Optische Analyse von Lebensmitteln

Reifebewertung mit Hilfe eines Nahinfrarot-Spektrometers

Auch optisch einwandfreies Obst und Gemüse kann sehr große Qualitätsunterschiede haben, was Geschmack und Haltbarkeit betrifft. Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden können mit Hilfe der Nahinfrarot-Spektralanalytik herausfinden, wie reif eine Birne oder Tomate ist.

Birnen mit unterschiedlichem Reifegrad
© FhG IPMS
Birnen mit unterschiedlichem Reifegrad

Jeder kennt das: Man hat gut aussehendes Obst oder Gemüse gekauft und am nächsten Tag ist es schon faulig. Das kann daran liegen, dass man es falsch gelagert hat oder das Obst in der Einkaufstasche ganz unten lag und schon Druckstellen bekommen hat. Es kann aber auch sein, dass das Obst oder Gemüse seinen optimalen Reifegrad schon überschritten hat. Viel Obst wandert deswegen in den Müll. Und das nicht nur beim Endverbraucher. Bis zu 56 Prozent aller frischen Lebensmittel erreichen den Kunden nicht, weil sie bei der Lagerung, auf dem Transportweg und im Einzelhandel verderben.

Wenn man rechtzeitig den Reifegrad einer Frucht erkennt, kann man die Nutzung optimieren: Reife, schöne Birnen würden zum Endverbraucher kommen, ältere Birnen, die schon braune Druckstellen haben, könnten immer noch zu Saft verarbeitet werden und aus Birnen, die schon faulig und schimmelig sind, wird Biokraftstoff hergestellt. So lässt es sich nachhaltig wirtschaften.

Mit Infrarot schadhafte Stellen an Früchten erkennen

Fraunhofer-Forscher am IPMS gelingt es mit Ortsauflösender Spektroskopie (Hyperspectral Imaging) im nahen Infrarot (NIR) schadhafte Stellen an Früchten zu erkennen, noch bevor der Faulungsprozess entsteht. Hyperspectral Imaging ist eine Kombination aus Spektroskopie und digitaler Bilderfassung. Lebensmittel können mittels Spektralanalyse und gleichzeitiger Objekterkennung identifiziert werden. Dieses Verfahrnen hat gegenüber dem menschlichem Auge einen entscheidenden Vorteil: Es kann in die Frucht »hineinsehen« und Informationen aus dem Innern der Frucht liefern.

So arbeiten Hyperspectral Imaging Systeme

Druck führt zu einer Änderung der Molekülstruktur der Früchte, woraus nach einigen Tagen die Faulstelle entsteht. Das wird mit NIR Hyperspectral Imaging frühzeitig erkannt. Hyperspectral Imaging Systeme arbeiten typischerweise als spektrale Zeilenkameras, bei dem ein linienförmiger Bildbereich des Objekts spektral in eine dazu senkrechte Richtung aufgespaltet wird. Die zweite Dimension des Objekts wird durch sequentielles Scannen erfasst. Dies erfolgt mit Hilfe der Objektbewegung zum Beispiel durch ein Förderband. Für die Bildaufnahme wird ein eindimensionales InGaAs-Detektor-Array genutzt.

Das Hyperspectral-Imaging System kann direkt in Sortieranlagen eingebaut werden. Nach einer vorher eingegebenen Datenbasis kann dann Obst und Gemüse nach Qualität sortiert werden. Bevor das Gerät in den Markt eingeführt werden kann müssen die Forscher eine noch breitere Datenbasis schaffen.