Ob gefärbtes Rapsöl als hochwertiges Olivenöl oder andere minderwertige Plagiate – Lebensmittelbetrug lässt sich ohne stationäre Labortechnik bisher kaum unmittelbar feststellen. Um falsch deklarierte Produkte künftig direkt am Point of Sale oder bei der Warenannahme zu identifizieren, entwickeln drei Fraunhofer-Institute ein mobiles Gaschromatographie-Sensorsystem. Das Gerät ist als preiswerte und anwenderfreundliche Lösung konzipiert, die selbst Personen ohne tiefgehende Analytik-Expertise eine schnelle Bewertung ermöglicht.
Hintergrund der Entwicklung ist die weltweite Zunahme von Lebensmittelbetrug, getrieben durch hohen Preisdruck und unübersichtliche Lieferketten. Da solche Fälschungen durch minderwertige Inhaltsstoffe oft auch gesundheitliche Risiken bergen, ist die Detektion essenziell. Bisher scheiterte eine flächendeckende Kontrolle jedoch an den hohen Kosten und der Komplexität herkömmlicher Laboranalysen, die zudem spezialisiertes Fachpersonal voraussetzen.
Im Rahmen des Fraunhofer-Projekts PUMMEL bündeln nun die Institute IPM, IME sowie IVV ihre Expertise in den Bereichen Gaschromatographie, Sensorik und Chemie. Ziel ist ein handliches System zum Nachweis flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs). Da diese Verbindungen als charakteristische Fingerabdrücke für die Produktzusammensetzung oder mögliche Gefährdungen dienen, bietet die neue Technik über die Lebensmittelsicherheit hinaus großes Potenzial für die Medizin, die zivile Sicherheit sowie die chemische Industrie.
Zwei industrierelevante Leitanwendungen
Die Nachfrage nach effizienten Analyselösungen für den mobilen Einsatz wächst stetig. „Der Bedarf für eine kostengünstige, schnelle und robuste Vor-Ort-Messtechnik, die sofort Ergebnisse liefert, ist hoch. Unser System ist nicht beliebig, aber aufgrund seiner Modifizierbarkeit vielseitig einsetzbar“, sagt Dr. Olaf Hild. Im Rahmen des Projekts PUMMEL stehen dabei zwei zentrale Anwendungsfelder im Fokus: die Aufdeckung von Olivenöl-Fälschungen sowie die Analyse von Kunststoffrezyklaten.
Letzteres gewinnt durch die Rekord-Recyclingquote von fast 70 Prozent im Jahr 2025 massiv an Bedeutung, insbesondere um Verunreinigungen in Verpackungen auszuschließen. Dr. Hild führt dazu aus: „Im Projekt PUMMEL konzentrieren wir uns beispielhaft auf zwei industrierelevante Leitanwendungen – zum einen auf die Identifikation von gefälschtem Olivenöl, das zu den Top 10 der am häufigsten gefälschten Lebensmittel zählt, und zum anderen auf die Identifikation von verunreinigten Kunststoffrezyklaten, die sich etwa in Verpackungen anlagern. Dies ist insofern bedeutend, als die Recyclingquote mit fast 70 Prozent 2025 einen neuen Höchststand erreicht hat. Hierfür entwickeln wir zwei applikationsspezifische Demonstratoren zur VOC-Detektion.“
Den strategischen Rahmen dieser Entwicklung betont Prof. Mark Bücking: „Wir paaren die Interessen der Industrie mit der wissenschaftlichen Herausforderung. Der Fokus liegt auf der technologischen Innovation zum Wohl der deutschen und europäischen Wirtschaft.“
Technisch basiert das kompakte, etwa umhängetaschengroße System auf einer hochmodernen Architektur. Es vereint eine Siliziumchip-basierte Gaschromatographie-Säule, Detektionseinheiten, Probenvorbereitung sowie die notwendige Elektronik und Energieversorgung in einem Gehäuse. Das Funktionsprinzip beschreibt Dr. Hild wie folgt: „Die Gaschromatographie (GC) ist eine analytische Methode zur Trennung, Identifizierung und Quantifizierung von Stoffgemischen, die sich für gasförmige oder unzersetzt verdampfbare Substanzen eignet. Dabei wird eine Probe mithilfe eines Trägergases zunächst durch die GC-Säule transportiert, die wir in einen schnell heiz- und abkühlbaren Siliziumchip geätzt haben“.
Während des Transports durch die Säule interagieren die Gasmoleküle mit den beschichteten Innenwänden, wodurch das Gemisch aufgrund unterschiedlicher Affinitäten getrennt wird. Ein anschließender Detektor erfasst die sortierten Substanzen und erzeugt ein spezifisches Gaschromatogramm. Die finale Auswertung dieser Daten übernimmt das Fraunhofer IME. Bei der Analyse von Speiseölen ermöglicht dieses Verfahren präzise Rückschlüsse auf das Alter, die Reinheit und sogar das Herkunftsland des Produkts.
Erste Tests erfolgreich abgeschlossen
Aktuelle Praxistests belegen bereits die Leistungsfähigkeit des neuen Ansatzes: Mit einer drei Meter langen, konventionellen GC-Säule konnten flüchtige organische Verbindungen zuverlässig getrennt und Proben präzise bewertet werden. Zwar verfügen klassische Hochleistungssysteme im Labor oft über Säulenlängen von mehr als 30 Metern und eine entsprechend höhere Trennleistung, doch für die Qualitätsbewertung vieler Lebensmittel ist diese Komplexität gar nicht erforderlich. Die zentrale Forschungsaufgabe der Fraunhofer-Experten liegt nun darin, miniaturisierte GC-Säulen so zu designen, dass sie lebensmittelspezifische VOCs trotz kompakter Bauweise ausreichend trennen.
Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Benutzerfreundlichkeit. „Mit unserem System adressieren wir Laien wie etwa den Abfüller und den Wareneingangsprüfer, die das Gerät ohne fachliches Know-how problemlos nach einer kurzen Einweisung bedienen können“, erklärt PD Dr. Tilman Sauerwald, Wissenschaftler am Fraunhofer IVV, wo die Demonstratoren aktuell entwickelt werden.
Die modulare Bauweise verspricht zudem ein breites Einsatzspektrum über die Lebensmittelanalytik hinaus. Dazu ergänzt Dr. Sauerwald: „Die Komponenten unseres Systems lassen sich anwendungsspezifisch anpassen, sodass es sich für die Qualitätskontrolle in vielen Anwendungen, zum Beispiel bei der Bewertung von recycelten Kunstoffen, eignet. Gemeinsam mit der Industrie realisieren wir gerne maßgeschneiderte Applikationsentwicklungen.“
Die Forschenden werden die Ergebnisse des Projekts vom 24. bis 27. März 2026 auf der Messe Analytica in München am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 3, Stand 312 präsentieren.
Quelle
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS (01/2026)