Wissenschaftler haben mit der PEGS-Technologie einen kostengünstigen Sensor entwickelt, der die Frische von Lebensmitteln testen und dazu beitragen kann, Verschwendung durch vorzeitiges Wegwerfen von Lebensmitteln zu reduzieren (Wegwurf von Lebensmitteln nur, weil sie nahe am Verfallsdatum (oder überschritten) sind, unabhängig von ihrer tatsächlichen Frische ). Die Sensoren können in Lebensmittelverpackungen oder Etiketten integriert werden.
Fast 30 Prozent der Lebensmittel, die für den menschlichen Verzehr unbedenklich sind, werden jedes Jahr weggeworfen oder einfach weggeworfen. Ein wesentlicher Beitrag zu diesem massiven Lebensmittelverschwendung erfolgt durch die Entsorgung durch den Verbraucher oder Supermärkte insbesondere in Industrieländern. Essen Verschwendung wird zu einem globalen Problem und hat enorme Auswirkungen auf Wirtschaft und Umwelt.
Alles verpackt Nahrung, die in Geschäften und Supermärkten verkauft werden, hat ein Etikett mit dem Verfallsdatum, das das Datum angibt, bis zu dem das Lebensmittel sicher und essbar ist. Experten sagen jedoch, dass dieses Datum, das normalerweise vom Hersteller aufgedruckt wird, nur ein Näherungswert und kein genauer Indikator für die tatsächliche Frische ist, da andere Faktoren, beispielsweise die Lagerbedingungen der Lebensmittel, ebenfalls wichtig sind. Verwerfen Nahrung, vorzeitig auf der Grundlage des „Verfallsdatums“ unabhängig von der tatsächlichen Frische trägt jedes Jahr zu enormen Mengen an Lebensmittelverschwendung bei.
Die Verwendung von Sensoren ist eine vielversprechende Alternative zum „Verfallsdatum“ des Herstellers, da diese Sensoren den Zustand verderblicher verpackter Lebensmittel verfolgen und dem Benutzer in Echtzeit mitteilen können. Es wurden viele Arten von Sensortechnologien entwickelt; sie wurden jedoch aus verschiedenen Gründen wie kommerzieller Unrentabilität, hohen Kosten, komplexen Herstellungsverfahren und Schwierigkeiten bei der Verwendung noch nicht in die gängige Lebensmittelverpackung integriert. Außerdem sind diese Technologien nicht mit digitalen Plattformen kompatibel, sodass die Daten vom Benutzer nicht leicht verstanden werden können.
Eine neue Studie veröffentlicht am 8. Mai in ACS-Sensoren beschreibt einen empfindlichen, umweltfreundlichen, kostengünstigen und flexiblen Prototyp von PEGS (elektrischer Gassensor auf Papierbasis), der Schadgase wie Ammoniak und Trimethylamin, die sich in Wasser lösen können, erkennen kann. Der Sensor wurde formuliert, indem mit einem einfachen Kugelschreiber und einem automatischen Schneideplotter Kohleelektroden auf leicht erhältliches Zellulosepapier gedruckt wurden. Das Zellulosepapier sieht zwar trocken aus, besteht aber aus stark hygroskopischen Zellulosefasern, die Feuchtigkeit enthalten, die von der äußeren Umgebung an ihre Oberfläche adsorbiert wird. Somit können aufgrund dieser hygroskopischen Eigenschaft und ohne Zugabe von Wasser zum Substrat nasschemische Verfahren zum Erfassen wasserlöslicher Gase verwendet werden. Die Leitfähigkeit des Papiers kann gemessen werden, indem zwei Kohleelektroden (Graphit) verwendet werden, die auf die Papieroberfläche gedruckt werden. Somit können die elektrischen Eigenschaften eines dünnen Wasserfilms leicht über den Leitwert untersucht werden. Wenn wasserlösliches Gas in der direkten Umgebung vorhanden ist, führt dies zu einer Erhöhung der Ionenleitfähigkeit des Papiers hauptsächlich aufgrund der Dissoziation von wasserlöslichem Gas(en) in dem dünnen Wasserfilm auf der Oberfläche des Papiers.
Die Forscher testeten die PEGS-Technologie an verpackten Lebensmitteln (Fleischprodukten – insbesondere Fisch und Hühnchen) im Labor, um die Frische quantitativ zu überwachen. Die Ergebnisse zeigten, dass der PEGS-Sensor eine hohe Empfindlichkeit gegenüber wasserlöslichen Gasen aufwies, da er im Vergleich zu bestehenden Sensoren Spuren von verderblichen Gasen schnell und genau erkennen konnte. Die getesteten Gase waren Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Trimethylamin und Ammoniak mit der höchsten Empfindlichkeit gegenüber Ammoniak aufgrund seiner hohen Wasserlöslichkeit. PEGS zeigte eine verbesserte Leistung, bessere Reaktionszeit und höhere Empfindlichkeit. Außerdem war keine zusätzliche Erwärmung oder aufwendige Herstellung erforderlich. Diese Ergebnisse wurden mit etablierten mikrobiologischen Tests unter Verwendung von Bakterienkulturen validiert. Daher eignet sich PEGS als Indikator für Schwankungen der Lebensmittelfrische aufgrund mikrobieller Kontamination in verpacktem Fleisch. Darüber hinaus wurde das Design des Sensors mit einer Reihe von Mikrochips kombiniert, die als NFC-Tags (Near Field Communication) bezeichnet werden, um drahtlos Messwerte auf mobilen Geräten in der Nähe zu ermöglichen.
Der in der aktuellen Studie beschriebene einzigartige Sensor ist der erste kommerziell nutzbare, ungiftige und umweltfreundliche Sensor, der verwendet werden kann, um die Frische von Lebensmitteln zu testen, indem ihre Empfindlichkeit gegenüber Gasen, die an der Verderbnis von Lebensmitteln beteiligt sind, gemessen wird. Wichtig ist, dass es kostengünstig ist und nur einen Bruchteil der Kosten vorhandener Sensoren kostet. PEGS funktioniert gut bei Raumtemperatur und sogar bei 100 Prozent feuchten Bedingungen und verbraucht dabei sehr wenig Energie. Laut den Autoren könnte PEGS in den nächsten 3 Jahren von Herstellern und Supermärkten in kommerzielle Lebensmittelverpackungen integriert werden. Ihre Verwendung könnte auch auf andere chemische und medizinische, landwirtschaftliche und Umweltanwendungen ausgedehnt werden.
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Quelle (n)
Barandun G et al. 2019. Zellulosefasern ermöglichen eine nahezu kostengünstige elektrische Erfassung von wasserlöslichen Gasen. ACS-Sensoren. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00555
