Ethylen-Sensor überwacht Obst-Reifung

Gase, die chemisch wenig reaktionsfähig sind, lassen sich in ihrer Konzentration am besten über Infrarot-Absorption messen. Waren derartige Sensorsysteme bisher sehr teuer, so verspricht eine Neuentwicklung jetzt eine wesentliche Kostensenkung und damit eine Ausweitung der Anwendungsfelder.

Gase, die chemisch wenig reaktionsfähig sind, lassen sich in ihrer Konzentration am besten über Infrarot-Absorption messen. Waren derartige Sensorsysteme bisher sehr teuer, so verspricht eine Neuentwicklung jetzt eine wesentliche Kostensenkung und damit eine Ausweitung der Anwendungsfelder.

Was tut der Mensch, wenn seine Konsumwünsche nicht zu den Rhythmen der Natur passen? Etwa wenn er Obst essen will zu Zeiten, in denen es nicht wächst? Er erntet es ab, bevor es reif ist, und lagert es ein. Das erfordert allerdings fundierten Sachverstand, der nicht überall vorhanden zu sein scheint. Der Schlüssel liegt in diesem Fall bei dem Gas Ethylen, auch Ethen genannt, dem einfachsten ungesättigten Kohlenwasserstoff mit der Formel C2H4. Mehr oder weniger alle Früchte geben Spuren von Ethylen an die Umgebung ab, besonders stark Bananen, Äpfel und Tomaten. Gleichzeitig regt dieses Gas, wenn es in der Umgebungsluft vorhanden ist, auch die Reifung an. Deshalb reift luftdicht verpacktes Obst schneller als offen liegendes. In den tiefgekühlten Lagerhallen wird die Luft ständig ausgetauscht, damit die Ethylen-Konzentration so niedrig wie möglich bleibt – hier im ppb-Bereich. Wenn das Obst dann verkauft werden soll, setzt man es für einige Tage in einer Reifungskammer einer erhöhten Konzentration aus, etwa 50 bis 100 ppm. Dadurch wird die Reifung in Gang gesetzt, die dann bis zum Verkauf im Einzelhandel abgeschlossen ist. Oder auch nicht, wie man zuweilen feststellen muss.

Wenn Obst nicht schmeckt, hängt das häufig damit zusammen, dass die Ethylen-Konzentration in der Zeit vor dem Verkauf nicht gestimmt hat. Entweder war sie in der Lagerungsphase zu hoch, so dass schon hier unerwünschte Reifung begonnen hat, oder aber sie war in der Reifungsphase zu niedrig, so dass es noch unreif in den Handel gekommen ist. Eine präzise Überwachung war bisher problematisch. Messsysteme waren sehr unhandlich und schlugen größenordnungsmäßig mit 10 000 Euro zu Buche.

In naher Zukunft wird eine weitaus preiswertere Lösung zur Verfügung stehen. Ein neuartiger Gassensor, entwickelt am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik in Freiburg in Kooperation mit der Universität Barcelona, ist wesentlich kompakter und mit rund 1000 Euro auch weitaus preisgünstiger. Das Messprinzip ist Infrarot-Absorption auf der Wellenlänge 10,6 μm. Ein Heizelement strahlt breitbandige Wärmestrahlung ab, ein Filter selektiert die besagte Wellenlänge heraus. Der Strahl geht durch die zu untersuchende Luft und fällt nach Bündelung auf einen pyroelektrischen Detektor. Dieses Prinzip hat sich für die Konzentrationsmessung von Gasen weit verbreitet; bei einigen ist es allerdings mit Schwierigkeiten verbunden. „Bei Ethylen liegt die Herausforderung darin, dass die Wellenlänge mit 10,6 μm sehr groß ist. Wir mussten gewährleisten, dass die Strahlung einen sehr langen Weg durch die Luft zurücklegt – nur so können wir den Effekt und damit die Ethylen-Konzentration gut messen“, erläutert Entwicklungsleiter Jürgen Wöllenstein. Damit das Gerät trotzdem klein bleibt, wird der Strahl vielfach im Zickzack hin und her geführt, so dass er in einem Gehäuse von der Größe einer Zigarettenschachtel einen Weg von über 3 m zurücklegt.

Der Sensor hat bereits Produktionsreife erreicht. Derzeit laufen Verhandlungen mit einer Firma, die ihn in größerer Serie herstellen will. Es gibt also neue Hoffnung, dass unser Obst in Zukunft etwas besser schmeckt. le