Photonische Lösungen zur Detektion von Nahrungsmittelkontaminationen vom Acker bis zum Teller (PHOTONFOOD)

Ziel ist die Realisierung einer Sensortechnologie basierend auf spektroskopischen Techniken im mittleren infraroten Spektralbereich und papierbasierter Mikrofluidik. Mit dieser Technologie sollen Kontaminationen von Lebensmitteln schnell und zuverlässig auf dem gesamten Produktionsweg vom Acker bis auf den Teller erfasst werden können. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Einbindung von Aquaponik-Produkten.

Analysetechniken zur Messung chemischer und mikrobieller Kontaminationen entlang der Nahrungskette erfordern Nachweisniveaus im ppb-Bereich. Eine direkte Messung von Verunreinigungen bei diesen Konzentrationen in einer Lebensmittelmatrix ist nach keinem bisher etablierten Photonikprinzip möglich. PHOTONFOOD zielt darauf ab, diese Barriere zu überwinden, indem eine integrierte Lösung entwickelt wird, die Innovationen in der intelligenten papierbasierten Probenbehandlung, der Erfassung im mittleren Infrarot (MIR) und der erweiterten Datenanalyse kombiniert. Die Mittelinfrarotspektroskopie (MIR) hat sich als die zuverlässigste und am weitesten verbreitete spektroskopische Methode zum Nachweis, zur Charakterisierung und zur Quantifizierung chemischer und mikrobieller Kontaminationen erwiesen. Um die MIR-Erfassung von vorhandenen Laborlösungen in eine tragbare Lösung für den breiten Einsatz in der Lebensmittelkette umzuwandeln, zielt PHOTONFOOD darauf ab, neuartige Infrarotlichtquellen zu entwickeln, insbesondere Interband-Kaskaden-Leuchtdioden (ICLED) sowie Interband- und Quantenkaskadenlaser (ICL / QCL). Die Lichtquellen werden mit ausgefeilter Wellenleitertechnologie und 3D-Papier-Mikrofluidik kombiniert.

Das Projekt wird eine Lösung entwickeln, die aus einem Gerät mit mittlerer Genauigkeit (MI-FI) mit einer geplanten Niedrigpreissegment, die für die tägliche Überwachung verwendet werden kann, und einem High-Fidelity-Gerät mit mittlerer Preisspanne (HI-FI) als Referenz für die Analyse und Akkreditierung. Die Lösung wird in realen Szenarien für die Kontamination von Pilzen und Wasserschimmelpilzen (Oomyceten), Mykotoxinen in Weizen, Nüssen, Trockenfrüchten und Kräutern auf Aquaponikbasis sowie Pestiziden und Antibiotika in Kräutern auf Aquaponikbasis validiert und demonstriert.

Die Forschung wird von einem multidisziplinären und hoch anerkannten Forschungsteam in Zusammenarbeit mit führenden Labors für Mykotoxinanalyse, einer Aquaponikfarm, einem Vertreiber von Trockenfutter und Farmen mit Lebensmittelverarbeitung und -verkauf vor Ort durchgeführt. Es werden Strategien entwickelt, um die erhaltenen Daten zu übertragen und in Datenplattformen zu integrieren, um die Kontamination von Lebensmitteln zu verfolgen, die Lebensmittelqualität zu verbessern und Abfall zu reduzieren.