Fremdkörper in Lebensmitteln detektieren
Die 5 wichtigsten Methoden der Lebensmitteluntersuchung im Überblick
Ein Holzsplitter im Schnitzel, eine Made im Joghurt, ein Stück Glas im Käse: nicht nur ekelerregend, sondern eine Gesundheitsgefahr. Um solche Fremdkörper in Lebensmitteln zu detektieren, setzen Hersteller auf der ganzen Welt auf Inspektionssysteme.
Inhalt
- Metallsuchtechnik: Lebensmittel mit elektromagnetischem Wechselfeld prüfen
- Radiographie: Röntgenstrahlung durchdringt Produkte
- Thermografische Detektion: Verunreinigungen durch Wärmebilder erkennen
- Ultraschall: Suche mit Wellen im für Menschen unhörbaren Frequenzbereich
- Nahinfrarot (NIR)-Spektroskopie: Produktinformationen über Lichtspektren gewinnen
Metallsuchtechnik: Lebensmittel mit elektromagnetischem Wechselfeld prüfen
Zu den ältesten Inspektionssystemen zählt die Metallsuchtechnik. Sie kommt bereits seit Jahrzehnten zum Einsatz, um Metalle in losen und verpackten Lebensmitteln zu finden.
Das Funktionsprinzip ist simpel. Die Geräte arbeiten mit Metalldetektoren, die über eine Sender- und Empfängerspule verfügen. Die Senderspule erzeugt ein dauerhaftes elektromagnetisches Wechselfeld. Passiert ein Produkt auf einem Förderband den Detektor, stören metallische Verunreinigungen dieses Feld. Die Anlage aktiviert daraufhin eine automatische Ausschleusung des Lebensmittels – beispielsweise in einen Behälter neben dem Förderband.
Doch so beliebt die Metallsuchtechnik ist, ihre Einschränkung ist offensichtlich: Metalldetektoren erkennen keine Fremdkörper in Lebensmitteln, die aus anderen Materialien bestehen, etwa aus Glas, Stein oder Holz.
Radiographie: Röntgenstrahlung durchdringt Produkte
Während klassische Metallsuchgeräte vor Materialien wie Glas, Stein und Holz kapitulieren, erledigen Röntgendetektoren diesen Job ohne Probleme – und das bereits seit den frühen 1990er Jahren.
Um Fremdkörper in Lebensmitteln zu detektieren, nutzen Radiographie-Geräte Röntgenstrahlung. Anders als Licht durchdringt die elektromagnetische Strahlung mit kurzer Wellenlänge das Produkt. Ein Detektor am anderen Ende fängt die Strahlung auf und liefert Informationen für ein Graubild. Dunkler erscheinen auf diesem Bild Fremdkörper mit höherer Dichte, die mehr Strahlen absorbieren als die umgebenden Lebensmittel. Sobald ein Grenzwert überschritten ist, veranlasst das System die automatische Ausschleusung des Produkts.
Erkennen lassen sich auf diese Weise nicht nur Glas, Stein und Holz, sondern auch Knochen, Quarz, Schiefer, Salzklumpen und Kunststoffe wie PVC. Doch bei aller Flexibilität gibt es auch hier einen Nachteil: So muss der Dichteunterschied zwischen Lebensmittel und Fremdkörper ausreichend groß sein. Und das trifft nicht auf alle Materialkombinationen zu – etwa auf stark wasserhaltige Lebensmittel wie Käse und auf einige Kunststoffe.
Thermographische Detektion: Verunreinigungen durch Wärmebilder erkennen
Um Fremdkörper in Lebensmitteln zu detektieren, bietet sich neben der Metallsuchtechnik und der Radiographie auch die thermographische Detektion an. Das Verfahren analysiert die Wärmeleitfähigkeit von Lebensmitteln auf passive oder aktive Art und Weise.
Passive Verfahren kommen zum Einsatz, wenn die Lebensmittel nach der Verarbeitung noch warm sind. In der Abkühlungsphase beobachtet eine Wärmebildkamera dann die Temperaturverteilung auf der Oberfläche. Befindet sich ein Fremdkörper im Lebensmittel, ist an dieser Stelle eine Farbveränderung zu beobachten, denn der Körper bildet eine thermische Barriere, sodass sich eine veränderte Verteilung der Temperatur an der Oberfläche abzeichnet.
Und wenn Lebensmittel nicht warm sind? Dann setzen Betriebe auf die aktive Thermographie. Dabei regen Blitzlampen das Produkt thermisch an. Fehlstellen mit geringerer Wärmeleitfähigkeit behindern auch hier die Ableitung der Wärme ins Objektinnere. Die Anstauung der Wärme über dem Fremdkörper ist an der höheren Intensität der Rottönung zu erkennen. Auf diese Weise finden Hersteller in erster Linie unerwünschte Eindringlinge in Produkten mit Wandstärken im Millimeterbereich – etwa in Schokoladentafeln oder Nudelplatten.
Ultraschall: Suche mit Wellen im für Menschen unhörbaren Frequenzbereich
Auch Ultraschallwellen sind ein Mittel, um Fremdkörper in Lebensmitteln zu detektieren. Hier unterscheiden sich Geräte in der Frage, ob sie Produkte berühren dürfen oder nicht. Bei der berührenden Ultraschallprüfung, die beispielsweise bei der Detektion von Fremdkörpern in Konserven zum Einsatz kommt und ein Koppelmedium wie Wasser benötigt, sendet das Gerät Wellen im Frequenzbereich von 20 kHz bis 50 MHz in das Produkt. Materialien im Inneren reflektieren diese Impulse unterschiedlich stark. Aus diesen Schallpegeln der Reflexionen, die ein Sensor aufnimmt, lässt sich anschließend ein Graustufen-Bild erstellen. Fremdkörper sind darauf eindeutig identifizierbar. Dank Laufzeitmessungen (time of flight) lassen sich im Gegensatz zur Röntgentechnik sogar Aussagen über die Einschlusstiefe des Fremdkörpers treffen.
Und wenn das Gerät das Lebensmittel aus hygienischen Gründen nicht berühren darf? Dann setzen Unternehmen auf sogenannte luftgekoppelte Ultraschallsysteme, die ohne klassische Kopplung durch ein Medium auskommen. Sie arbeiten physikalisch bedingt mit niedrigeren Frequenzen als die berührende Ultraschallprüfung.
Nahinfrarot (NIR)-Spektroskopie: Produktinformationen über Lichtspektren gewinnen
Neben Metallsuchtechnik, Radiographie, Thermografie und Ultraschall existiert ein weiteres Prüfverfahren, um Fremdkörper in Lebensmitteln zu detektieren: die Nahinfrarot (NIR)-Spektroskopie. Sie arbeitet mit Licht zwischen 800 und 2.500 Nanometern Wellenlänge und liegt damit zwischen dem sichtbaren Spektralbereich (VIS) und dem mittleren Infrarot (IR). Die NIR-Strahlung regt Moleküle im Produkt zum Schwingen an. Aus den reflektierten Spektren gewinnen Anwender dann Informationen über die molekulare Zusammensetzung von Lebensmitteln.
So lassen sich nicht nur Fremdkörper eindeutig identifizieren, sondern auch Qualitätsunterschiede erkennen. Das beweist ein NIR-Spektrometer der Fraunhofer-Allianz Food Chain Management. Das System erkennt den Reifegrad von Früchten anhand ihrer Molekülstruktur. Birnen beispielsweise lassen sich mit diesem NIR-Blick ins Innere zuverlässig sortieren. Schöne Früchte erreichen den Endverbraucher, ältere Exemplare Safthersteller und schimmelige Früchte Biokraftstoff-Hersteller.
Von dieser wirtschaftlichen Technologie profitieren längst auch andere Branchen. In der weltgrößten Marktübersicht NIR-Spektrometer erhalten Sie einen Überblick.
