Концентрацию антибиотиков в продуктах определит ИИ

Результаты измерений обрабатывает специально обученнный искусственный интеллект. Система состоит из трех компонентов: сенсора с электродом, устройства для подачи электричества и программы на основе машинного обучения.

— Сначала мы разместили образец на электродном сенсоре из меди, никеля и углерода — при контакте с молоком эти вещества окисляются. Затем с помощью прибора для подачи электрического тока определенного напряжения (потенциостата) пустили напряжение на электрод. И измерили отклик от сенсора с образцом: при окислении металла снижается его проводимость, и прибор фиксирует это в виде перепадов напряжения тока. Чем меньше в молоке антибиотиков, тем сильнее окисляется металл на электроде: за этот процесс отвечает молочная кислота, продукт жизнедеятельности бактерий. Соответственно, падает и напряжение тока во всей системе, — сказал один из разработчиков, аспирант Научно-образовательного центра инфохимии ИТМО Вадим Беляев.

Следы антибиотиков, которые неизбежно используются на любой ферме для профилактики и лечения болезней у животных, — серьезная проблема для производителей и потребителей молочной продукции. Остатки препаратов могут негативно влиять на здоровье человека — например, вызывать аллергию или резистентность к антибактериальным препаратам. Поэтому их содержание нужно тщательно контролировать.

Сейчас для быстрого анализа в основном используют тест-полоски, однако их точность не превышает 70%, пояснили ученые ИТМО. Кроме того, такое исследование определяет только наличие или отсутствие антибиотиков в молоке, но не их количество.

Исследователи провели серию лабораторных экспериментов с пятью самыми распространенными антибиотиками: стрептомицином, пенициллином, тетрациклином, цефазолином и препаратом для животных — цефтиофуром. Растворы сухого молока с отдельными видами антибиотиков и их сочетаниями по-разному взаимодействовали с поверхностью электрода, а результаты их реакций отмечались резкими отклонениями в вольт-амперных характеристиках. Все эти данные разработчики использовали для тренировки алгоритма машинного обучения. Полученный ими программный пакет анализирует входные сигналы от электрода и потенциостата и автоматически определяет содержание антибиотиков в образцах.

Кроме анализа содержания молока предложенную технологию можно применять для обнаружения нежелательных примесей в нефти, проверки качества кофе, определения антиоксидантов в вине, а также сорта и места произрастания винограда, из которого оно изготовлено.

Цена вопроса

— Насколько производители молока будут готовы использовать новый метод для контроля качества своей продукции, зависит от стоимости исследования. Главное преимущество используемых сейчас полосок — скорость (на анализ достаточно 10 минут) и простота. Цвет изменился — молоко забраковывают, нет — оно идет дальше на переработку. Не нужно тратить ресурсы на подготовку персонала и оборудование, — сказал технолог по молочному и масложировому направлениям Михаил Петров.

Антибиотики могут попасть в молоко не только через лекарство, которым лечат корову, но и через корм, так как эти препараты иногда используются для увеличения его массы. Для производителей молочной продукции покупка сырья с этими веществами несет очень большой риск, так как содержащее их молоко не позволяет развиваться бактериям, необходимым для производства сыра, творога и т.д. При закупке молока проводят его анализ. Если в продукте обнаруживают антибиотики, партия отправляется обратно на ферму, пояснил специалист.

— Применение электрохимических сенсоров позволяет в мельчайших пробах проводить селективное определение заданных веществ. Коллеги использовали высокочувствительный метод вольтамперометрии. Устройство имеет мгновенный отклик, поэтому производители могут применить экспресс-тест для мониторинга остаточной концентрации антибиотиков в молоке, а аналитические лаборатории — для контроля качества молочной продукции, — сказала ведущий научный сотрудник химического факультета ЮФУ Анастасия Алексеенко.

— Существуют разные методы для определения антибиотиков в молоке, начиная от иммуноферментного анализа и заканчивая спектрометрией. Они позволяют количественно оценить микродозы вещества. Но электрохимические методы здесь не подходят. Молоко — очень сложная система. Антибиотики в нем есть далеко не всегда. Когда они попадают в продукт, то они уже прошли через организм и кровь животного, поэтому они содержатся в настолько малых количествах, что никакой электрод этого не зафиксирует, — считает заведующая лабораторией технохимического контроля Всероссийского научно-исследовательского института молочной промышленности Елена Юрова.

­Конечно, у молока есть электропроводность, как у любой биологической жидкости, но она не стандартизирована, так как она сильно варьируется в зависимости от конкретного животного и привести ее к единому знаменателю невозможно. Поэтому использовать этот показатель для оценки количества антибиотиков нельзя, добавила специалист.

Важным и трудоемким этапом остается создание базы данных для возможности широкого применения этого устройства различными пользователями. Эту задачу коллеги уже решают путем применения искусственного интеллекта для обработки результатов, подчеркнула эксперт.