Умная упаковка для еды определяет свежесть и состав продуктов без вскрытия

Исследователи предложили новый наноструктурированный SERS-сенсор, встроенный в растяжимую и антимикробную упаковку для мониторинга качества и сохранности пищи. Автор: Профессор Джи-Хван Ха / Национальный университет Ханбат, Республика Корея

Качество и безопасность пищевых продуктов имеют решающее значение. Однако традиционные методы контроля, такие как риботипирование и полимеразная цепная реакция, как правило, являются разрушающими и занимают много времени. Эти недостатки ограничивают их потенциал для широкого применения. В этом отношении зондирование методом поверхностно-усиленной комбинационного рассеяния (SERS), обладающее возможностями в реальном времени, неразрушающего контроля и высокой чувствительности, представляет собой высокоперспективную альтернативу.

В новом прорыве группа исследователей под руководством доцента Джи-Хвана Ха из Департамента машиностроения Национального университета Ханбат (Республика Корея) разработала двуединый наноструктурированный SERS-сенсор, встроенный в растяжимую и антимикробную упаковку (NSSAW), которая не только отслеживает качество пищи непосредственно на поверхности, но и активно сохраняет её.

Их новаторские результаты опубликованы в журнале Small.

Как работает упаковка NSSAW

Предложенная обёртка включает наноструктурированный SERS-сенсор — золотые нанорешетки, загруженные наночастицами серебра, — который обеспечивает до 30,11-кратного усиления сигнала Рамана. Это позволяет в реальном времени и без разрушения обнаруживать питательные компоненты, включая пурины, белки, липиды и каротиноиды, и даже пестицид тирам на мясе, рыбе и фруктах.

В то же время электроспряденная оболочка из куркумина и термопластичного полиуретана (ТПУ) демонстрирует сильную антимикробную эффективность — 99,99% против S. aureus и 99,9% против E. coli, что помогает продлить срок годности.

Примечательно, что NSSAW является высокоэластичной и адаптивной, выдерживая удлинение до 716% и максимальное напряжение 52,3 МПа. Слой SERS спонтанно интегрируется в неё в процессе изготовления с помощью наноимпринтной литографии, наклонного электронно-лучевого напыления и электроспиннинга с нанотрансферной печатью, что указывает на практический путь к масштабируемой упаковке.

Потенциальное применение и будущее влияние

«В логистике и хранении холодовой цепи обёртка может помочь дистрибьюторам решить, когда отгружать и продавать продукты, постоянно отслеживая химические показатели свежести и порчи. В умной розничной упаковке её растяжимая, адаптивная и биосовместимая природа позволяет проводить неразрушающую проверку качества и маркеров питания прямо на упаковке — без какого-либо повреждения продукта — поддерживая автоматизацию контроля качества в точке продаж и прозрачную маркировку сроков. Таким образом, реальное применение нашей технологии охватывает всю цепочку «от фермы до вилки», — говорит профессор Ха.

Кроме того, NSSAW отслеживает прогрессирование порчи с течением времени, следуя за бактериальным маркером диметилдисульфидом, связывая химические процессы со свежестью таким образом, что это могут интерпретировать как потребители, так и промышленность. Ожидается, что это исследование откроет новые горизонты в мониторинге свежести и состава пищи для человека.

«NSSAW может действовать как индикатор свежести прямо на продукте во время хранения потребителем дома и при доставке наборов еды, связывая химические изменения с легко интерпретируемыми сигналами с течением времени. Кроме того, для морепродуктов и мяса высокого класса количественный отслеживание пуринов, таких как гипоксантин, поддерживает проверку премиум-класса и решения о сроке годности. Более того, в качестве активной упаковки куркумин-ТПУ со своими антимикробными свойствами дополняет сенсорные функции функцией сохранности, чтобы продлить срок годности при дистрибуции и в рознице», — говорит профессор Ха.

В ближайшие пять-десять лет упаковка, которая одновременно сохраняет пищу и постоянно проверяет её качество, может перейти от пилотных проектов к мейнстриму. Используя инновационную технологию, представленную в этом исследовании, розничные торговцы и потребители смогут полагаться на сигналы о качестве в реальном времени и без разрушения, вместо грубых оценок по датам — сокращая отходы, повышая безопасность и обеспечивая более разумное ценообразование и отзыв продукции.

Эта технология может стать особенно актуальной в контексте растущей глобальной проблемы пищевых отходов. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, ежегодно около трети всех производимых для потребления человеком продуктов питания теряется или выбрасывается. Внедрение интеллектуальной упаковки, подобной NSSAW, могло бы внести существенный вклад в решение этой проблемы.

Больше информации: Ji‐Hwan Ha et al, SERS Sensor Integrated in Stretchable and Antimicrobial Wrapper for Food Quality Monitoring and Preservation, Small (2025). DOI: 10.1002/smll.202501808