Nach FAO-Schätzung beläuft sich der Anteil von Obst und Gemüse an den weltweiten Lebensmittelverlusten auf 45-50 %. Insbesondere der Verlust in der Nachernte wiegt schwer, denn damit sind auch die zur Produktion aufgewendeten Inputs (Landnutzung, Energie, etc.) verloren.

Frischeprodukte wie Obst und Gemüse sind nach der Ernte stoffwechselaktiv. Sie veratmen Sauerstoff, erzeugen dabei Wärme, Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf und aromatische Verbindungen und verderben daher leicht. Um Qualitätsverluste in der Nachernte mit Hilfe eines verbesserten Prozessdesigns verhindern zu können, müssen wir zunächst die physiologischen und physikalischen Eigenschaften der jeweiligen Produkte kennen und wissen, wie diese auf bestimmte Umwelteinflüsse reagieren.

Verpackungen sollen das Produkt schützen und bei optimaler Gaszusammensetzung und Feuchtigkeit in der Verpackung dessen Haltbarkeit verlängern. Unser Ziel ist es, die Mechanismen der Wasserdampf- und Kondensationsdynamiken bei verpackten Frischeprodukten besser zu verstehen und auf dieser Grundlage optimierte Verpackungen zu entwickeln.

Wir untersuchen beispielsweise die Absorptionskinetik feuchtigkeitsregulierender Verpackungen, die aus mehreren Folienschichten aufgebaut sind. Zunehmend rücken biobasierte Verpackungsmaterialien beispielsweise aus Zellulose oder Polymilchsäure (PLA) in den Fokus, die wir im Hinblick auf ihre Eignung für MAP (modified atmosphere packaging) und feuchtigkeitsregulierendes Verpackungsdesign untersuchen. Mit Hilfe mathematischer Modellierung entwickeln wir unter Berücksichtigung von Produktatmungsrate und der Übertragungsdynamik von Gasen bei der Passage durch die Verpackungsfolie maßgeschneiderte Verpackungen für die Frischeprodukte.

Die Gaszusammensetzung innerhalb der Packung kann die Qualität der Früchte stark beeinflussen. Der Einsatz von Packgasen wie Stickstoff oder Kohlendioxid schafft optimierte Lagerungsbedingungen innerhalb gasdichter Verpackungen (Modified Atmosphere Packaging MAP bzw. MAHP) - ähnlich wie in praxisüblichen großen CA-Lagerhallen. Diese Schutzatmosphäre verlangsamt die Reifung und verlängert damit die Haltbarkeit der Produkte bei hoher Qualität um Tage oder sogar Wochen.

Das pflanzeneigene Reifungshormon Ethylen dagegen kann bereits in kleinsten Spuren bei Obst und Gemüse eine unerwünscht schnelle Reifung und Abbau verursachen. Ethylen aus der Lageratmosphäre zu entfernen zählt zu den größten Herausforderungen in der Nachernte. Herkömmliche Techniken können Ethylen nur ‘puffern’, es aber nicht zersetzen. Wir haben eine neuartige photokatalytische Filtertechnologie (Nutzung von UV-Licht und Titandioxid als Katalysator) für den Ethylenabbau entwickelt, um das unerwünschte Reifungsgas effizient aus der Lagerluft zu entfernen.

Für ein besseres Monitoring der Produktqualität in der Nachernte untersuchen und entwickeln wir neue Methoden und Verfahren für die automatisierte Analyse von Qualitätsparametern in Echtzeit. Im Fokus unserer Forschung stehen nicht nur optische Verfahren wie die Fluoreszenz- bzw. Reflektionsspektroskopie, sondern auch neue Verfahren wie das Laser-Rückstreu-Verfahren, das  künftig beispielsweise Veränderungen der Gewebestruktur und -komponenten gelagerter Früchte anzeigen könnte. Auch die Analyse der im Headspace von verpackten frischen Produkten vorhandenen Aromen (VOCs) kann ein Indikator für zunächst nicht sichtbare Qualitätsänderungen sein. Denn Obst- und Gemüseprodukte besitzen ein charakteristisches Aroma, das mit der Wahrnehmung von Frische und Qualität verbunden ist.

Um die physiologische Aktivität und damit die Abbauprozesse bei frischen Produkten in der Nachernte schnell und einfach zu erfassen, haben wir ein kleines, flexibel einsetzbares Messgerät entwickelt: O₂-, CO₂-, Temperatur- und relative Feuchtesensoren ermöglichen ein kontinuierliches, nicht invasives Online-Monitoring der Wirkung von Temperatur, Gaszusammensetzung und Lagerzeit auf die Atmungsrate und Atmungsquotient des Produkts. Das modulare Sensorsystem eignet sich auch zum kontinuierlichen Monitoring der Umgebungsbedingungen in Lagerräumen und Transportfahrzeugen.

Mehr zu unserer Forschung in diesem Bereich: AG Verpackung und Lagerung