Rótulo de alimentos inteligentes pode identificar bactérias sem abrir o pacote

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Rótulo de alimentos inteligentes pode identificar bactérias sem
abrir o pacote
As microagulhas seguras para alimentos incorporadas em um novo rótulo inteligente podem efetivamente
coletar amostras de alimentos embalados e informar os consumidores sobre sua qualidade em tempo real.
Sensor de alimentos semelhante a velcro, feito de uma série de microagulhas de seda. Crédito da imagem:
Felice Frankel
Com uma população global crescente, o aumento sustentável da produção de alimentos está se tornando cada
vez mais desafiador à medida que os recursos terrestres e hídricos se esforçam para acompanhar a demanda.
Uma área que poderia melhorar a segurança alimentar é o gerenciamento de resíduos alimentares, já que
estudos mostram que aproximadamente um terço da cadeia de fornecimento global de alimentos é
desperdiçada anualmente.
Em um estudo recente publicado na revista Advanced Functional Materials, uma equipe de pesquisa liderada
por Benedetto Marelli, professor assistente de engenharia civil e ambiental no MIT, Cambridge, MA, propõe que
um dos principais contribuintes para esse problema de desperdício seja a deterioração dos alimentos, que
representa uma carga econômica e ética.
“Nos Estados Unidos, os incidentes de segurança alimentar custam US$ 7 bilhões por ano, que vem de
notificar os consumidores, remover alimentos das prateleiras e pagar indenizações como resultado de ações
judiciais”, disse Marelli. Além disso, o CDC estima que a cada ano cerca de 1 em cada 6 americanos (ou 48
milhões de pessoas) adoece, 128.000 são hospitalizados e 3.000 morrem de doenças transmitidas por
alimentos. Nos países em desenvolvimento e nos trópicos, os danos causados pela deterioração dos alimentos
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são ainda mais dramáticos, pois estima-se que quase metade das frutas e vegetais colhidos são perdidos na
cadeia de fornecimento de alimentos devido à deterioração microbiana.
Métodos econômicos e fáceis de usar de detectar a deterioração dos alimentos são fundamentais para resolver
esse problema. “Atualmente, as informações sobre alimentos dependem de datas de validade
predeterminadas, que não informam a qualidade dos alimentos em tempo real e muitas vezes causam descarte
desnecessário de produtos alimentares intolerantes”, acrescentou Marelli. “Olhamos para resolver esse
problema desenvolvendo uma plataforma de monitoramento segura e econômica que forneça informações
sobre alimentos que os consumidores possam reconhecer facilmente”.
Sensores de alimentos inteligentes que fornecem informações sobre a qualidade do alimento já foram
explorados, como reações químicas que indicam a presença de bactérias ou subprodutos de seus processos
metabólicos. No entanto, muitos têm visto sucesso comercial limitado porque eles exigem equipamentos de
laboratório caros para realizar análises ou são perturbadores para a cadeia de fornecimento de alimentos,
muitas vezes exigindo a abertura do pacote e sacrificando amostras de alimentos.
Para contornar esses problemas, Marelli e sua equipe desenvolveram uma tecnologia baseada em seda que
pode provar fluidos profundos em tecidos alimentares e renderizar um sinal colorimétrico ou de mudança de
cor para indicar a presença ou ausência de bactérias patogênicas.
“Desenvolvemos uma microagulha feita de seda extraída de casulos de bichos-da-seda, uma proteína não
tóxica e comestível”, disse Marelli. “As agulhas podem ser injetadas nos alimentos, sugar o fluido alimentar em
sua estrutura porosa e, em seguida, entregar os fluidos na parte de trás da matriz, aumentando a amostragem
de patógenos, antígenos e toxinas”.
O sensor ligado a um filé injetado com E. coli. Depois de menos de um dia, eles descobriram que a parte
do sensor que foi impressa com biotintura sensível a bactérias passou de azul para vermelho – um sinal
claro de que o peixe estava contaminado. Depois de mais algumas horas, a biotinta sensível ao pH
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também mudou de cor, sinalizando que o peixe também havia estragado. Crédito da imagem: Jose-Luis
Olivares, MIT
As micronecelas atuam como um intermediário seguro entre os alimentos e as tintas biosensíveis, que mudam
de cor em resposta à presença de vários patógenos; isso significa que o alimento nunca entra em contato com
os materiais de detecção. Em comparação com os sensores de superfície, as agulhas porosas permitem que o
sensor penetre na superfície do alimento e nos filmes de embalagem, o que aumenta a sensibilidade do
sensor, fornecendo volumes substanciais de fluidos.
“Queremos enfatizar que o material usado para esta plataforma é de qualidade alimentar, ou seja, tem um
status GRAS auto-designado”, acrescentou Marelli. “Ao alavancar os materiais de qualidade alimentar em um
dispositivo funcional, fornecemos novos insights sobre o design de dispositivos de contato com alimentos”.
A parte traseira do sensor contém um rótulo de biotinta impresso feito de um polímero chamado lipossoso
polidiacetileno (PDA), que tem sido extensivamente pesquisado como um sensor colorimétrico. Sua cor muda
de azul para vermelho devido a uma mudança estrutural da espinha dorsal que ocorre como resultado de
mudanças ambientais, como calor, temperatura, pH e pressão mecânica.
O bioafundo PDA pode ser ajustado para atingir uma bactéria específica, funcionalizando-a com anticorpos
para esse microrganismo, e também pode ser deixada desfunilizada, mas ainda mudará de cor como resultado
da mudança do pH, que ocorre quando os alimentos estragam. Várias tintas específicas para patógenos
podem ser padronizadas no mesmo dispositivo portátil, criando uma etiqueta inteligente que pode detectar
facilmente e simultaneamente uma variedade de patógenos.
A simplicidade do design permitiria que os consumidores reconhecessem intuitivamente informações
importantes com esse rótulo sensível.
De acordo com a equipe, estudos futuros envolverão melhorar a velocidade de detecção, otimizando a
estrutura porosa da microagulha ou modificando as propriedades da superfície do material. “Detectar
subprodutos do metabolismo do patógeno em vez de detectar patógenos diretamente melhorará
significativamente a velocidade de detecção”, disse o Dr. Doyoon Kim, pesquisador de pós-doutorado e um dos
autores do estudo. “Também precisaremos avaliar a aplicação dessa abordagem para outros tipos de
alimentos, como alface romana e outros tipos de patógenos, como Salmonella”.
Referência: Doyoon Kim, et al. Uma tecnologia de microagulhas para amostragem e bactérias de detecção na
cadeia de abastecimento de alimentos, materiais funcionais avançados (2020). DOI: 10.1002/adfm.202005370
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202005370