Neuartiges Scannersystem für die Sicherheitsüberwachung in der Lebensmittelverarbeitung
Nahezu alle Lebensmittel, die in Päckchen vertrieben werden, durchlaufen einen mechanisierten Verpackungsprozess. Obwohl diese Produktlinien sorgfältig geprüft werden, gelangen manchmal unerwünschte Gegenstände und Substanzen hinein. Dazu gehören etwa Fremdstoffe wie Kunststoff, Glas und Steine, die Verletzungen bei Verbraucherinnen und Verbrauchern verursachen könnten. Verdorbene Lebensmittel wiederum können zu Vergiftungen führen. Die Lebensmittelunternehmen sind ausgesprochen daran interessiert, derartige Folgen zu vermeiden. Doch die derzeitigen unzureichenden visuellen Prüfungsmethoden erschweren diese Zielsetzung. Was diesen Unternehmen fehlt ist ein automatisierter Lebensmittelsicherheitsscanner für Produktionslinien. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts Food Monitor wurde ein solches Gerät entwickelt. Der Scanner nutzt hyperspektrale Bildgebung zur Erkennung von Fremdkörpern und Schadstoffen sowie eine hochauflösende optische Kamera zur Detektion von Anomalien. Der Prototyp des Systems mit dem Namen Sherlock Food Analyzer wurde zunächst von dem österreichischen Unternehmen Insort bis zum Technologie-Reifegrad 6 entwickelt. Die EU-Finanzierung hat es dem Unternehmen ermöglicht, alle Technologien auf die letzte Stufe für eine vollständige Marktreife zu bringen.
Automatisierte hyperspektrale Bildgebung
Das Analysegerät ist ein Hochgeschwindigkeitskamerasystem. Es lässt sich leicht in bestehende Produktionslinien der Lebensmittelbetriebe einbauen, wo es die Inhalte in Echtzeit scannt und analysiert. Die Analyse basiert auf einer Falschfarbenkodierung, die auf das Ergebnis der hyperspektralen Bildgebung und der optischen Kameras angepasst wird. Die Farbkodierung ist auf Laborergebnisse kalibriert und kann für qualitative (gut/schlecht) und quantitative (prozentual) Bewertungen verwendet werden. Der hyperspektrale Imager teilt das Nahinfrarotband an jedem Pixel in 240 Spektralsegmente auf. Jedes Segment weist ein Muster aus dunklen und hellen Linien auf, das als Hinweis auf das Vorhandensein bestimmter Stoffe verstanden werden kann. Ein Hyperspektralscanner ist demnach ein hochentwickelter chemischer Detektor, der allein durch das reflektierte Licht ein vollständiges chemisches Bild für jedes Pixel des Bildes erzeugt.
Überwachung der Lebensmittelsicherheit
„Im Bereich der Lebensmittelsicherheit suchen wir nach Fremd- und Schadstoffen“, erklärt der Projektkoordinator Anton Scheibelmasser. „Im Hinblick auf die Lebensmittelqualität suchen wir nach jeder Art von Produktmängeln, einschließlich schimmeliger oder verdorbener Lebensmittel.“ Das System eignet sich im Prinzip für alle Arten von Lebensmitteln, die auf einem Fließband oder in einer Schüttelmaschine transportiert werden können. Ausgenommen davon sind Lebensmittel mit einer dicken Haut oder Schale, da diese vom Nahinfrarot nicht durchdrungen werden können. Der Scanner erkennt Bakterien nicht direkt – sie sind zu klein, um in der kurzen Zeit, die in einer mechanisierten Produktionslinie zur Verfügung steht, erkannt zu werden. Das System ist jedoch in der Lage, die chemischen Indikatoren der bakteriellen Zersetzung zu erkennen. „Während des Projekts haben wir große Fortschritte erzielt, die dem neuesten Stand der Technik zu verdanken sind“, fügt Scheibelmasser hinzu. „Bei der Hyperspektralkamera konnten wir die Zielchemikalien bei der Messung der Trockenmasse in einer Konzentration von weniger als 1 % nachweisen. Wir haben auch die Auflösung der optischen Kamera erhöht, sodass sie Bereiche von weniger als einem Quadratmillimeter abtasten kann.“ Alle Ergebnisse wurden auf einem sich mit bis zu 2 m/s bewegenden Förderband demonstriert und bei Feldversuchen in einer Kundenanlage nachgewiesen. Zugunsten einer vereinfachten Datenverarbeitung und Bedienung fügte das Team außerdem eine Schnittstelle für Industrie 4.0 zu den Maschinen hinzu. Das System „Sherlock Food Analyzer“ ist jetzt im Handel erhältlich. Es ermöglicht die schnelle Erkennung von schädlichen Substanzen und Objekten in mechanisierten Lebensmittelproduktionslinien, was zu einer besseren Gesundheit und Sicherheit der Verbraucherinnen und Verbraucher beitragen wird.
Schlüsselbegriffe
Food Monitor, Lebensmittel, Scanner, hyperspektrale Bildgebung, optische Kamera, Sherlock Food Analyzer
