Ученые Воронежского государственного университета инженерных технологий создали сенсор, который улавливает летучие соединения, содержащиеся в молоке. Такие соединения образуются благодаря деятельности микроорганизмов, поэтому по их качеству можно с вероятностью 83% установить количество и вид опасных для человеческого организма бактерий: сальмонелл, стафилококков и листерий.
Исследователи стремились создать именно экспресс-метод для изучения безопасности молока, так как существующие сейчас на пищевых производствах лабораторные исследования требуют больших трудозатрат и проводятся в течение нескольких дней. Для того, чтобы достичь поставленных целей, ученые использовали пьезоэлектрический резонатор — устройство, преобразующее сигналы давления в электричество. На его рабочий элемент были нанесены чувствительные к фенолам, спиртам, органическим кислотам и другим веществам композитные пленки. Количество этих веществ зависит от того, какие именно микроорганизмы и в каком количестве содержатся в образцах молока.
По словам руководителя проекта, кандидата химических наук, доцента кафедры физической и аналитической химии университета Анастасии Шубы, 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 на основе математической модели рассчитывают количество бактерий в образце.
Оценка результатов проводится с помощью нейросети. Для построения математической модели ученые сначала «обучили» сенсоры распознавать разные летучие вещества в заранее известных концентрациях по отдельности, а затем сопоставлять их с соответствующими количествами микроорганизмов в молоке. Благодаря этому устройства «поняли», какое сочетание данных соответствует тому или иному числу бактерий в образце.
Испытания включали в себя тестирование восьми сенсоров, которым «доверили» определить различные летучие вещества в 14 образцах сырого коровьего молока из пяти разных фермерских хозяйств: молоко выдерживалось в герметичной емкости, а затем ученые собирали газовую фазу, в которой накапливались летучие соединения. После этого во всех образцах количество и видовой состав бактерий определялся с помощью стандартного микробиологического метода — посева на чашки Петри. Сравнение с этим подходом показало, что точность оценки числа микроорганизмов с помощью набора сенсоров составляет более 80%.
В дальнейшем воронежские ученые будут работать над повышением точности сенсоров, подробнее исследовав особенности выделения разных летучих соединений патогенными бактериями
Работа была поддержана грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), а ее результаты опубликованы в научном журнале Sensors.
Источник: пресс-служба РНФ
распечатать статью
