Naukowcy opracowali niedrogi czujnik wykorzystujący technologię PEGS, który umożliwia testowanie jedzenie świeżość i może pomóc w zmniejszeniu ilości odpadów spowodowanych wyrzucaniem jedzenie przedwcześnie (wyrzucanie żywności wyłącznie dlatego, że zbliża się (lub minął) termin przydatności do spożycia, niezależnie od jej faktycznej świeżości). Czujniki można zintegrować z opakowaniami żywności lub etykietami.
Prawie 30 proc jedzenie która jest bezpieczna do spożycia przez ludzi, jest co roku wyrzucana lub po prostu wyrzucana. Duży wkład w tę masę marnotrawstwo żywności jest to wyrzucanie dokonywane przez konsumentów lub supermarkety, zwłaszcza w krajach rozwiniętych. Jedzenie marnotrawstwo staje się problemem globalnym i ma ogromny wpływ na gospodarkę i środowisko.
Wszystkie zapakowane jedzenie sprzedawana w sklepach i supermarketach posiada etykietę „data przydatności do spożycia”, która wskazuje datę, do której żywność jest bezpieczna i zdatna do spożycia. Eksperci twierdzą jednak, że ta data, która zwykle jest drukowana przez producenta, jest tylko przybliżeniem, a nie dokładnym wskaźnikiem rzeczywistej świeżości, ponieważ ważne są również inne czynniki, na przykład warunki, w jakich żywność jest przechowywana. Odrzucanie jedzenie przedwcześnie na podstawie „daty przydatności do spożycia”, niezależnie od jej rzeczywistej świeżości, każdego roku przyczynia się do ogromnych ilości marnotrawionej żywności.
Stosowanie czujników jest obiecującą alternatywą dla „daty przydatności” stosowanej przez producenta, ponieważ czujniki te mogą śledzić stan łatwo psującej się żywności w opakowaniach i przekazywać ją użytkownikowi w czasie rzeczywistym. Zaprojektowano wiele rodzajów technologii czujników; jednak nie zostały one jeszcze zintegrowane z popularnymi opakowaniami do żywności z kilku powodów, takich jak nieopłacalność komercyjna, wysokie koszty, złożony proces produkcji i trudności w użyciu. Ponadto technologie te są niekompatybilne z platformami cyfrowymi, więc dane nie mogą być łatwo przyswajalne przez użytkownika.
Nowe badanie opublikowane 8 maja w Czujniki ACS opisuje czuły, przyjazny dla środowiska, tani i elastyczny prototyp PEGS (elektryczny czujnik gazu na bazie papieru), który może wykrywać gazy psujące, takie jak amoniak i trimetyloamina, które mogą rozpuszczać się w wodzie. Czujnik został opracowany przez drukowanie elektrod węglowych na łatwo dostępnym papierze celulozowym za pomocą prostego długopisu i automatycznego plotera tnącego. Papier celulozowy, choć wygląda na suchy, składa się z wysoce higroskopijnych włókien celulozowych zawierających wilgoć, która jest absorbowana na ich powierzchni ze środowiska zewnętrznego. Dzięki tej właściwości higroskopijnej i bez dodawania wody do podłoża do wykrywania gazów rozpuszczalnych w wodzie można zatem stosować mokre metody chemiczne. Przewodność papieru można zmierzyć za pomocą dwóch elektrod węglowych (grafitowych), które są nadrukowane na powierzchni papieru. W ten sposób cienką warstwę właściwości elektrycznych wody można łatwo zbadać za pomocą przewodności. Gdy jakikolwiek rozpuszczalny w wodzie gaz jest obecny w bezpośrednim otoczeniu, prowadzi to do wzrostu przewodności jonowej papieru, głównie z powodu dysocjacji rozpuszczalnego w wodzie gazu (gazów) w cienkiej warstwie wody na powierzchni papieru.
Naukowcy przetestowali technologię PEGS na pakowanej żywności (produkty mięsne – zwłaszcza ryby i kurczaki) w laboratorium, aby ilościowo monitorować świeżość. Wyniki wykazały, że czujnik PEGS wykazywał wysoką czułość na gazy rozpuszczalne w wodzie, ponieważ był w stanie szybko i dokładnie wykryć śladowe ilości gazów powodujących psucie się żywności w porównaniu z istniejącymi czujnikami. Testowanymi gazami były tlenek węgla, dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, trimetyloamina i amoniak o najwyższej wrażliwości na amoniak ze względu na jego wysoką rozpuszczalność w wodzie. PEGS wykazał zwiększoną wydajność, lepszy czas reakcji i wyższą czułość. Ponadto nie było wymagane żadne dodatkowe ogrzewanie ani skomplikowana produkcja. Wyniki te zostały zweryfikowane za pomocą ustalonych testów mikrobiologicznych z wykorzystaniem kultur bakteryjnych. Dlatego PEGS nadaje się jako wskaźnik zmienności świeżości żywności w wyniku skażenia mikrobiologicznego pakowanego mięsa. Co więcej, konstrukcja czujnika została połączona z serią mikrochipów zwanych znacznikami NFC (near field communication), które umożliwiają bezprzewodowe odczyty na urządzeniach mobilnych znajdujących się w pobliżu.
Unikalny czujnik opisany w bieżącym badaniu jest pierwszym w historii opłacalnym komercyjnie, nietoksycznym, przyjaznym dla środowiska czujnikiem, który może być używany do testowania świeżości artykułów spożywczych poprzez badanie ich wrażliwości na gazy biorące udział w psuciu się żywności. Co ważne, jest niedrogi, za ułamek ceny istniejących czujników. PEGS działa dobrze w temperaturze pokojowej, a nawet w 100% wilgotnych warunkach, zużywając bardzo mało energii. Według autorów PEGS może być dostępny do zintegrowania z komercyjnymi opakowaniami żywności przez producentów i supermarkety w ciągu najbliższych 3 lat. Ich zastosowanie można również rozszerzyć na inne zastosowania chemiczne i medyczne, rolnicze i środowiskowe.
***
{Możesz przeczytać oryginalną pracę naukową, klikając link DOI podany poniżej na liście cytowanych źródeł}
Źródło (s)
Barandun G i in. 2019. Włókna celulozowe umożliwiają niemal zerowe elektryczne wykrywanie gazów rozpuszczalnych w wodzie. Czujniki ACS. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00555
