امروزه حجم ضایعات مواد غذایی در بسیاری از کشورها بالاتر از مصرف گرسنگان در کشورهای قحطی‌زده است که به نوعی می‌توان با حل مشکل بسته‌بندی کالاها نه‌تنها باعث کنترل قیمت مواد غذایی در کشور شد بلکه بسیاری چالش‌های زیست‌محیطی و اجتماعی انسان‌ها را نیز حل و فصل کرد. بسته‌بندی هوشمند، سیستمی قادر به انجام عملکردهای هوشمندانه (تشخیص، حس کردن، ثبت کردن، ردیابی، ارتباط و به کاربردن منطق علمی) به‌منظور تسهیل تصمیم‌گیری برای افزایش زمان ماندگاری، افزایش ایمنی، بهبود کیفیت، فراهم کردن اطلاعات و هشدار درباره مشکلات احتمالی است. براساس این تعاریف، یک بسته‌بندی اگر دارای توانایی ردیابی فرآورده، حس کردن محیط داخلی و خارجی بسته و سایر ملاحظات را داشته باشد، هوشمند است.
بسته‌بندی هوشمند تنها شامل ایجاد تغییرات در بسته‌بندی محصول برای افزایش ماندگاری ماده غذایی درون آن نمی شود بلکه می‌توان شیوه‌های نوین بسته‌بندی که برای ایجاد حس بهتر در مصرف‌کننده هنگام خرید محصول ایجاد می‌شود را نیز شامل آن دانست و ازجمله اقدامات در این خصوص می‌توان به تعبیه سنسورهای تشخیص‌دهنده سلامت ماده غذایی اشاره نمود که می‌توانند باعث افزایش اطمینان مصرف‌کننده از سلامت ماده غذایی شود.
در این زمینه می‌توان به برچسب‌های هوشمندی اشاره نمود که با قرارگیری در محیط بسته‌بندی می‌توانند به‌صورت خودکار فعال شوند. این لیبل ها جایگزین بسیار مناسبی برای چاپ تاریخ تولید روی محصولات است که به راحتی قابل تغبیر هستند.
شرکت‌های بسیاری اقدام به طراحی برچسب و سنسورهای هوشمندی کرده اند که اغلب از تکنولوژی نانو مواد بهره برده‌اند به‌طور مثال می‌توان به طراحی برچسب‌هایی اشاره نمود که با قرارگیری در بسته حاوی گوشت قرمز با گذر زمان تغییر رنگ داده و در صورتی که تاریخ انقضا محصول برسد رنگ سنسور به شدت تغییر می‌کند و مصرف‌کننده از خرید آن خودداری می‌کند. از جمله مزایای این روش نسبت به چاپ تاریخ تولید می‌توان به امکان دنبال کردن و بررسی دما و شرایط نگهداری محصول حین انبارش و بسته‌بندی اشاره کرد.
در این روش در صورتی که محصول تحت شرایط نامناسبی نگهداری شود و روند فساد آن تسریع شود زمان انقضای مصرف آن کمتر خواهد شد که در روش‌های قدیمی نمی‌توان این تغییرات را مشاهده کرد و مصرف‌کننده تنها می‌تواند به تاریخ تولید آن اکتفا نماید که آن هم قابل تغییر است و بسیاری سودجویان می‌توانند به راحتی آن را تغییر دهند.
بسته‌بندی هوشمند
سنسور تشخیص زمان مصرف میوه
برخی سنسورهای دیگر نیز وابسته به نوع بسته‌بندی و محافظت ماده غذایی در برابر عوامل فاسدکننده همانند اکسیژن و نور خورشید می‌توانند مصرف‌کننده را از ورود این عوامل به محیط بسته‌بندی آگاه نمایند به‌طور مثال در صورتی که ماده غذایی به مدت ۵ دقیقه تحت اکسیژن قرار بگیرد با تغییر جزیی رنگ سنسور مصرف‌کننده را آگاه می‌کند و در صورت وجود بیشتر اکسیژن در بسته‌بندی این تفاوت رنگی بیشتر ملموس خواهد بود.
سنسور تشخیص میزان حضور اکسیژن در بسته‌بندی
از جمله دیگر عوامل فاسدکننده مواد غذایی می‌توان به موضوع دما اشاره کرد. افزایش دما باعث افزایش سرعت روند رشد باکتری‌ها و تخریب ماده غذایی می‌شود و این موضوع افت کیفیت ماده غذایی را در پی دارد. افزایش دما ممکن است حتی باعث فاسد شدن زودتر از موعد ماده غذایی شود و سلامت مصرف‌کننده را به خطر بیاندازد.
ازجمله معروف‌ترین سنسورهای تشخیصی می‌توان به نشانگر دما و زمان (TTI) اشاره کرد. همواره دو عامل مهم برای فاسد، دما و زمان می‌باشند که در صورت آشنایی مصرف‌کننده با این دو عامل می‌توان سلامت ماده غذایی را تضمین نمود. در این نشانگرها می‌توان به راحتی با استفاده از تغییرات رنگ سنسور شرایط نگهداری با معیار دما و زمان را محاسبه کرد.
بسته‌بندی هوشمند
در ادامه به بررسی اجمالی روی بسته‌بندی هوشمند می‌پردازیم:
سنسورهای گاز
استفاده از این سیستم‌ها در شرایط کاربرد تکنیک‌های بسته‌بندی اکسیژن MAP در بسته‌بندی و دی‌اکسیدکربن می‌تواند در طی زمان تغییر کرده و تحت تاثیر نوع فرآورده، تنفس، مواد بسته‌بندی، سایز بسته، نسبت‌های حجمی، شرایط نگهداری، سالم بودن بسته و غیره قرار بگیرد.
تعیین گازهای شاخص فضای بالای بسته می‌تواند سبب تعیین سریع و ارزان‌قیمت کیفیت فرآورده گوشتی و صحت بسته‌بندی آن شود. یک وسیله برای انجام این کار، تولید بسته‌بندی هوشمند در ترکیب با تکنولوژی سنسور گازی، است.
بیوسنسورها
درک سریع، دقیق و درخط، برای آنالیز در محل آلوده‌کننده‌ها، تعیین و تشخیص پاتوژن‌ها و کنترل پارامترهای کیفی غذایی پس از فرآوری، به‌صورت یک نیاز تلقی می‌شود. در کل، بیوسنسور یک وسیله آنالیزکننده فشرده است که اطلاعات مربوط به واکنش‌های بیوشیمیایی را تشخیص داده، ثبت نموده و منتقل می‌سازد.
این وسیله هوشمند دارای دو جزء اولیه است: یک بیورسپتور که آنالیت هدف را تشخیص می‌دهد و یک مبدل که سیگنال های بیوشیمیایی را به پاسخ الکتریکی قابل اندازه‌گیری تبدیل می‌کند.
بیورسپتور یک ماده ارگانیک یا بیولوژیکی است، نظیر یک آنزیم، آنتی‌ژن، میکروب، هورمون یا اسید نوکلئیک. مبدل، براساس پارامترهای مورد اندازه‌گیری، می‌تواند به فرم‌های مختلفی (نظیر الکتروشیمیایی، اپتیکال، صوتی) وجود داشته باشد.
شناساگرها
شناساگر سالم بودن بسته: به استثنای بسته‌بندی MAP که حاوی مقادیر بالای اکسیژن برای گوشت تازه (برای افزایش رنگ) است، بسیاری از موادغذایی در اتمسفر دارای اکسیژن پایین ( ۰-۲درصد) بسته‌بندی می‌شوند. در این موارد نشت معمولا سبب افزایش چشمگیر غلظت اکسیژن می‌شود.
تعداد زیادی شناساگر دیداری اکسیژن حاوی رنگ‌های اکسایش-کاهش اختراع شده‌اند. این تجهیزات به‌عنوان شناساگرهای نشت به ترتیب در استیک‌های تکه‌ای و قطعات پیتزای گوشت بسته‌بندی شده به‌صورت MAP آزمون شده‌اند.
معایب این تجهیزات عبارت است از حساسیت بالا (تقریبا ۰/۱درصد غلظت اکسیژن برای تغییر رنگ نیاز است)، یعنی شناساگرها به اکسیژن باقی مانده در بسته MAP حساس هستند (و برگشت‌پذیری) در جایی که اکسیژن افزایش یافته ناشی از نشت، در طی رشد میکروبی متعاقب مصرف شود، نامطلوب است.
شناساگر تازگی
نمایشگرهای تازگی اطلاعات کیفی مستقیمی از فرآورده فراهم می‌کنند که نتیجه رشد میکروبی یا تغییرات شیمیایی در فرآورده غذایی است. کیفیت میکروبیولوژیکی ممکن است به‌واسطه واکنش‌های میان شناساگرهای داخل بسته و متابولیت‌های رشد میکروبی، تشخیص داده شود.
تغییر در غلظت اسیدهای آلی نظیر –n بوتیرات، -لاکتیک اسید –d لاکتات و استیک اسید در طی نگهداری به‌عنوان متابولیت‌های شاخص برای تعدادی از فرآورده‌های گوشتی، پتانسیلی را فراهم می‌آورند. شناساگرهای pH بر پایه رنگ، دارای پتانسیل استفاده به‌عنوان شاخص‌هایی از این متابولیت‌های میکروبی هستند.
شناساگرهای زمان- دما
دما معمولا مهمترین فاکتور محیطی است که همانند رشد میکروبی، بر کینتیک تنزلات فیزیکی و شیمیایی در فرآورده‌های غذایی، مؤثر است. شناساگرهای زمان- دما (TTIs) بسیار مفید هستند، زیرا در زمانی که مواد غذایی در معرض دماهای نامناسب قرار گیرند، می‌توانند به مصرف‌کننده اطلاع دهند.
TTI معمولا برچسب‌های کوچک خودچسبی هستند که بر روی ظروف حمل‌ونقل یا بسته‌های تک، چسبانده می‌شوند. این برچسب‌ها دارای نشانه‌های بصری از پیشینه دمایی، در طی توزیع و نگهداری هستند، که به‌خصوص برای هشدار در مورد دماهای نامناسب برای فرآورده‌های غذایی سرد شده یا فریز شده، مفید می‌باشند.
همچنین این شناساگرها برای تخمین باقیمانده زمان ماندگاری فرآورده فسادپذیر به کار برده می‌شوند. TTIهایی که اخیرا به‌صورت تجاری در دسترس بوده‌اند شامل شماری از سیستم‌های بر پایه انتشار، بر پایه آنزیم و بر پایه پلیمر می شوند. تمامی این‌ها دارای پتانسیل کاربرد در فرآورده‌های گوشتی هستند.
TTI شناساگرهای بر پایه انتشار
یک شناساگر است که وابسته به انتشار استر رنگی اسید چرب در امتداد و یک (افروزه) متخلخل ساخته شده از کاغذ خشک‌کن با کیفیت بالا است. پاسخ قابل اندازه‌گیری، مسافت انتشار پیشروی‌کننده از مبدأ است. دامنه مفید دمایی و مدت پاسخ TTIبه‌وسیله نوع و غلظت استر تعیین می‌گردد.
TTI شناساگرهای بر پایه پلیمر
TTIهای Lifelines Freshness Monitor و Fresh-check بر پایه واکنش‌های پلیمریزاسیون وابسته به دما بوده که در آن کریستال‌های در استیلن از طریق پلیمریزاسیون افزایشی به پلیمر خیلی رنگی، پلیمره می‌شوند.
