Zautomatyzowany czujnik wykrywający psucie się przechowywanej żywności
Pomimo postępów w zakresie przechowywania, przetwarzania, pakowania i dystrybucji żywności 14% zebranej żywności nigdy nie dociera do konsumentów, a według szacunków aż jedna trzecia całej żywności produkowanej dla ludzi jest marnowana. Pomijając implikacje etyczne oznacza to znaczący koszt dla przemysłu spożywczego, sięgający 6,1 miliarda euro rocznie w przypadku samych przechowywanych jabłek, gruszek i borówek. Marnują się także zasoby wodne i lądowe, a jednocześnie zwiększa się zanieczyszczenie, zaś emisja gazów cieplarnianych przyczynia się do zmiany klimatu. Koncentrując się na etapie przechowywania, zespół finansowanego przez UE projektu MAX-FRESH opracował pierwszy zautomatyzowany czujnik – Interactive Storage Sensor (ISS) Monitor – pozwalający na wykrywanie i ostrzeganie o lotnych gazach sugerujących dojrzewanie, fermentację, uszkodzenie lub gnicie produktów. „Jego zastosowanie pozwoliłoby zmniejszyć straty świeżych produktów nawet o 50%, wydłużyć okres przechowywania produktów o około 20% i zmniejszyć liczbę zabiegów chemicznych po zbiorach o około 50%”, mówi koordynator projektu Eugène Rokx.
Na styku lasera i czujnika z substancjami lotnymi
MAX-FRESH stanowi kontynuację wcześniejszego projektu, QCAP (Quality Control Agricultural Products) (strona w języku niderlandzkim), który zaadaptował spektroskopię laserową używaną do wykrywania drobnych śladów gazu jako wskaźników chorób płuc, takich jak POChP lub astma. MAX-FRESH rozwinął laboratoryjny prototyp QCAP, sprawdzony w małych pomieszczeniach do przechowywania owoców, do bardziej solidnego, kompaktowego i dokładnego prototypu przemysłowego. Otrzymany produkt komercyjny składa się z trzech podsystemów: Storex Radar, czujnika ISS i chmury Autostore Data Manager (ADM). Storex Radar obejmuje oprogramowanie i sprzęt (w tym pompy i zawory) potrzebne do pomiaru pomieszczeń magazynowych w określonych porach. Tablice rozdzielcze łączą Radar z czujnikiem ISS, dzięki czemu po odebraniu sygnału gotowości czujnika Radar wysyła polecenie uruchomienia. Gaz jest gromadzony w wieloprzepustowej komorze, do której kierowana jest wiązka lasera superkontinuum średniej podczerwieni. Energia wiązki ulega adsorpcji za sprawą cząsteczek substancji lotnych. Ponieważ każda substancja lotna ma niepowtarzalne spektrum adsorpcji, ilość adsorbowanej energii wskazuje stężenie określonych substancji lotnych. Czujnik ISS, zamontowany w aluminiowym stojaku i skalibrowany dla każdej mierzonej substancji lotnej, jest w stanie wykrywać osiem różnych substancji lotnych związanych z jakością lub aromatem żywności: etylen, etanol, metanol, aldehyd octowy, octan etylu, octan metylu, 1-butanol i metan. Dane są w sposób bezpieczny przesyłane do chmury ADM, która zapisuje, przetwarza i wyświetla je w czasie rzeczywistym lub jako trendy, a także wysyła alerty do interfejsu użytkownika systemu lub do aplikacji mobilnej.
Tworzenie bardziej zrównoważonego łańcucha dostaw żywności
Cały system został pomyślnie przetestowany w jednym z największych komercyjnych magazynów gruszek w Belgii, gdzie codziennie mierzył substancje lotne w kilku pomieszczeniach. „Chociaż z technicznego punktu widzenia system jest gotowy do wdrożenia, musimy jeszcze przeprowadzić dłuższe testy. Ponadto laser i światłowód stanowią obecnie 70% jego ceny, ale liczymy, że uda się ją obniżyć w ciągu najbliższych kilku lat”, mówi Rokx. W międzyczasie konsorcjum projektowe otrzymało finansowanie Eurostars, za pośrednictwem projektu GREENFRUIT, aby poprawić wykrywanie i móc mierzyć większą ilość substancji lotnych, przy mniejszej degradacji czujnika. System MAX-FRESH może stanowić znaczący impuls dla realizacji celów UE w zakresie bardziej zrównoważonej produkcji żywności. W dłuższej perspektywie więcej danych na temat procesów biologicznych zachodzących w owocach i warzywach podczas przechowywania może pomóc w opracowaniu modeli predykcyjnych SI umożliwiających tworzenie bardziej precyzyjnych interwencji.
Słowa kluczowe
MAX-FRESH, laser, czujnik, żywność, przechowywanie, gaz, substancje lotne, spektroskopia, cząsteczki, zrównoważone