Ist der Fisch noch frisch oder das Hähnchenfleisch noch genießbar? Diese Frage wird in Supermärkten oder auch zu Hause täglich gestellt. Wirft man das Lebensmittel lieber weg oder kann man sich auf das gedruckte Mindesthaltbarkeitsdatum (oder Verbrauchsdatum im Fall von frischen Fleisch- und Fischprodukten) verlassen? Weltweit wird rund ein Drittel aller produzierten Lebensmittel weggeworfen – häufig, weil unklar ist, wie lange sie tatsächlich haltbar sind. Allein in der Europäischen Union entstehen auf diese Weise jährlich rund 59 Millionen Tonnen Lebensmittelabfälle. Nebenwirkungen der zu frühen Entsorgung sind hohe wirtschaftliche Verluste und zusätzlicher CO2-Ausstoß, Wasser- und Energieverbrauch. 

Ob Fleisch oder Fisch noch genießbar ist, wird derzeit auf zwei Arten getestet. Entweder kontrolliert geschultes Personal mit der Nase die Haltbarkeit, oder es werden zeitaufwändige und teure mikrobiologische Analysen durchgeführt. Problem dabei: Die Ergebnisse liegen oft erst nach Tagen vor, dann ist das getestete Lebensmittel ganz sicher nicht mehr verwertbar. Bislang fehlte eine technische Lösung, die genau und schnell bestimmen kann, wie lange Fleisch und Fisch haltbar sind. 

Eine neue elektronische Nase eines deutsch-dänischen Kooperationsforschungsprojekts (PRECISE) könnte dazu beitragen, unnötige Fleisch- und Fischabfälle zu reduzieren, indem sie objektivere Informationen über Produktfrische und Haltbarkeit liefert. Der Riechsensor misst spezielle Biomarker wie das Cadaverin, ein Gas, das beim Verderb von Proteinen entsteht. Das unangenehm riechende Molekül ist auch ein Bestandteil von Leichengift und trägt zum Verwesungsgeruch bei.

Roana de Oliveira Hansen, außerordentliche Professorin am Mads Clausen Institute der Syddansk Universitet (SDU) in Sonderborg/Dänemark, leitete das PRECISE-Projekt, das vor wenigen Monaten abgeschlossen wurde. Sie beschäftigt sich am Institut in Sonderborg mit der Entwicklung von Cantilever-Sensoren. Cantilever-Sensoren sind dünne, biegsame Balken, die sich verformen, wenn sich der zu messende Parameter ändert. 

„Lebensmittelverschwendung ist eine der größten Nachhaltigkeitsherausforderungen unserer Zeit. Jedes Jahr werden große Mengen Fleisch und Fisch entsorgt, obwohl sie noch verzehrbar sind. Allein in der deutsch-dänischen Grenzregion Schleswig-Holstein/Syddanmark/Sjælland führt dies zu einer enormen Produktverschwendung von 48.000 Tonnen pro Jahr. Unser Projekt untersuchte, ob eine elektronische Nase eine objektivere Bewertung der Frische bieten kann, indem flüchtige Verbindungen im Zusammenhang mit Verderb gemessen werden“, erläutert Hansen. 

„Die langfristige Vision ist es, Verbrauchern, Einzelhändlern, Restaurants und Lebensmittelproduzenten zu helfen, bessere Entscheidungen zu treffen und so unnötige Lebensmittelverschwendung zu reduzieren, ohne die Lebensmittelsicherheit zu gefährden“, sagt die Forscherin zur Motivation des Projekts.

Der Fokus des Riechsensors lag auf der Messung eines speziellen Biomarkers. Cavaderin (lateinisch: cadaver - Aas, Leiche, 1,5-Diamino-pentan(C₅H₁₄N₂)) gehört zu den biogenen Aminen und wird während des bakteriellen Abbaus der Aminosäure Lysin produziert. Seine Konzentration kann zunehmen, wenn eiweißreiche Lebensmittel verderben, weshalb es als potenzieller Marker für die Frischeüberwachung untersucht wird. Ab dem ersten Tag der Schlachtung bzw. nach dem Fischfang entsteht Cadaverin. Während der mikrobielle Abbau fortschreitet, können sich Cadaverin und andere biogene Amine in Fleisch und Fisch ansammeln, bevor verdorbene Lebensmittel zuverlässig allein anhand des Geruchs beurteilt werden können.

Die Physikerin Hansen erklärt, warum Cadaverin genutzt wurde: „Mehrere biogene Amine können relevante Hinweise auf Lebensmittelverderb liefern. Im PRECISE-Projekt konzentrierten wir uns besonders auf Cadaverin, da es mit dem Proteinabbau assoziiert ist und in der Gasphase nachgewiesen werden kann. Das machte es zu einem interessanten Zielmolekül für unsere Sensortechnologie.“ Über einen Lüfter wird das Cadaverin in den Sensor gesaugt. Eine Elektronik bringt ihn zum Schwingen. Je nach Menge der Cadaverin-Moleküle, die am Sensor haften bleiben, verändert sich die Schwingfrequenz. Mit den gewonnenen Daten kann dann die Haltbarkeit vorhergesagt werden.