Prueba rápida para asegurar una alta calidad de la leche

06.11.2019 - Alemania

Los estándares de seguridad y calidad de los alimentos nunca han sido tan altos en Alemania y en toda la Unión Europea. Esto es especialmente cierto en la industria láctea. Sin embargo, a pesar de estas normas tan estrictas, los rastros de impurezas, plaguicidas y antibióticos pueden llegar a la leche, con consecuencias a veces graves para la salud de los consumidores. En el proyecto MOLOKO, financiado por la UE, los investigadores de Fraunhofer se han unido a sus socios para desarrollar un nuevo sensor optoplasmónico diseñado para proporcionar un análisis rápido y sobre el terreno de los parámetros de seguridad y calidad de la leche. Este sistema de alerta temprana aportará a la industria ahorros sustanciales en tiempo y dinero, así como una drástica reducción del desperdicio de productos, ayudando así a mejorar el rendimiento a lo largo de toda la cadena de suministro.

La seguridad alimentaria es un factor crítico en la industria alimentaria, sobre todo en el sector lácteo. En este caso, las infecciones de la ubre pueden provocar la entrada de organismos nocivos en la leche, y sustancias químicas como los antibióticos o los pesticidas pueden contaminar el producto a través del forraje o como resultado de un control inadecuado del equipo y las instalaciones de almacenamiento. Para evitar que la leche adulterada entre en la cadena alimentaria, se realizan controles a lo largo de todo el proceso de producción y de la cadena de suministro. Sin embargo, estas pruebas estándar son costosas y llevan mucho tiempo. Las muestras se toman de cisternas de leche que contienen una mezcla de productos recolectados de cualquier número de granjas lecheras y luego se analizan en el laboratorio. Si se comprueba que la leche está contaminada, debe destruirse toda la carga, con grandes pérdidas para todos los ganaderos y lecherías afectados. Si hubiera una prueba con la que los agricultores pudieran comprobar su propia leche antes de que la recogiera el camión cisterna, se podría evitar este desperdicio.

En el proyecto MOLOKO (Multiplex phOtonic sensor for pLasmonic-based Online detection of contaminants in milK), 12 socios de siete países -incluida una lechería- han ideado una prueba rápida y económica para identificar los factores de calidad en la leche. En una prueba de unos cinco minutos, un nuevo sensor optoplasmónico analiza el producto para un total de seis sustancias, proporcionando así un control complementario y un sistema de alerta temprana dentro de la cadena de suministro, mucho antes de que la leche sea bombeada al camión cisterna. El sensor es funcionalizado con receptores para anticuerpos específicos que sirven como indicadores de varios parámetros de calidad y seguridad de la leche. De este modo, permite a las granjas lecheras llevar a cabo análisis cuantitativos automatizados in situ.

Arquitectura de sensores integrada única El sistema completo consta de un chip microfluídico reutilizable, transistores orgánicos emisores de luz (OLET) o diodos (OLED), un sensor compuesto por fotodetectores orgánicos (OPD), una rejilla plasmónica nanoestructurada y los anticuerpos específicos. El fotodetector orgánico se está desarrollando en el Instituto Fraunhofer de Electrónica Orgánica, Haz de Electrones y Tecnología de Plasma FEP, y el chip microfluídico en el Instituto Fraunhofer de Nano Sistemas Electrónicos ENAS. El OLET, por su parte, está siendo desarrollado por CNR-ISMN en Bolonia, y el enrejado fotónico por la empresa Plasmore Srl en Pavía, ambos en Italia. El coordinador del proyecto es CNR-ISMN.

"Lo que hace único a nuestro chip es que puede ser reutilizado", explica Andreas Morschhauser, investigador de Fraunhofer ENAS. "Las moléculas objetivo son despojadas de los anticuerpos inmovilizados por un tampón regenerador. Esto significa que los anticuerpos pueden ser reutilizados para otras pruebas". De hecho, la vida útil estimada del chip es de 100 ciclos de prueba. En cada prueba se miden un total de seis parámetros relacionados con los contaminantes y las proteínas. Para ello, Morschhauser y sus colegas han desarrollado un sistema microfluídico en forma de cartucho automatizado y miniaturizado que es reemplazable. Además de proporcionar información sobre la seguridad y la calidad de la leche, los parámetros medidos también informan a los ganaderos sobre la salud y el estado de cada vaca. Esto les ayuda a detectar infecciones en una etapa temprana y a comenzar el tratamiento inmediatamente. El tratamiento oportuno puede llevar a una administración más juiciosa de antibióticos y, por lo tanto, a una reducción en su uso.

Una rejilla nanoestructurada para la resonancia plasmónica de superficie
¿Cómo funciona el ensayo? El Dr. Michael Törker, investigador del Fraunhofer FEP, explica: "La luz emitida por el transistor cae sobre una rejilla recubierta de anticuerpos específicos para las diversas sustancias que se están probando. Cuando la leche se enjuaga sobre la rejilla, cualquier molécula objetivo de la leche se une a los anticuerpos. Esto altera el índice de refracción en la proximidad inmediata de la rejilla, lo que a su vez modifica la forma en que se refleja esta luz. La luz reflejada es registrada por el fotodetector, que mide cambios mínimos en el índice de refracción". Este fenómeno básico, que se produce en las nano felicitaciones especialmente estructuradas, se conoce como resonancia plasmónica de superficie. Proporciona lecturas rápidas y altamente sensibles.

El objetivo es utilizar este biosensor en varios puntos de la cadena de valor, tanto como dispositivo de laboratorio como directamente instalado en los equipos lácteos. Además, también será adecuado para comprobar la calidad de líquidos distintos de la leche, como la cerveza o el agua. El único ajuste necesario es una modificación de las moléculas de captura inmovilizadas y del tampón de reacción necesario. Se trataría simplemente de sustituir las moléculas de captura por otras adecuadamente modificadas para el fin en cuestión.

Los primeros resultados del desarrollo del chip optoplasmónico se expondrán en
CES 2020 en Las Vegas del 7 al 10 de enero de 2020
(Sands Expo Center, stand OE-A, nº 40950).

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