Ein mobiles Gaschromatographie-Sensorsystem soll künftig falsch deklarierte Produkte direkt vor Ort identifizieren. Drei Fraunhofer-Institute entwickeln dazu ein preiswertes, leicht bedienbares Gerät, das auch von Nicht-Experten eine schnelle Bewertung ermöglicht. Es analysiert flüchtige organische Verbindungen und erkennt Manipulationen wie gefärbtes Rapsöl als Olivenöl. Die Technologie adressiert wachsende Betrugsfälle in der Lebensmittelindustrie und im Recyclingbereich.

Lebensmittelbetrug nimmt seit Jahren zu. Hohe Nachfrage, starker Preisdruck und komplexe Lieferketten schaffen ideale Bedingungen für falsche Etikettierungen. Der Schwindel kann zu erheblichen Gesundheitsrisiken führen, wenn schädliche Inhaltsstoffe verwendet werden. Bisherige Nachweise erfordern aufwendige, teure Untersuchungen im Labor. Zudem brauchen laborgestützte Analysesysteme Fachpersonal zur Bedienung und Datenauswertung. Fraunhofer-Forschende wollen hier Abhilfe schaffen. Im Fraunhofer-PREPARE-Projekt PUMMEL vereinen Forschungsteams der Fraunhofer-Institute für Photonische Mikrosysteme IPMS, für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie IME sowie für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV ihre Kernkompetenzen aus den Bereichen Gaschromatographie-Messmethoden, Sensorentwicklung und chemische Sensorik. So entsteht ein mobiles Gaschromatographie-Sensorsystem für den schnellen Vor-Ort-Nachweis von flüchtigen organischen Verbindungen. Diese chemischen Verbindungen sind charakteristisch für eine bestimmte Zusammensetzung oder gesundheitliche Gefährdung und stehen mit Veränderungen von Produkteigenschaften in Verbindung. Die Detektion solcher Verbindungen ist in vielen Bereichen von großer Bedeutung. Dazu zählen etwa die Lebensmittelqualität und -sicherheit, medizinische Marker, zivile Sicherheit, Landwirtschaft und die chemische Industrie.

Zwei industrierelevante Anwendungen

Der Bedarf für eine kostengünstige, schnelle und robuste Vor-Ort-Messtechnik, die sofort Ergebnisse liefert, ist hoch. Das System ist nicht beliebig, aber aufgrund seiner Modifizierbarkeit vielseitig einsetzbar. Im Projekt PUMMEL konzentrieren sich die Forscher beispielhaft auf zwei industrierelevante Anwendungen. Zum einen auf die Identifikation von gefälschtem Olivenöl, das zu den Top 10 der am häufigsten gefälschten Lebensmittel zählt. 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 die Institute zwei applikationsspezifische Demonstratoren zur Detektion flüchtiger organischer Verbindungen.

Das später umhängetaschengroße mobile System besteht aus einer Siliziumchip-basierten Gaschromatographie-Säule, einem Detektor beziehungsweise Sensor, einer integrierten Probenvorbereitung, einer Ansteuerungs- und Auswertelektronik sowie einer Energieversorgung. Die Gaschromatographie ist eine analytische Methode zur Trennung, Identifikation und Quantifizierung von Stoffgemischen, die sich für gasförmige oder unzersetzt verdampfbare Substanzen eignet. Dabei wird eine Probe mithilfe eines Trägergases zunächst durch die Säule transportiert, die in einen schnell heiz- und abkühlbaren Siliziumchip geätzt ist. In der Säule kommt es zu Wechselwirkungen der Gasmoleküle mit den mit Polymeren beschichteten Innenwänden. Die flüchtigen organischen Verbindungen reagieren je nach Affinität mit der Innenschicht der Säule, das Stoffgemisch wird getrennt. Am Ende der chipbasierten Säule misst ein Detektor die nach ihrer Molekülart sortierten Substanzen, was zu einem Gaschromatogramm mit Peaks führt, aus denen auf die Zusammensetzung des Gemischs geschlossen werden kann. Die Bewertung der Messdaten übernimmt das Fraunhofer IME. Im Fall des Olivenöls ist das Ziel, Parameter wie etwa das Herkunftsland, das Alter und den Reinheitsgrad zu ermitteln.

Erste Tests erfolgreich abgeschlossen

Aktuelle Tests mit einer konventionellen Säule mit einer Länge von drei Metern zeigen eine zuverlässige Trennleistung der flüchtigen organischen Verbindungen und ermöglichen die Bewertung der Proben. Säulen in konventionellen, teuren Labor-Gaschromatographen sind häufig über 30 Meter lang und verfügen über eine bessere Trennleistung, die für die Qualitätsbewertung von zahlreichen Lebensmitteln allerdings nicht erforderlich ist. Die Fraunhofer-Forschenden stehen unter anderem vor der Herausforderung, miniaturisierte Säulen zu designen, die in der Lage sind, lebensmittelspezifisch die flüchtigen organischen Verbindungen ausreichend zu trennen.

Mit dem System adressieren die Forscher Laien wie etwa den Abfüller und den Wareneingangsprüfer, die das Gerät ohne fachliches Know-how problemlos nach einer kurzen Einweisung bedienen können. Die Komponenten des Systems lassen sich anwendungsspezifisch anpassen, sodass es sich für die Qualitätskontrolle in vielen Anwendungen eignet, zum Beispiel bei der Bewertung von recycelten Kunststoffen. Gemeinsam mit der Industrie realisieren die Institute gerne maßgeschneiderte Applikationsentwicklungen.

Die Forschenden werden einige Ergebnisse des Projekts vom 24. bis 27. März 2026 auf der Messe Analytica in München am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 3, Stand 312 präsentieren.

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

Gender-Hinweis. Die in diesem Text verwendeten Personenbezeichnungen beziehen sich immer gleichermaßen auf weibliche, männliche und diverse Personen. Auf eine Doppel/Dreifachnennung und gegenderte Bezeichnungen wird zugunsten einer besseren Lesbarkeit verzichtet.