Selektives und rekalibrierbares Sensorsystem zur Messung charakteristischer Verbindungen in Röstprozessen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur methodischen Entwicklung eines selektiven, rekalibrierbaren Sensorsystems vorgestellt.Am Beispiel der Kaffeeröstung wird ein komplexes Aroma auf sensorkongruente Leitverbindungen hin analysiert, die als gleichbleibendeStandards für eine Kalibrierung zur Verfügung stehen. Weiterhin wird ein Verfahren zur on-line Kontrolle von Röstprozessen auf der Basisdes Nachweises der gefundenen Leitverbindungen vorgestellt. Die lösungsmittelfreie Headspace-Probennahme aus dem Gasraum von Lebensmitteln wird verwendet, um das komplexe Spektrumflüchtiger Verbindungen eines Aromas in vollem Umfang erfassen zu können. Durch die Kombination von Gaschromatographie undGassensoren im Headspace-GC/SOMMSA-System wird das Aroma in die verschiedenen Verbindungen zerlegt und nacheinanderunterschiedlichen Halbleitergassensoren mit hoher Reproduzierbarkeit zugeführt. Das Verfahren erlaubt die Qualifizierung vonGassensoren bezüglich aller in einem Aroma enthaltenen Verbindungen. Mit ausgewählten Sensoren werden Untersuchungen zur Prozeßabhängigkeit der verschiedenen Verbindungen im Kaffeearomadurchgeführt. Dabei werden selektiv detektierte Leitsubstanzen gefunden, die mit ihrem Konzentrationsverlauf den Röstprozeßcharakterisieren. Die beobachteten Leitsubstanzen werden massenspektroskopisch identifiziert und für verschiedenen Röstgrade in einer Modellröstungquantifiziert. Für die Röstung von Kaffeebohnen können dabei Hydroxyaceton und Furfurylalkohol als sensorkongruente Leitsubstanzengefunden werden, zu deren selektiver Detektion mit ausreichend hoher Empfindlichkeit SnO2 und WO3 Sensoren besonders geeignet sind. Ein Modellversuch zur on-line Kontrolle der Kaffeeröstung zeigt die Eignung der Sensoren zur Detektion der gefundenen Leitverbindungenin der Anwendung. Durch einen zyklischen Temperaturbetrieb der Sensoren wird die Desorbtion der flüchtigen Verbindungen deutlichbeschleunigt und die kontinuierliche Signalauswertung ermöglicht. Zur Kalibrierung selektiver Sensorsysteme wird ein Verfahren unter Benutzung von definierten Standards vorgeschlagen. Am Beispiel voneinfach handzuhabenden Lösungsmitteln werden Rekalibrationsmessungen mit einem Olfaktometer durchgeführt.