По оценкам, в глобальном масштабе около трети продуктов питания, предназначенных для потребления человеком, ежегодно выбрасывается, что в общей сложности составляет около 1,3 миллиарда тонн. Такое ошеломляющее количество пищевых отходов является серьёзной проблемой в цепочке поставок продуктов питания. Однако разработка и использование интеллектуальных упаковочных материалов с функцией самовосстановления может сократить количество пищевых отходов и продлить срок хранения продуктов. Например, для упаковки фруктов были разработаны новые материалы, такие как композитные плёнки с фотокаталитическими свойствами, которые могут сохранять клубнику в течение длительного времени.
Однако существующие «умные» упаковочные материалы по-прежнему сталкиваются с трудностями при обеспечении эффективной, гибкой и своевременной реакции. Кроме того, существуют опасения по поводу вреда для здоровья, который могут нанести современные упаковочные системы. Например, остаточные химические вещества, образующиеся в результате обработки, и чрезмерное выделение активных молекул, таких как некоторые наноматериалы, используемые в упаковке, могут угрожать здоровью человека. Поэтому дальнейшее развитие и оптимизация «умных» упаковочных материалов, способных своевременно реагировать на изменения в микросреде хранения, имеют решающее значение для сохранения продуктов питания.
В соответствии с реальными производственными потребностями, в сочетании с методами искусственного интеллекта можно рассмотреть новые подходы, такие как оценка безопасности материалов и повышение чувствительности реагирования, для более эффективного проектирования применимых интеллектуальных упаковочных систем. Эти разработки важны для сокращения пищевых отходов, увеличения срока хранения продуктов и обеспечения безопасности потребителей.
Стремительное развитие продовольственной логистики привело к тому, что перемещение продуктов питания между регионами стало более частым явлением, но проблема пищевых отходов по-прежнему остаётся серьёзной. К сожалению, около трети продуктов питания выбрасывается на протяжении всей цепочки поставок, в основном потому, что скоропортящиеся продукты теряют свою пищевую ценность вскоре после сбора или производства. Это приводит к значительному истощению ресурсов и экономики, угрожая глобальной продовольственной безопасности и устойчивому развитию. Такие факторы, как микробное загрязнение, окисление, колебания температуры и влажности, ещё больше ускоряют порчу продуктов. Решение этих проблем имеет решающее значение для обеспечения свежести, безопасности и доступности продуктов питания для растущего населения.
- Традиционные методы консервирования продуктов можно разделить на несколько основных типов, включая физические, химические и биологические методы.
- Физические методы, такие как сушка, заморозка и вакуумная упаковка, обычно используются для подавления роста микроорганизмов и ферментативных реакций.
- Химические методы предполагают использование консервантов, таких как соль, сахар и уксус, для создания среды, препятствующей порче продуктов.
- Биологические методы, такие как ферментация, используют полезные микроорганизмы для преобразования продуктов и продления срока их хранения.
Эти традиционные методы передавались из поколения в поколение и продолжают играть важную роль в современном консервировании продуктов. Однако они часто имеют ограничения с точки зрения эффективности и адаптируемости к различным типам продуктов и условиям окружающей среды. В этом контексте интеллектуальная адаптивная упаковка, способная динамически подстраиваться под изменения окружающей среды (например, температуру, влажность, состав газов), стала революционным решением для продления срока хранения, повышения безопасности и сокращения отходов.
Что такое интеллектуальная адаптивная упаковка?
Интеллектуальная адаптивная упаковка это относительно новая концепция, позволяющая автоматически подстраиваться под изменения условий окружающей среды, таких как температура, влажность и атмосфера, для продления срока годности и сохранения качества пищевых продуктов, тем самым сокращая количество пищевых отходов, повышая безопасность пищевых продуктов и улучшая экологичность цепочки поставок.
В ходе последних исследований были широко изучены и применены на практике интеллектуальные упаковочные материалы, использующие различные типы стимулов. Механизмы реакции этих материалов демонстрируют удивительное разнообразие в различных условиях. Например, некоторые материалы могут реагировать на изменения температуры. Производители упаковки создали нанокомпозит, реагирующий на температуру, для безопасного нагревания упакованных продуктов, включив нанотрубки галлуазита (HNT) в матрица из полиэфирблокамида (PEBAX) и полиэтиленгликоля (ПЭГ). Температура фазового перехода ПЭГа снижается с увеличением содержания HNT, что влияет на поведение при выделении пара. Другие подходы позволяют регулировать окружающую среду в упаковке, контролируя влажность. Например, сегодня объединили нанокристаллы целлюлозы с глицерином, глюкозой и поливиниловым спиртом, чтобы создать гибкую биомиметическую композитную плёнку с видимым структурным цветом, которая меняет цвет в зависимости от влажности. Газочувствительные упаковочные материалы могут контролировать концентрацию кислорода и углекислого газа, продлевая срок хранения пищевых продуктов. В 2023 году интегрировали флуоресцентные материалы в упаковочную систему для неразрушающего измерения количества кислорода в упаковочном пространстве в режиме реального времени. Эффективность этого метода для определения изменений в качестве продуктов питания (рост микроорганизмов и изменение цвета) была проверена на примере говяжьего фарша, хранившегося при высокой концентрации кислорода (7 дней, 4 °C), а также вакуумноупакованных сосисок и говяжьих стейков (13 дней, 4 °C). Материалы, реагирующие на pH, могут высвобождать активные ингредиенты в пищевых продуктах для улучшения их качества и вкуса. Светочувствительные упаковочные материалы, напротив, можно использовать для контроля свежести и порчи пищевых продуктов.
Тем не менее в области интеллектуальной реагирующей на изменения упаковки для пищевых продуктов остаются узкие места и технические проблемы, в том числе недостаточная скорость и чувствительность реагирования, которые препятствуют более точному мониторингу и корректировке параметров окружающей среды в соответствии с потребностями различных продуктов. Интеграция упаковочных материалов с датчиками и технологиями мониторинга для сбора и анализа данных в режиме реального времени также требует решения технических проблем интеграции. Кроме того, важными факторами, которые необходимо учитывать, являются безопасность, стоимость и экологичность материалов, используемых для хранения продуктов.
