Программно-аппаратный комплекс для экспресс-анализа жирности и степени загрязнения сырого молока разработали исследователи Самарского политеха.
Исследования, связанные с анализом молока, вели заведующий кафедрой «Аналитическая и физическая химия» химико-технологического факультета, доктор химических наук Андрей Богомолов и исполняющая обязанности доцента этой кафедры, кандидат технических наук Анастасия Суркова.
В отличие от устаревших малопроизводительных и, более того, вредных технологий, основанных на использовании кислот и щелочей, метод оценки содержания белка и жира в молочных продуктах, предложенный политеховцами, безопасен. Заключается он в применении спектроскопии: исследуемое сырье специальным дозатором наливают в прозрачную кювету (маленькую пробирку квадратного сечения), вставляют ее в прибор-анализатор и начинают облучать пробу молока светом с различными длинами волн видимой и ближней инфракрасной части спектра. Проходя через жидкость, световые волны частично рассеиваются глобулами (маленькими белыми жировыми шариками) и частицами белка. Оставшуюся часть излучения регистрирует чувствительный оптический датчик.
– По результатам экспериментов мы доказали, что оптическая область 400-1100 нанометров, ранее считавшаяся непригодной из-за сильного светорассеяния коллоидными частицами молока, может быть использована для количественного определения жира и белка в сыром продукте. Мы долго искали специалистов, которые на основе наших наблюдений могли бы сконструировать сам прибор, – рассказывает Анастасия Суркова.
Благодаря сотрудничеству с учеными кафедры «Радиотехнические устройства» удалось создать первый прототип, но прежде чем применять его в молочных хозяйствах и специализированных молочных лабораториях, необходимо провести еще ряд исследований.
– В ходе предварительных экспериментов мы брали образцы гомогенизированного молока жирностью 2,5 и 3,5 процента. Можно уверенно говорить о том, что наш прибор сейчас действительно умеет на основе анализа оптической плотности с высокой точностью оценивать жирность молока, – рассказывает доктор технических наук, профессор кафедры «Радиотехнические устройства» Ильдар Ибатуллин.
Еще один важный микробиологический параметр качества молока – соматические клетки (клетки эпителия молочной железы, лейкоциты, эритроциты). Их повышенное содержание может указывать на воспалительный процесс, протекающий в организме животного, а значит, влиять на безопасность употребления продукта. Клетки, вырабатывая такие ферменты, как каталаза, пероксидаза, липаза, разрушают ценные компоненты молока – жиры и белки. Это, в свою очередь, снижает его термоустойчивость, поэтому из сырья нельзя приготовить сыр, творог или масло. Определить уровень содержания соматических клеток можно разными методами, например, подкрашивая и подсчитывая их при анализе или разрушая специальным препаратом оболочки, чтобы вышедшие наружу молекулы ДНК начали связывать частицы молока. Однако эти пути не подходят для экспресс-контроля.
Оперативно и не столь затратно провести анализ качества сырого продукта позволяет то же устройство политеховцев. Исследуя проблему быстрой диагностики заболевания коров, ученые обратили внимание, что в случае болезни дойного животного в молоке повышается концентрация ионов хлора, а они, в свою очередь, снижают электропроводность. Этот параметр возможно измерить кондуктометрическим датчиком проводимости. Он представляет собой два погруженных в жидкость некорродирующих электрода, с помощью которых прибор способен устанавливать сам факт заболевания. Однако концентрацию соматических клеток измерить сложно: хотя в одной капле молока их количество может достигать нескольких десятков тысяч, по цвету и размерам они мало чем отличаются от допустимых частиц молока.
– Мы ищем пути решения этой задачи, методично прорабатывая различные варианты. Диапазон исследований достаточно широк – от изучения спектра поглощения и скорости акустических (ультразвуковых) колебаний до электронномикроскопических исследований. Преодолеть эту рутинную часть работы помогают молодые ученые. Нам предстоит еще много исследований, которые могут иметь значительный коммерческий эффект, – поясняет Ильдар Ибатуллин.
Новый прибор создается с использованием отечественных и в основном недорогих электронных компонентов. Анализатор совместим с доильным оборудованием, которое используют российские фермеры, и выглядит как обычная кружка, в дно которой вмонтированы датчики белка, жирности и концентрации соматических клеток. Устройство ставится под пробоотборник, отделяющий в процессе дойки несколько десятков миллиграммов парного молока для исследований.
Сейчас уже созданы отдельные электронные узлы для изготовления опытного образца, само производство приборов планируется развернуть на базе одной из лабораторий Политеха.
– Мы будем увеличивать количество анализируемых данных. В перспективе данные, получаемые с этого прибора, могут стать основой для внедрения в животноводство систем bigdata и искусственного интеллекта. По изученным паттернам можно будет предсказывать влияние различных факторов (включая генетические) на качество молока. Это, в частности, позволит проводить «умную» селекцию и создавать новые породы коров, – говорит Ильдар Ибатуллин.
Источник: volga.news
