Над созданием прототипа нового прибора для анализа молока в Политехе совместно трудятся специалисты лаборатории "Многомерный анализ и глобальное моделирование" кафедр "Химическая технология и промышленная экология" института нефтегазовых технологий и "Радиотехнические устройства" инженерно-технологического факультета. Ученые также тесно сотрудничают с региональным правительством, Самарской областной ветеринарной лабораторией, предоставляющей образцы молока, и областным Центром обеспечения деятельности агропромышленного комплекса.

Начало этим научным поискам положили исследования, связанные с анализом молока, которые вели заведующий кафедрой "Аналитическая и физическая химия" химико-технологического факультета, доктор химических наук Андрей Богомолов и исполняющая обязанности доцента этой кафедры, кандидат технических наук Анастасия Суркова.

В отличие от устаревших малопроизводительных и, более того, вредных технологий, основанных на использовании кислот и щелочей, метод оценки содержания белка и жира в молочных продуктах, предложенный политеховцами, безопасен. Заключается он в применении спектроскопии: исследуемое сырье специальным дозатором наливают в прозрачную кювету (маленькую пробирку квадратного сечения), вставляют ее в прибор-анализатор и начинают облучать пробу молока светом с различными длинами волн видимой и ближней инфракрасной части спектра. Проходя через жидкость, световые волны частично рассеиваются глобулами (маленькими белыми жировыми шариками) и частицами белка. Оставшуюся часть излучения регистрирует чувствительный оптический датчик.

"По результатам экспериментов мы доказали, что оптическая область 400-1100 нанометров, ранее считавшаяся непригодной из-за сильного светорассеяния коллоидными частицами молока, может быть использована для количественного определения жира и белка в сыром продукте, - рассказывает Анастасия Суркова. - Мы долго искали специалистов, которые на основе наших наблюдений могли бы сконструировать сам прибор".

Благодаря сотрудничеству с учеными кафедры "Радиотехнические устройства" удалось создать первый прототип, но прежде чем применять его в молочных хозяйствах и специализированных молочных лабораториях, необходимо провести еще ряд исследований.

"В ходе предварительных экспериментов мы брали образцы гомогенизированного молока жирностью 2,5 и 3,5 процента, - рассказывает доктор технических наук, профессор кафедры "Радиотехнические устройства" Ильдар Ибатуллин. - Можно уверенно говорить о том, что наш прибор сейчас действительно умеет на основе анализа оптической плотности с высокой точностью оценивать жирность молока".

Еще один важный микробиологический параметр качества молока - соматические клетки (клетки эпителия молочной железы, лейкоциты, эритроциты). Их повышенное содержание может указывать на воспалительный процесс, протекающий в организме животного, а значит, влиять на безопасность употребления продукта. Клетки, вырабатывая такие ферменты, как каталаза, пероксидаза, липаза, разрушают ценные компоненты молока - жиры и белки. Это, в свою очередь, снижает его термоустойчивость, поэтому из сырья нельзя приготовить сыр, творог или масло. Определить уровень содержания соматических клеток можно разными методами, например, подкрашивая и подсчитывая их при анализе или разрушая специальным препаратом оболочки, чтобы вышедшие наружу молекулы ДНК начали связывать частицы молока. Однако эти пути не подходят для экспресс-контроля.

Оперативно и не столь затратно провести анализ качества сырого продукта позволяет то же устройство политеховцев. Исследуя проблему быстрой диагностики заболевания коров, ученые обратили внимание, что в случае болезни дойного животного в молоке повышается концентрация ионов хлора, а они, в свою очередь, снижают электропроводность. Этот параметр возможно измерить кондуктометрическим датчиком проводимости. Он представляет собой два погруженных в жидкость некорродирующих электрода, с помощью которых прибор способен устанавливать сам факт заболевания. Однако концентрацию соматических клеток измерить сложно: хотя в одной капле молока их количество может достигать нескольких десятков тысяч, по цвету и размерам они мало чем отличаются от допустимых частиц молока.

"Мы ищем пути решения этой задачи, методично прорабатывая различные варианты. Диапазон исследований достаточно широк - от изучения спектра поглощения и скорости акустических (ультразвуковых) колебаний до электронномикроскопических исследований, - поясняет Ильдар Ибатуллин. - Преодолеть эту рутинную часть работы помогают молодые ученые. Это, например, студентка кафедры "Радиотехнические устройства" Алина Паршина, которая участвует в конкурсе "УМНИК". Нам предстоит еще много исследований, которые могут иметь значительный коммерческий эффект".

Сейчас к работе подключилась также аспирантка кафедры "Аналитическая и физическая химия" Юлия Костюченко, которая под руководством профессора Богомолова будет проводить сличительные эксперименты в реальных условиях Самарской областной ветеринарной лаборатории.

Новый прибор создается с использованием отечественных и в основном недорогих электронных компонентов. Анализатор совместим с доильным оборудованием, которое используют российские фермеры, и выглядит как обычная кружка, в дно которой вмонтированы датчики белка, жирности и концентрации соматических клеток. Устройство ставится под пробоотборник, отделяющий в процессе дойки несколько десятков миллиграммов парного молока для исследований.

Сейчас уже созданы отдельные электронные узлы для изготовления опытного образца, само производство приборов планируется развернуть на базе одной из лабораторий Политеха.

"Мы будем увеличивать количество анализируемых данных, - говорит Ильдар Ибатуллин. - В перспективе данные, получаемые с этого прибора, могут стать основой для внедрения в животноводство систем bigdata и искусственного интеллекта. По изученным паттернам можно будет предсказывать влияние различных факторов (включая генетические) на качество молока. Это, в частности, позволит проводить "умную" селекцию и создавать новые породы коров".