مقدمه:
امروزه به دلیل اهمیت بالای موضوعاتی همچون توجه به سلامت جامعه، نگهداری از محیط زیست با کاهش هدررفت مواد غذایی و حل برخی چالش‌های اجتماعی، تحقیق و توسعه در خصوص بسته بندی هوشمند جایگاه ویژه‌ای در دنیا پیدا کرده و بسیاری از محققین در این زمینه فعالیت می‌کنند.
بسته بندی هوشمند مواد غذایی جدیدترین فناوری در زمینه بسته بندی مواد غذایی است. به همین علت پیشرفت‌های چشمگیری در زمینه ببسته بندی هوشمند در دنیا اتفاق افتاده است.
محققین در زمینه تولید بسته بندی‌های هوشمند دستاورد‌هایی نیز داشته‌اند که می‌توان به برچسب‌های حساس به میزان غلظت کربن دی اکسید، برچسب‌های حساس به میزان اکسیژن، برچسب‌های زمان-دما و برچسب‌های حساس به تغییرات pH ماده غذایی اشاره نمود.
این نوع ببسته بندی‌ها به دلیل داشتن شناساگر‌های مخصوص، می‌توانند شرایط محیطی و تغییرات در ماده غذایی را تشخیص دهند و به وسیله این نشانگرها اطلاعاتی درباره کیفیت و سالم یا ناسالم بودن غذا در اختیار مصرف کننده قرار دهند.
بسته بندی هوشمند مواد غذایی به طور مستقیم برای افزایش طول عمر مواد غذایی عمل نمی‌کند، بلکه اطلاعاتی درمورد کیفیت غذا به ذینفعان زنجیره‌های عرضه مواد غذایی ارائه می‌دهد.
برای مثال یک سیستم بسته بندی هوشمند می‌تواند به مصرف کننده، تازگی یا منقضی شدن ماده غذایی را نشان دهد و از این طریق به مصرف کننده و یا تولید کننده اطلاع رسانی نماید.
مفهوم انتقال نگهدارنده‌ها به مواد غذایی و نقش ارتباطی بسته بندی در تسهیل انتقال، با بسته بندی هوشمند در ارتباط می‌باشند.
مواد هوشمند، مصنوعاتی می‌باشند که بر شرایط نگهداری مواد بسته بندی شده و شرایط محیطی مواد غذایی نظارت دارند که باعث این می‌شود تا اطلاعات دقیق و درستی را در رابطه با شرایط نگهداری و محیط اطراف مواد غذایی بسته بندی شده به ما بدهد.
از جمله عواملی که بسته بندی هوشمند می تواند در نظر بگیرد می‌توان به: دما، زمان، PH، عوامل تاثیرگذار بر روی فساد مواد غذایی (رشد باکتری ها) و … اشاره کرد.
در مقابل مولفه‌های فعال، مولفه‌های هوشمند قرار دارند که قصد آن ها ترکیب شدن آن با اجزا مواد غذایی و محیط اطراف آن نمی‌باشد.
بسته بندی هوشمند برای کم شدن اثر ریسک، کنترل نقاط بحرانی محصولات غذایی و همچنین وجود سیستم هایی برای تحلیل کیفی این محصولات می‌باشد که برای تشخیص به موقع و دقیق مواد غذایی و غذاهای غیر ایمن، تشخیص خطرات سلامتی و مسومیت‌های بلقوه و ارائه راهکار‌هایی برای کاهش و یا حذف اتفاق افتادن آن‌ها وجود دارند، تعیبه و طراحی شده اند.
این موضوع همچینن در تشخیص فرآیند‌هایی که شدیدا بر خصوصیات کیفی و ارتقای کارآمد کیفیت نهایی محصول تاثیر می‌گذارند، بسیار موثرند.
انواع سنسور‌های (حسگر‌های) استفاده شده در بسته بندی هوشمند:
حسگر وسیله‌ای برای تشخیص، جایگذاری و یا کمیت سنجی انرژی یا ماده فرستنده سیگنال، جهت تشخیص و یا ارزیابی خواص فیزیکی و شیمیایی آن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بیشتر سنسور ها دارای دو بخش اساسی و مهم می باشند: گیرنده و مبدل.
1) بیو سنسور (حسگر های زیستی):
این نوع سنسور‌ها برای ثبت و انتقال داده‌های مربوط به واکنش های بیولوژیکی مورد استفاده قرار می گیرند.
این نوع حسگر‌ها از مواد ارگانیک و یا از مواد بیولوژیکی مانند آنزیم، هورمون، اسید نوکلئیک، آنتی ژن میکروب‌ها و باکتری‌ها، شناساگرها و … تشکیل می‌شوند. مبدل‌ها را نیز می‌توان به: نوری، صوتی و یا الکتروشیمیایی تقسیم کرد.
2) حسگر های گازی:
این نوع سنسور‌ها برای تشخیص وجود آنالیت گازی در بسته بندی محصولات غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرند که در برگیرنده حسگر‌های اکسیژن، حسگر‌های دی اکسید کربن، حسگر‌های بخار آب، اتانول ترانزیستور‌های افکت فیلند نیمه رسانای اکسید فلز، پلیمر‌های رسانای آلی و سنسور‌های کریستالی می‌باشند.
این سیستم‌ها بر اساس کاهش یا از بین بردن روشنایی و یا تغییرات جذبی ایجاد شده در اثر ارتباط مستقیم با آنالیت مورد نظر عمل می‌کنند.
روش دریافت سیگنال‌های نوری شیمیایی را می‌توان به سه نوع تقسیم کرد: فلئورسنس مبتنی بر سیستم با استفاده شاخص حساس به PH، جذب مبتنی بر دریافت، درک رنگ سنجی و انتقال انرژی با استفاده از تشخیص فاز فلوئور سنجی می‌باشد.
3) حسگر های شیمیایی:
این نوع سنسور‌ها قابلیت تشخیص وجود، فعالیت، ترکیب و غلظت برخی مواد شیمیایی خاص و یا گاز می‌باشند. تشخیص توسط این سنسور‌ها از طریق واجذبی محیط انجام می‌شود.
مواد استفاده شده در این حسگر‌ها را به صورت کلی می‌توان به مواد نانو کربن مانند: نانو ذرات، گرافیت، نانو فیبر‌ها و نانو لوله‌ها تقسیم کرد که خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه و منحصر به فردی را دارا می‌باشند.
حسگر‌های نانو نیز می‌تواند در تشخیص پاتوژن‌ها، آلاینده‌های شیمیایی، فساد مواد غذایی و تغییر خواص آن مورد استفاده قرار گیرند.
انواع شاخص های بسته بندی هوشمند:
1) شاخص های تازگی محصول در بسته بندی هوشمند:
این شاخص‌ها می‌تواند اطلاعات کاملی درباره تغییرات شیمیایی و یا رشد باکتریایی و میکروبی را فراهم سازد. برای مثال واکنش بین متابولیت‌های حاصل از رشد میکروبی و شاخص‌های جمع شده در ببسته بندی، اطلاعات مهمی را در رابطه با کیفیت میکروبی محصول فراهم می‌سازد.
در سال 1999 فناوری های COX، آمریکا، تلاش به راه‌اندازی برچسب‌های شاخص رنگ Fresh tag کرد که با آمین‌های فرار در طول نگهداری ماهی و محصولات غذایی دریایی واکنش نشان می‌دهد. تولید این محصول به خاطر مشکلاتی که در جهات مختلف داشت در سال 2004 متوقف گردید.
2) شاخص دما-زمان در بسته بندی هوشمند:
دما یکی از مهمترین عوامل محیطی برای تعیین سینتیک فساد شیمیایی، فیزیکی، باکتریایی و میکروبی در محصولات غذایی می‌باشد.
شاخص‌های دما و زمان اطلاعات مفیدی در مورد اینکه آیا دمای فعلی مواد غذایی بسته بندی شده با گذشت زمان فراتر از آستانه تعیین شده خواهد بود و یا به نتیجه حداقل زمان لازم برای رسیدن محصول به حد بالاتر از دمای مورد نظر می‌پردازد.
3) شاخص انسجام در بسته بندی هوشمند:
شاخص تراوش در بسته بندی، انسجام بسته بندی را در کل طول زنجیره تولید فراهم می‌کند. این نوع شاخص بیشتر برای اندازه گیری غلظت اکسیژن و دارای رنگ‌هایی برای نشان دادن اکسیداسیون و احیاء می‌باشد.
از جمله معایب سیستم‌هایی با این شاخص می‌توان به: حساسیت بالا نسبت به پسماند اکسیژن و حساسیت کافی اکسیژن باقی مانده نسبت به این شاخص‌ها اشاره کرد. اکسیژن با نفوذ به فضای داخل بسته بندی توسط میکروب‌های طبیعی موجود در مواد غذایی مصرف می‌شود.
انواع سیستم‌‌های بسته بندی هوشمند مواد غذایی:
1) سیستم های بسته بندی هوشمند جاذب اکسیژن:
سطح اکسیژن باید در بسته‌های مواد غذایی کنترل شود. غذاهای حساس به اکسیژن را در بسته بندی مپ یا بسته بندی تحت خلا نیز می‌توان بسته بندی کرد. اما در این گونه بسته بندی‌ها اکسیژن کامل حذف نمی‌شود.
اما در بسته بندی هوشمند مواد غذایی، پس از بسته‌بندی، اکسیژن باقی مانده در سیستم جذب می‌شود و مقدار اکسیژن به حداقل می‌رسد.
2) بسته بندی هوشمند کنترل کننده رطوبت:
یکی از عوامل فساد غذا، وجود رطوبت مواد غذایی می‌باشد. در ببسته بندی هوشمند مواد غذایی، هدف از تنظیم کننده رطوبت، کاهش فعالیت آب برای جلوگیری از رشد میکروبی در محصول می‌باشد. برای کنترل رطوبت مواد غذایی از پدهای جذب کننده رطوبت استفاده می‌شود.
3) نشانگرهای دما-زمان:
دما عامل مهمی برای کیفیت و ایمنی غذایی در طول توزیع و ذخیره سازی است. دشواری کنترل و نظارت بر دمای محصولات مواد غذایی پیش‌بینی عمر مفید آن‌ها را مشکل کرده است. این شناساگرها مشخص می‌سازند که آیا محصول از زمان تولید و در طی انبارداری و توزیع و در فروشگاه های خرده فروشی و حتی پس از خرید توسط مصرف کننده نهایی، در معرض دماهایی قرار گرفته است که از جنبه کیفیت، سلامتی و ایمنی در غذا تغییر به وجود آورده باشد.
4) نشانگرهای تشخیص غلظت گاز:
این نشانگرها به شکل برچسب داخل بسته بندی قرار می‌گیرند تا تغییرات در محیط داخل را نمایش دهند. اغلب افراد، نشانگرهای تشخیص غلظت گاز را برای بررسی غلظت اکسیژن و دی اکسیدکربن می‌شناسند. از این نشانگرها برای اطمینان از عدم وجود منافذ در بسته بندی‌های با اتمسفر ویژه مثل بسته بندی مپ استفاده می‌شود.
همانطور که مشاهده می شود بسته بندی هوشمند در دنیا روز به روز در حال پیشرفت بوده و محققان سعی دارند با حل چالش های رو‌به‌رو یک محصول کاربردی که برای طیف وسیعی از مواد غذایی قابل استفاده بوده و همچنین از نظر هزینه تولید نیز صرفه اقتصادی داشته باشد را تولید کنند اما تا به امروز با وجود تمامی پیشرفت ها در تولید یک محصول ایده آل به موفقیت نرسیده اند.
بسته بندی هوشمند ویرا:
تیم ویرا برچسبی اختراع کرده است که ابزاری نوین برای پایش لحظه‌ای سلامت مواد غذایی، از زمان تولید تا مصرف، با استفاده از شبیه سازی محیط داخلی بسته بندی، وضعیت سلامت را با تغییر رنگ مایع هوشمند وسط برچسب نمایش می‌دهد.
در حال حاضر این برچسب‌های هوشمند برای اولین بار دنیا با استفاده از روش شبیه سازی بر روی لبنیات به ویژه شیر استفاده شده است.
هدف از هوشمند سازی تاریخ انقضاء: کاهش هدررفت، صرفه جویی در مصرف آب کشور، مدیریت بهتر حمل و نقل و فروش محصولات، جلوگیری از مسمومیت‌های احتمالی و سهولت استفاده برای همه اقشار جامعه می‌باشد.