La tecnologia di rilevamento flessibile consente il monitoraggio e la misurazione della qualità dell’alimento in tempo reale. Le problematiche risiedono nella quantificazione di parametri di caratterizzazione della qualità di un prodotto, nell’integrazione con dispositivi e algoritmi intelligenti e nel rilevamento di segnali complessi.

Il mantenimento continuo della bassa temperatura di un prodotto alimentare deperibile è fondamentale per la conservabilità (shelf life) e la sicurezza al consumo. La catena del freddo è una tecnologia essenziale per ridurre la perdita di qualità post-produzione e migliorare la sicurezza del settore agroalimentare. Il rilevamento in tempo reale e il controllo efficace dei parametri ambientali della catena del freddo sono necessari per garantire la qualità dei prodotti. Attualmente, la perdita di prodotti agroalimentari durante la logistica e lo stoccaggio della catena del freddo raggiunge il 50%. La ragione principale di questo fenomeno è il deterioramento della qualità dell’alimento. I prodotti agroalimentari deteriorati immessi sul mercato rappresentano un enorme rischio per la sicurezza e la salute dei consumatori. Inoltre, i problemi di sicurezza alimentare causano costi importanti. Per garantire la qualità e la sicurezza del settore agroalimentare nella catena del freddo, i ricercatori hanno lavorato allo sviluppo di vari dispositivi, modelli di algoritmi e sistemi intelligenti, riducendo così la perdita di qualità dei prodotti agroalimentari dovuti al non mantenimento della catena del freddo. 

I sensori rigidi

I sensori sono dispositivi che percepiscono una determinata quantità misurata e la convertono in un segnale utilizzabile secondo determinate regole. In particolare, nel campo della catena del freddo agroalimentare, la tecnologia dei sensori rigidi si riferisce a quei sensori che non possono essere piegati o allungati, che generalmente si basano su materiali a base di silicio o vari materiali semiconduttori. Negli ultimi anni, la tecnologia dei sensori è stata ampiamente utilizzata nel campo del monitoraggio, tracciamento e rilevamento dell’ambiente della catena del freddo, come l’applicazione della tecnologia multisensore per monitorare la qualità della pesca, l’applicazione del sistema di rete di sensori wireless (WSN) per ottenere il controllo della qualità di diversi prodotti. La logistica intelligente della catena del freddo abilitata dalla tecnologia dei sensori può rilevare e fornire feedback in tempo reale di una serie di informazioni chiave (come temperatura e umidità, gas volatili, pressione, vibrazioni etc.), che potrebbero monitorare efficacemente lo stato e la qualità degli alimenti della catena del freddo. Tuttavia, esistono ancora diverse sfide in termini di applicazioni dei sensori nella catena del freddo. I sensori rigidi hanno grandi dimensioni, non sono flessibili e sono pesanti. Essi non riescono a rilevare più informazioni sui parametri in uno spazio ristretto e non possono soddisfare i requisiti di acquisizione di segnali multipli nel complesso ambiente della catena del freddo del settore agroalimentare. Durante il trasporto o la refrigerazione degli alimenti, i sensori rigidi non possono adattarsi alla superficie irregolare degli imballaggi agroalimentari a causa della loro scarsa flessibilità e adattabilità ambientale. Ciò comporta importanti errori di misurazione dei parametri in oggetto e di conseguenza non garantisce il corretto mantenimento della catena del freddo con ripercussioni sulla qualità e l’igiene degli alimenti. 

I sensori flessibili

Una delle soluzioni per ottenere un’efficace integrazione della tecnologia dei sensori e del controllo della qualità del settore agroalimentare è l’utilizzo dei sensori flessibili. Si tratta di sensori realizzati con materiali flessibili che consentono la preparazione rapida e di piccoli lotti. La differenza e il miglioramento della tecnologia di rilevamento flessibile rispetto alla tecnologia di rilevamento rigido nel campo della catena del freddo agroalimentare è che la tecnologia di rilevamento flessibile può essere organizzata arbitrariamente in base alle condizioni di misurazione e agli scenari applicativi e può rilevare una varietà di segnali complessi in ambienti difficili. Le sue caratteristiche ultrasottili e la risposta elastica alla deformazione rendono possibile l’integrazione con imballaggi intelligenti e robotica morbida, ovvero che si basa su strutture morbide e organiche e sull’imitazione di movimenti naturali piuttosto che su materiali rigidi e movimenti non efficaci etc. Tutto ciò migliora notevolmente il monitoraggio e l’efficienza di rilevamento della qualità agroalimentare. I sensori flessibili sono elastici e biocompatibili e consentono il monitoraggio e la misurazione della qualità dell’alimento durante la catena del freddo in tempo reale. Un sensore flessibile di pressione può valutare la consistenza dell’alimento, un sensore tattile flessibile può identificare il grado di rugosità della superficie di un frutto, un sensore di gas flessibile può monitorare il cambiamento di concentrazione di gas, come ad esempio CO₂, O₂, N₂, nell’ambiente per lungo tempo. Con i sensori flessibili possono essere rilevati cambiamenti nell’intensità della luce, eventuali sostanze nocive, quali residui di pesticidi, metalli pesanti sull’alimento, impedendo che questi arrivino al consumatore. È in forte espansione la tecnologia di rilevamento flessibile multimodale, che può raccogliere più parametri di informazioni in uno spazio ridotto. Promuovere l’integrazione di sensori flessibili con dispositivi e algoritmi intelligenti, può valutare in modo completo e accurato la qualità e lo stato dei prodotti agroalimentari. 

Problemi e prospettive

Con l’avvento dell’era della Rivoluzione Industriale 4.0, le prestazioni dei sensori flessibili sono in costante miglioramento e il controllo della qualità agroalimentare nella catena del freddo si sta muovendo nella direzione della sostenibilità e dell’intelligenza. L’entusiasmo, che sta attorno all’utilizzo della tecnologia di rilevamento flessibile nel campo del controllo di qualità agroalimentare della catena del freddo, è smorzato dal fatto che questa tecnologia sia ancora agli inizi e sia difficile, al momento, disporre di sensori flessibili in grado di soddisfare appieno le esigenze di rilevamento in un ambiente complesso come quello della catena del freddo. Prima di utilizzare i sensori flessibili, è necessario specificare i parametri di caratterizzazione dell’alimento: indicatori della qualità esterna, ovvero proprietà visibili, quali dimensioni, forma e colore, e sensoriali come gusto, odore e tatto, e indicatori della qualità interna, che invece riguardano proprietà fisico-chimiche. Si tratta di parametri, al momento, di difficile quantificazione. Inoltre, sono ancora pochi gli studi che hanno discusso l’integrazione dei sensori flessibili con altre tecnologie o dispositivi. Pertanto, al fine di integrare meglio i sensori flessibili nella catena del freddo per i prodotti agroalimentari, occorreranno studi che quantifichino gli indicatori di qualità utilizzati per valutare un prodotto agroalimentare, analizzare il meccanismo di interazione tra i vari indicatori di qualità e la qualità del prodotto in esame, migliorare ulteriormente le prestazioni dei sensori flessibili e rafforzare l’integrazione di questi ultimi con altre tecnologie o dispositivi.
Di sensori flessibili applicati alla catena del freddo si è occupato l’articolo revisione “Flexible sensing enabled agri-food cold chain quality control: A review of mechanism analysis, emerging applications, and system integration” (Wentao Huang, Xuepei Wang, Jie Xia, Yuliang Li, Luwei Zhang, Huanhuan Feng, Xiaoshuan Zhang, Trends in Food Science & Technology, Volume 133, marzo 2023, pagine 189-204). Gli autori si sono concentrati sulle applicazioni, l’integrazione della tecnologia di rilevamento flessibile emergente invece dei sensori rigidi per la misurazione ad alta precisione, il monitoraggio multiscala e il rilevamento non distruttivo della qualità agroalimentare. La conclusione a cui giunge l’articolo è che l’applicazione di sensori flessibili non solo consente un rilevamento preciso e accurato dei principali cambiamenti dei parametri ambientali, ma fornisce anche soluzioni promettenti per una serie di questioni chiave come la lavorazione, la classificazione e l’ispezione agroalimentare più accurate. I sensori flessibili esistenti con rilevamento a parametro singolo si stanno evolvendo verso il rilevamento multimodale e si prevede che lo sviluppo di tecnologie di produzione emergenti, nuove strutture di dispositivi, materiali innovativi e algoritmi intelligenti migliorerà notevolmente l’efficienza del controllo della qualità della catena del freddo del settore agroalimentare. Secondo i ricercatori, per produrre e razionalizzare l’utilizzo di sensori flessibili per applicazioni di controllo qualità nel settore agroalimentare, è necessario studiare i parametri multiqualità. Comprendere il meccanismo di interazione tra i parametri multiqualità e la qualità dei prodotti è importante per caratterizzare la qualità del settore agroalimentare nella catena del freddo e utilizzare con efficacia i sensori flessibili.

Stefania Milanello
Esperta in tecnologie alimentari e divulgatrice scientifica

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