Biologisch abbaubare Sensoren überwachen direkt den Pestizidgehalt auf Obst und Gemüse

Das von einem brasilianischen Forscherteam entwickelte Gerät besteht aus pflanzlichem Material mit geringen Auswirkungen auf die Umwelt und weist Pestizide innerhalb weniger Minuten nach, was dazu beiträgt, die Lebensmittelsicherheit zu zertifizieren

05.02.2024

Forscher der Universität von São Paulo (USP) und der Bundesuniversität von Viçosa (UFV) in Brasilien haben einen nachhaltigen Sensor entwickelt, der direkt auf der Oberfläche von Gemüse oder Obst angebracht werden kann, um das Vorhandensein von Pestiziden festzustellen. Der Sensor, der aus diesem Grund als "pflanzlich tragbar" bezeichnet wird, besteht aus Zelluloseacetat, einem aus Zellstoff gewonnenen Material.

Paulo Augusto Raymundo Pereira

Elektrochemische Sensoren können Erschwinglichkeit, schnelle Erkennung, Miniaturisierung, Bequemlichkeit, einfache Anwendung, hohe Selektivität und In-situ-Nachweis von Pestiziden kombinieren.

Das Gerät könnte dazu beitragen, die Lebensmittelsicherheit in einer Welt zu gewährleisten, die zunehmend unter Nahrungsmittelknappheit und den Umwelt- und Gesundheitsproblemen leidet, die durch den übermäßigen Einsatz von Agrochemikalien verursacht werden.

Ein Artikel, der die Ergebnisse der Studie beschreibt, wurde in der Zeitschrift Biomaterials Advances veröffentlicht.

Pestizide werden in großem Umfang eingesetzt, um die Ernteerträge zu steigern. Sie werden in der Regel durch Sprühen ausgebracht, aber nur 50 % erreichen ihr Ziel. Der Rest landet im Boden, im Grundwasser, im Oberflächenwasser, im Trinkwasser, im Abwasser und in Lebensmitteln. Die Überwachung des Pestizidgehalts im Wasser, im Boden und in Lebensmitteln ist daher unerlässlich, um zu verhindern, dass die Bevölkerung über die Haut, die Lunge oder das Verdauungssystem mit diesen giftigen Stoffen in Kontakt kommt.

Die zu diesem Zweck am häufigsten eingesetzten Analyseinstrumente sind chromatografische Verfahren, die zwar wirksam sind, aber auch Nachteile haben, wie die Notwendigkeit einer Vorbehandlung der Proben, teure Geräte und qualifizierte Laborspezialisten sowie die lange Dauer der Analyse und die mangelnde Tragbarkeit. Die unsicheren Rückstände, die durch organische Lösungsmittel entstehen, sind unter den heutigen Bedingungen ebenfalls ein großes Problem.

"Als Alternative können elektrochemische Sensoren erschwinglich, schnell nachweisbar, miniaturisiert, in großem Maßstab hergestellt, bequem und einfach zu handhaben, hoch selektiv und in situ nachweisbar sein. Unsere Erfindung hat all diese Eigenschaften. Die Analyse wird direkt auf der Oberfläche von Obst, Gemüse oder Blättern durchgeführt. Daher der Begriff "pflanzlich tragbar"", sagt Paulo Augusto Raymundo-Pereira, letzter Autor des Artikels und Forscher am Institut für Physik von São Carlos (IFSC-USP).

"Anstelle der üblichen Materialien, die ökologisch nicht nachhaltig sind und lange brauchen, um sich abzubauen, wie Keramik oder aus Erdöl gewonnene Kunststoffpolymere, haben wir Zelluloseacetat verwendet, ein aus Pflanzen gewonnenes Material, das die Umwelt kaum belastet und sich je nach den örtlichen Bedingungen in 340 Tagen oder weniger vollständig auflöst. Natürlich muss es für jeden Sensor geeignete Eigenschaften aufweisen, darunter niedrige Kosten, Tragbarkeit und Flexibilität".

Das biologisch abbaubare Zelluloseacetat-Substrat wurde durch ein Gießverfahren hergestellt, bei dem das Material in einen Raum mit der gewünschten Form gebracht und das vollständige elektrochemische System mit drei Elektroden durch Siebdruck aufgebracht wurde.

Die Forscher führten Labortests durch, bei denen eine Lösung mit Carbendazim, einem Fungizid, und Paraquat, einem Herbizid, auf Salat und Tomaten gesprüht wurde, um den Einsatz in der Praxis zu simulieren. Paraquat wurde 2003 von der Europäischen Union wegen seiner schädlichen Auswirkungen auf den Menschen verboten, wird aber in Brasilien weiterhin verwendet. Der Sensor wurde dann direkt am Salat und an den Tomaten angebracht, und die Messungen ergaben ein Nachweisniveau, das mit dem von Polyethylenterephthalat, dem am häufigsten für diesen Zweck verwendeten Sensormaterial, vergleichbar ist.

Überhöhte Pestizidwerte

In der von der FAPESP (Projekte 20/09587-8, 23/07686-7, 16/01919-6, 22/02164-0 und 23/09685-8) finanzierten Studie wurde auch untersucht, ob das Waschen und Eintauchen von Gemüse in einen Liter Wasser für zwei Stunden die Pestizidrückstände wirksam entfernt. Die Ergebnisse zeigten, dass Carbendazim zu 40 % und Paraquat zu 60 % aus Salat und zu 64 % aus Tomaten entfernt wurden.

"Waschen und Eintauchen reichten eindeutig nicht aus, um die Rückstände der Pestizide zu entfernen. Mindestens 10 % blieben in den Blättern oder der Schale zurück", sagte Raymundo-Pereira.

Die Technologie kann für Gesundheitsüberwachungsbehörden weltweit nützlich sein, fügte er hinzu, ebenso wie für Verkäufer von Bioprodukten, um die Abwesenheit von Pestiziden zu bescheinigen. Landwirte können damit die Pestizidkonzentration auf dem Feld überwachen und sicher sein, dass sie nur die erforderliche Dosis für jede Pflanze oder jeden Teil einer Plantage ausbringen. Der Einsatz von Pestiziden könnte dadurch zurückgehen, während die Erträge weiter steigen, was zu niedrigeren Verbraucherpreisen führt.

Neben dem Team des IFSC-USP haben auch die folgenden Forscher an der Studie teilgenommen: Samiris C. Teixeira, Nilda de F. F. Soares und Taíla V. de Oliveira von der UFV sowie Nathalia O. Gomes, Marcelo L. Calegaro und Sergio A. S. Machado vom Chemieinstitut São Carlos (IQSC-USP).

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

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