化学与生活

食材保质期已经out,新鲜度传感器闪亮登场

本文作者:竹悠

本文部分编译自:

《Forget expiration dates. Spoilage sensors could tell us when food actually goes bad》

作者:Manny I. Fox Morone

期刊:C&EN 2020 VOLUME 98, ISSUE 19

链接:https://cen.acs.org/analytical-chemistry/diagnostics/Forget-expiration-dates-Spoilage-sensors/98/i19

当我们去超市、商场 菜市场等地购买食材时,不免会看一下标签上的生产日期或保质期,然而有些当地小摊或者小店中的食材没有保质期,还有些食材买了之后,如不立即食用,有时还一股脑塞冰箱里,吃的时候才想起来再看标签时,可能就会存在过期的问题。

怎么办?吃还是不吃?扔了可惜,吃了怕肠胃受不了。

食品保质期的初衷是保护消费者安全,但也因保质期导致了食品浪费的问题,从而产生了很多餐厨垃圾。看以下数据可能更触目惊心,原来不知不觉浪费了那么多粮食。

图1.食品损失和食品浪费。 图片来源:FAO

农民辛苦种植的粮食等农产品、饲养动物获得的畜牧产品,经历了干旱、洪涝、病虫害等自然灾害、加工过程造成了粮食损失后,还要再经过消费者的浪费(如图1所示)。据联合国粮农组织FAO统计,从最初的农业生产到最终的家庭消费,每年产生的食品垃圾高达13亿吨。而且浪费食物也是对土地、水、种子等资源的浪费,并且还增加了温室气体的排放。

消费者看着失效日期,意味着“不能再吃了”,但标签的保质期是生产商设定的,通过设置多个检测指标和分析技术,来确定对某个产品合适的保质期。但这个保质期设定的考察条件与消费者实际放置的条件不尽相同,所以有时这个保质期会使消费者混淆食物是否真正过期。2015年美国食品营销协会(Food Marketing Institute)调查发现美国83%的商店通过食品标签上的保质期(最迟销售日期)扔掉食物,欧盟国家家庭因产品过期所扔掉的食物垃圾占9.5-12%。

但无论标签设计的再好,再严谨,它都是固定的,一旦印刷上去就不能再变,标签不会告诉消费者食品的实时真实品质。食品生产商在设计标签,或者检验食品有效期时,会首先考虑食品的安全性或质量指标,如微生物、氧化造成的营养成分流失、水分迁移造成的口感差异。在通过检测变化情况,根据模型计算日期。但是消费者买回后因放置的条件与生产商的考察条件会不相同,就使得生产商设计的标签在消费者家中失去了器原本的含义。

真正减少食品浪费,只靠喊口号、搞运动是不够的,还需科技硬核,从科学本质上告诉消费者这份食材还能不能吃或者现在已经开始腐烂变质。下面就是分析化学家的show time了。

生活中,我们会通过嗅觉来判断食材是不是新鲜,因此食材新鲜程度检测也会仿生。鼻子闻到的是挥发性的有味道的物质,那么就可以通过检测这些物质的含量,来鉴别食材的新鲜程度。基于上述这种理念,英国帝国理工Imperial College London的Firat Güder教授做出了基于纸张中纤维素的气体传感器,图2所示。例如判断肉类的新鲜度时,可以用这种纤维气体传感器,原理是当微生物繁殖的时候,会分解鱼或肉上的蛋白质和氨基酸,从而释放氨气、其他胺类和含硫化合物。把试纸放在密封容器中,试纸吸附气体,产生电流变化,从而可以检测微生物情况。[1]电流影响迅速而精确,数分钟就可以出结果,这与呆板的保质期相比,不可同日而语。这种纤维素气体传感器的检测范围很广,如对氨气为0.2 ppm-1000 ppm,最低的0.2 ppm的灵敏度相当于人鼻子的100倍,检测结果可以告诉人们是否超过限度值,以决定能否食用。

图2 . 基于纸张中纤维素的气体传感器. 图片来源:ACS Sens

伊利诺斯大学圣芭芭拉分校University of Illinois at Urbana-Champaign的Ken Suslick ,指出基于纸张中纤维素的气体传感器检测不具有特异性,只要是吸收的水溶性的气体都会有信号,不能指出哪种气体的具体含量。因此Suslick’课题组的传感器集合了不同的传感器,通过染料变色程度判断,如肉类变质传感器[2]。它含有印刷着感应染料的塑料带或试纸带,当空气被吸入到机器中,需要通过传感器带条上的染料,当遇到挥发性气体时,染料变色形成图案,如一些染料遇到碱性物质变色,然后拍照和信息库里已知浓度的化合物比较,就可知道新鲜程度。这种传感器原理,也可以通过检测水果释放的乙烯,判断水果是否可以食用,图4所示。[3]

图3. 通过比较颜色,分辨肉类新鲜度. 图片来源:ACS Sens

图4. 通过比较乙烯,分辨水果新鲜度. 图片来源:ACS Sens

还有一些公司也投入到食材保质期传感器的研制中,如Aryball公司的电子鼻以固定化的多肽进行捕捉与腐败相关的分子,并产生独特的图案,上传至服务器后给出结果,以判断新鲜程度。相对其他设备来看,这样的设备价格昂贵(一台手持式的设备价格为12500美元),只适用于公司来开发新产品。

因此,要使每个家庭都能适用,价格是一个重要的因素,还有就是现在流行的各种云数据,可以实时给出结果,通过数据来判断食材是否还可以食用。但不论如何,这些电子鼻类传感器分辨食材新鲜度的设备如果能够普及,必定使大众极大地减少食物浪费。

最后,让我们也以实际行动,践行世界粮农组织的建议,吃多少买多少,合理储存,拒绝浪费。

图片来源:FAO

其它参考文献

  • [1] Giandrin Barandun, Matteo Soprani, Sina Naficy, Max Grell, Michael Kasimatis, Kwan Lun Chiu, Andrea Ponzoni,  Firat Güder. Cellulose Fibers Enable Near-Zero-Cost Electrical Sensing of WaterSoluble Gases. ACS Sens. 2019, 4, 1662-1669, DOI: 10.1021/acssensors.9b00555
  • [2] Zheng Li, Kenneth S. Suslick. Portable Optoelectronic Nose for Monitoring Meat Freshness. ACS Sens., 2016, 1, 11,1330-1335. DOI: 10.1021/acssensors.6b00492
  • [3] Zheng Li, Kenneth S. Suslick. Colorimetric Sensor Array for Monitoring CO and Ethylene. Anal. Chem. 2019, 91, 1, 797-802. DOI: 10.1021/acs.analchem.8b04321

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