Weniger Lebensmittelverschwendung und mehr Lebensmittelsicherheit dank eines Mikrobiom-orientierten Instruments für die Echtzeit-Entscheidungsfindung
Die Überwachung der Lebensmittelqualität und -sicherheit gründete bisher auf retrospektiven, kulturbasierten Prüfungen, festgelegten Haltbarkeitsangaben und lückenhaften Rückverfolgbarkeitsdaten. Lebensmittel werden oftmals früher als nötig entsorgt, und ein Verderb wird erst dann erkannt, wenn er bereits eingesetzt hat. Zudem erfassen aktuelle Ansätze selten die Komplexität des Lebensmittelmikrobioms oder dessen funktionelle Wechselwirkungen. Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen, bei denen die Anwendung einzelner proaktiver Technologien untersucht wurde, kombinierte das EU-finanzierte Projekt FOODGUARD(öffnet in neuem Fenster) mehrere fortgeschrittene Technologien in einem System. Das „Intelligent FoodGuard Management System“ (iFGMS, intelligentes Managementsystem für die Lebensmittelsicherheit) ermöglicht die Echtzeit-Überwachung der Lebensmittelqualität, die Vorhersage der verbleibenden Haltbarkeitsdauer, eine dynamische Risikobewertung sowie einen transparenten Informationsaustausch entlang der gesamten Lebensmittelversorgungskette.
Biokonservierungsstoffe, intelligente Sensoren, KI und Blockchain-Technologie
„Das iFGMS-System kombiniert Multiomik (Metagenomik, Metabolomik und Metatranskriptomik), nicht-invasive IoT-Messungen mittels Infrarotspektroskopie und Massenspektrometrie-Bildgebung, KI-gesteuerte Vorhersagemodelle und Blockchain-gestützte Rückverfolgbarkeit“, erklärt Projektkoordinator George-John Nychas von der Landwirtschaftsuniversität Athen(öffnet in neuem Fenster). Es ermöglicht eine sichere, durchgängige Rückverfolgbarkeit von Lebensmitteln und ein dynamisches Haltbarkeitsmanagement in Echtzeit, wobei ein Datenaustausch entlang der gesamten Lebensmittelversorgungskette stattfindet. Über die iFGMS-App kann beim praktischen Einsatz vor Ort direkt auf IoT-Informationen zugegriffen werden, während die Schnittstelle für die Verbraucherschaft die Produkthistorie und Nachhaltigkeitsinformationen anzeigt. Neben diesem digitalen Entscheidungshilfesystem setzte FOODGUARD auf biologische Konservierungsstoffe – Metaboliten produzierende Bakterien, die den Verderb und das Wachstum von Krankheitserregern hemmen – als gesündere und sicherere Alternativen zu Chemikalien wie Chlor. Im Zuge des Projekts wurden sowohl herkömmliche Milchsäurebakterien als auch neuartiges ätherisches Oreganoöl getestet.
Pilotversuche zur Erprobung von Ansätzen für verschiedene Lebensmittelgruppen
FOODGUARD erprobte seine Methoden in vier Pilotversuchen, die verzehrfertiges Gemüse, Meerbarsch, Fleisch und Feta-Käse umfassten. Die biologischen Konservierungsstoffe verlängerten die Haltbarkeit der verschiedenen Lebensmittel um ein bis vier Tage und verzögerten so den Verderb. Die Überwachung der Wirksamkeit variierte je nach Lebensmittelart. Mittels Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrometrie und Massenspektrometrie-Bildgebung wurde der Verderb bei Fisch und Fleisch mit einer Genauigkeit von bis zu 92 % vorhergesagt, was zeigt, dass diese Matrizen für eine schnelle digitale Bewertung gut geeignet sind. „Blattgemüse erwies sich als größere Herausforderung. Sein Aussehen zeigte oftmals keine Veränderung, obwohl die Populationen gängiger schädlicher Bakterien stabil blieben oder anstiegen, was darauf hindeutet, dass die biologische Konservierung die Präsenz schädlicher Bakterien im Gemüse verschleiern kann. Für die kommerzielle Skalierung ist eine matrixspezifische Sensorkalibrierung erforderlich“, merkt Nychas an.
Neue digitale Werkzeuge und politische Lücken
Abgesehen vom iFGMS-System entwickelte das Konsortium ein öffentlich zugängliches, webbasiertes Tool zur Vorhersage des mikrobiellen Wachstums. Das Tool modelliert zusätzlich zu einer Konformitätsbewertung das Wachstum, führt eine Risikobewertung vom Bauernhof bis zum Tisch durch und schätzt die Haltbarkeitsdauer ab, wodurch sektorüberschreitende Entscheidungen zur Lebensmittelsicherheit unterstützt werden. Ein Modul zur Automatisierung der Rückverfolgbarkeit verknüpft Produktions-, Lager-, Transport- und Qualitätsdaten mit bestimmten Lebensmittelchargen, so dass der händische Arbeitsaufwand sinkt und die Rückverfolgbarkeit verbessert wird. Ein angepasster CHIPSENSE-Sensor zur schnellen Bewertung des Lebensmittelzustands speist Daten in das Wachstumsprognosetool und das iFGMS ein. Das Projekt hat überdies politische Lücken aufgezeigt. Da sich die Bewertung der Lebensmittelsicherheit hin zu einer integrierten Bewertung des Risikos für Gesundheit, Wirtschaft und Umwelt entwickelt, gilt es dynamische mikrobielle Ökosysteme anstelle einzelner Mikroorganismen zu berücksichtigen. FOODGUARD war zudem federführend bei der Erstellung eines EU-Weißbuchs zu den Rückverfolgbarkeitsvorschriften in der Fischerei und trug somit zur kontinuierlichen Umsetzung der Kontrollverordnung(öffnet in neuem Fenster) über die Fischereipolitik sowie ihres verbindlichen, vollständig digitalisierten Fangbescheinigungssystems bei. Obwohl Krankheitsausbrüche die Pilotaktivitäten in Griechenland beeinträchtigten, passte das Konsortium seine Protokolle, Zeitpläne und Ressourcen an und erreichte alle seine Ziele. „Die Integration tiefgreifender biologischer Einblicke aus der Genomik mit der Echtzeit-Geschwindigkeit spektroskopischer Sensoren liefert eine beispiellose Detailgenauigkeit und Vorhersagekraft“, sagt Nychas. Das Projekt revolutioniert das Qualitätsmanagement für Lebensmittel von reaktiven Prüfungen einzelner Arten hin zu einer proaktiven, datengesteuerten Entscheidungsfindung auf Basis der dynamischen Entwicklung des Lebensmittelmikrobioms. Außerdem verspricht es weniger Lebensmittelverschwendung, mehr Lebensmittelsicherheit und ein gestärktes Vertrauen der Verbraucherschaft entlang der gesamten Lebensmittelversorgungskette.
