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发布日期:2021-08-23
南方科技中国大学生和华威大学已经开发出新颖的水果的标签,能够保持新鲜的农产品食用更长的。

该团队的标签是通过同轴 3D 打印生产的,其特点是纤维素纳米纤维装载有贝类提取物和生长调节剂,可以预先编程以稳定释放到新鲜食物的毛孔中。

研究表明,当用于处理荔枝时,他们的标签不仅延长了水果的保质期,而且使他们能够精确监控其新鲜度,使这些设备成为未来“智能包装”的有希望的基础。

基于纤维素纳米纤维 (CNF) 的标签具有水果保鲜和视觉监测双重功能,可将荔枝的保质期延长六天。在这项工作中开发的 CNF 集成标签,为‘智能食品包装’的发展提供了新的思路。


研究人员水果新鲜度标签背后的同轴 3D 打印过程。

科学家们基于纳米纤维素的设备具有中空“管”,用于携带和部署植物生长抑制剂。

由于全球变暖、疫情导致的航运中断和与英国退欧相关的繁文缛节等日益严峻的挑战,长期保持农产品新鲜从未如此重要。为了满足这一需求以及不断提高的消费者食品标准,“智能包装系统”越来越多地用于跟踪包装食品的状况和质量,并防止其脱落。

在很大程度上,这种智能包装纸使用化学敏感染料监测农产品容器内 pH 值的任何变化,花青素会改变颜色以表明水果开始降解。然而,这些天然水溶性色素只能监测新鲜度,并不能让水果或蔬菜的保质期更长。

为了解决这个问题,合成植物生长调节剂“1-MCP”可以与有机染料搭配使用,以延迟产品成熟。然而,在其正常形式下,1-MCP 的挥发性太强而无法混合,因此该团队决定 3D 打印“核壳结构”,能够以受控方式释放壳聚糖并防止食物过早变质。


科学家们使用 SEM 成像来评估其传感器的静电特性。

3D打印“智能包装”

在开始 3D 打印基于 CNF 的标签之前,科学家们首先将海藻酸钠 (SA) 和 κ-角叉菜胶 (KC) 基质材料整合到他们的生物墨水中,这样可以在不影响食品安全的情况下进行加工作为一种对 pH 值敏感的蓝莓花青素,由于其独特的颜色,以后可用于监测新鲜度。

该团队的配方会被加载到 Y&D 7300N 同轴 3D 打印机中并沉积成层,然后进行喷雾固化和冷冻干燥以形成中空纤维。理论上,这些纳米管能够平衡壳聚糖对设备 CNF 壳的静电效应,使它们能够“捕获”1-MCP 并按需释放。

将这个想法付诸实践,该团队最终将他们的标签贴在荔枝上,设法防止在采摘后 9 天前出现霉斑,并使它们的总体持续时间延长 6 天。在测试过程中,包装也逐渐从紫色变为粉红色,使肉眼更容易发现水果的腐败变质。

尽管这些评估是在室温下进行的,而这些水果通常会冷藏,并且该团队没有考虑鱼类过敏对其设备应用的影响,但他们确实发现他们的标签在受控环境中按预期发挥作用,因此他们现在打算将来将它们应用于其他水果和蔬菜。

结果证明,标签的新鲜度视觉监控 [功能] 具有高灵敏度和准确性,该标签解决了单一功能包装系统的缺点,[通过]采用同轴 3D 打印来构建具有水果保鲜和监控功能的集成设备。


该团队的传感器增强型荔枝与普通水果的比较。

该团队贴标签的荔枝比未贴标签的荔枝持续时间长得多。

AM 在食品安全方面取得进展

由于 3D 打印固有的精度和灵活性,该技术经常被用于制造食品安全传感器,能够确保产品和牲畜在运输后仍然可以安全食用。就在去年,美国研究人员部署了Optomec 的气溶胶喷射打印 (AJP) 技术来创建新型石墨烯食品测试电化学传感器。

同样,南洋理工大学、布拉格化学技术大学和沙特国王大学的研究人员也使用 3D 打印霉菌毒素检测电极。如果在实践中部署,该团队相信他们的设备可以为一种新方法铺平道路,将产品保存在食品储藏室中,直到它们到达货架为止。

与此同时,在瑞士,EMPA 的科学家通过开发3D 打印水果模拟器,采用了一种完全不同的方法进行食品监测。该团队的苹果替代品旨在模仿有机农产品的形状和质地,据说能够跟踪货运温度,并确保食物以最好的状态送达顾客手中。
文章来源:互联网
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