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Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von Gassensor-Arrays zur Qualitätsbeurteilung von Lebensmitteln
Projektbearbeiter:
Monika Hirschfelder, Dipl.-Ing. (FH) Susann Schmidt
Finanzierung:
BMWi/AIF;
Ausgangssituation:Entwicklungen auf den Gebieten Mikrosystemtechnik und multivariate Statistik haben innovative Messsysteme (Gassensor-Arrays, oft fälschlicherweise als "elektronische Nasen" bezeichnet) hervorgebracht, die zumindest bei der Messung flüchtiger Verbindungen alternativ oder ergänzend zu den existierenden Prüfverfahren eingesetzt werden könnten. Trotz vielversprechender Ansätze ist der industrielle Einsatz derartiger Systeme bis dato noch eingeschränkt. Das hängt nicht zuletzt mit unzureichenden Erkenntnissen, z.B. bezüglich Nachweisgrenze, Empfindlichkeit, und Langzeitstabilität der Sensoren, zusammen. Ungeklärt ist vielfach auch, ob eine erfolgreiche Diskriminierung von Proben tatsächlich auf der Wechselwirkung qualitätsrelevanter Headspacekomponenten mit den Sensoren beruht, oder auf andere Einflussfaktoren zurückzuführen ist. In diesem Zusammenhang ist auch der Feuchteeinfluß auf die Sensoren zu klären. Für einen routinemäßigen Einsatz von Gassensor-Arrays werden auch weitergehende Angaben, z.B. über das für die Aufgabenstellung günstigste Probenaufgabesystem, die geeignetste Sensor-Kombination sowie Kenntnisse hinsichtlich der Interpretation der von der Gerätesoftware gelieferten Klassifizierungsergebnisse, benötigt. Aufgabe des Projekts war es daher, anhand von Modellbeispielen Untersuchungen zu den o.g. Fragestellungen durchzuführen und Erkenntnisse zu gewinnen, die insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen von großem Wert sein dürften.Forschungsergebnis:Die im Rahmen des Projektes erzielten Ergebnisse haben gezeigt, dass die bislang verfügbaren Sensorsysteme dort eingesetzt werden können, wo nachweislich die Gasphasenzusammensetzung in enger Beziehung zu den relevanten Produktmerkmalen steht. So konnte z.B. mit Metalloxidsensoren (MOS) der Verlauf einer oxidativen Veränderung von Maiskeimöl verfolgt werden. Da sich generell die MOS-Sensoren gegenüber QMB-Sensoren als um den Faktor 10-100 empfindlicher erwiesen, gelan g eine Diskriminierung mit QMB"s in diesem Fall nicht. Mit unterschiedlichen Mengen einer Aldehydmischung aufgestockte Proben von frischem Maiskeimöl konnten mit QMB"s, MOS-Sensoren und dem MS-Sensor von purem Maiskeimöl unterschieden werden. Eine Diskriminierung zwischen den unterschiedlichen Zusätzen glückte nur mit MOS-Sensoren und dem MS-Sensor ab einer Konzentration von 1 ppm. Die Unterscheidung von Erdbeerproben nach Sorte, Erntetag und -jahr gelingt nur mit MOS-Sensoren. Dies könnte möglicherweise auf eine hohe Empfindlichkeit einiger MOS-Sensoren gegenüber sortentypischen Spurenkomponenten zurückzuführen sein, welche nicht mittels Headspace-GC-MS identifiziert werden können.
In anderen Fällen, so z.B. bei der Differenzierung von Hopfensorten, sind Pseudodiskriminierungen zu beobachten. Verursacht werden diese durch eine starke Reaktion der in "elektronischen Nasen" gewöhnlich verwendeten relativ unspezifischen Sensoren auf nicht für die zu diskriminierende Produkteigenschaft relevante Hauptkomponenten im Dampfraum. Solche Anwendungen konnten nur mit dem MS-Sensor erfolgreich bearbeitet werden, da dieser durch Selektion charakteristischer Fragmentionen zu einem spezifischen "Sensor-Array" in Bezug auf die zu diskriminierende Produkteigenschaft adaptierbar ist.
Bei den Untersuchungen zeigte sich, dass das Prinzip der Wechselwirkung der Sensoren mit dem Dampfraum der Proben die Leistungsfähigkeit der "Elektronischen Nasen" und damit verbunden die Anwendungsmöglichkeiten stark einschränkt. Schon allein aus diesem Grund ist bei den derzeitigen Sensorsystemen mit einer breiten Anwendung in der Qualitätskontrolle von Lebensmitteln nicht zu rechnen.
Die systematische Zuordnung der Ansprechempfindlichkeit von MOS-Sensoren zu bestimmten Substanzklassen konnte entgegen den Herstellerangaben nicht bestätigt werden. Daher ist in Hinblick auf eine bestimmte Anwendung keine Vorauswahl geeigneter Sensoren möglich.

Anmerkungen

Interessierte Industriegruppen: <ul><li>Verband der Suppenindustrie e.V., Bonn <li>Fachverband der Gewürzindustrie e.V., Bonn</ul>

Schlagworte

Nase, elektronische

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