Nicht nur das Aussehen – auch der Geschmack von Lebensmitteln beeinflusst die Kaufentscheidung der Verbraucher. Um die Rentabilität von Frischeprodukten zu verbessern und deren Verschwendung zu reduzieren, können Produzenten nun auf die hyperspektrale Bildverarbeitung setzen. Diese Technologie analysiert die Eigenschaften von Obst und Gemüse. Über die chemische Zusammensetzung sowie den Reifegrad oder Zuckeranteil kann damit bereits beim Sortieren eine Aussage über den Geschmack getroffen werden.

Kann man den Geschmack von Lebensmitteln mit Hilfe von Bildverarbeitung beurteilen? Es ist kaum zu glauben, aber in bestimmten Fällen und mit dem Einsatz der richtigen Technologie lässt sich diese Frage mit Ja beantworten, obwohl der Geschmack von Lebensmitteln keine unmittelbar sichtbare Eigenschaft ist. Eine derartige Aufgabenstellung ist dabei auch nicht mit herkömmlicher Vision-Technologie lösbar, sondern mit hyperspektraler Bildverarbeitung (hyperspectral imaging, kurz: HSI).

Sie erfasst nicht nur die Reflexionen des Lichts, das von den Oberflächen eines Prüfobjekts in eine Kamera fällt und dort als Basis für die nachfolgende Erkennung von Oberflächenmerkmalen aufgenommen wird, sondern erlaubt auch eine Unterscheidung der chemischen und molekularen Strukturen von Materialien im Inneren. Die chemische Zusammensetzung von Lebensmitteln sowie Merkmale wie Reifegrad, Zuckeranteil und Säuregehalt sind entscheidend für die Geschmacksqualität – und diese Eigenschaften lassen sich mit hyperspektralen Bildverarbeitungssystemen analysieren. 

Technische Basis für derartige Analysen sind Hyperspektralkameras, die im Wellenlängenbereich des sichtbaren bis zum nahen Infrarotlicht arbeiten und dabei ein Aufnahmespektrum von bis zu 250 Spektralbändern abdecken.

Auswahl der Wellenlängenbänder

Dass HSI-Systeme tatsächlich in der Lage sind, den Geschmack von Lebensmitteln zu beurteilen, bestätigt das niederländische Unternehmen Condi Food, das sich auf Hyperspektral-Lösungen für die Qualitäts- und Sicherheitsprüfung von Lebensmitteln spezialisiert hat. „Wir haben eine HSI-Lösung zur Echtzeit-Bewertung des Geschmacks von Kirschtomaten entwickelt, das nahtlos in den Sortierprozess bei der Tomatenernte integriert werden kann“, sagt Robi Nederlof, Geschäftsführer von Condi Food. 

Entscheidender Faktor dieser Lösung ist dabei eine FX17-Hyperspektralkamera des finnischen Herstellers Specim, die auf einem InGaAs-Sensor basiert und 224 Wellenlängenbänder aus dem Nahinfrarot (NIR)-Spektralbereich von 900 bis 1700 nm abdeckt. Viele der Geschmacks-beeinflussenden Eigenschaften von Tomaten können bei Analysen in diesem Spektrum untersucht und beurteilt werden. 

Eine Besonderheit der Specim-FX17-Kamera besteht darin, dass ihre Aufnahmegeschwindigkeit an die Randbedingungen des jeweiligen Einsatzfalles angepasst werden kann: Es ist möglich, nur solche Wellenlängenbänder auszuwählen, die für die aktuelle Anwendung relevante Informationen liefern. Durch diese Reduzierung kann die Standard-Aufnahmegeschwindigkeit der Specim FX17 von 670 Zeilen pro Sekunde bei Nutzung aller 224 Wellenlängenbänder auf mehrere tausend Zeilen pro Sekunde gesteigert werden, indem nur die aussagekräftigen Spektralbereiche betrachtet werden. Diese Eigenschaft wird als Multi Region of Interest (MROI) bezeichnet. Neben der höheren Aufnahmegeschwindigkeit reduziert MROI die Datenmenge und erleichtert so die Verarbeitung und Speicherung der Daten. 

Ohne Berührung, ohne Beschädigung

In der von Condi Food realisierten Anlage konnte das HSI-System mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten von bis 60 Tomaten pro Sekunde auf zwei parallelen Linien Schritt halten und ermöglichte eine zuverlässige Erkennung aussagekräftiger Geschmacksmerkmale, ohne das Gemüse zu beschädigen oder zu berühren. „Dank der hohen Effizienz konnten wir die Geschmacksprüfung nahtlos in die Produktionslinie integrieren, ohne dass es zu Unterbrechungen kommt“, unterstreicht Nederlof.

Das erfolgreiche Projekt von Condi Food zur Analyse des Tomatengeschmacks zeigt nach Nederlofs Überzeugung, dass die hyperspektrale Bildverarbeitung auch für die Analyse anderer Obst- und Gemüsesorten sowie weiterer Lebensmittel die technischen Voraussetzungen erfüllt: „HSI ist zu einem wichtigen Instrument für die fortschrittliche Qualitätskontrolle in der Lebensmittelindustrie geworden. Angesichts der Herausforderungen bei der Produktion von Agrarerzeugnissen in Gewächshäusern und der zunehmenden Einfuhr von Frischprodukten ist die Inspektion von entscheidender Bedeutung, um die Qualitätsstandards der Verbraucher zu wahren.“

Einsparung von Ressourcen

Die Technologie ist dabei auch in der Lage, bereits angeschlagene Ware zu erkennen, die schon wenige Tage später nicht mehr verzehrt werden sollte. Diese Lebensmittel können bereits beim Produzenten aussortiert werden und müssen die nachfolgenden Prozesse wie das Verpacken und die Logistikkette bis zum Kunden nicht mehr durchlaufen. Dies führt zu weniger Ressourceneinsatz und zu einer Verringerung von Lebensmittelmüll. 

Zudem kann die Analyse des Geschmacks von Lebensmitteln aller Art den Umsatz einer Marke erheblich fördern: Früher wurden Tomaten, Paprika, Erdbeeren, Äpfel und viele andere Agrarprodukte ausschließlich nach ihrer Größe und Farbe sortiert. Das perfekte Aussehen von Obst oder Gemüse ist jedoch keine Garantie dafür, dass ihr Geschmack tatsächlich den Anforderungen der Verbraucher entspricht. Schmeckt den Kunden das Obst oder Gemüse eines bestimmten Herstellers, werden sie dieses auch bei späteren Einkäufen wieder wählen. Auf diese Weise können sich die Investitionen in ein HSI-System zur Analyse des Geschmacks schnell amortisieren.

Autorin
Minna Törmälä, Global Marketing Manager