طور العلماء جهاز استشعار غير مكلف باستخدام تقنية PEGS يمكنه الاختبار طعام نضارة ويمكن أن تساعد في تقليل الهدر بسبب التخلص منها طعام قبل الأوان (التخلص من الطعام لمجرد اقترابه (أو تجاوزه) تاريخ انتهاء الصلاحية، بغض النظر عن طزاته الفعلية). يمكن دمج أجهزة الاستشعار في عبوات المواد الغذائية أو العلامات.
ما يقرب من 30 في المئة من طعام يتم التخلص من المواد الآمنة للاستهلاك البشري أو التخلص منها كل عام. مساهمة كبيرة في هذا ضخمة هدر الطعام يتم التخلص منه من قبل المستهلك أو المتاجر الكبرى خاصة في البلدان المتقدمة. مواد غذائية أصبح الهدر قضية عالمية وله آثار ضخمة على الاقتصاد والبيئة.
جميع المعبأة طعام يُباع في المتاجر ومحلات السوبر ماركت يحمل ملصق "الاستخدام حسب التاريخ" والذي يشير إلى التاريخ حتى يصبح الطعام آمنًا وصالحًا للاستهلاك. ومع ذلك ، يقول الخبراء أن هذا التاريخ الذي عادة ما تطبعه الشركة المصنعة هو مجرد تقريب وليس مؤشرًا دقيقًا للنضارة الفعلية ، حيث إن العوامل الأخرى مثل الظروف التي يتم فيها تخزين الطعام مهمة أيضًا. نبذ طعام قبل الأوان على أساس "الاستخدام حسب التاريخ" بغض النظر عن نضارته الفعلية يساهم في كميات هائلة من هدر الطعام كل عام.
يعد استخدام المستشعرات بديلاً واعدًا لـ "استخدام الشركة المصنعة حسب التاريخ" حيث يمكن لهذه المستشعرات تتبع حالة الأطعمة المعبأة القابلة للتلف وتحويلها إلى المستخدم في الوقت الفعلي. تم تصميم العديد من أنواع تقنيات الاستشعار ؛ ومع ذلك ، لم يتم دمجها بعد في تغليف المواد الغذائية السائدة لأسباب عديدة مثل عدم الجدوى التجارية ، والتكاليف المرتفعة ، وعملية التصنيع المعقدة وصعوبة الاستخدام. أيضًا ، كانت هذه التقنيات غير متوافقة مع المنصات الرقمية لذلك لا يمكن للمستخدم فهم البيانات بسهولة.
نشرت دراسة جديدة في 8 مايو في ACS Sensors يصف نموذجًا أوليًا حساسًا وصديقًا للبيئة ومنخفض التكلفة ومرنًا من PEGS (مستشعر الغاز الكهربائي الورقي) الذي يمكنه اكتشاف غازات التلف مثل الأمونيا وثلاثي ميثيل أمين التي يمكن أن تذوب في الماء. تمت صياغة المستشعر عن طريق طباعة أقطاب الكربون على ورق السليلوز المتاح بسهولة باستخدام قلم حبر جاف بسيط ورسام قاطع آلي. على الرغم من أن ورق السليلوز يبدو جافًا ، إلا أنه يتكون من ألياف السليلوز شديدة الرطوبة تحتوي على رطوبة تمتص على سطحها من البيئة الخارجية. وبالتالي ، يمكن استخدام الطرق الكيميائية الرطبة لاستشعار الغازات القابلة للذوبان في الماء بسبب هذه الخاصية الاسترطابية وبدون إضافة الماء إلى الركيزة. يمكن قياس توصيل الورق باستخدام قطبين من الكربون (الجرافيت) يتم طباعتهما على سطح الورق. وبالتالي ، يمكن بسهولة فحص غشاء رقيق من الخواص الكهربائية للماء عن طريق التوصيل. عند وجود أي غاز قابل للذوبان في الماء في محيط مباشر ، يؤدي ذلك إلى زيادة التوصيل الأيوني للورق بسبب تفكك الغازات القابلة للذوبان في الماء في طبقة رقيقة من الماء على سطح الورقة.
اختبر الباحثون تقنية PEGS على الأطعمة المعبأة (منتجات اللحوم - خاصة الأسماك والدجاج) في المختبر لمراقبة مدى نضارتها بشكل كمي. أظهرت النتائج أن مستشعر PEGS أظهر حساسية عالية للغازات القابلة للذوبان في الماء حيث كان قادرًا على اكتشاف كميات ضئيلة من غازات التلف بسرعة وبدقة مقارنة بالمستشعرات الموجودة. وكانت الغازات التي تم اختبارها هي أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت وثاني ميثيل أمين والأمونيا ذات الحساسية الأعلى للأمونيا نظرًا لكونها عالية الذوبان في الماء. أظهر PEGS أداءً محسنًا ووقت استجابة أفضل وحساسية أعلى. أيضًا ، لم تكن هناك حاجة إلى تدفئة إضافية أو تصنيع معقد. تم التحقق من صحة هذه النتائج باستخدام الاختبارات الميكروبيولوجية الراسخة التي تستخدم المزارع البكتيرية. لذلك ، تعتبر PEGS مناسبة كمؤشر على الاختلاف في نضارة الطعام بسبب التلوث الميكروبي في اللحوم المعبأة. علاوة على ذلك ، تم دمج تصميم المستشعر مع سلسلة من الرقائق الدقيقة تسمى علامات NFC (اتصال المجال القريب) لتمكين أخذ القراءات على الأجهزة المحمولة القريبة لاسلكيًا.
المستشعر الفريد الموصوف في الدراسة الحالية هو أول مستشعر قابل للتطبيق تجاريًا وغير سام وصديق للبيئة يمكن استخدامه لاختبار نضارة المواد الغذائية من خلال التنصت على حساسيتها للغازات المتضمنة في تسوس الطعام. الأهم من ذلك ، أنها غير مكلفة ، بجزء بسيط من تكلفة أجهزة الاستشعار الموجودة. يعمل PEGS جيدًا في درجة حرارة الغرفة وحتى في ظروف الرطوبة بنسبة 100 في المائة مع استهلاك القليل جدًا من الطاقة. وفقًا للمؤلفين ، يمكن أن تكون PEGS متاحة ليتم دمجها في تغليف المواد الغذائية التجارية من قبل المصنّعين ومحلات السوبر ماركت في السنوات الثلاث المقبلة. ويمكن أن يمتد استخدامها ليشمل تطبيقات كيميائية وطبية وزراعية وبيئية أخرى.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
باراندون جي وآخرون. 2019. تتيح ألياف السليلوز استشعارًا كهربائيًا شبه معدوم التكلفة للغازات القابلة للذوبان في الماء. مجسات ACS. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00555
