend groß dürfte das Interesse an einem Mess- und Warngerät in Unternehmen der Fruchtlogistik sein – vorausgesetzt das Kosten-Nutzen-Verhältnis stimmt. Das ist bei den bisherigen Systemen nicht der Fall, da es hier um Konzentrationsmengen im ppb (parts per million)-Bereich geht und diese bis dato nur mit aufwendigen und teuren Geräten in Laboren nachgewiesen werden.

Das Ziel der Industriellen Gemeinschaftsforschung ist, möglichst praxisnahe Grundlagen zu liefern. Das gelingt, in dem man Industrievertreter mit einbezieht, die dann den Marktbedarf genau formulieren. In diesem Fall war die Herausforderung für die Forscher, ein kompaktes und robustes System mit geringen Wartungskosten, möglichst kleinem Energieverbrauch und autonomen Betrieb zu entwickeln. Dabei sollte der Anschaffungspreis 1.200 Euro nicht übersteigen, da nur bei diesem Marktpreis diese Technologie großflächig eingesetzt werden könnte.

„Solche genauen Anforderungen aus der Wirtschaft zu kennen, ist für die Wissenschaft sehr hilfreich – nur so entstehen Innovationen, die sich auf dem Markt auch durchsetzen können“, sagt Professor Walter Lang vom Friedrich Wilhelm Bessel Institut Forschungsgesellschaft mbH (Bremen), wo die Entwicklung stattgefunden hat. „So haben wir beispielsweise bei der Materialauswahl auf die Kosten und die Festigkeit geachtet und einen möglichst einfachen Aufbau angestrebt, um am Ende ein langlebiges und wartungsarmes System zu haben.“

„Jetzt sind die Unternehmen der Messtechnik an der Reihe, die Forschungsergebnisse in marktfähige Systeme umzusetzen“, sagt Dirk Dreyer, Geschäftsführer der DFMRS, die zu den rund 100 Forschungsvereinigungen der AiF gehört. „Dabei sind diese nicht nur für Obsttransporte interessant, sondern auch für weitere Bereiche in der Lebensmitteltechnik. Und wie das in der Industriellen Gemeinschaftsforschung häufig der Fall ist, werden auch hier in anderen Disziplinen Anwendungen erwartet, beispielsweise in der Umwelt-, Verfahrens- oder in der chemischen Technik.“

IGF-Vorhaben werden im Innovationsnetzwerk der AiF organisiert und aus den Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert.