Έξυπνες συσκευασίες με ενσωματωμένα ηλεκτρονικά στοιχεία και καινοτόμα βιοδραστικά συστατικά για την παρακολούθηση και ενεργητική προστασία της ποιότητας των τροφίμων
Authors: Στραμάρκου Μαρίνα 
Published: January 2023

Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας έξυπνης συσκευασίας, η οποία προορίζεται για χρήση σε προϊόντα τροφίμων και θα αποτελείται από ένα στρώμα με εγκλεισμένες αντιοξειδωτικές ενώσεις από παραπροϊόντα της βιομηχανίας χυμού (ενεργή συσκευασία) και από έναν χημικό αισθητήρα ικανό να ανιχνεύει τις αλλαγές στη συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα, μια ένωση που αποτελεί δείκτη αλλοίωσης των τροφίμων (ευφυής συσκευασία).Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε σε ερευνητικό επίπεδο χωρίζεται σε τρεις διακριτούς άξονες. Αρχικά, τα παραπροϊόντα της βιομηχανίας χυμού, και πιο συγκεκριμένα οι πυρήνες βερίκοκου και οι πούλπες βερίκοκου και ροδάκινου, εκχυλίζονται με δύο συμβατικούς διαλύτες, νερό και σύστημα αιθανόλης: νερού, και δύο βαθείς ευτηκτικούς διαλύτες, χλωρίδιο χολίνης: ουρία και χλωρίδιο χολίνης: γαλακτικό οξύ με συνδυαστική εκχύλιση με μικροκύματα και υπερήχους. Στόχος αυτής της ενότητας είναι η ανάκτηση εκχυλισμάτων πλούσιων σε φαινολικές, αντιοξειδωτικές ενώσεις, βελτιστοποιώντας τη διεργασία της εκχύλισης. Σε μετέπειτα στάδιο, τα βέλτιστα εκχυλίσματα ενθυλακώνονται στον φορέα εγκλεισμού της ζεΐνης μέσω της διαδικασίας της ηλεκτροστατικής ινοποίησης, ώστε πάνω στη συμβατική συσκευασία Tetra Pak να αναπτυχθεί ένα φιλμ εγκλεισμένων φαινολικών ενώσεων, οι οποίες θα απελευθερώνονται σταδιακά και ελεγχόμενα. Για την παραγωγή των εγκλεισμένων δομών εξετάζονται διάφορες λειτουργικοί παράμετροι. Τα φιλμ με την καλύτερη απόδοση εγκλεισμού αποθηκεύονται σε διάφορες ήπιες και ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας, είτε σε κλειστούς θαλάμους είτε με τη χρήση εύκαμπτων θερμαντήρων πολύ μικρών διαστάσεων. Κατ’ αυτόν τον τρόπο, αξιολογείται ο χρόνος ζωής των προϊόντων και η δυνατότητα ενεργοποίησης της άμεσης απελευθέρωσης εγκλεισμένων φαινολικών ενώσεων.Ο δεύτερος άξονας της διδακτορικής έρευνας αφορά στην κατασκευή ενός χημικού αισθητήρα, ικανού να ανιχνεύει μεταβολές στα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Το διοξείδιο του άνθρακα αποτελεί προϊόν των μεταβολικών δραστηριοτήτων των μικροοργανισμών που αλλοιώνουν τα τρόφιμα. Επομένως, οι χημικοί αισθητήρες διοξειδίου του άνθρακα μπορούν να υποδείξουν την ποιότητα και τη φρεσκάδα των προϊόντων διατροφής. Δεδομένων των εξαιρετικών ιδιοτήτων των νανοδομών του, επιλέγεται να αναπτυχθούν αισθητήρες με βάση το οξείδιο του ψευδαργύρου. Εξετάζεται, επίσης, η νόθευση της δομής του οξειδίου του ψευδαργύρου με μικρές ποσότητες νατρίου και η επίδρασή της στην απόκριση του αισθητήρα σε διάφορες χαμηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα.Τέλος, πραγματοποιείται μελέτη αξιολόγησης του κύκλου ζωής, καθώς και οικονομική μελέτη της έξυπνης συσκευασίας, ώστε να εκτιμηθεί η περιβαλλοντική και οικονομική βιωσιμότητά της. Αρχικά, το περιβαλλοντικό αποτύπωμα της παραγωγής της έξυπνης συσκευασίας συγκρίνεται με το αντίστοιχο της συμβατικής. Στη συνέχεια, εξετάζονται και τα στάδια της χρήσης των συσκευασιών, αλλά και του τέλους ζωής αυτών και των περιεχόμενων προϊόντων. Τέσσερα σενάρια χρήσης προσαρμόζονται εκτιμώντας ότι η εφαρμογή της έξυπνης συσκευασίας οδηγεί στην παράταση του χρόνου ζωής των περιεχόμενων τροφίμων, και επομένως, στη μείωση των αποβλήτων τροφίμων σε σχέση με τη συμβατική συσκευασία. Η ενεργή συσκευασία αποτελεί μια από τις πιο δυναμικές τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση των τροφίμων, με τη νέα κατεύθυνση εξέλιξής της να κινείται προς τη χρήση της νανοτεχνολογίας για την αποτελεσματική ενσωμάτωση των βιοδραστικών συστατικών και την ενίσχυση των επιθυμητών λειτουργιών. Επιπλέον, οι αυξανόμενες απαιτήσεις για συνεχή παρακολούθηση της ποιότητας των τροφίμων έχουν οδηγήσει στην εμφάνιση αναπτυγμένων τύπων ευφυούς συσκευασίας με τα συστήματα αισθητήρων να είναι μία από τις πιο υποσχόμενες τεχνολογίες για εμπορική χρήση. Δεδομένων, λοιπόν, των παραπάνω σύγχρονων τάσεων στην τεχνολογία συσκευασίας τροφίμων, τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής μπορούν να αποτελέσουν νέες προοπτικές στον ραγδαίως εξελισσόμενο αυτόν τομέα.