Chip controleert fruitrijping

Een geminiaturiseerde single-chip sensor maakt de weg vrij voor het opvolgen van ethyleenconcentraties in fruit doorheen de supply chain. Deze ontwikkeling zou kunnen leiden tot een drastische vermindering van verliezen. Imec en Holst Centre demonstreren nu een single-chip elektrochemische sensor klein en goedkoop genoeg om te worden gebruikt in individuele fruit containers. Bovendien is de nieuwe sensor met een detectielimiet van 200-300 ppb voldoende gevoelig om de dure en de logge laboratoriumtoestellen te vervangen die momenteel gebruikt worden in fruit distributiecentra.

Monitoren van de ethyleenconcentratie

Ethyleen speelt een belangrijke rol in het rijpingsproces van ondermeer appels, peren, bananen en mango’s. Tijdens overzees transport dient het ethyleenniveau laaggehouden te worden om te vermijden dat het fruit reeds rijpt voor het zijn bestemming bereikt. Daarnaast worden vruchten vaak onderworpen aan een geforceerd rijpingsproces tijdens opslag waarbij grote hoeveelheden (~1000ppm) ethyleen in de opslagplaats wordt gesproeid zodat ze ‘ready-to-eat’ toekomen bij de consumenten. Het opvolgen van de ethyleenconcentraties tijdens transport, opslag en distributie van fruit is dus van cruciaal belang. Goedkope en accurate ethyleensensoren zouden een betere controle van dit proces mogelijk maken en verliezen (door overrijpe vruchten) bij de distributeur en de retail helpen vermijden. Weten aan welke ethyleenconcentraties de vruchten tijdens transport werden blootgesteld kan de distributiecentra in staat stellen in te schatten welke verdere behandeling nodig is om ervoor te zorgen dat de vruchten in optimale conditie in de supermarkten terecht komen.

Innovaties

Imec en Holst Centre ontwikkelden een prototype van een goedkope, elektrochemische sensor gebaseerd op een niet-zure, niet verdampende electrolyt. Deze sensor kan geproduceerd worden op goedkope substraten zoals glas of folie. Recente verbeteringen hebben aangetoond dat de ethyleensensor in concentraties beneden 1ppm concentratiewijzigingen van 100ppb kan detecteren. Deze eigenschap maakt de sensor direct toepasbaar voor gebruik in de opslag en bewaring van fruit. Volgens de onderzoekers is het de eerste keer dat een single-chip ethyleensensor is ontwikkeld die lage -industrieel relevante- detectielimieten combineert met laag energieverbruik en lage kostprijs.

Verdere optimalisaties

Om de ethyleensensor toe te passen in meet- en regelsystemen streven imec en Holst centre naar samenwerking met componenten- en systeemleveranciers. Bovendien wordt de sensor verder verkleind, en wordt verder onderzoek verricht naar het verhogen van de performantie naar lagere detectielimieten (~10-20ppb). Het doel is om deze sensor ook in te zetten voor andere toepassingen zoals de monitoring van planten, groenten en vruchten in serres. Andere optimalisaties omvatten de verdere verlaging van het energieverbruik en verbetering van de uitlees elektronica om zo een minaturisatie van het volledige systeem mogelijk te maken. De ontwikkeling van deze ethyleensensor op flexibele substraten zou de weg moeten vrij maken naar gebruik in slimme verpakkingen. 

Bron:

http://www2.imec.be/be_en/press/imec-news/ethylenesensor.html