(A) Fabrication de capteurs de gaz électriques à base de papier (PEGS). Les électrodes de carbone sont imprimées sur du papier WhatmanTM pour chromatographie sur cellulose 1 avec un stylo à bille et un traceur de découpe, permettant un prototypage rapide dans la géométrie souhaitée. Une fois imprimé, les capteurs sont découpés et placés à l'intérieur d'un connecteur de bord de carte pour la caractérisation. (B) Vue de dessus d'un seul PEGS composé de deux électrodes avec trois doigts et un espacement de 1 mm entre chaque doigt. (C) Coupe transversale d'un PEGS sur trois doigts (ligne pointillée rouge en B). L'encre carbone (noir) pénètre partiellement le papier (blanc). Crédit: Capteurs ACS (2019). DOI :10.1021/acssensors.9b00555
Les chercheurs affirment que les nouveaux capteurs pourraient aider à détecter la détérioration et à réduire le gaspillage alimentaire pour les supermarchés et les consommateurs.
Un consommateur britannique sur trois jette de la nourriture uniquement parce qu'elle atteint la date de péremption, mais soixante pour cent (4,2 millions de tonnes) des 12,5 milliards de livres sterling de nourriture que nous jetons chaque année peuvent être consommés sans danger.
Les capteurs prototypes de laboratoire coûtent deux cents US chacun à fabriquer. Connu sous le nom de « capteurs de gaz électriques sur papier » (PEGS), ils détectent les gaz d'altération comme l'ammoniac et la triméthylamine dans les produits à base de viande et de poisson.
Les données du capteur peuvent être lues sur les smartphones, afin que les gens puissent tenir leur smartphone devant l'emballage pour voir si la nourriture est bonne à manger.
Les chercheurs qui ont développé PEGS, basé à l'Imperial College de Londres, fabriqué les capteurs en imprimant des électrodes de carbone sur du papier de cellulose facilement disponible. Les matériaux biodégradables sont écologiques et non toxiques, ils ne nuisent donc pas à l'environnement et peuvent être utilisés en toute sécurité dans les emballages alimentaires. Les capteurs sont combinés à des balises de « communication en champ proche (NFC) », une série de micropuces qui peuvent être lues par les appareils mobiles à proximité.
Lors d'essais en laboratoire sur du poisson et du poulet emballés, Les PEGS ont capté des traces de gaz de détérioration rapidement et avec plus de précision que les capteurs existants, à une fraction de leur prix.
Les chercheurs affirment que les capteurs pourraient également remplacer à terme la date de péremption, un indicateur moins fiable de la fraîcheur et de la comestible. Des coûts inférieurs pour les détaillants peuvent également éventuellement réduire le coût des aliments pour les consommateurs.
Les PEGS sont les premiers capteurs de fraîcheur des aliments commercialement viables. Auteur principal Dr Firat Güder, du Département de bio-ingénierie de l'Impériale, a déclaré : « Même s'ils sont conçus pour assurer notre sécurité, les dates de péremption peuvent entraîner le rejet d'aliments comestibles. En réalité, les dates de péremption ne sont pas complètement fiables en termes de sécurité car les gens tombent souvent malades de maladies d'origine alimentaire en raison d'un mauvais stockage, même lorsqu'un élément est dans sa limite d'utilisation.
« Les citoyens veulent être sûrs que leurs aliments peuvent être consommés sans danger, et d'éviter de jeter inutilement de la nourriture parce qu'ils ne sont pas en mesure de juger de sa sécurité. Ces capteurs sont suffisamment bon marché pour que nous espérons que les supermarchés pourront les utiliser d'ici trois ans.
"Notre vision est d'utiliser des PEGS dans les emballages alimentaires pour réduire les déchets alimentaires inutiles et la pollution plastique qui en résulte."
La recherche est publiée aujourd'hui dans Capteurs ACS .
Déchets alimentaires
Les consommateurs se fient aux dates de péremption ou même aux « sniff tests » pour voir si leurs aliments peuvent être consommés sans danger, mais il n'y a actuellement aucune viabilité commerciale, alternative fiable à ces options qui fournit un retour objectif sur la fraîcheur et la sécurité des aliments.
Bien que développé par des technologues en alimentation depuis de nombreuses années pour assurer la sécurité, les dates de péremption ne tiennent pas compte des conditions de stockage et de transformation de produits alimentaires spécifiques. Ainsi, ils peuvent conduire à ce que des aliments sains et comestibles soient jetés par les magasins et les consommateurs. En outre, la plupart des aliments gaspillés sont emballés dans du plastique, contribuant ainsi à la pollution plastique.
Premier auteur de l'étude Giandrin Barandun, également du département de bioingénierie de l'Impériale, a déclaré : « les dates de péremption estiment quand un produit périssable pourrait ne plus être comestible, mais elles ne reflètent pas toujours sa fraîcheur réelle.
« Bien que l'industrie alimentaire et les consommateurs soient naturellement prudents quant à la durée de conservation, il est temps d'adopter une technologie capable de détecter avec plus de précision le caractère comestible des aliments et de réduire le gaspillage alimentaire et la pollution plastique."
Parce que PEGS travaille sur des articles de grande valeur comme la viande et le poisson, ils pourraient économiser de l'argent pour les magasins et leurs clients, en réduisant les déchets et en permettant aux magasins d'utiliser des réductions de prix ciblées pour des articles spécifiques sur la base des PEGS plutôt que des dates de péremption.
Capteurs de courant
Les capteurs de détérioration des aliments existants ne sont pas couramment utilisés car ils sont soit trop chers (représentant souvent un quart des coûts d'emballage globaux) soit trop difficiles à interpréter. Les capteurs de changement de couleur pourraient en fait augmenter le gaspillage alimentaire, car les consommateurs pourraient interpréter le moindre changement de couleur comme une «mauvaise nourriture».
La technologie PEGS vise à répondre à ces deux problèmes. En plus d'être moins cher à produire et plus facile à interpréter avec des lectures électriques, les auteurs ont découvert que le PEGS surmontait bon nombre des inconvénients des capteurs de gaz actuels. Ils:
Et après?
Les chercheurs ont utilisé des stylos à bille et des coupeurs robotisés pour créer les capteurs. Le Dr Güder a déclaré :« Nous pensons que notre technique très simple pourrait facilement être étendue pour produire des PEGS à grande échelle en utilisant des méthodes d'impression à haut volume existantes telles que la sérigraphie et l'impression rouleau à rouleau. »
Les auteurs espèrent que le PEGS pourrait avoir des applications au-delà de la transformation alimentaire, comme la détection de produits chimiques dans l'agriculture, qualité de l'air, et détecter les marqueurs de la maladie dans l'haleine comme ceux impliqués dans la maladie rénale. Cependant, avant de pouvoir être appliqués au-delà de leur utilisation actuelle, les chercheurs espèrent déterminer à quel point les PEGS sont sensibles à la baisse de l'humidité.
Prochain, les auteurs espèrent étendre l'utilité des PEGS en les appliquant à d'autres types d'aliments et d'industries. Ils développent actuellement un réseau de PEGS dans lequel chaque capteur détecte un produit chimique différent. En utilisant cette technique, le réseau donnera des signaux uniques pour différents gaz et/ou changement d'humidité, ce qui rendrait la technologie applicable à une plus grande variété de types d'aliments et d'applications.
