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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)
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