Σε μια πρόσφατη ανακάλυψη στην επιστήμη της ασφάλειας των τροφίμων, οι ερευνητές σχεδίασαν έναν νέο βιοαισθητήρα με βάση το γραφένιο που μπορεί να ανιχνεύσει με ακρίβεια τη φρεσκάδα του κρέατος. Αυτός ο βιοαισθητήρας, που αναφέρεται στο AIP Advances, εντοπίζει χημικά υποπροϊόντα που απελευθερώνονται από ζωικούς ιστούς για τον προσδιορισμό της ηλικίας του κρέατος, παρουσιάζοντας μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για τη διασφάλιση της ποιότητας του κρέατος που καταναλώνεται.
«Παρά τις εξελίξεις στις τεχνικές συντήρησης, το κρέας παραμένει επιρρεπές στη μόλυνση από διαβόητα παθογόνα όπως η σαλμονέλα και το E. coli», δήλωσε στους Tech Times ο Krishna Jangid, ερευνητής στην Kraken Sense, μια εταιρεία βιοτεχνολογίας που αναπτύσσει βιοαισθητήρες για την ανίχνευση παθογόνων σε τρόφιμα και υγρά. σε μια συνέντευξη. «Η παρακολούθηση της ηλικίας του κρέατος επιτρέπει την έγκαιρη αξιολόγηση της μικροβιακής ανάπτυξης, βοηθώντας στην εφαρμογή κατάλληλων συνθηκών αποθήκευσης και στρατηγικών μετριασμού για την ελαχιστοποίηση του κινδύνου τροφιμογενούς ασθένειας».
Πώς γερνά το κρέας;
Οι ζωντανοί οργανισμοί παράγουν ένα μόριο που ονομάζεται τριφωσφορική αδενοσίνη ή ATP, για να διατηρήσει όλες τις ζωτικές λειτουργίες. Αυτά τα μόρια λειτουργούν σαν μικροσκοπικές μπαταρίες που μπορούν να αποθηκεύσουν χημική ενέργεια και να την απελευθερώσουν όταν είναι απαραίτητο για να τροφοδοτήσουν διαφορετικές βιολογικές δραστηριότητες που εκτελούνται από τα κύτταρά μας. Το ATP παράγεται στα μιτοχόνδρια, γνωστό και ως «η δύναμη του κυττάρου». Η παραγωγή βασίζεται σε ένα βασικό συστατικό, το οξυγόνο, το οποίο παρέχεται μέσω της αναπνοής. Αφού ένας οργανισμός σταματήσει να αναπνέει, η παραγωγή ATP σταματά για λίγο και το υπάρχον ATP στα κύτταρα αρχίζει να διασπάται.
Έτσι, αμέσως μετά τη σφαγή ενός ζώου, οι χημικές ουσίες που σχετίζονται με το ATP ξεκινούν μια διαδικασία γνωστή ως μετατροπή μυών σε κρέας. Στα αρχικά της στάδια, αυτή η διαδικασία είναι ευεργετική για την ενίσχυση της γεύσης του κρέατος, αλλά πέρα από ένα ορισμένο σημείο, τα υπολείμματα της αποικοδόμησης του ATP μπορούν να κάνουν το κρέας άσχημη γεύση και επικίνδυνη για κατανάλωση. Αυτός ο νέος βιοαισθητήρας με βάση το γραφένιο ανιχνεύει την υποξανθίνη (HXA) -ένα από τα μόρια που σχηματίζονται κατά την αποικοδόμηση του ATP- για να εκτιμήσει την ηλικία του κρέατος.
Το HXA αρχίζει να συσσωρεύεται στους ζωικούς ιστούς αμέσως μετά το θάνατό του. Η μέτρηση της ποσότητας HXA που συσσωρεύεται με την πάροδο του χρόνου χρησιμεύει ως μια αξιόπιστη μέθοδος για την κρίση της φρεσκάδας των τροφίμων και έχει γίνει ένας απαραίτητος παράγοντας στη βιομηχανία τροφίμων, τόνισαν οι ερευνητές στη μελέτη. Μελέτες έχουν βρει ότι το γραφένιο -μια μορφή άνθρακα και ένα θαυματουργό υλικό του 21ου αιώνα- και η μειωμένη του μορφή δείχνουν πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα ως υλικά υποστήριξης για ηλεκτροχημικούς βιοαισθητήρες λόγω της εξαιρετικής ηλεκτρικής αγωγιμότητάς τους.
Οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα εύκαμπτο ηλεκτρόδιο – το οποίο είναι ο ενεργός ηλεκτροχημικός βιοαισθητήρας – μετασχηματίζοντας ένα φιλμ με βάση το πολυμερές σε πορώδες ανηγμένο γραφένιο χρησιμοποιώντας μια δέσμη λέιζερ. Το ηλεκτρόδιο στη συνέχεια επικαλύφθηκε με νανοσωματίδια οξειδίου ψευδαργύρου (ZnO) για να προσελκύσει τα μόρια HXA στην επιφάνεια του αισθητήρα. Όταν τα μόρια HXA έρχονται σε επαφή με την επιφάνεια του βιοαισθητήρα, δημιουργεί μια ακίδα στην τάση καθώς το HXA μεταφέρει τα ηλεκτρόνια του στον αισθητήρα. Η αλλαγή τάσης έχει μια γραμμική σχέση με την παρουσία μορίων HXA που σημαίνει ότι η ποσότητα της αύξησης της τάσης είναι ένας άμεσος δείκτης της ποσότητας HXA που υπάρχει στο κρέας.
Ο αισθητήρας δοκιμάστηκε σε μερικά φιλέτα χοιρινού από το σούπερ μάρκετ και εντόπισε επιτυχώς HXA στα τεμάχια κρέατος με ακρίβεια 98%. Ενώ υπάρχουν πολλά εργαλεία ανίχνευσης HXA διαθέσιμα στην αγορά, τα περισσότερα από αυτά είναι είτε πολύ ακριβά είτε έχουν μια κουραστική διαδικασία δοκιμών. Αυτός ο βιοαισθητήρας, ωστόσο, “προσφέρει ανώτερα πλεονεκτήματα σε χρόνο, φορητότητα, υψηλή ευαισθησία και επιλεκτικότητα”, δήλωσε ο Ngo Thi Hong Le, ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης στο δελτίο τύπου που συνοδεύει τη μελέτη.
Ένα άλλο πλεονέκτημα αυτού του βιοαισθητήρα είναι ότι δεν περιέχει ένζυμα, κάτι που είναι προφανώς καλό. «Η φύση του ενεργού αντιδραστηρίου του αισθητήρα χωρίς ένζυμα προσδίδει στιβαρότητα έναντι της περιβαλλοντικής υποβάθμισης, ενισχύοντας την καταλληλότητά του για εφαρμογές παρακολούθησης κρέατος σε πραγματικό χρόνο», είπε ο Jangid. «Έτσι, υπογραμμίζοντας μια σαφή τροχιά προς την τελική ενσωμάτωση ηλεκτροχημικών βιοαισθητήρων υψηλής απόδοσης στα αυστηρά πλαίσια ποιοτικού ελέγχου και τα πρωτόκολλα ασφάλειας τροφίμων που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία κρέατος».