"Электронный язык" чувствует 14 оттенков сладкого

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 подобраные 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 даёт 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 стёкол, 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 "рекоммендуемых стоматологами" жевательных резинках), сорбитол, аспартам и сахарин.

Предел обнаружения веществ ниже 1 миллимоля на литр - это очень низкая концентрация, язык человека её 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%-ной точностью.

Кому нужен "электронный язык"

Пока это почти всё, что сообщается об устройстве и работе прибора, разве что на короткое время анализа, всего 2 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 жикостной хроматографии высокого давления. Однако для этого требуется прибор, который занимает целый рабочий стол, стоит десятки тысяч долларов и нуждаются 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 времени полчаса.

Эти минуты могут быть критичны, отмечает профессор Суслик. Компании-производители еды и напитков уделяют большое внимание качеству своего товара. Как только что-то идёт 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 конвеер 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.

Впрочем, производители пищевых продуктов довольно консервативны и чтобы оценить разработку лаборатории Суслика им понадобится время. Кристофер Мусто (Christopher Musto) же, аспирант лаборатории Суслика, считает, что доведение прибора "до ума" отнимет ещё немало времени и сил. По его мнению, нужно продолжать развивать технологию, чтобы иметь возможность создать полноценный "электронный язык". "Чтобы действительно считаться электронным языком, устройство должно определять не только сладкое, но и кислый, солёный, горький и умами - пять главных вкусов человеческой пищи", - говорит он.