Konec drahých laboratorních testů potravin

Foto: Alexas_Fotos/Pixabay

Nová technologie při testování dosáhla účinnosti záchytu až 99,9 procent. V budoucnu by mohla zjednodušit kontrolu kvality potravin, nápojů i některých farmaceutických výrobků.

Kontrola toho, co se nachází v potravinách, je důležitá nejen pro výrobce, ale také pro bezpečnost spotřebitelů. Přesné laboratorní analýzy však mohou být nákladné, časově náročné a vyžadují specializované vybavení. Vědci z Oregonské státní univerzity (OSU) proto vyvinuli nový typ senzoru, který by mohl některé z těchto postupů výrazně zjednodušit.

Jeho cílem je eugenol, přirozeně se vyskytující chemická sloučenina známá především díky výrazné vůni hřebíčku. Využívá se v potravinářství, nápojovém průmyslu i při výrobě vonných kompozic. Jeho přesné měření je důležité například při ověřování složení výrobků a kontrole jejich kvality.

Nový senzor zaujal především kombinací dostupných materiálů, relativně jednoduché výroby a velmi dobrých výsledků při analýze reálných vzorků potravin.

Foto: Tiskový zdroj Oregonské státní univerzity

Proč je tak důležité měřit látky, které dávají jídlu vůni?

Eugenol patří mezi fenolické sloučeniny, tedy skupinu chemických látek, z nichž se mnohé vyskytují přirozeně v rostlinách a potravinách. Některé přispívají k jejich charakteristické chuti, barvě a vůni, jiné mají také antioxidační vlastnosti.

Eugenol najdeme především v hřebíčku, ale vyskytuje se i v dalších rostlinných zdrojích. V potravinářském průmyslu má své místo jako aromatická složka a využívá se rovněž ve vonných produktech.

Jeho množství v jednotlivých výrobcích se může lišit podle použitých surovin, způsobu zpracování i dalších faktorů. Výrobci proto potřebují metody, které jim umožní sledovat jeho koncentraci a ověřovat, zda výsledný produkt odpovídá požadovaným parametrům.

Dosud se k podobným analýzám běžně používají například plynová chromatografie a vysokoúčinná kapalinová chromatografie. Jde o zavedené a přesné laboratorní techniky, jejich provoz ale vyžaduje odpovídající přístroje, odbornou obsluhu a čas na přípravu i vyhodnocení vzorků. A právě zde by mohl nový senzor najít své uplatnění.

Tajemství úspěchu spočívá ve dvou levných materiálech

Mnoho moderních chemických senzorů využívá nanomateriály, jejichž výroba může být komplikovaná nebo nákladná. Některé konstrukce se navíc neobejdou bez drahých kovů.

Tým z Oregonské státní univerzity zvolil jinou cestu. Základem nového zařízení je nanokompozit tvořený fosforečnanem zinečnatým a sazemi, tedy jemnými částicemi uhlíku.

Obě složky plní odlišné, vzájemně se doplňující úkoly. Fosforečnan zinečnatý vytváří strukturu, která dokáže zachytávat cílové molekuly eugenolu. Vodivé saze zase pomáhají efektivně přenášet elektrony, a tím podporují vznik měřitelného elektrického signálu.

Výsledný materiál se připravuje ve vodném roztoku pomocí procesu zvaného srážení. Relativně jednoduchý výrobní postup a dostupnost použitých surovin podle vědců naznačují, že by se technologie mohla v budoucnu vyrábět i ve větším měřítku.

Důležité přitom není pouze to, že jsou použité materiály levné. Podstatné je také jejich vhodné uspořádání, díky němuž každá složka přispívá k výsledné funkci senzoru.

Jak senzor odhalí molekulu ukrytou v potravině?

Princip zařízení spočívá v přeměně chemické interakce na elektrický signál.

Když se vzorek dostane do kontaktu se senzorem, eugenol se zachycuje v jeho mezoporézní struktuře. Tento materiál obsahuje drobné póry, které poskytují prostor pro zachycení cílových molekul a jejich soustředění v blízkosti povrchu elektrody.

Vodivá uhlíková složka následně usnadňuje přenos elektronů. Díky tomu lze chemickou interakci převést na elektrickou odezvu, kterou přístroj změří a vyhodnotí.

Zjednodušeně řečeno: senzor nejprve pomůže soustředit hledanou látku na vhodném místě a poté umožní její přítomnost rozpoznat prostřednictvím elektrického signálu.

Právě propojení obou funkcí je podle autorů klíčové pro citlivost a stabilitu celého systému.

Testy na pěti potravinách přinesly slibné výsledky

Nejdůležitější otázkou bylo, zda bude senzor fungovat nejen v laboratorních podmínkách, ale také na skutečných potravinách. Ty totiž obsahují mnoho různých chemických látek, které mohou měření komplikovat.

Vědci proto technologii otestovali na vzorcích skořice, broskvích, kávových zrnech, jahodách a konzervovaného tuňáka.

Podle studie se jim podařilo ze skutečných potravinových vzorků získat 96,4 až 99,9 procent eugenolu. Výsledek ukazuje, že senzor dokáže cílovou sloučeninu účinně zachytit i v chemicky složitém prostředí.

Toto číslo je však potřeba správně interpretovat. Vyjadřuje účinnost získání neboli výtěžnost eugenolu ze vzorků, nikoliv automaticky celkovou přesnost každého měření nebo schopnost odhalit jakékoliv množství látky. K úplnému posouzení praktických možností jsou důležité také další parametry, například mez detekce, selektivita, opakovatelnost a srovnání se zavedenými analytickými metodami.

Přesto jde o významný výsledek. Dokazuje, že navržený materiál má potenciál pro analýzy v prostředí, které je podstatně složitější než jednoduchý laboratorní roztok.

Výzkum vedla postdoktorandka Gopika Meenakumari Gopakumarová. Podle ní je důležité, že jednotlivé složky kompozitu byly navrženy tak, aby plnily rozdílné funkce a společně zajistily citlivou detekci, stabilitu a reprodukovatelnost výsledků.

Co by to mohlo znamenat pro potravinářský průmysl?

Pokud se podaří senzor dále ověřit a převést do praktického provozu, mohl by přinést několik výhod.

• Rychlejší kontrola kvality: Výrobci by mohli získávat informace o přítomnosti sledované látky jednodušším způsobem.
• Nižší náklady: Dostupné suroviny a méně náročná příprava senzoru by mohly snížit náklady na jeho výrobu.
• Jednodušší laboratorní postupy: Technologie by mohla doplnit stávající analytické metody a omezit potřebu některých složitých pracovních kroků.
• Širší možnosti testování: Po dalším vývoji by podobné senzory mohly být využitelné také při kontrole dalších chemických složek potravin nebo farmaceutických výrobků.

To ovšem neznamená, že nová technologie okamžitě nahradí chromatografické metody. Ty mají v analytické chemii široké využití a poskytují informace, které jednoduchý senzor nemusí být schopen nabídnout. Pravděpodobnějším prvním krokem bude doplnění stávajících postupů, například při rutinní kontrole kvality.

Malý senzor, velký potenciál

Nový elektrochemický senzor ukazuje, že pokrok v analytické chemii nemusí vždy vycházet z drahých a složitých materiálů.

Zatím jde o výzkumnou technologii, jejíž možnosti bude nutné ověřit v dalších podmínkách. Pokud se však podaří její výhody potvrdit i při širším praktickém nasazení, mohla by přispět k rychlejší a dostupnější kontrole potravin a dalších výrobků.

Zdroj: Oregonská státní univerzita; Vědecká studie publikovaná v Materials Today Chemistry.