Biologische Modellierung verbessert die Überwachung der Lebensmittelsicherheit in der Kühlkette

Die Überwachung der Kühlkette für Meeresfrüchte, verzehrfertige Lebensmittel, Bordverpflegung und nach Hause gelieferte Lebensmittel erfordert mehr als die Einhaltung einer konstanten Temperatur. Produkte können während der Lagerung, beim Verladen, beim Transport und bei der Auslieferung wiederholten Temperaturschwankungen ausgesetzt sein. Diese Einwirkungen können das Wachstum von Mikroorganismen und die Haltbarkeit beeinflussen, selbst wenn einzelne Temperaturabweichungen nur kurz auftreten.

Herkömmliche Thermometer und Datenlogger erfassen die Temperaturbedingungen, doch die Auswertung eines vollständigen Temperaturverlaufs kann zusätzliche Analysen erfordern. Zeit-Temperatur-Indikatoren verfolgen einen anderen Ansatz, indem sie die Auswirkungen der Temperatureinwirkung kumulativ erfassen und den daraus resultierenden Zustand durch ein visuelles Signal darstellen.

Biologische Reaktion erfasst Temperatureinwirkung
Moderne Zeit-Temperatur-Indikatoren nutzen eine biochemische Reaktion, an der ein Enzym und ein Substrat beteiligt sind. Die Komponenten befinden sich zunächst getrennt voneinander im Indikator und beginnen nach der Aktivierung miteinander zu reagieren.

Im Verlauf der Reaktion verändert sich das pH-Milieu und es entsteht eine sichtbare Farbveränderung. Die Temperatur beeinflusst die Reaktionsgeschwindigkeit: Bei höheren Temperaturen läuft die Reaktion schneller ab, bei niedrigeren Temperaturen langsamer. Da die Reaktion so ausgelegt ist, dass sie nicht umkehrbar ist, bleibt die zuvor erfolgte Temperatureinwirkung auch dann im Indikator erkennbar, wenn das Produkt wieder gekühlt wird.

Dieses kumulative Verhalten soll die Auswirkungen von Temperatureinwirkungen auf biologische Prozesse genauer abbilden als ein System, das ausschließlich auf eine einzelne Temperaturschwelle reagiert.

Kalibrierung anhand des mikrobiellen Verhaltens
Die Entwicklung eines Indikators für eine bestimmte Lebensmittelanwendung erfordert eine Kalibrierung anhand biologischer Daten. Forscher können das Wachstum von Mikroorganismen bei kontrollierten Temperaturen messen und anhand dieser Ergebnisse bestimmen, wie die Reaktion des Indikators verlaufen soll.

Anschließend kann die Zusammensetzung beispielsweise durch die Auswahl des Enzyms, die Substratkonzentration und die Reaktionsgeschwindigkeit angepasst werden. Auch Produkteigenschaften, die erwartete Haltbarkeit, die Verpackung und die Transportbedingungen können die Kalibrierung beeinflussen.

Bei internationalen Transporten muss der Indikator beispielsweise längere Transportzeiten und mehrere Temperaturwechsel berücksichtigen. Zusätzlich können Sicherheitsmargen integriert werden, sodass das visuelle Warnsignal erreicht wird, bevor das festgelegte Produktrisiko einen nicht akzeptablen Wert erreicht.

Anwendung in der Kühlkettenlogistik
Vitsab nutzt diesen Ansatz zur kumulativen visuellen Überwachung mit seinen Freshtag-Indikatoren. Die Technologie ist darauf ausgelegt, Temperatureinwirkungen über einen bestimmten Zeitraum in ein Signal nach dem Ampelprinzip umzuwandeln, das ohne die Auswertung eines Temperaturdiagramms beurteilt werden kann.

Solche Indikatoren können Kontrollen an Verteilzentren, in Kühllagern, während des Transports und bei der Auslieferung unterstützen. Durch die Darstellung der kumulierten Temperatureinwirkung kann das System Qualitätsverantwortliche dabei unterstützen, Sendungen zu identifizieren, die einer weiteren Prüfung bedürfen, und die Abhängigkeit von einzelnen Temperaturmessungen verringern.

Das zugrunde liegende Modell bietet zudem eine Grundlage für die Anpassung an unterschiedliche Lebensmittelkategorien und Transportbedingungen. Weitere Entwicklungen auf Basis mikrobiologischer Forschung, regulatorischer Anforderungen und Branchendaten können zur Weiterentwicklung solcher Überwachungssysteme für spezifische Anwendungen in der Kühlkette beitragen.

Bearbeitet von Sucithra Mani, Redakteurin bei Induportals – mit Unterstützung durch KI angepasst.

www.vitsab.com