แปลและเรียบเรียง โดย อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ทีมวิจัยจาก Imperial College London พัฒนาเซ็นเซอร์ราคาถูก เชื่อมต่อกับสมาร์ตโฟนได้ และยังเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม สำหรับใช้ตรวจวัดความเน่าเสียของอาหารประเภทเนื้อสัตว์และปลาที่อยู่ในบรรจุภัณฑ์ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อทั้งซูเปอร์มาร์เก็ตและผู้บริโภค เพราะช่วยลดปริมาณอาหารเสีย รวมถึงขยะพลาสติก

ภาพจาก https://www.imperial.ac.uk/news/191413/food-freshness-sensors-could-replace-use-by/

ผู้บริโภคมักอาศัย use-by date (วันสุดท้ายที่คุณภาพอาหารเหมาะสำหรับรับประทาน) หรือแม้กระทั่งการดมกลิ่นเพื่อตัดสินว่าอาหารที่จะบริโภคนั้นปลอดภัยหรือไม่ ผู้บริโภคในสหราชอาณาจักรราว 1 ใน 3 ใช้ use-by date เป็นเกณฑ์ในการทิ้งอาหาร แต่อันที่จริงแล้วได้พบว่าร้อยละ 60 ของอาหารเหล่านั้นยังสามารถบริโภคได้อย่างปลอดภัย นอกจากนี้ การยึดเวลาตาม use-by date ก็ไม่อาจรับประกันความสดใหม่ได้เต็มร้อย เพราะคุณภาพของอาหารขึ้นกับวิธีการเก็บรักษาด้วย

ทางเลือกที่แม่นยำกว่าการใช้ use-by date คือการนำเซ็นเซอร์แบบใช้แล้วทิ้งติดไว้บนบรรจุภัณฑ์ ซึ่งจะทำให้ทราบสถานภาพตามจริงของอาหารว่าเน่าเสียหรือไม่ ซึ่งเป็นแนวคิดของบรรจุภัณฑ์ฉลาด อย่างไรก็ดี แม้บรรจุภัณฑ์ฉลาดมีข้อดีหลายอย่าง แต่ก็ยังไม่ได้รับความนิยมจากผู้ค้าปลีกหรือผู้ผลิตด้วยเหตุผล 4 ประการดังนี้

1) ราคาสูง หากนำไปติดบนบรรจุภัณฑ์จะทำให้ราคาสูงขึ้นเกิน 100%  

2) กระบวนการผลิตบรรจุภัณฑ์ซับซ้อนมากขึ้น

3) วิธีที่มีราคาถูกมักใช้การดูสี ซึ่งขึ้นกับการตัดสินใจของแต่ละบุคคล เพราะแต่ละคนเห็นสีไม่เหมือนกัน

4) วิธีที่มีอยู่ยังไม่ให้ข้อมูลแบบดิจิทัล

เซ็นเซอร์ที่จะใช้ได้จริงในเชิงพาณิชย์จะต้องตรวจวัดด้วยวิธีแบบไม่ทำลาย ใช้งานง่าย ตัวเซ็นเซอร์ต้องมีความยืดหยุ่นเพราะพื้นผิวบรรจุภัณฑ์มักไม่เรียบ เข้ากันได้กับเทคโนโลยีของบรรจุภัณฑ์ และที่สำคัญต้องมีราคาถูก นอกจากนี้ ยังต้องย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และไม่เป็นพิษ เพื่อไม่ให้ปนเปื้อนในอาหารและไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

ทีมวิจัยจาก Imperial College London ได้พัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจวัดแก๊สเชิงไฟฟ้าที่ทำจากกระดาษ (paper-based electrical gas sensors, PEGS) เพื่อตรวจวัดแก๊สที่ละลายน้ำได้อย่างแอมโมเนียและไตรเมทิลเอมีน ซึ่งมีในผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์ เทคโนโลยีนี้มีความไวสูง เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และมีราคาต่ำมาก

ทีมวิจัยสร้าง PEGS โดยใช้ปากกาลูกลื่นพิมพ์หมึกคาร์บอนลงบนกระดาษเซลลูโลสเพื่อเป็นขั้วไฟฟ้าในลักษณะเรียงสลับกันเหมือนซี่หวี (interdigitated electrodes) โดย PEGS 1 ชิ้นประกอบด้วยอิเล็กโทรด 2 ขั้ว แต่ละอิเล็กโทรดมีซี่หวี 3 ซี่ ระยะห่างแต่ละซี่กว้าง 1 มิลลิเมตร เมื่อ PEGS สัมผัสกับแก๊สที่ละลายน้ำจะทำให้เกิดการนำไฟฟ้าอันเนื่องจากไอออนเคลื่อนที่

 

กระดาษเซลลูโลสที่พิมพ์ด้วยคาร์บอนอิเล็กโทรด

ทีมวิจัยทดสอบ PEGS กับบรรจุภัณฑ์ที่ใส่เนื้อปลาและเนื้อไก่พบว่า PEGS สามารถดักจับแก๊สที่เกิดจากการเน่าเสียที่มีปริมาณเพียงเล็กน้อยได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำกว่าเมื่อเทียบกับเซ็นเซอร์ที่มีอยู่ PEGS ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ความชื้นสัมพัทธ์เกือบ 100% ขณะที่เซ็นเซอร์ส่วนใหญ่มักมีปัญหา นอกจากนี้ PEGS ยังใช้พลังงานต่ำเนื่องจากทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง และมีความไวจำเพาะกับแก๊สที่เกี่ยวพันกับความเน่าเสียเท่านั้น

เนื่องจาก PEGS ทำจากกระดาษซึ่งเป็นวัสดุที่หาได้ทั่วไป ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและไม่มีพิษ จึงไม่เป็นอันตรายต่อทั้งสิ่งแวดล้อมและปลอดภัยสำหรับใช้กับบรรจุภัณฑ์อาหาร อีกทั้งยังสามารถนำ NFC Tags (Near Field Communication Tags) หรือชุดของไมโครชิปที่ใช้ติดต่อสื่อสารในระยะใกล้ระหว่างอุปกรณ์ที่ใช้ NFC ด้วยกันมาใช้ร่วมกัน ทำให้เซ็นเซอร์สามารถสื่อสารกับสมาร์ตโฟนได้ ผู้บริโภคจึงสามารถใช้สมาร์ตโฟนอ่านข้อมูลจากเซ็นเซอร์ได้เพียงแค่ถือไว้เหนือบรรจุภัณฑ์ก็จะทราบว่าอาหารนั้นบริโภคได้อย่างปลอดภัยหรือไม่ ที่สำคัญคือมีราคาถูกเพียง 2 เซนต์ (1 ดอลลาร์สหรัฐ = 100 เซนต์)

ทีมวิจัยคาดหวังว่าจะสามารถขยายสเกลการผลิตโดยการใช้เทคนิคการพิมพ์ที่ผลิตได้ในปริมาณสูงที่มีอยู่แล้ว อย่างเช่นการพิมพ์สกรีน (screening printing) และการพิมพ์แบบม้วน (roll-to-roll printing) ทีมวิจัยยังต้องการขยายผลการใช้งานไปสู่อาหารและอุตสาหกรรมประเภทอื่น โดยทีมกำลังพัฒนาชุดของ PEGS ซึ่งเซ็นเซอร์แต่ละตัวสามารถตรวจวัดสารเคมีที่แตกต่างกันไป การใช้เทคนิคนี้ ชุดของเซ็นเซอร์ที่ตรวจวัดแก๊สหรือความชื้นที่แตกต่างกันจะให้สัญญาณที่เป็นลักษณะเฉพาะ ทำให้ใช้งานได้หลากหลายมากยิ่งขึ้น

สนใจอ่านข้อมูลเพิ่มเติมที่

  • https://www.imperial.ac.uk/news/191413/food-freshness-sensors-could-replace-use-by/
  • https://www.foodingredientsfirst.com/news/high-tech-spoilage-detectors-could-replace-use-by-dates-to-cut-food-waste.html
  • “Cellulose fibers enable near zero-cost electrical sensing of water-soluble gases” by Giandrin Barandun, Matteo Soprani, Sina Naficy, Max Grell, Michael Kasimatis, Kwan Lun Chiu, Andrea Ponzoni, and Firat Guder, published 5 June 2019 in ACS Sensors.
Scroll Up