Haltbarkeit
Alles frisch?
Bild: Sergey Ryzhov/Shutterstock
Ist der Jogurt noch gut? Und wie lässt sich das sofort erkennen? Bisher hilft den Verbrauchern das Haltbarkeitsdatum. Dass es viel genauer geht, zeigt Alexey Yakushenko - mit einem elektrochemischen Sensor.
Auf Alexey Yakushenkos Handfläche schimmert es ein wenig. Der Glanz stammt von einem durchsichtigen, etwa 10 mal 10 Zentimeter großen Stück Plastikfolie. Oder besser gesagt, von der hauchdünnen Goldschicht, die sich dort spinnennetzförmig abbildet. Acht Sensoren sind aufgedruckt. "Das sind unsere Prototypen", sagt der 30-jährige Physiker vom Peter Grünberg Institut (PGI) am Forschungszentrum Jülich (FZJ), der seit zwei Jahren am Projekt "Fëdorov" arbeitet. Jene filigranen Strukturen sind druckbare Funketiketten, die in Echtzeit anzeigen sollen, wie frisch Nahrungsmittel wirklich sind. Diese Druckbarkeit hat dem Projekt auch den Namen gegeben: "Fëdorov" - nach Ivan Fëdorov, der im 16. Jahrhundert den Buchdruck in Russland vorantrieb.
An gedruckten Sensoren forschen die Wissenschaftler des PGI seit etwa vier Jahren. Yakushenko beschäftigte sich bereits in seiner Masterarbeit mit elektrochemischen Sensoren, die Signale aus Zellen auslesen. Zunächst dachte er allerdings an Anwendungen in der Medizin. Auf einer Fachmesse für druckbare Elektronik im Jahr 2011 war dem jungen Wissenschaftler die Idee für die Echtzeit-Frischeprüfung von Lebensmitteln gekommen. "So etwas gab es damals noch nicht", erinnert sich Yakushenko. Das Ziel: "Wir haben vor, das Mindesthaltbarkeitsdatum zu ersetzen."
Gemüse, Früchte, Brot oder Wurst: Nahrungsmittel, die nicht unbedingt verdorben sind, werden mit hohem Aufwand vernichtet. Im Schnitt werfen die Bundesbürger pro Haushalt und Jahr fast 82 Kilogramm Lebensmittel weg, wie eine Studie der Universität Stuttgart aus dem Jahr 2012 zeigt. Anders ausgedrückt: Jedes achte Lebensmittel landet auf der Müllhalde. Ihr einziges Manko ist das Mindesthaltbarkeitsdatum. Nicht jeder Bürger weiß, was dieser wichtige Aufdruck bedeutet. Damit garantieren die Hersteller nur, dass das Produkt bis zum aufgedruckten Datum zu 100 Prozent frisch und auch geschmacklich in Ordnung ist. Haltbar können die Güter aber deutlich länger sein.
Sensor in der Verpackung
Nun erkennt die Politik Handlungsbedarf. Der Bundesminister für Ernährung und Landwirtschaft Christian Schmidt betonte in einem Zeitungsinterview, dass die meisten Produkte erheblich länger verwendbar seien als auf den Verpackungen stehe: "Wir werfen massenweise gute Lebensmittel weg, weil die Hersteller zu große Sicherheitspuffer eingebaut haben." Hier kämen die innovativen Sensoren genau zur rechten Zeit.
Alexey Yakushenko. Bild Forschungszentrum Jülich
Spannend ist, wie die neuartigen Frischedetektive funktionieren könnten. Bereits beim Hersteller wird jedem Lebensmittel ein Sensor beigelegt oder auf die Verpackung geklebt. Dieser kann verschiedene Frischeparameter bestimmen, etwa durch Messung des pH-Werts und des Sauerstoff- oder Ascorbinsäuregehalts in Flüssigkeiten oder gasförmigen Produkten. Der Sensor "schläft" bis zu jenem Moment, in dem ihn ein Mitarbeiter mit einem kurzen, elektrischen Impuls durch einen drahtlosen Transponder aktiviert. Von selbst wird das Gerät nicht tätig. Seine Informationen sendet der Minisensor auf der Verpackung blitzschnell an das Handlesegerät - per Funk und in Echtzeit. Binnen Sekunden weiß der Mitarbeiter im Supermarkt, wie es um die Güte des Produkts steht. Ist es noch genießbar? Oder gibt es bereits Veränderungen, die sich negativ auf die Qualität der Butter oder des Joghurts ausgewirkt haben und die bedeuten, dass das Produkt nicht mehr verkauft werden darf?
Bevor der Sensor 2022 auf den Markt kommen soll, gilt es, die hohen Anforderungen der Hersteller und des Handels zu erfüllen. Denn jeder Chip darf nur etwa einen Cent kosten, damit die Produkte nicht spürbar teurer werden. Bereits heute laufen Gespräche mit einigen Produzenten, die die neuen Sensoren später - industriell und kostengünstig - drucken wollen. Yakushenko: "Dazu müssen wir spezielle druckbare Materialien, sogenannte funktionelle Tinten, entwickeln, die gewisse chemische oder biochemische Empfindlichkeit aufweisen. Gold als Träger allein reicht dafür nicht aus."
Die reine Goldschicht, die derzeit die Prototypen ziert, ist für den Masseneinsatz ungeeignet. Ein kurzer Blick in die Zukunft zeigt, was mit dem neuartigen Sensor möglich ist: Frische-Etiketten könnten mit einem intelligenten Kühlschrank "sprechen", der dann die Rolle des Handscanners im Supermarkt übernimmt. Ist etwa die Milch in der Glasflasche schlecht geworden, würde der Kühlschrank prompt per Funk und der passenden Applikation beim Besitzer Alarm schlagen - und der wäre vor dem Konsum gewarnt.
Ausgründung geplant
Auf dem Weg einer Idee bis in den Markt zählen neben der Inspiration des Forschers auch die Mittel, die für das Projekt bereitstehen. "Hier unterstützen wir als Forschungszentrum und auch die Helmholtz-Gemeinschaft unsere Wissenschaftler", sagt Andrea Mahr vom Innovationsmanagement, "die Ausgründung von Firmen ist gewünscht und gerne gesehen." Just solch eine Gründung planen Yakushenko und sein Team für 2017. Eine Firmengründung selbst dauere nur einige Wochen, doch die Investorensuche, die Entwicklung des Geschäftsmodells und des Businessplans nehme viel Zeit in Anspruch. "Dabei helfen wir", so Mahr. Das pfiffige Produkt, welches das Mindesthaltbarkeitsdatum eventuell verschwinden lässt, wird möglicherweise den gesamten Markt verändern. Denn neben der enormen Hilfe für Hersteller und Supermarktketten könnten die innovativen Etiketten flugs auch die Kosten im Handel senken - und nebenbei das bisher schlechte Gewissen der Bürger beruhigen.
Dieser Beitrag ist in der"effzett", dem Forschungsmagazin des Forschungszentrum Jülich erschienen.
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