Forskare har utvecklat en billig sensor med PEGS-teknik som kan testa livsmedelsproduktion fräschör och kan bidra till att minska slöseri på grund av kassering livsmedelsproduktion för tidigt (slänga mat enbart för att den är nära (eller passerat) sista förbrukningsdatum, oavsett dess faktiska färskhet). Sensorerna kan integreras i livsmedelsförpackningar eller taggar.
Nästan 30 procent av livsmedelsproduktion som är säker för mänsklig konsumtion kasseras eller helt enkelt slängs varje år. Ett stort bidrag till detta massiva matavfall är genom kassering som görs av konsumenten eller stormarknader, särskilt i utvecklade länder. Tillsammans med slöseri håller på att bli en global fråga och det har enorma konsekvenser för ekonomi och miljö.
Allt förpackat livsmedelsproduktion som säljs i butiker och stormarknader har en etikett med "sista användningsdatum" som anger datumet tills när maten är säker och ätbar att konsumera. Experter säger dock att detta datum, som vanligtvis skrivs ut av tillverkaren, bara är en uppskattning och inte en korrekt indikator på faktisk färskhet, eftersom andra faktorer, t.ex. förhållandena under vilka maten lagras, också är viktiga. Kasta bort livsmedelsproduktion för tidigt på grundval av "förbrukningsdatum" oavsett dess faktiska färskhet bidrar till enorma mängder matsvinn varje år.
Användning av sensorer är ett lovande alternativ till tillverkarens "användningsdatum" eftersom dessa sensorer kan spåra tillståndet för ömtåliga förpackade livsmedel och överföra det till användaren i realtid. Många typer av sensorteknologier har designats; dock har de ännu inte integrerats i vanliga livsmedelsförpackningar på grund av flera orsaker som kommersiell olämplighet, höga kostnader, komplex tillverkningsprocess och svårigheter att använda. Dessa teknologier har också varit inkompatibla med digitala plattformar så att data inte lätt kan förstås av användaren.
En ny studie publicerad den 8 maj i ACS-sensorer beskriver en känslig, miljövänlig, billig och flexibel prototyp av PEGS (pappersbaserad elektrisk gassensor) som kan upptäcka förstörande gaser som ammoniak och trimetylamin som kan lösas upp i vatten. Sensorn har formulerats genom att kolelektroder trycks på lättillgängligt cellulosapapper med en enkel kulspetspenna och en automatisk skärplotter. Cellulosapapperet, även om det ser torrt ut, består av mycket hygroskopiska cellulosafibrer som innehåller fukt som adsorberas till deras yta från yttre miljö. Sålunda kan våtkemiska metoder användas för att känna av vattenlösliga gaser på grund av denna hygroskopiska egenskap och utan tillsats av vatten till substratet. Papperets konduktans kan mätas genom att använda två kol (grafit) elektroder som är tryckta på ytan av papper. Således kan tunn film av vattnets elektriska egenskaper lätt undersökas via konduktans. När någon vattenlöslig gas är närvarande i direkt omgivning leder detta till en ökning av jonkonduktansen hos papperet huvudsakligen på grund av att vattenlöslig gas(er) lösgörs i den tunna vattenfilmen på papprets yta.
Forskare testade PEGS-tekniken på förpackade livsmedel (köttprodukter – särskilt fisk och kyckling) i laboratoriet för att kvantitativt övervaka färskheten. Resultaten visade att PEGS-sensorn uppvisade hög känslighet för vattenlösliga gaser eftersom den snabbt och exakt kunde detektera spårmängder av förstörande gaser i jämförelse med befintliga sensorer. Gaserna som testades var kolmonoxid, koldioxid, svaveldioxid, trimetylamin och ammoniak med högsta känslighet för ammoniak eftersom den är mycket löslig i vatten. PEGS visade förbättrad prestanda, bättre svarstid och högre känslighet. Dessutom krävdes ingen ytterligare uppvärmning eller komplex tillverkning. Dessa resultat validerades med hjälp av etablerade mikrobiologiska tester som använder bakteriekulturer. Därför är PEGS lämplig som en indikator på variation i matens färskhet på grund av mikrobiell kontaminering i förpackat kött. Dessutom har sensorns design kombinerats med en serie mikrochips som kallas NFC-taggar (near field communication) för att göra det möjligt att ta avläsningar på mobila enheter i närheten trådlöst.
Den unika sensorn som beskrivs i den aktuella studien är den första kommersiellt gångbara, giftfria, miljövänliga sensorn någonsin som kan användas för att testa färskhet hos livsmedel genom att tappa deras känslighet för gaser som är involverade i matförfall. Viktigt är att det är billigt, till bara en bråkdel av kostnaden för befintliga sensorer. PEGS fungerar bra i rumstemperatur och även vid 100 procent fuktiga förhållanden samtidigt som de förbrukar väldigt lite energi. Enligt författarna kan PEGS vara tillgängliga för att integreras i kommersiella livsmedelsförpackningar av tillverkare och stormarknader under de kommande 3 åren. Deras användning skulle också kunna utvidgas till andra kemiska och medicinska, jordbruks- och miljötillämpningar.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Barandun G et al. 2019. Cellulosafibrer möjliggör nästan ingen kostnad elektrisk avkänning av vattenlösliga gaser. ACS-sensorer. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00555
