Von der menschlichen zur elektronischen Nase
Ob Fleisch oder Fisch noch genießbar ist, wird derzeit auf zwei Arten getestet. Zum einen kontrolliert geschultes Personal mit der Nase die Haltbarkeit und zum anderen gibt es teure und zeitaufwendige mikrobiologische Analysen, deren Ergebnis erst nach Tagen vorliegt. Was fehlt, ist eine technische Lösung, die genau und schnell bestimmen und vorhersagen kann, wie lange Fleisch und Fisch haltbar sind. Allein in der deutsch-dänischen Grenzregion entstehen pro Jahr circa 48.000 Tonnen an Abfall von Fleisch und Fisch. Man ist dazu angehalten das Fleisch nach einer gewissen Zeit zu entsorgen. Bei Fisch sind es zwei Tage, obwohl der Fisch eigentlich noch bis zu neun Tage verzehrt werden könnte
, beschreibt Sebastian Hauschild, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Kompetenzzentrum CoSA die aktuelle Lage.
Was riecht denn da?
Roana de Oliveira Hansen, außerordentliche Professorin am Mads Clausen Institute der Syddansk Universitet (SDU), leitet das Projekt. Die Professorin beschäftigt sich am Institut in Sonderborg mit der Entwicklung von Cantilever-Sensoren. Cantilever-Sensoren sind dünne, biegsame Balken, die sich verformen. Im Projekt PRECISE werden mit ihnen hochempfindliche Messungen durchgeführt, um den Cadaveringehalt von verschiedenen Fleisch- und Fischsorten zu bestimmen und damit eine Aussage über die Haltbarkeit zu machen. Cadaverin entsteht bei der Zersetzung von Eiweiß und erzeugt den typischen Geruch von verwesendem Fleisch
, sagt die Professorin.
Schwingender Sensor
Der Cantilever-Sensor wird am Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISIT) gefertigt, vom dänischen Startup AmiNIC in das Handgerät eingebaut und für Tests an das CoSA übergeben. Wir setzen den Handsensor auf das Fleisch auf. Über einen Lüfter wird das Cadaverin in den Sensor gesaugt. Eine Elektronik bringt ihn zum Schwingen, ähnlich wie bei einem Sprungbrett in der Schwimmhalle
, sagt Hauschild. Je nachdem wie viele Cadaverin Peptide am Sensor haften bleiben, verändert sich die Schwingfrequenz. Der Sensor zählt sozusagen die Masse an Cadaverin. Mit den gewonnenen Daten wird dann die Vorhersage für die Haltbarkeit gemacht.
Präzise Vorhersage: kein Blick in die Glaskugel
Ab dem ersten Tag der Schlachtung entsteht Cadaverin. Der Mensch kann zu diesem Zeitpunkt noch nicht wahrnehmen, wie viel Cadaverin im Fleisch- oder Fisch enthalten ist. Den Job soll in Zukunft die elektronische Nase übernehmen
, sagt Professor Horst Hellbrück, Leiter des Kompetenzzentrums CoSA. Im Projekt haben wir einen Messaufbau gefertigt, an dem wir die verschiedenen Fleischsorten mit dem Frischesensor testen und die Verfallsdaten mithilfe von stochastischen Analysen voraussagen. Dabei beachten wir auch Umgebungsparameter wie Temperatur und Feuchtigkeit
, erklärt Sebastian Hauschild.
Deutsch-dänische Zusammenarbeit
Im Projekt arbeiten sechs Partner zusammen an einem gemeinsamen Ziel: potenziell 25.000 Tonnen Fleisch und Fisch vor dem Abfall retten. Das Team um Roana de Oliveira Hansen von der SDU bringt Erfahrung mit der Entwicklung von Sensoren ein. Das CoSA Team der TH Lübeck trägt zu den Vorhersagen der Haltbarkeit bei. Das Fraunhofer ISIT in Itzehoe produziert die piezoelektrischen Cantilever. Das dänische Startup AmiNIC bringt Erfahrung im Prototyping ein, verbessert in Zusammenarbeit mit den Partnern die Hardware und führt Updates der Software auf Basis der erhobenen Daten der Partner durch. Weiterhin gehört das Lebensmittelinstitut KIN in Neumünster zum Partnerkreis. Lebensmittelsicherheit ist eine Kernkompetenz des KIN und nimmt mit Referenzen und Sicherheitschecks die Qualitätskontrolle der Messungen vor. Dazu trägt auch die Hochschule Flensburg mit Messungen der Bakterienbelastung von Fischprodukten bei.
Die Zukunft des Cantilever-Sensors
Natürlich müssen wir erst einmal unsere Lehren aus dem Markt mit größeren Unternehmen wie Restaurants und Supermärkten ziehen. Aber auf lange Sicht könnte es sehr interessant sein, zu prüfen, wie wir dieses Produkt für Haushalte verfügbar machen können
, sagt Jens Nielsen vom Startup AmiNIC im Hinblick auf die Zukunft der elektronischen Nase.
Weitere Informationen
Wissenschaftliche Veröffentlichungen am Mads Clausen Institute der Syddansk Universitet (SDU): https://precisesensor.eu/2025/01/08/new-publication2025/
Über Interreg Deutschland-Danmark
Das EU-Förderprogramm Interreg Deutschland-Danmark unterstützt die Weiterentwicklung der deutsch-dänischen Region. In den Jahren 2021-2027 stehen 93,8 Mio. Euro für die Förderung von deutsch-dänischen Kooperationsprojekten zur Verfügung. https://www.interreg-de-dk.eu/projekte-ergebnisse/unsere-projekte-1/einzelansicht-projekte/precise/
NDR Bericht
über das Projekt PRECISE: https://www.ndr.de/fernsehen/sendungen/schleswig-holstein_magazin/Fleischtester-elektronische-Nase-der-TH-Luebeck,shmag126430.html
Forskningsprojektet PRECISE: Elektronisk næse mod madspild
En tysk-dansk forskergruppe arbejder på en ny type friskhedssensor til kød og fisk i PRECISE-projektet. Forskernes mål er at bruge en ny type »elektronisk næse« til at bestemme holdbarheden af kød og fisk og forudsige den så præcist, at tonsvis af fødevarer kan spares fra at gå til spilde. Eksperter fra TH Lübeck er en del af forskningsprojektet. De er i øjeblikket i gang med at teste og optimere friskhedssensoren på CoSA-kompetencecentret. Forskerne støttes med 1.885.263 euro over en periode på tre år (01.04.2023-31.03.2026) som en del af EU's Interreg-program for Tyskland og Danmark.
Fra den menneskelige næse til den elektroniske næse
Der findes i dag to måder at teste, om kød eller fisk stadig er spiseligt. På den ene side tjekker uddannet personale holdbarheden med deres næse, og på den anden side er der dyre og tidskrævende mikrobiologiske analyser, hvis resultater først er tilgængelige efter flere dage. Det, der mangler, er en teknisk løsning, der præcist og hurtigt kan bestemme og forudsige, hvor længe kød og fisk kan holde sig. Alene i den tysk-danske grænseregion produceres der hvert år omkring 48.000 tons kød- og fiskeaffald. »Vi er forpligtet til at bortskaffe kød efter et bestemt tidsrum. For fisk er det to dage, selv om fisken faktisk kan spises i op til ni dage,« siger Sebastian Hauschild, forskningsassistent ved CoSA-kompetencecentret, og beskriver den nuværende situation.
Hvad er det, der lugter?
Roana de Oliveira Hansen, lektor ved Mads Clausen Instituttet på Syddansk Universitet, leder projektet. Professoren arbejder med udvikling af cantilever-sensorer på instituttet i Sønderborg. Cantilever-sensorer er tynde, fleksible bjælker, der deformeres. I PRECISE-projektet bruges de til at udføre meget følsomme målinger for at bestemme indholdet af kadaverin i forskellige typer kød og fisk og dermed udtale sig om holdbarheden. »Kadaverin produceres under nedbrydningen af protein og giver den typiske lugt af råddent kød,« siger professoren.
Vibrerende sensor
Cantilever-sensoren er fremstillet på Fraunhofer Institute for Silicon Technology (ISIT), indbygget i den håndholdte enhed af den danske start-up AmiNIC og overdraget til CoSA til testning. »Vi placerer den håndholdte sensor på kødet. Kadaveret suges ind i sensoren via en ventilator. Et elektronisk system får den til at vibrere, ligesom et springbræt i en swimmingpool,« siger Hauschild. »Afhængigt af hvor mange kadaverpeptider, der klæber til sensoren, ændres svingningsfrekvensen. Sensoren tæller så at sige massen af kadaverin. De opnåede data bruges derefter til at forudsige holdbarheden.«
Præcis forudsigelse: ingen kiggen ind i krystalkuglen
Kadaverin produceres fra den første slagtedag. På dette tidspunkt er mennesker endnu ikke i stand til at genkende, hvor meget kadaverin der er i kødet eller fisken. »I fremtiden vil den elektroniske næse overtage dette job,« siger professor Horst Hellbrück, leder af CoSA-kompetencecentret. »I projektet har vi lavet en måleopstilling, hvor vi tester de forskellige kødtyper med friskhedssensoren og forudsiger udløbsdatoerne ved hjælp af stokastiske analyser. Vi tager også højde for miljøparametre som temperatur og luftfugtighed,« forklarer Sebastian Hauschild.
Tysk-dansk samarbejde
I projektet arbejder seks partnere sammen mod et fælles mål: potentielt at redde 25.000 tons kød og fisk fra at gå til spilde. Teamet under ledelse af Roana de Oliveira Hansen fra SDU bidrager med erfaring inden for udvikling af sensorer. CoSA-teamet på TH Lübeck bidrager til holdbarhedsforudsigelserne. Fraunhofer ISIT i Itzehoe producerer de piezoelektriske cantilevers. Den danske start-up AmiNIC bidrager med erfaring inden for prototyping, forbedrer hardwaren i samarbejde med partnerne og opdaterer softwaren på baggrund af de data, som partnerne indsamler. KIN i Neumünster er også en af partnerne. Fødevaresikkerhed er en kernekompetence for KIN og udfører kvalitetskontrol af målingerne med referencer og sikkerhedstjek. Flensburg University of Applied Sciences bidrager også til dette ved at måle den bakterielle belastning af fiskeprodukter.
Fremtiden for cantilever-sensoren
»Vi skal selvfølgelig først lære af markedet med større virksomheder som restauranter og supermarkeder. Men på længere sigt kunne det være meget interessant at se, hvordan vi kan gøre dette produkt tilgængeligt for husholdninger,« siger Jens Nielsen fra startup-virksomheden AmiNIC og ser på fremtiden for den elektroniske næse.
Yderligere information
Videnskabelige publikationer på Mads Clausen Instituttet ved Syddansk Universitet (SDU): https://precisesensor.eu/2025/01/08/new-publication2025/
Om Interreg Deutschland-Danmark
EU-støtteprogrammet Interreg Deutschland-Danmark støtter den videre udvikling af den tysk-danske region. I årene 2021-2027 er der 93,8 millioner euro til rådighed til finansiering af tysk-danske samarbejdsprojekter. https://www.interreg-de-dk.eu/projekte-ergebnisse/unsere-projekte-1/einzelansicht-projekte/precise/
NDR-rapport om PRECISE-projektet: https://www.ndr.de/fernsehen/sendungen/schleswig-holstein_magazin/Fleischtester-elektronische-Nase-der-TH-Luebeck,shmag126430.html
