3Dプリント方式を使用したスマートパッケージの直接製造

出典: Food Plus Smart Food Technology

食品の品質向上、より厳格な安全対策、食品の真正性のより確かな証明を求める消費者の要求により、インテリジェント食品包装 (IFP) が開発されました。しかし、IFP や選別機器の使用に対する消費者の態度はまちまちであり、スマート食品包装の商業化には多くの障壁があります。まず、スマート食品包装に使用される材料は規制上の安全要件を満たす必要があり、これによりスマート食品包装に使用できる材料の範囲が制限されます。第二に、幅広い市場にアピールするためには、スマートパッケージングは変化する消費者の需要を満たすように継続的に改善されなければなりません。第三に、有用な技術が市場に出回らないというリスクが常に存在します。スマート食品パッケージの概念化から実装までには、概念実証、特許、ライセンス、特殊材料の入手、スマートパッケージを製造できる機器/施設の構築または変更など、多くのステップがあります。最後に、スマート食品包装を工業規模で製造することは非現実的であり、非常にコストがかかる可能性があります。業界は、経済的に実行可能でない可能性のある新しいテクノロジーに投資するリスクを負うことに消極的になることが多いです。これらの問題はすべて、3D プリント技術の研究価値と可能性を示しています。

ここで著者らは、食品の品質と包装の完全性を監視し、食品を認証するための実行可能な手段として、3D プリントされたセンサー、インジケーター、ラベルを紹介しています。導入章に続いて、セクション 2 では、食品の品質、包装の完全性、食品認証を監視するための現在の戦略の概要といくつかの例を示します。第 3 章では、ステレオリソグラフィーと押し出しベースの 3D 印刷という 2 つの主要な 3D 印刷技術を紹介し、これらの方法を使用して製造されたデバイスの例を示します。このセクションでは、食品の品質とパッケージの完全性を監視し、食品サプライチェーンを通じて食品の動きを追跡するための印刷プロセスと製造装置の操作メカニズムについても説明します。最後に、セクション 4 では、3D プリントと選別装置を使用して作成された IFP の利点と課題、費用対効果、および将来の潜在的な方向性について説明します。

原著論文を読む: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0924224422001637

範囲と方法:
この研究は、スマート食品包装を活用することの重要性を強調しています。従来の食品包装では、改ざん、汚染、食品偽装の可能性が検出されません。しかし、スマート食品パッケージングは、食品の状態に関するリアルタイムの洞察を提供し、食品防衛に役立ち、消費者が最高品質の食品を受け取ることを保証できます。残念ながら、消費者は現在、従来の方法と選別機器を使用して製造されるスマート食品包装に関連するコストを負担したがりません。この記事では、代替手段としての 3D プリントの実現可能性について検討します。

結論は：
スマートパッケージングや使用現場でのデバイスを製造するための 3D 印刷方法により、従来の製造方法よりも安価な生体適合性があり毒性のない材料を使用でき、高感度で自己表示機能を備えた多機能なスマートコンポーネントの開発が可能になります。これにより、スマートな食品包装がより一般的になり、食品廃棄物が削減され、消費者が不適切な食品を摂取することを防ぐことができます。

表1. IFPモニタリングに共通する機器とパラメータ

図 1. 食品の品質管理に使用される一般的なセンシングメカニズムと方法。

図 2. 包装の完全性を制御する方法。

図 3. 食品認証のためのスマートパッケージング。

図 4 ステレオリソグラフィーによって製造されたスマートコンポーネントは、食品の包装に組み込んだり、選別アプリケーションに使用したりできます。

図 5. 食品の包装や選別用途向けに押し出しベースの 3D 印刷技術で製造されたスマートパーツ。

図6. 多機能3Dプリント装置

イノベーション/応用の展望
3D プリントは、食品の品質やパッケージの完全性を監視し、食品の認証を支援するデバイスの作成に使用されてきました。これは、通常の食品包装に統合して IFP を作成できるスマートコンポーネントを製造するための実行可能なテクノロジーです。従来の技術を使用して製造されたコンポーネントと比較して、スマート 3D プリントコンポーネントには明らかな利点があります。3D コンポーネントは完全な 3D 空間センシングを備え、3 次元の空間特性情報を提供でき、より敏感で、より正確で、より優れたパフォーマンスを備えています。さらに、3D システムは、微生物の検出、光学センシング、および製品の位置の低電力リモートセンシングに特に効果的です。

食品業界の現在の目標は、食品の品質に影響を与えるすべての要因、つまり微生物の増殖、内部の雰囲気の組成、時間と温度の履歴、包装の完全性、食品の原産地の追跡を監視できる IFP をコスト効率よく製造することです。将来的には、このタイプのスマートパッケージは、3D プリント方式を使用してターゲットを絞って製造できるようになります。

参照: https://doi.org/10.1016/j.tifs.2022.05.003

専門家/チーム紹介第一著者: Chantal T. Tracey
連絡先著者: エウゲニア・クマチェワ
勤務先: トロント大学化学部、80 St. George Street、トロント、オンタリオ州、カナダ

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