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Präzise und schnell: Neuer Sensor für das Monitoring der Atmungsrate in der Obst- und Gemüselagerung

Die neue Respirationsmesskugel eignet sich für den mobilen Einsatz im Obstlager (Foto: ATB)

13. März 2019: Das von WissenschaftlerInnen am Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie entwickelte Sensorsystem misst im Lager oder in der Verpackung automatisch und kontinuierlich den Sauerstoffverbrauch und die Kohlendioxidproduktion von Frischeprodukten -  schnell und präzise. Die Erfassung der Atmungsrate in Echtzeit ist ein wichtiges Instrument nicht nur zur Steuerung der Lageratmosphäre sondern auch zur Optimierung von Verpackungssystemen für Obst und Gemüse.

Obst und Gemüse bleibt nach der Ernte metabolisch aktiv. Der Abbau wertvoller Inhaltsstoffe, wie Zucker und organische Säuren, kann durch Steuerung der Temperatur, O2- und CO2-Konzentration während der Lagerung in gasdichten Lagerräumen gezielt verlangsamt werden. Ein Indikator für die metabolische Aktivität und somit für die Geschwindigkeit der Abbauprozesse ist die Atmungsrate, errechnet aus dem O2-Verbrauch bzw. der CO2-Abgabe der Produkte pro Zeiteinheit. Das Monitoring der Atmungsrate gelagerter Produkte liefert wertvolle Informationen zur Steuerung der Lageratmosphäre und auch für die Entwicklung optimierter Verpackungsdesigns.

Als komfortable Alternative zu derzeit üblichen, aber aufwändigen Messverfahren, wie dem Einsatz von Headspace-Gasanalysatoren, haben WissenschaftlerInnen am ATB ein neues Sensorsystem entwickelt: Die modulare Respirationsmesskugel hat mit einem Durchmesser von 88 mm und einem Gewicht von knapp 200 g in etwa die Größe eines Apfels. Sie beinhaltet einen O2-Sensor (Messbereich 0 bis 25 % O2) sowie zwei CO2-Sensoren für Messungen im niedrigen (bis 0,5 %) und höheren (bis 5 %) CO2-Konzentrationsbereich. Zudem misst das System Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit. Luft kann das transparente Kunststoffgehäuse durch zwei kleine gegenüberliegende Öffnungen durchströmen. Die Messungen können in Intervallen von 1 bis 60 Minuten erfolgen. Die Daten können drahtlos übertragen werden oder lassen sich dank niedrigem Stromverbrauch intern speichern, beispielsweise bis zu 100 Tage bei einem Messintervall von 5 Minuten. Das System wurde in umfänglichen Lagerversuchen mit Erdbeeren erfolgreich getestet. Es konnte dabei selbst relativ schnelle und geringfügige Änderungen der Gaszusammensetzung in der Lageratmosphäre zuverlässig messen. 

Dr. Pramod V. Mahajan, der mit seinem Team die Messkugel am ATB entwickelt hat, sieht in dem neuen Sensorsystem großes Potential: „Wir denken da nicht nur an die Nutzung für dynamisch kontrollierte Lageratmosphären oder den Einsatz in Lager- und Transportbehältern entlang der Lieferkette von Frischeprodukten. Dank seines kompakten, mobilen und modularen Designs kann die Sensorkugel insbesondere auch bei der Entwicklung optimierter Verpackungen sehr hilfreich sein. Wir können damit die Sauerstoff- und Kohlendioxid-Permeabilität fertiger Verpackungssysteme ermitteln, beispielsweise von Trays mit Deckelfolie. Auch die Anzahl und Größe von Mikroperforationen in der Verpackung, die notwendig sind, um entsprechend der spezifischen Anforderungen der unterschiedlichen Obst- und Gemüsearten den Gasaustausch im Sinne einer längeren Haltbarkeit zu verbessern, lassen sich mit Hilfe des Sensorsystems einfacher bestimmen.“ 

Das Sensorsystem wurde kürzlich im Fachblatt Computers and Electronics in Agriculture vorgestellt. 

„Das System ist reif für den Transfer in die Praxis“, so Dr. Mahajan. „Aktuell suchen wir interessierte Partner aus der Wirtschaft, mit denen wir das Sensorsystem marktfähig weiterentwickeln können.“ 

Literatur:
KESHRI, N.; TRUPPEL, I.; HERPPICH, W.B.; GEYER, M.; WELTZIEN, C.; MAHAJAN, P.V. (2019): Development of sensor system for real-time measurement of respiration rate of fresh produce. Computers and Electronics in Agriculture 157: 322-328 (https://doi.org/10.1016/j.compag.2019.01.006)

Kontakt:
Dr. Pramod Mahajan - Abteilung Technik im Gartenbau 
Tel.: 0331 5699-615, E-Mail: pmahajan@atb-potsdam.de
Dr. Werner B. Herppich - Abteilung Technik im Gartenbau
Tel.: 0331 5699-620, E-Mail: wherppich@atb-potsdam.de
Helene Foltan - Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: 0331 5699-820, E-Mail: presse@atb-potsdam.de

Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB)
Max-Eyth-Allee 100, 14469 Potsdam 
www.atb-potsdam.de  

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Mittwoch, 04. September 2019
08:00 - Sept 04, 2019: FRUTIC Symposium 2019
The FRUTIC Symposium 2019: Innovations in Pre- and Postharvest Supply Chain of Fresh Produce will be held in Hong Kong on Sept. 04, 2019.
Donnerstag, 05. September 2019
09:00 - Sept 5-6, 2019: INSECTA 2019 International Conference, Potsdam
The INSECTA 2019 International Conference aims to give an overview of state-of-the-art technology of insects for food, feed and non-food application. Topics cover the whole value chain from research, rearing and processing to safety and waste valorisation. Therefore, technological as well as ethical...
Freitag, 06. September 2019
09:00 - Sept 5-6, 2019: INSECTA 2019 International Conference, Potsdam
The INSECTA 2019 International Conference aims to give an overview of state-of-the-art technology of insects for food, feed and non-food application. Topics cover the whole value chain from research, rearing and processing to safety and waste valorisation. Therefore, technological as well as ethical...
Dienstag, 17. September 2019
09:00 - Sept 17-20, 2019: Trainingschool on measuring and modelling gaseous emissions from livestock systems, Potsdam
The interdisciplinary training school provides hands-on training in measuring and modelling on gaseous (NH3, GHG) and aerosol emissions from animal housing and manure management systems. It will be accompanied by an intercultural training giving insights into mechanisms and opportunities of intercul...
Mittwoch, 18. September 2019
09:00 - Sept 17-20, 2019: Trainingschool on measuring and modelling gaseous emissions from livestock systems, Potsdam
The interdisciplinary training school provides hands-on training in measuring and modelling on gaseous (NH3, GHG) and aerosol emissions from animal housing and manure management systems. It will be accompanied by an intercultural training giving insights into mechanisms and opportunities of intercul...
Donnerstag, 19. September 2019
09:00 - Sept 17-20, 2019: Trainingschool on measuring and modelling gaseous emissions from livestock systems, Potsdam
The interdisciplinary training school provides hands-on training in measuring and modelling on gaseous (NH3, GHG) and aerosol emissions from animal housing and manure management systems. It will be accompanied by an intercultural training giving insights into mechanisms and opportunities of intercul...
Freitag, 20. September 2019
09:00 - Sept 17-20, 2019: Trainingschool on measuring and modelling gaseous emissions from livestock systems, Potsdam
The interdisciplinary training school provides hands-on training in measuring and modelling on gaseous (NH3, GHG) and aerosol emissions from animal housing and manure management systems. It will be accompanied by an intercultural training giving insights into mechanisms and opportunities of intercul...
Donnerstag, 26. September 2019
10:00 - Sept 26, 2019: Webinar 'Choosing the right biomass feedstock strategy'
This webinar will explore biomass feedstock strategies drawing from the long-standing experience of three experts in the field. ATB-scientist Dr. Sonja Germer contributes with a presentation on results from the EU-funded project AdvanceFuel. The webinar is organized in the context of the project BIO...
16:00 - 26. Sept. 2019: Potsdam innovativ - Vor Ort am ATB
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Montag, 30. September 2019
13:00 - 30. Sept. - 2. Okt. 2019: Workshop "Integriertes nachhaltiges Stickstoffmanagement"
Die Europäische Kommission und die Task Force für reaktiven Stickstoff (TFRN) im Rahmen des UNECE-Übereinkommens über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigung veranstalten am 30. September und 1. Oktober 2019 in Brüssel einen Workshop zum integrierten nachhaltigen Stickstoffmanagement in ...

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22. Aug. 2019: In Anwesenheit von Brandenburgs Wissenschaftsministerin Dr. Martina Münch und etwa 200 Gästen aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik hat das Leibniz-Institut für Agrartechnik und...

Präzises Modell für den optimalen Fruchtbehang

6. Juni 2019: Brandenburgs Agrar- und Umweltstaatssekretärin Dr. Carolin Schilde informierte sich bei ihrem gestrigen Besuch am ATB-Forschungsstandort Marquardt über Ergebnisse des EIP-Agri Projekts...

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