Hurtig test for at sikre høj mælkekvalitet

Standarder for fødevaresikkerhed og fødevarekvalitet har aldrig været højere i Tyskland og i hele EU. Dette gælder især i mejeriindustrien. På trods af så høje standarder, spor af urenheder, pesticider og antibiotika kan finde vej til mælk, med nogle gange alvorlige konsekvenser for forbrugernes sundhed. I det EU-finansierede projekt MOLOKO, Fraunhofer -forskere er gået sammen med partnere om at udvikle en ny optoplasmonisk sensor designet til at levere hurtig, analyse på stedet af sikkerheds- og kvalitetsparametre for mælk. Dette system til tidlig advarsel vil bringe industrien betydelige besparelser i tid og penge samt en drastisk reduktion af spild af produkter, derved med til at forbedre ydeevnen langs hele forsyningskæden.

Fødevaresikkerhed er en kritisk faktor i fødevareindustrien, ikke mindst inden for mejerisektoren. Her, yverinfektioner kan føre til, at skadelige organismer kommer ind i mælken, og kemiske stoffer som antibiotika eller pesticider kan forurene produktet via foder eller som følge af utilstrækkelig kontrol med udstyr og lagerfaciliteter. For at forhindre forfalsket mælk i fødekæden, kontroller udføres i hele produktionsprocessen og forsyningskæden. Men disse standardtest er dyre og tidskrævende. Prøver tages fra mælketankskibe, der indeholder en blanding af produkter, der er indsamlet fra et hvilket som helst antal mælkebedrifter og derefter analyseret i laboratoriet. Hvis mælken viser sig at være forurenet, hele lasten skal ødelægges, med store tab for alle de berørte landmænd og mejerier. Hvis der var en test, som landmænd kunne kontrollere deres egen mælk med, før den hentes af tankskibet, sådan spild kunne undgås.

Kvalitetskontrol leverer resultater på fem minutter

I projektet MOLOKO (Multiplex phOtonic sensor for pLasmonic-based Online detection of contaminants in milK), 12 partnere fra syv lande - heraf et mejeri - har udarbejdet en hurtig og billig test til at identificere kvalitetsfaktorer i mælk. I en test, der varer omkring fem minutter, en ny optoplasmonisk sensor analyserer produktet for i alt seks stoffer, derved levere en supplerende kontrol og et system til tidlig advarsel inden for forsyningskæden, godt inden mælken pumpes ind i tankskibet. Sensoren er funktionaliseret med receptorer for specifikke antistoffer, der fungerer som indikatorer for forskellige kvalitets- og sikkerhedsparametre for mælk. Det gør det muligt for malkekvægbrug at udføre automatiserede, on-site kvantitative analyser.

Unik integreret sensorarkitektur

Hele systemet består af en genanvendelig mikrofluidchip, organiske lysemitterende transistorer (OLET'er) eller dioder (OLED'er), en sensor omfattende organiske fotodetektorer (OPD'er), et nanostruktureret plasmonisk gitter og de specifikke antistoffer. Den organiske fotodetektor er under udvikling på Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Elektronstråle og plasmateknologi FEP, og mikrofluidchippen på Fraunhofer Institute for Electronic Nano Systems ENAS. Den OLEDE, imens, udvikles af CNR-ISMN i Bologna, og det fotoniske gitter af virksomheden Plasmore Srl i Pavia, begge i Italien. Koordinator for projektet er CNR-ISMN.

"Det unikke ved vores chip er, at den kan genbruges, "forklarer Andreas Morschhauser, forsker ved Fraunhofer ENAS. "Målmolekylerne fjernes fra de immobiliserede antistoffer med en regenererende buffer. Det betyder, at antistofferne kan genbruges til yderligere test." Faktisk, den anslåede levetid for chippen er 100 testcyklusser. I hver test, der måles i alt seks parametre vedrørende forurenende stoffer og proteiner. Til dette formål, Morschhauser og hans kolleger har udviklet et mikrofluidisk system i form af et automatiseret, miniaturiseret patron, der kan udskiftes. Ud over at levere oplysninger om mælkesikkerhed og kvalitet, de målte parametre fortæller også landmænd om hver ko's helbred og tilstand. Dette hjælper dem med at opdage infektioner på et tidligt stadium og begynde behandlingen med det samme. Rettidig behandling kan føre til en mere fornuftig administration af antibiotika og derfor til en reduktion i deres anvendelse.

Et nanostruktureret gitter til overfladeplasmonresonans

Men hvordan fungerer testen? Dr. Michael Törker, en forsker ved Fraunhofer FEP, forklarer:"Lys udsendt af transistoren falder ned på et gitter belagt med antistoffer, der er specifikke for de forskellige stoffer, der testes for. Når mælk skylles over risten, eventuelle målmolekyler i mælken bindes derefter med antistofferne. Dette ændrer brydningsindekset i umiddelbar nærhed af gitteret, hvilket igen ændrer hvordan dette lys reflekteres. Det reflekterede lys registreres af fotodetektoren, som måler minimale ændringer i brydningsindekset. "Dette grundlæggende fænomen, som forekommer på specielt strukturerede nanograteringer, er kendt som overfladeplasmonresonans. Det giver hurtige og meget følsomme aflæsninger.

Målet er at bruge denne biosensor på forskellige punkter i værdikæden - både som en laboratorieenhed og direkte installeret i mejeriudstyr. I øvrigt, det vil også være egnet til at teste kvaliteten af ​​andre væsker end mælk, såsom øl eller vand. Den eneste justering, der kræves, er en ændring af de immobiliserede indfangningsmolekyler og den nødvendige reaktionsbuffer. Dette ville blot indebære udskiftning af indfangningsmolekylerne med dem, der er passende modificeret til det pågældende formål.