Ein intelligenter Farbwechselsensor erkennt den Verderb von Lebensmitteln in Verbraucherprodukten

Modernste intelligente Verpackungen nutzen einen Farbwechselsensor, um den Verderb von Lebensmitteln zu erkennen und revolutionieren so die Qualitätskontrolle und Sicherheit in der Lebensmittelindustrie.

Haben Sie schon einmal Fleisch im Supermarkt gekauft, nur um beim Öffnen der Verpackung ein unappetitlicher Geruch entgegenzukommen? Jedes Jahr erkrankt schätzungsweise jeder sechste Amerikaner, also insgesamt 48 Millionen Menschen, an lebensmittelbedingten Krankheiten.

Heutzutage legen die Lebensmittel auf unseren Tellern oft weite Wege zurück, bevor sie uns erreichen. Während dieser Zeit ist es wichtig, die Transportbedingungen zu überwachen, um eine gleichmäßige und angemessene Lagerung der Lebensmittel zu gewährleisten. Das Risiko des Verderbens von Lebensmitteln, insbesondere von Fleisch, Fisch und Käse, steigt mit der Nachfrage nach größerer Vielfalt und Verfügbarkeit von Lebensmitteln.

Dies kann zu längeren Lieferketten und längeren Lagerzeiten führen, was die Wahrscheinlichkeit einer unsachgemäßen Handhabung, unzureichender Lagerbedingungen und Transportverzögerungen erhöht, die alle zum Verderben von Lebensmitteln beitragen können. Die einzige Möglichkeit für Verbraucher, die Unversehrtheit ihrer Lebensmittel zu überprüfen, ist das Verfallsdatum – oder ein ausgeprägter Geruchssinn.

Eine intelligente Verpackungstechnologie

Forscher am Institut für Chemie und Industriechemie der Universität Genua versuchen, eine bessere Lösung zu finden. Sie haben an einer intelligenten Verpackungstechnologie gearbeitet, die je nach Qualität des Produkts in der Verpackung die Farbe ändert.

„Mit der Erweiterung der Lebensmittelkette besteht ein zunehmender Bedarf an kostengünstigen und leicht ablesbaren intelligenten Sensoren für Verpackungen, um Sicherheit und Qualität zu gewährleisten“, erklärte Paola Lova, Assistenzprofessorin an der Universität Genua und Hauptautorin von die Studium veröffentlicht in Makromolekulare Chemie und Physik.

Lova und ihre Mitarbeiter, darunter Professor Davide Comoretto von der Universität Genua, haben einen neuartigen Sensor entwickelt, der als Amine bekannte Verbindungen erkennen kann, die während des Proteinabbauprozesses in Fleisch, Fisch und Milchprodukten entstehen. Während das Fleisch zersetzt wird, steigt der Gehalt an Aminen, was zu einer deutlichen Farbveränderung in der Verpackung führt, die leicht zu erkennen ist.

Derzeit ist die Bestimmung des Amingehalts in Lebensmitteln teuer und zeitaufwändig, da die Lebensmittelproben in speziellen Labors mit spezialisiertem Personal und Instrumenten analysiert werden müssen. Hier kommt die intelligente Verpackung ins Spiel.

Der vom Team der Universität Genua entwickelte Sensor ist mit bloßem Auge leicht zu erkennen und somit für Verbraucher leicht zugänglich. Es hat eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit bewiesen und kann laut Lova problemlos für den kommerziellen Einsatz skaliert werden.

Die Struktur des Geräts besteht aus abwechselnden Polymerschichten, die photonische Kristalle bilden. Wenn diese Struktur mit in der Luft in der Lebensmittelverpackung vorhandenen Aminen interagiert, quellen die Polymerschichten auf, was die optischen Eigenschaften des Kristalls beeinflusst und zu einer sichtbaren Farbänderung führt.

Optimierung der Leistung

Ein anfängliches Hindernis, auf das die Wissenschaftler stießen, war der Grad der Reversibilität der Bindung zwischen den Aminen und den Polymeren, die leicht aufgebrochen werden kann, was zum Ausbleichen der Farben und damit zu falsch negativen Ergebnissen führt. „Wenn der Analyt [amine] aus der Umgebung entfernt wird, ist die Reaktion dieser Systeme normalerweise spektral reversibel. […] Es könnte zu falschen Messwerten führen und durch Manipulationen die Kunden in die Irre führen, wenn die Sensoren in Verpackungen verwendet werden“, sagte Lova.

Dieses Problem wurde gelöst, indem einer der Polymerschichten eine weitere Verbindung hinzugefügt wurde, um die mit den Aminen gebildete Bindung zu stärken und sie irreversibel zu machen. Die Polymere sind sowohl ungiftig als auch biokompatibel, sodass sie sicher für Lebensmittelverpackungen verwendet werden können.

Die Technologie wurde im Labor mit einer Verbindung namens Isopropylamin getestet, die der Struktur von Aminen ähnelt, und die Ergebnisse waren positiv. „[This technology] kann möglicherweise auf allen in der Lebensmittelindustrie verwendeten Kunststoffverpackungen verwendet werden, um vorzeitigen Verderb zu erkennen, was viel effektiver ist als das auf dem Etikett angegebene Verfallsdatum“, sagte Lova.

Die Gruppe hat diese Sensoren bereits umfassend untersucht, um bestimmte Schadstoffe sowie die Luft- und Wasserqualität zu überwachen. Aus Verbrauchersicht können wir nur warten, bis uns intelligente Verpackungen dabei helfen, die Qualität der Lebensmittel auf unserem Tisch zu bestätigen.

Referenz: Davide Comoretto, Paola Lova, et al., Kolorimetrische Polymersensoren für intelligente Verpackungen, Makromolekulare Chemie und Physik (2023). DOI: 10.1002/macp.202300022

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