Voedselverliezen treden op in de hele keten. De consument consumeert niet alle gekochte producten voor het verstrijken van de houdbaarheidsdatum en de producent gebruikt destructieve methodes om de kwaliteit en houdbaarheid van verpakte producten te controleren. Kan het ook anders?
In het pas gestartte project TERAFOOD wordt ingezet op een lage kost terahertz-sensor die toelaat voedselkwaliteit te monitoren doorheen de verpakking.
Destructieve kwaliteitscontrole - een bron van voedselverliezen
Voedselverliezen in de productieomgeving zijn onder andere te wijten aan de manier waarop de kwaliteitscontrole en de houdbaarheidsbepaling van verpakte levensmiddelen wordt uitgevoerd. Vandaag de dag worden hiervoor doorgaans een aantal willekeurige stalen geselecteerd en gecontroleerd. De integriteit en kwaliteit van de verpakking en de verpakte producten wordt bepaald door het openen van de verpakking, een destructief en steekproefsgewijs proces.
De verkregen resultaten worden vervolgens statisch verwerkt en geëxtrapoleerd naar de gehele batch producten. Daar komt nog bij dat er in deze destructieve en steekproefsgewijze benadering uitgegaan wordt van worst-case scenario’s en dat de nodige veiligheidsmarges worden ingebouwd. Het economisch verlies wordt nog groter door de ruime marges op de houdbaarheidsdata waardoor de consument vaak producten weggooit die nog perfect consumeerbaar zijn.
Hoe kunnen we dit oplossen? In het ideale geval kan elke individuele verpakking op een niet-destructieve manier gescreend worden zodat het voedselverlies in de productieomgeving kan gereduceerd worden. Bovendien zou deze individuele screening het ook mogelijk maken dat een eventuele productiefout, bijvoorbeeld een slecht sluitende verpakking, of een geval van bederf, snel kan gedetecteerd en gecorrigeerd worden zonder dat daarbij de hele batch verloren gaat. Daarenboven kunnen deze resulaten bijna real-time teruggekoppeld worden naar het productieproces en laat het de farbicant toe om deze fouten snel te corrigeren.
De technologie die dit mogelijk moet maken, moet niet alleen accuraat zijn, maar ook goedkoop. Huidige goedkope technieken die bijvoorbeeld de kleur van verpakt voedsel monitoren blijken niet accuraat genoeg. Technieken die specifieke componenten detecteren die gevormd worden tijdens het bederfproces lijken het meeste potentieel te bieden.
TERAFOOD: luisteren naar bederf
In het Interreg-project TERAFOOD bundelen verschillende onderzoeksgroepen de krachten om een compacte, lage kost terahertz-sensor te ontwikkelen voor het monitoren van de kwaliteit van verpakte producten. Terahertzgolven situeren zich tussen radiogolven en infrarood licht (Figuur 1). Terahertzgolven zijn dus elektromagnetische golven met een frequentie tussen 0,1 THz en 10 THZ (1THz = 1000 GHz), of anders gezegd, met een golflengte tussen de 30 µm en de 3 mm. Zodoende hebben ze zowel eigenschappen die meer geassocieerd worden met licht als met radiogolven.
Figuur 1: Het electromagnetisch spectrum
Wat Terahertzgolven uniek maakt is de manier waarop ze met materialen interageren. Zo zijn bijvoorbeeld glas en plastic transparant voor deze golflengten wat meten doorheen een verpakking mogelijk maakt. Dit is niet mogelijk met andere spectroscopische technieken zoals infrafood. Bovendien zijn terahertzgolven ook erg gevoelig voor water en er is reeds aangetoond in labocondities dat zeer kleine hoeveelheden gassen (ppb-niveaus) gedetecteerd kunnen worden.
Het TERAFOOD-project focust op het detecteren van vluchtige organische componenten die typisch gevormd worden bij bederf door micro-organismen. Om deze accuraat en voldoende gevoelig te kunnen detecteren zal een sensorsysteem ontwikkeld worden dat drie sleuteltechnologieën combineert: silicium chiptechnologie, terahertzgolven en micromechanische geïntegreerde systeemtechnologie (MEMS).
Figuur 2: Ringresonator voor THZ-golven en chip met geïntegreerde sensor
Technologische ontwikkelingen maken het mogelijk om de traditionele grote labo-opstellingen te miniaturiseren en te integreren op chip (Figuur 2). Om de nodige gevoeligheid te halen zal de absorptie van de THz-golven door het gas (de te detecteren vluchtige componenten) gemeten worden met een MEMS-oscillator, een soort van microfoon. Bij absorptie van de terahertzgolven zal het gas opwarmen en uitzetten. Door het aan en uit zetten van de terahertzgolf worden akoestische trillingen gegenereerd die door deze microfoon zeer nauwkeurig kunnen gemeten worden. We spreken dan van foto-akoestische spectroscopie.
Omdat polymeren (de verpakking) transparant zijn voor terahertz golven kan deze sensor van buiten de verpakking uitgelezen worden. De sensor staat op geen enkel moment in rechtstreeks contact met het voedingsproduct (eigenlijk wel als de sensor in de verpakking zit om de trillingen van het gas te metern) en er is dus ook geen gevaar voor contaminatie.
Meer weten?
Zie je potentieel in deze technologie? Wil je meer weten over de mogelijkheden van terahertz golven op je eigen producten of wil je de ontwikkelingen van nabij opvolgen? Neem dan zeker contact op met de uitvoerder van het Terafood-project of met Flanders’ FOOD. Geïnteresseerde bedrijven kunnen nog steeds instappen in de algemene adviesraad van TERAFOOD.
Mathias Vanwolleghem – Mathias.Vanwolleghem@iemn.univ-lille.fr
Bart Kuyken – Bart.kuyken@ugent.be
Je bent ook van harte welkom op het event “Hallo Technologie – microelectronica meets food” op 31 januari bij imec waar Bart Kuyken (UGent) het TERAFOOD-project zal toelichten.
