Elektronenspinresonanz auf einem Chip Wenn nicht nur das letzte Bier schlecht ist: EPR-Sensor erkennt freie Radikale und warnt vorm Kippen

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Das Verderben von Lebensmitteln, die länger als nur ein paar Tage haltbar sind, wird meist durch die Bildung von freien Radikalen signalisiert. Ein kleiner und kostengünstiger EPR-Sensor auf einem Chip soll sich zunächst in der Herstellung von Bier und Olivenöl beweisen.

Möchte man insbesondere bei Lebensmitteln mit einer längeren Haltbarkeit herausfinden, ob sie noch ohne Einschränkungen genießbar sind oder nicht, dann werden in der Lebensmittelherstellung mehrere Optionen genutzt, um die Menge der freien Radikalen zu messen. Diese reaktionsfreudigen Moleküle deuten den Verderbnis-Vorgang in vielen Fällen an, diese jedoch nachzuweisen ist anstrengend.

Die freien Radikale lassen sich direkt über die paramagnetische Elektronenspinresonanz (EPR) nachweisen, indirekt über chemische Laboruntersuchungen. Herkömmliche EPR-Geräte sind allerdings teuer, sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb. Zusätzlich neben sie viel Platz ein und gerade deswegen kann sich nicht jedes Unternehmen der Lebensmittelbranche die EPR leisten. Andersherum lassen sich freie Radikale ebenfalls über chemische Methoden in einem Labor nachweisen, was allerdings arbeits- und entsprechend zeitaufwendig ist – und nicht sonderlich umweltfreundlich.

Was also lässt sich tun, wenn es darum geht, die Verderblichkeit von Produkten zu erkennen und zu beobachten? Einer Lösung sind die Tüftler des von der Universität Stuttgart und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) gegründeten Spin-Off-Unternehmens SpinMagIC auf die Spur gekommen. Auf der Suche nach einem kompakten und preisgünstigen EPR-Gerät haben sie einen EPR-Sensor im Angebot, der auf einen Chip (EPRoC) passt.

EPR-Geräte zugeschnitten auf die Kundenbedürfnisse

Die Idee für kleine und handliche EPR-Geräte ist nicht neu, denn die hatten Klaus Lips vom HZB und Jens Anders von der Uni Stuttgart bereits im Jahr 2019. Sie wurde in dem Jahr mit dem Technologietransferpreis des HZB ausgezeichnet und mit der Förderung durch das BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) nun umgesetzt.  „Wir werden kleine, tragbare und erschwingliche EPR-Geräte herstellen, die wir auf die Bedürfnisse des Kunden zuschneiden können“, erklärt der Physiker Michele Segantini vom HZB beim Informationsdienst Wissenschaft.

Während an der Uni Stuttgart ein Team dran saß, die Hardware zu optimieren, war Segantini damit betraut worden, potenzielle Kunden ausfindig zu machen. Interessanterweise fanden sich insbesondere Hersteller von Oliven und Bier als Kunden. Warum? Bisher wird in der Branche meist zu den aufwendigen chemischen Tests gegriffen, wenn es um die Suche nach freien Radikalen geht.

„EPRoC ist nicht nur viel empfindlicher, sondern auch weniger zeitaufwendig, sodass die Proben während des gesamten Prozesses wiederholt analysiert werden können. Dies liefert zusätzliche Erkenntnisse, die zur Optimierung der Produktionsprozesse genutzt werden können, um die Haltbarkeit und Oxidationsbeständigkeit der Produkte zu verlängern“, betont Segantini. Sollte sich das EPRoC in dem Bereich beweisen, dann sind mit Anpassungen auch Anwendungen der Technologie in der medizinischen Diagnostik, Arzneimittelentwicklung, Halbleiterei und beim Monitoring von Batterien vorstellbar. (sb)

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