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Ob ein Saft schmeckt oder nicht, werden sie nie
beantworten können. Ob er vergoren oder gepanscht ist, hingegen schon.
Elektronische Zungen könnten die Testschmecker der Zukunft werden,
wenn es darum geht, die Qualität von Lebensmitteln zu überwachen. Mit
vielen verschiedenen Sensoren bestückt, untersuchen sie chemisch
komplexe Gemische wie Multivitaminsaft in Sekunden. Dabei arbeiten sie
nach dem Prinzip der Mustererkennung: Sie registrieren lediglich, wie
stark jeder einzelne Sensor anspricht, statt aufwändig die exakte
Zusammensetzung des Safts zu analysieren. Daraus ergibt sich für jede
Probe eine Art Fingerabdruck. Ein Vergleich mit gespeicherten
Referenzmustern zeigt Abweichungen, wie sie etwa durch Alterung oder
Prozessfehler auftreten.
Bisher basieren die elektronischen Zungen meist auf
dem elektrochemischen Messverfahren der Potenziometrie. Viele kleine
Elektroden bilden die künstlichen Geschmacksknospen; jede misst bei
einer anderen Spannung. So lassen sich mehrere Stoffgruppen
gleichzeitig analysieren, da zum Beispiel eine Fruchtsäure bei einer
anderen Spannung ein Signal gibt als ein Zucker. Wie viele Stoffe die
Zunge "schmeckt", ist durch die Zahl der Elektroden begrenzt.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Chemische
Technologie ICT in Pfinztal bei Karlsruhe haben das
Geschmacksempfinden der elektronischen Zunge nun geschärft. Statt
potenziometrisch misst die Zunge mit der zyklischen Voltametrie (ZV).
Die Elektrode durchläuft während der knapp einminütigen Messung einen
Spannungsbereich. Sie ersetzt so viele Einzelelektroden mit konstanter
Spannung. "Der Effekt ist, als ob man viele potenziometrische
Messungen aneinander reiht", erklärt Peter Rabenecker. "Dadurch erhält
man mit einem Mal wesentlich mehr Informationen und kann
>geschmackliche< Nuancen besser differenzieren." Sieben verschiedene
Apfelsäfte unterscheidet die Feinschmecker-Elektrode aus Gold in
ersten Tests problemlos.
Ein weitere Anwendung ist die Detektion von
Rauchbestandteilen in Kakao. Durch Leckagen in Röst- und Trockenöfen
können verschiedene Phenole als Abbauprodukte des Holzbestandteils
Lignin den Geschmack von Schokolade beeinträchtigen. Solche
unerwünschten Inhaltsstoffe werden bisher durch
Wasserdampfdestilliation abgetrennt und aufwendig per HPLC
nachgewiesen. Die Frage jedoch, ob und in welchem Ausmaß eine
Kakaoprobe im Herkunftsland unbeabsichtigt geräuchert wurde, lässt
sich einfacher und schneller durch ZV mit multivarianter
Mustererkennung überprüfen.
"Unsere Messmethode liefert lediglich einen
kumulativen Wert über alle relevanten Phenole", betont Hanns-Erik
Endres vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und
Mikrointegration IZM in München. "Für die Qualitätskontrolle in der
Lebensmittelindustrie genügt dies jedoch; entscheidender ist vielmehr,
Prozesse schnell und online überwachen zu können." Der Anstoß zu
diesen Untersuchungen ging von Forschern des Fraunhofer-Instituts für
Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Freising aus, die mit der
Methode zukünftig auch Röstprozesse aller Art überwachen wollen.
Die Kombination aus ZV und Mustererkennung ist
nicht auf die Lebensmittelkontrolle beschränkt. Auch in der Medizin
eröffnen sich Anwendungen. Erste Ergebnisse der Wissenschaftler vom
IZM und von der Arbeitsgruppe für Angewandte Elektrochemie an der
Technischen Universität München zeigen, dass sich mit der Methode
beispielsweise die Konzentration von Ascorbinsäure in Harn schnell
messen lässt.
Sensoren dieser Art leiden im Gegensatz zu den
meisten menschlichen Prüfern unter Geschmacksverlust mit zunehmendem
Alter: Beläge und Korrosionsvorgänge bewirken, dass die Sensitivität
abnimmt. Die einfachste Lösung besteht darin, den Sensor rechtzeitig
auszutauschen. "Vertretbar ist dieser Weg jedoch meist nur, wenn die
Kosten deutlich gesenkt werden können", nennt Endres als Ziel
künftiger Entwicklungen. "In unserem Münchner Demozentrum stellen wir
bereits jetzt einfache elektronische Strukturen ähnlich wie in der
Drucktechnik auf Kunststoffbahnen her. Mit Industriepartnern wollen
wir neue Sensoren entwickeln, die dank dieser Rolle-Rolle-Technik in
großen Mengen kostengünstig gefertigt werden können." |
