Сложные дорогостоящие приборы в отделах контроля качества производителей сладостей и напитков вскоре сможет заменить «электронный язык». Пока существует только опытный образец нового сенсора, однако он уже способен различать 14 натуральных и искусственных подсластителей. И к тому же невелик и недорог.
Группа материаловедов из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейн под руководством профессора Кеннета Суслика (Kenneth Suslick) представила свою разработку на 238-й Национальной встрече Американского химического общества, проходящей в Вашингтоне. Ученые потратили около десяти лет на работу над прототипом будущего сенсора и наконец-то добились успеха. По словам разработчиков, их устройство фактически готово к внедрению в массовое производство.
Одно из основных достоинств нового сенсора, вернее сенсорного массива, как его называют сами ученые, -- доступность и понятность получаемой информации. Об обнаружении сладкого сенсор сообщает с помощью изменения цвета, а интенсивность цвета свидетельствует о концентрации соответствующего компонента. «Язык» вообще устроен довольно просто -- это пластинка размером с визитную карточку, на которую нанесены от 16 до 36 сенсорных точек диаметром с карандашный грифель. Каждое углубление заполнено пористым полимером на основе кремния. На поверхности пор осаждены специально подобранные реагенты, которые и меняют цвет в присутствии сладких веществ.
Борная кислота и пористое стекло
Об устройстве сенсора рассказал сам профессор Суслик: «Реакция, которая лежит в основе действия нашего сенсорного массива, происходит между сахарами и активаторами на основе борной кислоты. Когда такая реакция происходит, изменяется pH, то есть кислотность, раствора. А pH легко определяется, притом количественно, при помощи известных и распространенных индикаторов. Все эти реакции происходят на поверхности кремниевого стекла, и это дает уверенность, что ни один из нужных компонентов не смоется сахарным раствором, который мы «пробуем», в процессе самого тестирования. Поскольку различные сладкие вещества по-разному реагируют с активаторами, можно видеть разные окраски и уровни изменения цвета. Это позволяет идентифицировать различные натуральные и искусственные сахара даже в смеси».
Команда Суслика не первая, кто заинтересовался реакцией сахаров и искусственных подсластителей с борной кислотой. Поиском способов фиксации различных веществ в порах неорганических стекол, чтобы не допустить их растворения в жидкости, также занимались множество химиков по всему миру. Однако Кеннет Суслик и его коллеги объединили эти две концепции, что и позволило им создать их новое устройство. «И, кажется, мы первые, кто это сделал», -- отмечает профессор.
Сенсорный массив способен идентифицировать 14 различных, как натуральных, так и искусственных подсластителей, включая такие распространенные вещества, как сахароза (обычный сахар, который стоит у вас на столе), ксилитол (часто использующийся в «рекомендуемых стоматологами» жевательных резинках), сорбитол, аспартам и сахарин.
Предел обнаружения веществ ниже 1 миллимоля на литр -- это очень низкая концентрация, язык человека ее не почувствует. При этом этот предел сохраняется даже в смесях различных подсластителей, что особенно важно, ведь именно эти смеси и содержатся в большинстве современных напитков и сладостей. Ученые рассказали, что протестировали 80 различных сочетаний подсластителей -- состав образцов был определен со 100-процентной точностью.
Кому нужен «электронный язык»
Пока это почти все, что сообщается об устройстве и работе прибора, разве что на короткое время анализа, всего две минуты, ученые также сочли необходимым обратить внимание. Впрочем, скрытность разработчиков неудивительна, ведь они надеются, что «электронный язык» для сладкого будет иметь коммерческий успех среди производителей еды и напитков.
Сейчас большинство пищевых предприятий используют для контроля качества товара и содержания в нем различных веществ метод жидкостной хроматографии высокого давления. Однако для этого требуется прибор, который занимает целый рабочий стол, стоит десятки тысяч долларов и нуждается в высококвалифицированных специалистах для обслуживания и работы на нем. При этом процесс анализа довольно медленный, он занимает до 30 минут. Новый сенсор имеет множество преимуществ перед этими авторитетными, но имеющими множество недостатков приборами: небольшой размер, низкая цена. Ну и, конечно, время действия: две минуты против стандартного получаса.
Эти минуты могут быть критичны, отмечает профессор Суслик. Компании-производители еды и напитков уделяют большое внимание качеству своего товара. Как только что-то идет не так, образцы с линии забираются в лабораторию для анализа, и, если его состав не соответствует спецификации, производство приостанавливается или перенастраивается. Однако между забором образца и появлением результатов анализа может пройти около часа, за это время конвейер выпустит тысячи упаковок продукта, который впоследствии может быть признан негодным. Избежать этих убытков и поможет новый сенсорный массив, который определяет состав быстро и прямо на месте производства.
