Ανάπτυξη καινοτόμου έξυπνης συσκευασίας επιτόπιας-μη καταστρεπτικής αποτίμησης ποιότητας τροφίμων με εφαρμογή οργανικής φωτονικής στο υλικό συσκευασίας – OLED_Lumin_FoodPack Τ2ΕΔΚ-04175

Απόρροια του μοντέρνου τρόπου ζωής είναι η διαρκής αναζήτηση, καινοτόμων τεχνολογιών συσκευασίας τροφίμων για τη θωράκιση της ασφάλειας, της ποιότητας και της ιχνηλασιμότητάς των τροφίμων μέσω μη καταστρεπτικού, συνεχούς και ει δυνατόν απομακρυσμένου ελέγχου (RFID, δορυφόρων, κλπ). Ειδικότερα η πρόοδος στην έξυπνη συσκευασία δύναται να συμβάλλει στην συνεχή παρακολούθηση της ποιότητας των τροφίμων και στη δυναμική εκτίμηση του εναπομείναντος εμπορικού χρόνου ζωής, συμβάλλοντας στην εφαρμογή αποτελεσματικών συστημάτων διαχείρισης ασφάλειας τροφίμων (ISO 22000, BRC, κλπ). Ο αριθμός των δημοσιεύσεων σχετικά με την έξυπνη συσκευασία αυξήθηκε ραγδαία από το 2009 αποτυπώνοντας τις αναδυόμενες ανάγκες που προέκυψαν από τη οικονομική κρίση, η οποία ανάγκασε τις εταιρείες να εξοικονομήσουν κόστη ελέγχου ποιότητας και να επενδύσουν σε καινοτομία ώστε να μειώσουν πιθανές απώλειες. Τα συστήματα έξυπνης συσκευασίας εφαρμόζονται ως ετικέτες που αποτυπώνουν το «ιστορικό» αποθήκευσης ενός προϊόντος και διακρίνονται σε χημικούς δείκτες (άμεσους ή έμμεσους) και αισθητήρες. Εξαιτίας των περιορισμών, που σχετίζονται με το κόστος, την επιλεκτικότητα και την αξιοπιστία των ανωτέρω, το μέλλον είναι: (1) Εύκαμπτοι χημικοί αισθητήρες σε μικρογραφία (Miniaturized flexible chemical sensors), που επιτρέπουν την καταγραφή της μεταβολής της ποσότητας των πτητικών οργανικών ενώσεων (‘volatile organic compounds VOCs’) και της ποσότητας των αερίων (H2, CO, NO2,O2,H2S, NH3,CO2,CH4, κλπ.) και (2) Οργανική φωτονική (‘Organic photonics’), η οποία, στηριζόμενη στην πρόοδο των εκτυπωμένων ηλεκτρονικών, της νανοτεχνολογίας άνθρακα, της φωτονικής πυριτίου και της τεχνολογίας βιοαισθητήρων, επιτρέπει την ανάπτυξη νέας γενιάς αισθητήρων και συναφών εφαρμογών τους στη συσκευασία τροφίμων Οι εύκαμπτοι εκτυπωμένοι χημικοί αισθητήρες, αποτελούμενοι από έναν υποδοχέα εκτυπωμένο επάνω σε εκτυπωμένο μεταγωγέα, αναμφίβολα έχουν τη δυναμική να φέρουν την επανάσταση στην έξυπνη συσκευασία. Στόχοι του παρόντος έργου είναι: (α) η επιλογή κατάλληλου μοριακού (χρωματικού) ιχνηθέτη με δυνατότητα αλλαγής χρώματος κατά τη μεταβολή της συγκέντρωσης διαφορετικών χημικών ουσιών, παράγωγων αλλοίωσης ή ενζυμικής υποβάθμισης τροφίμων, (β) η συστηματική ανάπτυξη και εφαρμογή ιχνηθετών φθορισμού και συσκευών ηλεκτροφωταύγειας, όπως τα οι οργανικοί δίοδοι εκπομπής φωτός (ΟΔΕΦ) ‘organic light emitting diodes’ (OLEDs), για τη χρωματική διαφοροποίηση της απόκρισης του αισθητήρα και τη μετάδοση δεδομένων αν αυτό κριθεί σκόπιμο, και (γ) η ενσωμάτωση των αισθητήρων που θα αναπτυχθούν στα πλαίσια των 2 ανωτέρω στόχων στα υλικά συσκευασίας για την αποτίμηση της απόδοσής τους (επάρκεια και αποτελεσματικότητα) στην παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο και με μη καταστρεπτικό τρόπο της φρεσκότητας και αλλοίωσης τροφίμων ζωικής προέλευσης συσκευασμένων σε κενό ή/και τροποποιημένες ατμόσφαιρες, υπό πραγματικές θερμοκρασιακές συνθήκες που παρατηρούνται στην εφοδιαστική αλυσίδας των τροφίμων. Το προτεινόμενο έργο ευθυγραμμίζεται με την ιδέα της παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο της συγκέντρωσης χημικών ουσιών που σχετίζονται στενά με την ποιότητα των τροφίμων μέσω μοριακών ανιχνευτών οπτικής εξόδου. Η καινοτομία στηρίζεται στην εκτύπωση στο υλικό συσκευασίας OLED ως σμικρυσμένων αισθητήρων για την ανάγνωση έγχρωμων

κωδικοποιημένων ενδείξεων επί της συσκευασίας, αντί της ανάγνωσης των αλλαγών φάσματος απορρόφησης όπως συμβαίνει σε όλες σχεδόν τις συσκευές που έχουν προταθεί έως τώρα. 2 τύπου OLED θα μελετηθούν: (1) OLED Εκπομπή ευαίσθητη στη διάχυση των αναλυόμενων ουσιών σε εκπεμπόμενο στρώμα και (2) OLED για τον φωτισμό φύλλων αλλαγής χρώματος. Επίσης, θα διερευνηθεί η δυνατότητα εφαρμογής πολλαπλών αισθητήρων (multi-sensor) για λήψη περισσότερων πληροφοριών σχετικά με σύνθετες αλλαγές που λαμβάνουν χώρα κατά την αλλοίωση του τροφίμου σε σχέση με αισθητήρες ή δείκτες που βασίζονται στην παρακολούθηση ενός μόνο δείκτη ποιότητας. Επωφελούμενες από το έργο θα είναι πολλές μικρομεσαίες επιχειρήσεις παραγωγής τροφίμων αλλά και υλικών συσκευασίας, βραχυπρόθεσμα και μακροπρόθεσμα, οι οποίες μέχρι τώρα δεν είχαν πρόσβαση στην τεχνογνωσία των έξυπνων ετικετών ή/και δεν είχαν τη δυνατότητα διεξαγωγής έρευνας για τη βελτιστοποίηση της εφαρμογής των ετικετών στο φάσμα των προϊόντων τους. Η προστιθέμενη αξία της έξυπνης συσκευασίας συνδέεται άρρηκτα με τη βελτιστοποίηση των logistics των προϊόντων. Η μεγιστοποίηση της αποτελεσματικότητας στη διαχείριση της εφοδιαστικής αλυσίδας στο μέλλον θα προκύψει από το συνδυασμό του Internet of Everything (IoE), των Wireless Sensor Networks (WSN) και της έξυπνης συσκευασίας. Ο εν λόγω συνδυασμός στα logistics και τα συστήματα διαχείρισης αποθήκης και μεταφορών σε απομακρυσμένα μέρη σε όλο τον κόσμο, εφαρμόζεται μέσω των συστημάτων blockchains. Ο δράσεις διάχυσης και δημοσιότητας στοχεύουν στους εμπλεκομένους στην εφοδιαστική αλυσίδα (stakeholders), δηλ.: (i) την επιστημονική κοινότητα, (ii) τη βιομηχανία τροφίμων, (iii) τους ελεγκτικούς φορείς και (iv) τους καταναλωτές. Το τελικό παραδοτέο θα διατελέσει πολύτιμος αρωγός των εταιριών στον αποτελεσματικό καθορισμό του εμπορικού χρόνου ζωής (ημερομηνία λήξης), όχι εμπειρικά και συντηρητικά, όπως συμβαίνει τώρα, αλλά στοχευμένα και συστηματικά, σύμφωνα με την ιδιαιτερότητα του εκάστοτε προϊόντος (taylor-made), με σκοπό την ελαχιστοποίηση των αποβλήτων και τη συμμόρφωση με τη νομοθεσία σήμανσης των τροφίμων (ΕΚ. 1169/2011). Ομοίως οι δράσεις διάχυσης αποσκοπούν στην παράλληλη ενημέρωση των ελεγκτικών φορέων αναφορικά τη χρήση της τεχνογνωσίας του έργου για: (α) να ελέγξουν τα πρωτόκολλα προσδιορισμού του χρόνου ζωής των τροφίμων από τις εταιρίες και (β) να διενεργήσουν περισσότερους και μαζικούς μη καταστρεπτικούς ελέγχους σε όλη την εφοδιαστική  αλυσίδα, μειώνοντας το κόστος των ελέγχων.