Ένας μικρός κύλινδρος από άμυλο που αλλάζει χρώμα από μπλε σε ροζ όταν αυξάνεται η υγρασία μπορεί στο μέλλον να δίνει στον καταναλωτή μια άμεση εικόνα για την κατάσταση ενός τροφίμου μέσα στη συσκευασία. Ερευνητές από το Ινστιτούτο Χημείας του São Carlos του Πανεπιστημίου του São Paulo ανέπτυξαν έναν βιοδιασπώμενο αισθητήρα υγρασίας, σχεδιασμένο να παρακολουθεί τις συνθήκες στο εσωτερικό της συσκευασίας και να συνδέει την παρουσία υδρατμών με την απώλεια ποιότητας σε τρόφιμα όπως τα κράκερ και τα μπισκότα. Η τεχνολογία βασίζεται σε ένα πορώδες υλικό από άμυλο, το οποίο έχει υποστεί κατάψυξη και λυοφιλίωση ώστε να αποκτήσει μια ιδιαίτερα πορώδη δομή. Στο υλικό ενσωματώνεται χλωριούχο κοβάλτιο, μια ουσία που αντιδρά στην παρουσία νερού. Όταν είναι σε ξηρή κατάσταση, το χλωριούχο κοβάλτιο εμφανίζεται μπλε, ενώ όταν απορροφά υδρατμούς μετατρέπεται σε ενυδατωμένη μορφή και αποκτά ροζ απόχρωση. Η αλλαγή μπορεί να παρατηρηθεί με γυμνό μάτι ή να καταγραφεί ακόμη και με την κάμερα ενός κινητού τηλεφώνου.
Πηγή: Bianca Maniglia
Οι ερευνητές δοκίμασαν διαφορετικές συγκεντρώσεις χλωριούχου κοβαλτίου και διαφορετικά επίπεδα σχετικής υγρασίας. Η σύνθεση με 20% χλωριούχο κοβάλτιο παρουσίασε την πιο έντονη και συνεπή απόκριση στις μεταβολές της υγρασίας. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε επίπεδα σχετικής υγρασίας από 18% έως 99%, ενώ στη συνέχεια το υλικό αξιολογήθηκε σε πιο ενδιάμεσες συνθήκες, ώστε να εξεταστεί αν μπορούσε να αποτυπώσει με μεγαλύτερη ακρίβεια τις μεταβολές που συμβαίνουν σε πραγματικές συσκευασίες. Το ιδιαίτερο στοιχείο της τεχνολογίας είναι ότι η αλλαγή του χρώματος δεν αποτελεί απλώς μια οπτική ένδειξη υγρασίας. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ισχυρή ποσοτική συσχέτιση ανάμεσα στην υγρασία στο εσωτερικό της συσκευασίας, την απόκριση του αισθητήρα και την υφή των κρακερ. Με άλλα λόγια, όσο περισσότερη υγρασία εισχωρούσε στη συσκευασία, τόσο περισσότερο επηρεαζόταν η τραγανότητα του προϊόντος και τόσο αντίστοιχα μεταβαλλόταν η χρωματική ένδειξη του αισθητήρα. Η σύνδεση αυτή έχει ιδιαίτερη σημασία για τρόφιμα που βασίζονται στην τραγανή υφή τους. Τα κράκερ, τα μπισκότα και παρόμοια προϊόντα μπορούν να υποβαθμιστούν γρήγορα όταν απορροφήσουν υγρασία από το περιβάλλον. Η παρουσία νερού λειτουργεί ως πλαστικοποιητής στη δομή τους, με αποτέλεσμα να μειώνεται η σκληρότητα και η χαρακτηριστική τραγανότητα. Στα πειράματα, οι ερευνητές διαπίστωσαν σημαντική υποβάθμιση της υφής σε συνθήκες υψηλής υγρασίας, ενώ σε χαμηλή υγρασία η υφή μπορούσε να διατηρηθεί πολύ καλύτερα.
Ένας αισθητήρας που δεν χρειάζεται ειδικό εξοπλισμό
Η ανάπτυξη τέτοιων συστημάτων εντάσσεται στη γενικότερη προσπάθεια να μετατραπεί η συμβατική συσκευασία τροφίμων από ένα παθητικό προστατευτικό περίβλημα σε ένα «έξυπνο» σύστημα που μπορεί να δίνει πληροφορίες για την κατάσταση του προϊόντος. Οι περισσότερες συσκευασίες περιορίζονται στο να προστατεύουν το τρόφιμο από εξωτερικούς παράγοντες. Δεν μπορούν όμως να ενημερώσουν τον καταναλωτή ότι έχει αλλάξει η υγρασία στο εσωτερικό τους ή ότι το προϊόν έχει αρχίσει να χάνει ένα βασικό ποιοτικό χαρακτηριστικό του. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, το πλεονέκτημα είναι η απλότητα. Δεν απαιτείται εργαστηριακό όργανο για να διαπιστωθεί ότι ο αισθητήρας έχει αλλάξει κατάσταση. Η οπτική μεταβολή από το μπλε προς τις ροζ αποχρώσεις μπορεί να λειτουργήσει ως άμεση ένδειξη ότι έχουν αλλάξει οι συνθήκες μέσα στη συσκευασία. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν επίσης ανάλυση εικόνας για να ποσοτικοποιήσουν την αλλαγή και διαπίστωσαν ότι η παράμετρος χρώματος b* παρουσίασε ιδιαίτερα ισχυρή γραμμική σχέση με τη σχετική υγρασία, με R² = 0,922 για το υλικό με 20% χλωριούχο κοβάλτιο. Η ιδέα έχει μάλιστα μια απρόσμενη αφετηρία. Η επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας, Bianca Chieregato Maniglia, θυμήθηκε ένα διακοσμητικό αντικείμενο που ήταν συνηθισμένο σε βραζιλιάνικα και πορτογαλικά σπίτια τη δεκαετία του 1980 και άλλαζε χρώμα ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες. Η ανάμνηση αυτή οδήγησε την ομάδα στην ιδέα να αξιοποιήσει την ίδια αρχή, αλλά να τη μεταφέρει σε ένα τεχνολογικό σύστημα που θα μπορούσε να παρακολουθεί την υγρασία στο εσωτερικό της συσκευασίας.
Το πρόβλημα του κοβαλτίου
Παρά το ενδιαφέρον της τεχνολογίας, οι ερευνητές ξεκαθαρίζουν ότι δεν πρόκειται ακόμη για έτοιμο αισθητήρα που μπορεί να τοποθετηθεί ελεύθερα στις εμπορικές συσκευασίες τροφίμων. Ο λόγος είναι το χλωριούχο κοβάλτιο. Η ουσία χρησιμοποιήθηκε επειδή προσφέρει την επιθυμητή, εύκολα ορατή χρωματική αντίδραση στην υγρασία, όμως ο συγκεκριμένος αισθητήρας δεν μπορεί σήμερα να έρχεται σε άμεση επαφή με το τρόφιμο. Για εμπορική αξιοποίηση θα χρειαστούν αλλαγές στον σχεδιασμό της συσκευασίας και, κυρίως, υλικά που να προσφέρουν αντίστοιχη χρωματική απόκριση χωρίς το συγκεκριμένο πρόβλημα ασφάλειας.
Για τον λόγο αυτό η ερευνητική ομάδα εξετάζει ήδη εναλλακτικές λύσεις. Μία από τις κατευθύνσεις είναι η αξιοποίηση φυσικών χρωστικών από φρούτα, όπως η φλούδα του jabuticaba, οι οποίες μπορούν να αλλάζουν χρώμα ανάλογα με το pH και παράλληλα διαθέτουν αντιοξειδωτικές ιδιότητες. Οι ερευνητές εξετάζουν εάν τέτοιες φυσικές ενώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε επόμενες εκδοχές αισθητήρων, μεταξύ άλλων για την παρακολούθηση της αλλοίωσης κρέατος.
