Highly Efficient Sensors for Perishable fruit products to Evaluate the Role and Impact of technologies on nutritional Damage and Elaborate optimising Strategies
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Sicherung einer gesunden menschlichen Ernährung und die Verbesserung des wirtschaftlichen Erfolges von gartenbaulichen Betrieben könnte zukünftig durch prozessnahe Analytik in den Produktions- und Nachernteprozessen unterstützt werden. Die Entwicklung von Strategien für die Produktqualitätserhaltung und -Überwachung sollte auf der Datenbasis von physikalischen und biochemischen Produkteigenschaften erfolgen, mit dem Ziel, Informationen über den Zustand der lebenden Produkte zu gewinnen. Für ein Monitoring spezifischer Veränderungen standen bislang jedoch kaum geeigneten, d.h. in-situ Methoden, zur Verfügung. Die Fluoreszenz- und Absorptionsspektrometrie bietet grundsätzlich die Möglichkeit, nicht-invasive schnelle Messungen durchzuführen, wodurch antioxidativ wirkende Substanzen wie Chlorophylle, Polyphenole und Provitamin A erfasst werden könnten. Die zerstörungsfreie Analyse der Inhaltsstoffe ist jedoch in der komplexen Matrix erschwert. Im vorliegenden Projekt wurden Tomaten und Erdbeeren hinsichtlich ihrer stofflichen Zusammensetzung charakterisiert und die Möglichkeit der nicht-invasiven Analyse evaluiert. Auf der Basis der Fluoreszenzspektrometrie wurden mit Hilfe angepasster Datenvorverarbeitungsmethoden Kalibrierverfahren für Hydroxyzimtsäurederivate entwickelt. Diese können bei Erdbeeren zur Reifeanalyse und, nach weiteren Untersuchungen zur Bioverfügbarkeit zur Bewertung der ernährungsphysiologischen Qualität der Produkte dienen. Chlorophylle wurden als praxistaugliche Reifemarker bestätigt. Die nicht-invasive Analyse ist durch die Absorptionsspektrometrie mit optischen Geometrien zur Reflexionsund Remissionsmessung möglich. Neben den Chlorophyllen sind die Carotinoide sensitive molekulare Marker für die Reifebestimmung und Fruchtalterung im Nacherntebereich. Darüber hinaus haben die einzelnen Carotinoide eine unterschiedliche physiologische Bedeutung in der Ernährung. Die separate Analyse einzelner Carotinoide ist daher ein wesentliches Ziel, das jedoch durch die überlagernden spektralen Profile erschwert ist. Für die Analyse an Extrakten konnte ein neues Verfahren zur Kalibrierung auf der Basis iterativer multipler linearer Regression entwickelt werden. Für den nicht-invasiven Einsatz des Verfahrens sind weitergehende Untersuchungen zum Einfluss variierender Streueigenschaften des Fruchtgewebes notwendig. Im vorliegenden Projekt wurde in Vorversuchen an Phantomen ein Verfahren auf der Basis von zeitaufgelöster Spektrometrie erprobt. Die ersten Ergebnisse zeigten ein Potential der Methode, wobei die eingesetzte Technik derzeit nicht für die Praxis geeignet ist. Nicht erwartet waren die im Projektrahmen erarbeiteten Ergebnisse zur Rückstreumessung, die eine Bestimmung der mechanischen Gewebeeigenschaften zuließ. Die Untersuchungen wurden mit Unterstützung von Stipendien auf Apfel und Bananen ausgedehnt, wobei die erzielten Ergebnisse die geringe Messungenauigkeit der Methode bestätigten. Die verwendete Sensortechnik kann mit vergleichsweise geringem Entwicklungsaufwand in bestehende Prozesse implementierbar, beispielsweise in Sortieranlagen oder in Sensorsysteme zur Übenwachung von Trocknungsprozessen gartenbaulicher Produkte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2006). Impact of different sanitizing treatments on strawberry tissue properties recorded with non-destructive optical methods feasible for automation. Proceedings of International Symposium on FUTURE OF FOOD ENGINEERING, Warsaw, Poland, 26-28 April 2006, cd-publication
Qing ZS; Schlüter O; Hassenberg K; Ji BP; Zude M
- (2006). Prozessoptimierung in der Versorgungskette frischer Produkte auf der Basis von zerstörungsfreien Inhaltsstoffanalysen (Product Monitoring and Process Control in the Crop Supply Chain). Landtechnik/Agricultural Engineering 61:2-3
Zude M; McRoberts N
- (2007). Anpassung von Kalibriermodellen an das Fruchtmaterial mit Hilfe mathematischer Datenvorverarbeitungsmethoden am Beispiel der zerstörungsfreien fluorometrischen Polyphenolbestimmung. 43. Gartenbauwissenschaftlichen Jahrestagung, Potsdam, Book of abstracts
Wulf JS; Franck C; Nicolai B; Zude M
- (2007). Identifizierung phenolischer Inhaltsstoffe in Tomaten. DGG-Jahrestagung, Potsdam, Book of abstracts
Müller C; Rühmann S
- (2007). Laser imaging measurements on apples during fruit development. Proceedings CIGR conference, Neapel, Italien
Qing ZS; Ji BP; Zude M
- (2007). Polyphenol analysis in fruits based on laser-induced fluorescence spectroscopy. Proceedings CIGR conference, Neapel, Italien
Wulf JS; Rühmann S; Treutter D; Zude M
- (2007). Predicting soluble solids content and firmness in apple fruit by means of laser light backscattering image analysis. Journal of Food Engineering 82: 58-67
Qing ZS; Ji BP; Zude M
- (2007). Wavelengths selection for predicting physicochemical apple fruit properties based on near infrared spectroscopy. Journal of Food Quality 30: 511-526
Qing ZS; Ji BP; Zude M
- (2008). Analyses of phenolic compounds in strawberry fruits (Fragaria x ananassa) by chromatographic and non-destructively applied laser-induced fluorescence spectroscopy. Journal of Agricultural and Food Chemistry 56: 2875-2882
Wulf JS; Rühmann S; Regos I; Puhl I; Treutter D; Zude M
- (2008). Analysis of impedance spectra and laser-induced backscattering intensities of tomato slices during drying process. Proceedings AgEng, Greece AgEng2008, #OP-1880
Romano G; Gottschalk K; Zude M; Baranyai L
- (2008). Approach for nondestructive pigment analysis in phantoms and carrots by means of time-of-flight and multiwavelength remittance readings. Analytica Chimica Acta 623: 204-212
Zude M; Spinelli L; Torricelli A
- (2008). Measuring the moisture content of drying banana slices with laser-induced backscattering imaging. Journal of Food and Biosystems Technology
Romano R; Baranyai L; Gottschalk K; Zude M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11947-008-0113-7) - (2008). Messungenauigkeit bei der zerstörungsfreien Polyphenolbestimmung in Früchten. Landtechnik 63: 96-97
Wulf J; Zude M
- (2008). Non-destructive analyses of apple quality parameters by means of laser-induced light backscattering imaging. Postharvest Biology and Technology 48: 215-222
Qing ZS; Ji BP; Zude M
- (2008). Preface: agricultural crop management by means of in-situ analyses. In: Zude (ed.). Optical Monitoring of Fresh and Processed Agricultural Crops. ISBN: 9781420054026, CRC Press, 567 pp.
Zude M
- (2008). The detection of quality deterioration of apple juice by near infrared and fluorescence spectroscopy. Proceedings lUFoST 14th world congress of food science & technology, Oct. 19-23, 2008 at Shanghai, China
Zhu DZ; Qing ZS; Ji BP; Zude M
- Evaluation of chemometric tools to correct for reabsorption and quenching effects in non-destructive fluorimetric fruit analyses. ASABE Meeting Paper Number: 084373
Wulf JS; Zude M
- (2009). Evaluation the non-enzymatic browning in thermally processed apple juice by front-face fluorescence spectroscopy. Food Chemistry
Zhu DZ; Ji BP; Eum HL; Zude M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.07.009)
