Lebensmittel- und Getränkeindustrie – Kunst oder Wissenschaft?

Täglich hören wir Politiker*innen weltweit sagen, dass ihre Entscheidungen „von der Wissenschaft geleitet“ werden. In der Öffentlichkeit wird so ein zunehmendes Bewusstsein dafür geschaffen, wie die Wissenschaft alle Lebensbereiche beeinflusst. Im folgenden Artikel konzentrieren wir uns darauf, wie die Wissenschaft die Lebensmittel- und Getränkeindustrie vorantreibt und insbesondere, wie Vaisala Technologien dazu beitragen, die nachhaltige Nahrungsmittelproduktion zu optimieren.

Es ist leicht nachzuvollziehen, dass Kunst in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie eine wichtige Rolle spielt. Kreativität und Vorstellungskraft sind hinsichtlich Verpackung und Werbung sowie in der Produktentwicklung unerlässlich. Wir bei Vaisala sind jedoch davon überzeugt, dass die Wissenschaft die dominierende Rolle einnimmt: Entwicklung von Messtechnologien, Hilfe bei der Produktformulierung, Optimierung der Prozesse, Schutz der Sicherheit, Sicherstellung der Qualität, Schaffung von Produktkonsistenz und Stärkung der Nachhaltigkeit. Mit Blick auf die Zukunft, wie wird die Wissenschaft die Industrie unterstützen, ihre neuesten Herausforderungen zu meistern?

Herausforderungen

Nach Angaben der FAO (1) hatte im Jahr 2020 fast jeder dritte Mensch auf der Welt (2,37 Milliarden) keinen Zugang zu angemessener Nahrung. Am stärksten betroffen waren Länder in Afrika und Asien – und das zu einer Zeit, als die größten ernährungsbedingten Herausforderungen in einigen Ländern Fettleibigkeit und Lebensmittelverschwendung waren. Nahrungsmittelsicherheit, Ernährung und Zugänglichkeit stellen wachsende Aufgaben dar.

Wasserknappheit kann so definiert werden, dass nicht ausreichend Frischwasser zur Deckung des normalen Bedarfs zur Verfügung steht. Sie kann durch Klimawandel (Dürre), Wasserverschmutzung, übermäßigen oder ineffizienten Wasserverbrauch oder durch unzureichende oder versagende Wasserinfrastruktur verursacht werden. Wenn keine Anpassungsmaßnahmen erfolgen, wird laut den Vereinten Nationen (2) die Zahl der Menschen, die mindestens einen Monat im Jahr nicht genügend Wasser haben, von aktuell 3,6 Milliarden bis 2050 auf über 5 Milliarden ansteigen. Auch hier wächst der Druck zu mehr Effizienz und weniger Abfall.

Der Klimawandel bedroht Nutzpflanzen, die durch Dürren, Überschwemmungen, Wirbelstürme usw. ausgelöscht werden können. Dem United Nations Office for Disaster Risk Reduction (3) zufolge haben sich klimabedingte Katastrophen im Vergleich zu den vergangenen zwanzig Jahren nahezu verdoppelt. In unseren landwirtschaftlichen Systemen ist daher eine größere Anpassungsfähigkeit notwendig.

Die begrenzte Haltbarkeit vieler Produkte stellt ein zusätzliches Risiko für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie dar und macht sie anfälliger für Probleme in der Lieferkette. Deshalb besteht ein starker Bedarf an Maßnahmen zur Verbesserung der Anpassungsfähigkeit und zum Schutz der Geschäftskontinuität. In Verbindung mit Kosten- und Nachhaltigkeitsaspekten müssen Lieferketten kurz, schnell, sicher und rückverfolgbar sein. Neben nachhaltigen Produkten halten Verbraucher*innen auch nach besseren Verpackungen Ausschau, die weniger auf Kunststoffe angewiesen sind.

Die Verbrauchernachfrage nach sicheren, gesunden und nahrhaften Lebensmitteln nimmt weiter zu. Hersteller stehen daher unter wachsendem Druck, bessere Informationen zur Kennzeichnung bereitzustellen – insbesondere für Inhaltsstoffe mit gesundheitlichen Erwägungen wie Zucker, Salz und Kaloriengehalt. Verbraucher*innen wünschen zudem vermehrt Produkte mit geringem CO2-Fußabdruck, was beispielsweise die Entwicklung von Fleischalternativen vorantreibt. Informationen zum CO2-Fußabdruck werden von Händlern angefordert. Häufig umfasst dies inzwischen auch Scope-3-Emissionen, also solche, die außerhalb des eigenen Betriebs entstehen.

Angesichts weltweit steigender Energie- und Nahrungsmittelpreise stehen Lebensmittel- und Getränkehersteller sowohl unter ökologischem als auch finanziellem Zugzwang, die Energieeffizienz zu verbessern, Abfall zu reduzieren und die Nutzung erneuerbarer Energien – Wind, Sonne und Biogas – zu erhöhen.

Wissenschaft bei Vaisala

Die Wissenschaft bietet Lösungen für alle oben beschriebenen Herausforderungen, und Vaisala ist an vielen von ihnen aktiv beteiligt. Vaisala beispielsweise ist der weltweit führende Hersteller von meteorologischen Geräten. Diese ermöglichen es Wissenschaftler*innen, den Klimawandel und extreme Wetterereignisse nachzuverfolgen. Darüber hinaus bieten die industriellen Messgeräte von Vaisala ein besseres Management von Nahrungsmittel- und Getränkeprozessen. Dies:

• verbessert die Effizienz
• erhöht und schützt die Produktkonsistenz und -qualität
• reduziert den Energieverbrauch
• verringert Abfall
• senkt Kosten
• verbessert die Nachhaltigkeit der Industrie und hilft im Kampf gegen den Klimawandel

Vaisala Technologien werden umfassend in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie eingesetzt – und viele Beispiele sind unten aufgeführt –, aber im Vergleich zum weltweiten Ruf von Vaisala im Meteorologiegeschäft ist das Unternehmen in diesem Bereich weniger bekannt. Es ist möglicherweise eines der bestgehüteten Geheimnisse der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie – mit den leistungsstärksten Geräten.

Die Marke Vaisala wird von der Mission des Unternehmens bestimmt, Messtechnik durch Innovation zu bieten und so aktiv zur Verbesserung der Welt beizutragen. Dies stützt sich auf vier wichtige Werte:

1. Kundenorientierung – Bereitstellung von Messlösungen zur Erfüllung der Kundenanforderungen
2. Innovative Pionierarbeit – Neugier, die kontinuierliche Verbesserung vorantreibt
3. Zusammenarbeit – mit Partnern, Interessengruppen und der globalen wissenschaftlichen Gemeinschaft
4. Integrität – Ehrlichkeit, Vielfalt, Respekt, Verlässlichkeit und Nachhaltigkeit

In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie kommen Vaisala Produkte in jeder Phase der Wertschöpfungskette zum Einsatz – von der Landwirtschaft über die Verarbeitung, die Lagerung, den Vertrieb, den Handel bis hin zur Abfallwirtschaft.

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Vaisala Technologien

Dank Genauigkeit und langfristiger Zuverlässigkeit als Voraussetzungen in allen Vaisala Entwicklungsprogrammen haben die Produkte des Unternehmens einen beneidenswerten Ruf weltweit erlangt. Außerdem werden sie bereits auf mehr als einem Planeten verwendet. Feuchte- und Drucksensoren von Vaisala sind derzeit auf allen Kontinenten der Erde sowie auf dem Mars in den NASA-Rovern Curiosity und Perseverance im Einsatz.

Feuchte

Zu den Haupttechnologien von Vaisala zählen Messverfahren, die gemeinhin als Industriestandards gelten. Beispielsweise ist Feuchte eine der am häufigsten durchgeführten Messungen in fast jeder Branche. 1973 entwickelte Vaisala den weltweit ersten kapazitiven Feuchtesensor auf Dünnfilm-Polymerbasis, den HUMICAP®. Dadurch wurden Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messungen deutlich verbessert, mit großen Vorteilen wie Langzeitstabilität und Unempfindlichkeit gegenüber Kondensation, Schmutz und den meisten Chemikalien. Daher werden Vaisala Feuchtesonden routinemäßig in Lebensmittelprozessen wie Trocknen, Kochen, Backen usw. eingesetzt. Die Anwendungsmöglichkeiten für Feuchtemessungen sind nahezu endlos; zum Teil, weil übermäßige Feuchte in Nahrungsmitteln zu Verderb führen kann.

Kohlendioxid (CO2)

Kohlendioxid wird von Pflanzen genutzt, um durch Photosynthese zu wachsen. Deshalb ist es gängige Praxis unter Gärtner*innen, den CO2-Gehalt im Gewächshaus zu erhöhen, um die Produktion anzukurbeln. CO2 wird auch in kohlensäurehaltigen Getränken und in Produktionsanlagen für begrenzt haltbare Lebensmittel verwendet. Alle diese Prozesse erfordern eine strikte Steuerung, sodass sie ideale Anwendungen für die Vaisala Sensortechnologie darstellen.

Der Vaisala CARBOCAP® Kohlendioxidsensor verfügt über einen innovativen feingefrästen, elektrisch abstimmbaren Fabry-Pérot-Interferometer (FPI)-Filter. Dieser ermöglicht eine Referenzmessung, die potenzielle Änderungen der Lichtquellenintensität sowie Verunreinigungen oder Schmutzansammlungen im Lichtweg kompensiert. Folglich ist der CARBOCAP® Sensor über die Zeit sehr stabil. Das bedeutet für Betreiber, dass sie sich nicht um Kalibrierabweichung oder Sensorausfall sorgen müssen.

Refraktometrie

Refraktometrie ist ein bekanntes Verfahren zur Messung des Zuckergehalts in Produkten wie Getränken und Fruchtprodukten. Vaisala K-PATENTS® Inline-Hygienerefraktometer werden jedoch routinemäßig in unzähligen Nahrungsmittel- und Getränkeanwendungen zur Prozessüberwachung und -steuerung eingesetzt. Beispielsweise werden Brix- und Trockensubstanzmessungen häufig in Lebensmittel- und Getränkeherstellungsprozessen genutzt.

Im Gegensatz zu vielen anderen Flüssigkeitskonzentrationsverfahren wird das Vaisala Refraktometer nicht durch Partikel, Blasen, Kristalle oder Farben beeinflusst. Diese Messgeräte eignen sich somit zum Einsatz in verschiedensten Lösungen zur Flüssigkeitsidentifizierung und zur Überwachung der Konzentration von Komponenten. Wichtig ist, dass das Vaisala Refraktometer EHEDG- und 3-A-zertifiziert ist – diese Sanitärstandards schützen die Hygiene bei der Produktion und Verarbeitung von Nahrungsmitteln.

Anwendungsbeispiele für Vaisala Inline-Refraktometer finden Sie in der nebenstehenden Tabelle, aber ihre Vielseitigkeit wird durch ihre Einbeziehung in alle Phasen des Bierbrauprozesses deutlich:
 

1. Maischen – Messung der Konzentration der Maische im Wasser am Auslassrohr.
2. Läutern – Konzentrationsmessung zur Erkennung des richtigen Abschaltpunktes für die Spülung.
3. Würzekochen – Kontinuierliche Messungen der Würzestärke/des Würzeschwereverhältnisses, damit Bierbrauer*innen genau feststellen können, wann die Würze die erforderliche Stärke erreicht hat.
4. Ausschlagen – Überwachung vor und/oder nach dem Whirlpool, um sicherzustellen, dass Feststoffe schnell und effektiv entfernt werden, um eine klare bittere Würze zu erzeugen.
5. Kühlen – Gewährleistung, dass die Bitterwürze vor der Gärung den richtigen Gehalt an gelösten Stoffen aufweist.
6. Fermentation – Dies ermöglicht Bierbrauer*innen Echtzeit-Einblicke in den Prozess und die genaue Bestimmung, wann die Gärung abgeschlossen ist.
7. Filtration und Reifung – Qualitätskontrolle während der Hefeentfernung.
8. Abfüllen und CIP – Kontinuierliche Überwachung der Abfüll- und CIP-Prozesse ermöglicht Automatisierung, reduziert Verschwendung und senkt Kosten und Energieverbrauch.

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Biogas

Weltweit liegt ein enormer Fokus auf erneuerbare Energien und die Reduzierung von Treibhausgasemissionen, da Länder und Organisationen danach streben, Abgasfreiheit zu erreichen. Biogas schafft die Möglichkeit, Abfallprodukte aus Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion zu verwerten und fossile Brennstoffe als Energiequelle zu verdrängen. Darüber hinaus erzeugen Biogasprozesse Gärreste. Diese bilden einen nährstoffreichen Dünger, der die Kreislaufwirtschaft in der Nahrungsmittelproduktion vervollständigen kann. Durch Biogas kann zudem Strom zur Nutzung im Haushalt und auf landwirtschaftlichen Betrieben erzeugt werden.

Vaisala hat eine Technologie entwickelt, die eine Optimierung des Biogasprozesses ermöglicht. Vaisala Multigassonden sind auf einzigartige Weise in der Lage, Biogas inline und in Echtzeit zu überwachen. So können Betreiber die Qualität des Biogases verbessern, Kosten senken und die Prozesseffizienz verbessern. Dieses letzte Beispiel zeigt, wie Vaisala an allen Phasen des Lebensmittelkreislaufs beteiligt ist, von der Nahrungsmittelherstellung bis hin zur anaeroben Gärung von Lebensmittelabfällen.

Zusammenfassung

Wissenschaft kann definiert werden als das Streben und Anwenden von Wissen und Kenntnissen nach einer systematischen Methodik, die auf Beweisen basiert. Bei Vaisala dreht sich bei Nahrungsmitteln alles um die Wissenschaft; Messdaten unserer Instrumente beeinflussen Entscheidungen und ermöglichen Effizienzoptimierung. Wissenschaft bei Vaisala wird von Neugier geleitet. Da 14 % des Nettoumsatzes in Forschung und Entwicklung investiert werden, engagiert sich das Unternehmen seit Langem für Innovationen. Die Lebensmittel- und Getränkeindustrie hat enorm von den Technologien profitiert, die Vaisala bereits konzipiert hat. Aber für die Wissenschaftler*innen des Unternehmens ist es noch spannender, komplett neue Techniken zu entwickeln.

Referenzen

1. The State of Food Security & Nutrition in the World 2021. Food & Agriculture Organization of the United Nations: https://www.fao.org/state-of-food-security-nutrition/en
2. UN: Adaptation to Climate Change www.un.org/en/climatechange/science/key-findings#physical-science
3. United Nations Office for Disaster Risk Reduction, Kurzdossier: Disaster risk reduction and climate change. www.undrr.org/publication/policy-brief-disaster-risk-reduction-and-climate-change
4. Riddell et al. (Oktober 2020) The effect of temperature on persistence of SARS-CoV-2 on common surfaces. Virology Journal. https://virologyj.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12985-020-01418-7
5. Meat plants—a new front line in the covid-19 pandemic. (Juli 2020) British Medical Journal. https://www.bmj.com/content/bmj/370/bmj.m2716.full.pdf