Качество и безопасность пищевых продуктов имеют решающее значение. Однако традиционные методы мониторинга пищевых продуктов, включая риботипирование и полимеразную цепную реакцию, как правило, являются длительными и разрушительными. Эти недостатки ограничивают их потенциал для широкого применения. В этом контексте рассеяние Рамана с усилением на поверхности (SERS) — высокочувствительный метод с возможностью неразрушающего контроля в режиме реального времени — является весьма перспективной альтернативой.
Группа исследователей под руководством доцента Джи-Хвана Ха из Департамента машиностроения Национального университета Ханбат (Республика Корея) разработала наноструктурированный датчик SERS, интегрированный в эластичную и антимикробную оболочку (NSSAW). Этот датчик не только осуществляет мониторинг пищевых продуктов непосредственно на поверхности, но и активно их сохраняет.
Их новые результаты опубликованы в журнале [Small].
Предлагаемая оболочка включает в себя наноструктурированный датчик SERS — наноструктуры из золота, загруженные наночастицами серебра, — которые обеспечивают усиление Рамана до 30,11 раз, что позволяет осуществлять неразрушающий контроль пищевых компонентов в режиме реального времени, включая пурины, белки, липиды и каротиноиды, а также пестицид тирам в мясе, рыбе и фруктах.
В то же время оболочка из термопластичного полиуретана (TPU) с куркумином демонстрирует сильную антимикробную эффективность — 99,99% против S. aureus и 99,9% против E. coli, что помогает продлить срок хранения.
Примечательно, что NSSAW обладает высокой эластичностью и конформностью, выдерживая растяжение на 716% и максимальное напряжение в 52,3 МПа. Слой SERS спонтанно интегрируется в него в процессе изготовления с помощью наноимпринт-литографии, наклонного нанесения электронного пучка и электроспиннинга с нанотрансферной печатью, что указывает на практический путь к масштабируемому производству упаковки.
«В логистике и хранении в условиях холодной цепи оболочка может помочь дистрибьюторам принимать решения о том, когда отправлять и продавать продукты питания, непрерывно отслеживая свежесть и химию порчи. В розничной торговле интеллектуальная упаковка, обладающая эластичностью, конформностью и биосовместимостью, позволяет проводить неразрушающий контроль качества и маркеров питания на упаковке — без какого-либо ущерба для пищевых продуктов — поддерживая автоматизацию контроля качества в точках продаж и прозрачную маркировку дат. Таким образом, практическое применение нашей технологии охватывает всю цепочку от фермы до потребителя», — говорит профессор Ха.
Кроме того, NSSAW отслеживает прогрессирование порчи с течением времени, отслеживая маркер бактериальной эмиссии диметилдисульфид, связывая химию со свежестью таким образом, чтобы потребители и промышленность могли интерпретировать. Ожидается, что это исследование откроет новые горизонты в мониторинге свежести и состава продуктов питания человека.
«NSSAW может выступать в качестве индикатора свежести пищевых продуктов во время хранения потребителями для домашнего использования и доставки наборов для приготовления еды, связывая химические изменения с легко интерпретируемыми сигналами с течением времени. Кроме того, для ценных морепродуктов и мяса количественный контроль пуринов, таких как гипоксантин, поддерживает проверку премиального качества и решения о сроках хранения. Более того, в качестве активной упаковки куркумин-TPU с его антимикробными свойствами дополняет контроль с сохранением для продления срока хранения при распределении и в розничной торговле», — говорит профессор Ха.
В течение следующих пяти-десяти лет упаковка, которая одновременно сохраняет продукты питания и непрерывно проверяет их качество, может перейти из пилотного в массовое производство. Используя инновационную технологию, представленную в этом исследовании, розничные продавцы и потребители могут полагаться на сигналы качества в режиме реального времени вместо приблизительных оценок дат — сокращая количество отходов, повышая безопасность и позволяя более разумно устанавливать цены и отзывать продукцию.
Предоставлено Национальным университетом Ханбат, Фондом сотрудничества между промышленностью и университетом.