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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
Ursachen für das Verwerfen von kühlpflichtigen Lebensmittelnkühlpflichtigen 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
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)
Ansätze und Methoden zur Reduzierung des Ausschussesdes Ausschusses
Ur-sache Einfluss Mögliche Handlungsoptionensache
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
Ursachen für das Verwerfen von kühlpflichtigen Lebensmittelnkühlpflichtigen Lebensmitteln
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
Ansätze und Methoden zur Reduzierung des Ausschussesdes Ausschusses
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
Ursachen für das Verwerfen von kühlpflichtigen Lebensmittelnkühlpflichtigen Lebensmitteln
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
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Ansätze und Methoden zur Reduzierung des Ausschussesdes Ausschusses
Ur-sache Einfluss Mögliche Handlungsoptionensache
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“
14
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
Einsatz von Sensortechnologien
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
18
Einsatz von Sensortechnologien
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:
Surface-Accustic-Wave-Technik zum Nachweis von spezifischen Endotoxinen
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
Spektroskopische Methoden
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
21
aus: Ellis et al., DOI:10.1039/B511484Eüber Proteinspektren
Spektroskopische Methoden
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
22
versch. Spezies
Einsatz von Sensortechnologien
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:
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
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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Einsatz von Sensortechnologien
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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Einsatz von Sensortechnologien
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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Danke für Ihre Aufmerksamkeit
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