Scientists have developed an inexpensive sensor using PEGS technology which can test jídlo freshness and can help reduce wastage due to discarding jídlo prematurely (throwing away of food solely because it is close to (or passed) the use-by date, regardless of its actual freshness). The sensors can be integrated into food packaging or tags.
Almost 30 percent of jídlo which is safe for human consumption is discarded or simply thrown away every year. A major contribution towards this massive plýtvání jídlem je prostřednictvím vyřazení prováděného spotřebitelem nebo supermarkety, zejména ve vyspělých zemích. Jídlo plýtvání se stává globálním problémem a má obrovské dopady na ekonomiku a životní prostředí.
Vše zabalené jídlo prodávané v obchodech a supermarketech má štítek „datum spotřeby“, který označuje datum, do kdy je potravina bezpečná a poživatelná. Odborníci však tvrdí, že toto datum, které je obvykle vytištěno výrobcem, je pouze přibližné a není přesným ukazatelem skutečné čerstvosti, protože další faktory, například podmínky, ve kterých jsou potraviny skladovány, jsou důležité. Vyřazení jídlo předčasně na základě „datu spotřeby“ bez ohledu na jeho skutečnou čerstvost každoročně přispívá k obrovskému množství plýtvání potravinami.
Použití senzorů je slibnou alternativou k „datu spotřeby“ výrobce, protože tyto senzory dokážou sledovat stav balených potravin podléhajících zkáze a předávat jej uživateli v reálném čase. Bylo navrženo mnoho typů senzorových technologií; dosud však nebyly integrovány do běžných potravinářských obalů z několika důvodů, jako je komerční neživotaschopnost, vysoké náklady, složitý výrobní proces a obtížnost použití. Tyto technologie byly také nekompatibilní s digitálními platformami, takže uživatel nemůže data snadno pochopit.
Nová studie zveřejněná 8. května v Senzory ACS popisuje citlivý, ekologický, levný a flexibilní prototyp PEGS (papírový elektrický senzor plynu), který dokáže detekovat znehodnocující plyny, jako je čpavek a trimethylamin, které se mohou rozpouštět ve vodě. Senzor byl vytvořen tiskem uhlíkových elektrod na snadno dostupný celulózový papír pomocí jednoduchého kuličkového pera a automatického řezacího plotru. Celulózový papír, i když vypadá suchý, sestává z vysoce hygroskopických celulosových vláken obsahujících vlhkost, která se na jejich povrch adsorbuje z vnějšího prostředí. Díky této hygroskopické vlastnosti a bez přidání vody do substrátu lze tedy pro snímání plynů rozpustných ve vodě použít mokré chemické metody. Vodivost papíru lze měřit pomocí dvou uhlíkových (grafitových) elektrod, které jsou natištěny na povrch papíru. Tenký film elektrických vlastností vody lze tedy snadno zkoumat pomocí vodivosti. Je-li v přímém okolí přítomen jakýkoli ve vodě rozpustný plyn, vede to ke zvýšení iontové vodivosti papíru hlavně v důsledku disociace ve vodě rozpustného plynu (plynů) v tenkém filmu vody na povrchu papíru.
Vědci testovali technologii PEGS na balených potravinách (masné výrobky – zejména ryby a kuřecí maso) v laboratoři, aby kvantitativně sledovali čerstvost. Výsledky ukázaly, že senzor PEGS vykazoval vysokou citlivost na plyny rozpustné ve vodě, protože byl schopen rychle a přesně detekovat stopová množství znehodnocujících plynů ve srovnání se stávajícími senzory. Testovanými plyny byly oxid uhelnatý, oxid uhličitý, oxid siřičitý, trimethylamin a amoniak s nejvyšší citlivostí na amoniak, protože je vysoce rozpustný ve vodě. PEGS ukázal lepší výkon, lepší dobu odezvy a vyšší citlivost. Také nebylo potřeba žádné dodatečné zahřívání nebo složitá výroba. Tyto výsledky byly ověřeny pomocí zavedeného mikrobiologického testování, které využívá bakteriální kultury. Proto je PEGS vhodný jako indikátor kolísání čerstvosti potravin v důsledku mikrobiální kontaminace baleného masa. Konstrukce senzoru byla dále kombinována se sérií mikročipů nazývaných NFC (near field communication) tagy, které umožňují bezdrátově odečítat údaje na mobilních zařízeních v okolí.
Unikátní senzor popsaný v této studii je vůbec prvním komerčně životaschopným, netoxickým, ekologickým senzorem, který lze použít k testování čerstvosti potravin pomocí měření jejich citlivosti na plyny, které se podílejí na rozkladu potravin. Důležité je, že je to levné, jen za zlomek ceny stávajících senzorů. PEGS funguje dobře při pokojové teplotě a dokonce i při 100% vlhkosti, přičemž spotřebovává velmi málo energie. Podle autorů by PEGS mohly být k dispozici pro integraci do komerčních potravinových obalů výrobci a supermarkety v příštích 3 letech. Jejich použití by se také mohlo rozšířit na další chemické a lékařské, zemědělské a environmentální aplikace.
***
{Původní výzkumný dokument si můžete přečíst kliknutím na odkaz DOI uvedený níže v seznamu citovaných zdrojů}
Zdroje)
Barandun G a kol. 2019. Celulózová vlákna umožňují téměř nulové elektrické snímání plynů rozpustných ve vodě. Senzory ACS. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00555
