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Sensoren zum Monitoring des Nachernteverhaltens von klimakterischen Früchten
Lang, Cindy
Bei pflanzlichen Frischeprodukten ist ein schnelles und zerstörungsfreies Monitoring entlang der gesamten Distributionskette von der Ernte bis hin zum Verbraucher erforderlich, um eine hohe Qualität und geringe Nachernteverluste gewährleisten zu können. Für die kontinuierliche in-situ Qualitätskontrolle klimakterischer Früchte werden deshalb als charakteristische Parameter vor allem die Ethylenbildung (Fruchtreife), wie auch die Temperatur und die Luftfeuchte untersucht. Zur Charakterisierung des Nachernteverhaltens von Obst wurden optische Reifeindikatoren zum fruchtnahen Monitoring des Reifegases Ethylen entwickelt. Bei diesen opto-chemischen Reifeindikatoren werden Peroxomolybdate durch die Einwirkung von Ethylen reduziert. Dabei tritt eine Farbänderung von weiß bis hellgelb nach blau (Molybdänblau) auf. Diese Änderung konnte dann mit einem Farberkennungssensor nach dem L*a*b*-Farbenraum-Modell quantifiziert werden. Die Reaktionszeit und die Sensitivität des Farbwechsels können durch die Modifikation der pH- Werte (pH 1,4 - pH 1,5) der eingesetzten Ammoniummolybdatlösung variiert werden. Die außerdem verwendeten Reagenzien Wasserstoffperoxid und Palladiumsulfat stabilisieren und katalysieren die Farbwechselreaktionen. Für die Herstellung des Indikators werden spezielle cellulosefreie Etiketten mit den Suspensionen beschichtet. Die Anwendung als opto-chemische Reifeindikatoren erfolgte bei der Untersuchung der Ethylenbildung und -emission von Äpfeln. Als Referenzmethode wurde ein gaschromatographisches System (GC-FID) adaptiert. Hierbei sind Ethylenemissionsraten der untersuchten Äpfel bis 52 µL/kg•h nachgewiesen worden. Die Anzeige der Ethylenindikatoren wurden mit den Ergebnissen der deskriptiven Lebensmittelsensorik verglichen, um das Reifeverhalten von Äpfeln ganzheitlich charakterisieren zu können. Für die deskriptive Lebensmittelprüfung wurden die äußere Beschaffenheit, der Geruch, der Geschmack und der Reifezustand sensorisch beschrieben und beurteilt. Die als Etikett an den Äpfeln haftenden opto-chemischen Reifeindikatoren verändern ihre Koloratur mit steigender Ethylenemission, welche quantitativ gaschromatographisch erfasst wurde. Die zunehmende intensive Blaufärbung der Indikatoren korreliert mit den detektierten organoleptischen Eigenschaften der Äpfel. Für den Einsatz zum in-situ Monitoring der klimatischen Bedingungen in der Nachernteperiode von klimakterischen Früchten wurden für die Transport- und Lagerungsprozesse mobile Feuchte- und Temperatursensoren validiert. Diese Sensoren werden in Fruchtnähe platziert und gestatten eine drahtlose Messdatenübertragung zur Langzeitprotokollierung und -überwachung der Distributionskette. Für die detaillierte Charakterisierung des Nachernteverhaltens hinsichtlich der fruchtspezifischen Transpiration von Tomaten wurde eine spezielle Verdunstungsmesskugel entwickelt. Durch diese „künstliche Frucht“ lässt sich eine Korrelation zwischen der mittels Sensoren gemessenen relativen Feuchte im Inneren der Kugeln, den durch Verdunstung bedingten Masseverlusten und dem Transpirationsverhalten von Tomaten beschreiben.
For perishable horticultural produce, a fast and non-destructive monitoring of freshness along the entire distribution chain from harvest to consumer is required in order to ensure high quality and low postharvest losses. In the first instance the formation of ethylene (fruit ripening) as characteristic parameter and ambient temperature and humidity are examined to control continuously in situ quality of climacteric fruits. Therefore an innovative sensor for monitoring the ripening gas ethylene has been developed to characterise in situ the postharvest behaviour of climacteric fruits. For these opto-chemical ripeness indicators, peroxomolybdates were reduced by leaving ethylene on. Thereby, a colour change from white or light yellow into blue (molybdenum blue) occurs. This change can be quantified by a colour recognition sensor according to L*a*b* model. The reaction time and the sensitivity of colour change can be varied by modifying the pH-values (pH 1.4 - pH 1.5) of used ammonium molybdate solution. The reagents hydrogen peroxide and palladium sulphate stabilise and catalyse colour change reactions. For the preparation of the indicator, special cellulose free labels have been coated with these suspensions. The application as opto-chemical ripeness indicators was performed by investigation of ethylene formation and emission of apples. As reference method a gas chromatographic system (GC-FID) was adapted. The ethylene emission rates of investigated apples have been detected until 52 µL/kg•h. The display of ethylene indicators are compared to the results of descriptive sensory food evaluation for the holistic characterisation of the ripening behaviour of apples. For the descriptive food test, the external appearance, smell, taste and degree of ripeness have been described and evaluated to the senses. The adherent opto-chemical ripeness indicators on the apples change their colouration with increasing ethylene emission, determined quantifiable by gas chromatography. The rising intense blue staining of indicators correlate with detected organoleptic properties of apples. In addition special mobile temperature and humidity sensors were studied and validated for detecting the climatic conditions of fruit and vegetables in the postharvest period during transport and storage processes. These sensors permit wireless data transmission for long-term monitoring of the distribution chain of climacteric fruits. In order to characterise the postharvest behaviour, with regard to the fruit specific transpiration of tomatoes in detail, a special evapotranspiration ball has been developed. Resulting from this “artificial fruit”, a correlation between the relative humidity measured by the sensors inside the core of balls, mass loss conditional upon evaporation and transpiration of tomatoes can be described.
