Wetenschappers hebben met behulp van PEGS-technologie een goedkope sensor ontwikkeld waarmee de versheid van voedsel kan worden getest . Dit kan helpen om voedselverspilling te verminderen die ontstaat door voedsel voortijdig weg te gooien (voedsel weggooien puur omdat de houdbaarheidsdatum bijna is bereikt of al is overschreden, ongeacht de werkelijke versheid). De sensoren kunnen worden geïntegreerd in voedselverpakkingen of labels.
Jaarlijks wordt bijna 30 procent van het voedsel dat nog geschikt is voor menselijke consumptie weggegooid. Een belangrijke oorzaak van deze enorme voedselverspilling is het weggooien door consumenten en supermarkten, met name in ontwikkelde landen. Voedselverspilling is een wereldwijd probleem met enorme gevolgen voor de economie en het milieu.
Alle verpakte voedingsmiddelen die in winkels en supermarkten worden verkocht, hebben een etiket met een houdbaarheidsdatum. Deze datum geeft aan tot wanneer het voedsel nog veilig en eetbaar is. Deskundigen stellen echter dat deze datum, die meestal door de fabrikant wordt afgedrukt, slechts een schatting is en geen nauwkeurige indicator van de werkelijke versheid. Andere factoren, zoals de omstandigheden waaronder het voedsel wordt bewaard, spelen namelijk ook een rol. Het voortijdig weggooien van voedsel op basis van de houdbaarheidsdatum, ongeacht de werkelijke versheid, draagt jaarlijks bij aan enorme hoeveelheden voedselverspilling.
Het gebruik van sensoren is een veelbelovend alternatief voor de houdbaarheidsdatum van de fabrikant, aangezien deze sensoren de toestand van bederfelijke verpakte voedingsmiddelen kunnen volgen en deze in realtime naar de gebruiker kunnen overbrengen. Er zijn veel soorten sensortechnologieën ontworpen; ze zijn echter nog niet geïntegreerd in reguliere voedselverpakkingen vanwege verschillende redenen, zoals commerciële onrendabiliteit, hoge kosten, een complex fabricageproces en moeilijkheidsgraad in gebruik. Deze technologieën zijn ook incompatibel met digitale platforms, zodat de gegevens niet gemakkelijk door de gebruiker kunnen worden begrepen.
Een nieuwe studie, gepubliceerd op 8 mei in ACS Sensors, beschrijft een gevoelig, milieuvriendelijk, goedkoop en flexibel prototype van een PEGS (op papier gebaseerde elektrische gassensor) die bederfgassen zoals ammoniak en trimethylamine kan detecteren, die in water oplossen. De sensor is ontwikkeld door koolstofelektroden op gemakkelijk verkrijgbaar cellulosepapier te printen met behulp van een eenvoudige balpen en een geautomatiseerde snijplotter. Hoewel het cellulosepapier er droog uitziet, bestaat het uit sterk hygroscopische cellulosevezels die vocht bevatten dat vanuit de omgeving aan het oppervlak wordt geadsorbeerd. Dankzij deze hygroscopische eigenschap kunnen natchemische methoden worden gebruikt om wateroplosbare gassen te detecteren, zonder dat er water aan het substraat hoeft te worden toegevoegd. De geleidbaarheid van het papier kan worden gemeten met behulp van twee koolstof (grafiet)elektroden die op het papieroppervlak zijn geprint. Op deze manier kunnen de elektrische eigenschappen van een dunne waterfilm eenvoudig worden onderzocht via geleidbaarheid. Wanneer er in de directe omgeving wateroplosbaar gas aanwezig is, leidt dit tot een toename van de ionengeleiding van het papier, voornamelijk als gevolg van de dissociatie van wateroplosbaar gas in de dunne waterfilm op het oppervlak van het papier.
Onderzoekers testten de PEGS-technologie op verpakte voedingsmiddelen (vleesproducten - met name vis en kip) in het laboratorium om de versheid kwantitatief te controleren. De resultaten toonden aan dat de PEGS-sensor een hoge gevoeligheid vertoonde voor in water oplosbare gassen omdat hij in staat was om snel en nauwkeurig sporen van bederfgassen te detecteren in vergelijking met bestaande sensoren. De geteste gassen waren koolmonoxide, kooldioxide, zwaveldioxide, trimethylamine en ammoniak met de hoogste gevoeligheid voor ammoniak omdat het zeer goed oplosbaar is in water. PEGS toonde verbeterde prestaties, een betere responstijd en een hogere gevoeligheid. Ook was er geen extra verwarming of complexe fabricage nodig. Deze resultaten werden gevalideerd met behulp van gevestigde microbiologische tests die gebruik maken van bacteriële culturen. Daarom is PEGS geschikt als indicator voor variatie in voedselversheid als gevolg van microbiële besmetting in verpakt vlees. Verder is het ontwerp van de sensor gecombineerd met een reeks microchips, NFC-tags (near field communication) genaamd, om draadloze metingen op mobiele apparaten in de buurt mogelijk te maken.
De unieke sensor die in het huidige onderzoek wordt beschreven, is de allereerste commercieel levensvatbare, niet-toxische, milieuvriendelijke sensor die kan worden gebruikt om de versheid van voedselproducten te testen door hun gevoeligheid voor gassen die betrokken zijn bij voedselbederf te tikken. Belangrijk is dat het goedkoop is, tegen slechts een fractie van de kosten van bestaande sensoren. PEGS werkt goed bij kamertemperatuur en zelfs bij 100 procent vochtige omstandigheden, terwijl het zeer weinig energie verbruikt. Volgens de auteurs zou PEGS in de komende 3 jaar beschikbaar kunnen zijn om te worden geïntegreerd in commerciële voedselverpakkingen door fabrikanten en supermarkten. Het gebruik ervan kan ook worden uitgebreid tot andere chemische en medische toepassingen, landbouw en milieutoepassingen.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
Barandun G et al. 2019. Cellulosevezels maken elektrische detectie van in water oplosbare gassen vrijwel kosteloos mogelijk. ACS-sensoren. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00555
