artikel

Voedsel intelligent verpakken

Algemeen

Voedsel intelligent verpakken

De industrie kan via geavanceerde voedselverpakkingen sneller en beter tegemoetkomen aan steeds veranderende behoeften, eisen en wetten voor verse levensmiddelen zoals groenten, fruit, vlees en vis. Vooral de informatie voor de consument op de verpakking zal verdergaan dan die hem nu bereikt via beeld en tekst.

Twee factoren liggen ten grondslag aan de opmars van zogenoemde intelligente voedselverpakkingen, verpakkingen die consumenten kunnen voorzien van allerhande betrouwbare, correcte en actuele informatie uit het logistieke proces. Ten eerste neemt de interesse nog steeds toe in de keten, van producent tot consument, om levensmiddelen op het niveau van een individuele verpakking te kunnen traceren, authentiseren en monitoren. Ten tweede gaat de miniaturisatie van elektronische en optische componenten steeds verder en worden er nieuwe materialen en relatief goedkope productieprocessen ontwikkeld. Daardoor zijn ze toe te passen in een breed aanbod aan mobiele apparaten zoals smartphones, tablets en smartwatches, en verpakkingsmaterialen als kunststof, papier en metaal.

Drie technologieën

Op dit moment zijn er drie technologieën om intelligente verpakkingen te realiseren: sensoren, indicatoren en automatische identificatiesystemen. Allemaal kunnen ze op een of andere manier informatie geven over de integriteit van de verpakking zelf, de herkomst en kwaliteit van het verpakte levensmiddel of de omgevingsfactoren waaraan het levensmiddel wordt blootgesteld tijdens transport en opslag. Intelligente verpakkingen stellen ons in staat calamiteiten te detecteren die optreden tijdens het logistieke proces, zoals lekkende verpakkingen van levensmiddelen die zijn verpakt onder beschermende atmosfeer. Daarnaast kunnen misbruiken worden geregistreerd wat betreft bewaring, zoals tijdelijke onderbreking van de koude keten. Intelligente verpakkingen hebben dus het potentieel om de logistieke keten efficiënter en veiliger te maken en voedselverspilling en -verliezen terug te dringen.

Sensoren

Dankzij tal van onderzoeksinspanningen wereldwijd in het afgelopen decennium wordt de integratie van kleine sensoren in voedselverpakkingen langzaamaan realiteit. Vergeleken met traditionele apparatuur is de toepassing van kleine, integreerbare sensoren minder omslachtig, minder tijdrovend en stilaan ook een stuk goedkoper voor het monitoren van omgevingsfactoren zoals temperatuur, luchtvochtigheid of verlichtingssterkte tijdens het logistieke proces. Onderzoek naar deze sensoren en de ontwikkeling ervan zitten in de lift. Toch zijn er nog steeds enkele technische obstakels die toepassing op grote schaal verhinderen, zoals beperkte flexibiliteit, robuustheid en gevoeligheid, energieverbruik en compatibiliteit met voeding wat voedselveiligheid betreft. Veruit de grootste uitdaging binnen deze context is de ontwikkeling van kleine, chemische sensoren die vluchtige componenten – zogenoemde bederfindicatoren – rechtstreeks in verband kunnen brengen met het bederfproces en de bederfstatus van een levensmiddel. En dat op een niet-destructieve manier, dat wil zeggen dat zowel levensmiddel als verpakking intact blijft tijdens en na de meting. Dit in tegenstelling tot grote labapparatuur zoals gaschromatografie-massaspectrometers (GC-MS).

Stroomversnelling

Hoewel de ontwikkeling van integreerbare chemische sensoren nog in een vrij vroeg stadium verkeert, is de verwachting dat die in een stroomversnelling komt door recente doorbraken en ontwikkelingen in de nanotechnologie, geprinte elektronica en fotonica. Binnen de nanotechnologie, en bij uitbreiding ook de biotechnologie, worden bij de vleet nieuwe materialen ontdekt of gesynthetiseerd die interessante eigenschappen vertonen om ze te gebruiken als sensor. Door verbeterde of nieuwe inktsamenstellingen en beter controleerbare en meer kostenefficiënte processen bij de geprinte elektronica kunnen steeds meer types sensoren en energiebronnen, zoals batterijen en antennes, op grote schaal worden ingebed in of geprint op tal van stugge én flexibele substraten, dus ook buigbare verpakkingsmaterialen. Zo is bijvoorbeeld de markt van wegwerpbare, geprinte glucosesensoren tegenwoordig goed voor een jaarlijkse omzet van circa 5,5 miljard euro. Het bedrijf IDTechEx voorspelt in het rapport ‘Printed and Flexible Sensors 2015-2025: Technologies, Players, Forecasts’ tegen 2025 een totale omzet van 8 miljard euro voor geprinte sensoren (exclusief glucosesensoren). Tussen 2015 en 2025 wordt een samengestelde jaarlijkse groei van de omzet voorspeld tussen 15 en 85 procent, afhankelijk van het type sensor.

CheckPackproject

Door de steeds toenemende miniaturisatie van optische circuits binnen de foto nica is het plausibel dat binnen tien jaar een nieuw soort chemische sensor opduikt die volledig werkt op licht, dus geen stroom vereist, en die op afstand uitgelezen kan worden via een soort barcodescanner. Dit lijkt misschien sciencefiction, maar niets is minder waar. Op dit moment is er in Vlaanderen en Nederland een grootschalig onderzoeksproject dat de ontwikkeling beoogt van een dergelijke sensor voor toepassing in voedselverpakkingen. Dit zogeheten CheckPackproject loopt van 2013 tot 2017 en wordt volledig gefinancierd door de Vlaamse Gemeenschap. Het wordt vanuit de industrie ondersteund door zestien bedrijven en sectororganisaties uit zowel Vlaanderen als Nederland.

De doelstelling is tweeledig. Enerzijds is er de ontwikkeling van een optische sensor voor meting van zeer kleine concentraties – grootteorde ppm en lager – van enkele bederfindicatoren die tijdens het project worden geïdentificeerd en gekwantificeerd voor vers vlees, verse vis en verse groenten. Anderzijds is er de ontwikkeling van een optische sensor die verpakkings lekken kan detecteren via meting van het CO2-gehalte in een verpakking met een nauwkeurigheid in de grootteorde van enkele procenten. Bijkomende doelstelling is om beide types sensoren te integreren op eenzelfde drager. Het project zit nu in het derde jaar en de verwachting is dat er in de loop van volgend jaar prototypes worden gedemonstreerd van beide types.

Kwalitatieve informatie

In tegenstelling tot sensoren bieden indicatoren geen kwantitatieve, maar visuele, kwalitatieve informatie over omgevingsfactoren zoals inhoud of integriteit van een voedselverpakking. Deze informatie wordt kenbaar gemaakt via een verande ring van kleur, een toename in kleurintensiteit of de verspreiding van kleurvloeistof. Afhanke – lijk van de toepassing zijn er verschillende indicatoren te onderscheiden. Gas indicatoren worden gebruikt om de verpakkingsintegriteit te bepalen van levensmiddelen die zijn verpakt onder beschermende atmosfeer. Ze bieden dus kwalitatieve informatie over de eventueel veranderde gasconcentraties binnen een voedselverpakking na een lek.

Versheidsindicatoren bieden informatie over de kwaliteit van een verpakt levensmiddel. Ze worden onder andere gebruikt om de rijpheidstatus van fruit aan te duiden of om een inschatting te geven over de resterende houdbaarheid van een vers levensmiddel. Tijd-temperatuurindicatoren geven visuele informatie over de temperatuurgeschiedenis tijdens het logistieke proces. Op die manier kan dus afgelezen worden of de koude keten is doorbroken voor een bepaald levensmiddel. Thermochromische inkten vormen een laatste categorie indicatoren. Ze veranderen van kleur naarmate de omgevingstemperatuur verandert. Ze worden bijvoor beeld aangewend in blikjes bier of frisdrank om aan te geven of het blikje tijdens koeling al dan niet de ideale consumptietemperatuur heeft bereikt.

Automatische identificatiesystemen

Radio Frequecy IDentification (RFID) en Near Field Communication (NFC) – twee identificatiesystemen – laten het toe om informatie te vergaren over allerlei materiaalstromen. Ze zijn daarom ook bijzonder geschikt voor controle van de voedselvoorzieningsketen. Aanvankelijk werd de technologie louter toegepast in productie- en transportomgevingen voor productidentificatie en -authenticatie als bescherming tegen namaak, procesautomatisatie en diefstal preventie. Steeds vaker worden ze echter gebruikt in combinatie met een of meerdere van de eerder besproken sensoren voor monitoring van individuele voedselverpakkingen tijdens de hele logistieke keten. Dergelijke hybride systemen laten het toe om de geregistreerde sensorgegevens op te slaan en op afstand uit te laten lezen door de gebruiker of een centraal computersysteem. De hybride systemen zijn vandaag de dag al commercieel beschikbaar, doorgaans als een apart, rigide en dus niet te integreren systeem. Mede dankzij de doorbraken in de geprinte elektronica zijn onlangs integreerbare hybride systemen op de markt gekomen.

Internet of Everything

Het Internet of Everything (IoE), het internet van alles, is een relatief jong concept dat slaat op de ontwikkeling van een wereldwijd netwerk van objecten die met elkaar verbonden zijn: van smartphones en uurwerken tot koel kasten en auto’s. Met de groei van het IoE worden nieuwe me thodes ontwikkeld om gigantische hoeveelheden data, afkomstig van de vele objecten, te kunnen opslaan, verwerken en analyseren. Met de opkomst van intelligente voedselverpakkingen is het te verwachten dat het IoE op termijn resulteert in efficiëntere beheersystemen voor voedselveiligheid, accuratere inschattingen van voedselverspilling en -verliezen, snellere identificatie van zwakke schakels in een logistieke keten en gedetailleerdere aanbevelingen om problemen tegen te gaan of te verhinderen.

Wettelijk kader

Door het brede aanbod aan nieuwe ontwikkelingen binnen uiteenlopende domeinen, zullen voedselverpakkingen in de nabije toekomst steeds intelligenter worden. Die verpakkingen bieden het perspectief om ons informatie te geven over tal van zaken die kunnen voorkomen tijdens het logistiek proces. Op die manier kunnen ze bijdragen tot een verhoogde voedselveiligheid en een betere kwaliteit van het verpakte voedsel dat de consument bereikt. Het succes hangt echter niet enkel af van de wetenschappelijke en technologische vooruitgang de komende jaren. Minstens even belangrijk is het formuleren van een sluitend antwoord op enkele belangrijke vragen over de verantwoordelijkheid, de aansprakelijkheid en de houding van de actoren in de logistieke keten zelf, vooral de retailers en de consumenten. Zijn zij in staat om de nieuwe, beschikbare informatie op een correcte manier te verwerken, te interpreteren en te communiceren? Wie moet opdraaien voor de eventuele extra kosten van een intelligente verpakking? Wie moet verantwoordelijk worden gesteld bij even tuele gezondheidsschade door een defect of een niet-werkende intelligen te verpakking? En wat met eventuele hackers die knoeien met de informatie afkomstig van intelligente voedselverpakkingen, met mogelijke schadelijke gevolgen voor de consument? Het moge duidelijk zijn dat er behoefte is aan een wettelijk kader en strenge protocollen om de intrede van intelligente verpakkingen in goede banen te leiden.

Reageer op dit artikel