Ученые создали «электронный нос» для оценки количества бактерий в молоке

Датчик, подобно человеческому носу улавливающий летучие соединения, выделяемые молоком, разработали исследователи из Воронежского государственного университета инженерных технологий (ВГУИТ), 18 июля сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу РНФ.

Летучие вещества в молоке являются результатом деятельности микроорганизмов, поэтому ученые по их составу и количеству, уловленному новым датчиком, с 83% точностью смогли оценить, какие именно бактерии и сколько их содержатся в исследуемом продукте.

Новый инструмент контроля упростит оценку качества молочной продукции на производстве, что поможет избежать распространения с молоком опасных для человека инфекций.

Результаты исследования нового прибора разработчики представили в статье «Возможности „электронного носа“ на пьезоэлектрических датчиках с поликомпозитными покрытиями для исследования микробиологических показателей молока», опубликованной в журнале Sensors.

Важным критерием оценки качества молока является количество присутствующих в нем микроорганизмов, особенно патогенных, вызывающих заболевания человека, таких как сальмонеллы (Salmonella), поражающие желудочно-кишечный тракт, стафилококки (Staphylococcus), способные вызывать гнойно-септические процессы, и листерии (Listeria), инфицирующие лимфатическую и нервную системы.

Применяемые в настоящее время в пищевом производстве методы микробиологического анализа трудозатратны, требуют на проведение несколько дней, отсюда возникает научная задача создания экспресс-системы для выявления опасных микроорганизмов в образцах молока.

Устройство, разработанное с этой целью во ВГУИТ, представляет собой пьезоэлектрический резонатор, преобразующий сигналы давления в электричество. Изобретатели нанесли на его рабочий элемент композитные пленки, чувствительные к летучим соединениям (фенолам, спиртам, органическим кислотам и другим веществам), содержащимся в молоке, которые являются результатом жизнедеятельности содержащихся в нем различных микроорганизмов.

Руководитель проекта, доцент кафедры физической и аналитической химии ВГУИТ кандидат химических наук Анастасия Шуба пояснила:

«Летучие соединения, образующиеся в молоке при наличии микроорганизмов, можно условно разделить на две группы: универсальные — те, что выделяются всеми видами бактерий, но в разных количествах, — и относительно специфичные для некоторых микроорганизмов. Сенсоры, подобно рецепторам в человеческом носу, фиксируют совокупность всех летучих соединений и по полученным данным с помощью математической модели рассчитывают количество бактерий в образце».

Создавая математическую модель, ее авторы «обучили» сенсоры распознавать разные летучие вещества в определенных концентрациях сначала по отдельности, а затем сопоставлять их с соответствующими количествами микроорганизмов в молоке. Благодаря этому устройство «научилось» определять, какое сочетание данных соответствует тому или иному числу бактерий в образце.

Всего исследователями было протестировано восемь сенсоров, чувствительность которых была настроена к разным летучим веществам, на 14 образцах сырого коровьего молока, полученного из пяти разных фермерских хозяйств.

Перед этим молоко полчаса выдерживали в герметичной емкости при комнатной температуре, после чего отбирали газовую фазу, находящуюся над молоком, в которой скапливались летучие соединения, и анализировали этот газ с помощью набора сенсоров.

В ходе эксперимента патогенные бактерии не были выявлены ни в одной пробе, при этом общее число микроорганизмов варьировалось в широких диапазонах. Согласно ГОСТ, три пробы можно было отнести к первому сорту, четыре пробы — ко второму сорт, а остальные — к несортовому молоку.

На следующем этапе эксперимента ученые определили во всех образцах количество и видовой состав бактерий с помощью стандартного микробиологического метода — посева на чашки Петри. Оказалось, что точность оценки числа микроорганизмов с помощью набора созданных учеными сенсоров составляет 83%.

«Предложенный инструмент может помочь сократить время, необходимое для анализа микробиологических показателей сырого молока. Это, в свою очередь, позволит своевременно принимать меры по сохранению качества продукции, предотвращать распространение инфекций и защищать здоровье населения. В дальнейшем мы будем пытаться повысить точность сенсоров, подробнее исследовав особенности выделения разных летучих соединений патогенными бактериями», — подвела итог Анастасия Шуба.