Των Carlos D. Garcia, Professor of Chemistry, Clemson University και George Chumanov, Professor of Chemistry, Clemson University.
Οι άνθρωποι καταναλώνουν ζυμωμένα τρόφιμα και ποτά -από κίμτσι και γιαούρτι μέχρι μπύρα και κομπούτσα- για περισσότερα από 13.000 χρόνια. Η ζύμωση, μια φυσική διαδικασία όπου μικροοργανισμοί δημιουργούν αλκοόλες και οξέα από υδατάνθρακες, μπορεί να διατηρήσει περισσότερο τα τρόφιμα και να βελτιώσει την ποιότητά τους κάνοντας ορισμένα συστατικά πιο εύπεπτα.
Ορισμένα τρόφιμα που έχουν υποστεί ζύμωση περιέχουν ζωντανούς μικροοργανισμούς (προβιοτικά), που μπορούν να αυξήσουν τη διάρκεια ζωής των τροφίμων και να παρέχουν μια σειρά από πρόσθετα οφέλη, όπως η προώθηση ενός υγιούς εντερικού μικροβιώματος και η μείωση των επιπέδων χοληστερόλης.
Θέλαμε να καταλάβουμε ποια προβιοτικά είναι τα πιο δραστικά στο σώμα. Έτσι, αναπτύξαμε έναν αισθητήρα από χαρτόνι που θα μπορούσε να παρακολουθεί τη μεταβολική δραστηριότητα των προβιοτικών.
Καθώς γενικά θεωρούνται ασφαλή, τα προβιοτικά είναι επίσης ένα από τα πιο δημοφιλή συμπληρώματα διατροφής, με τζίρο πάνω από 50 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως. Οι Lactobacillus, Bifidobacterium και Saccharomyces είναι τα πιο κοινά προβιοτικά. Για παράδειγμα, οι παραγωγοί τροφίμων χρησιμοποιούν καλλιέργειες εκκίνησης Lactobacillus bulgaricus και Streptococcus thermophilus για να πήξουν το γάλα και να φτιάξουν γιαούρτι.
Πρόσφατες μελέτες έχουν βρει ότι τα προβιοτικά μπορούν να εμποδίσουν την ανάπτυξη επιβλαβών βακτηρίων στο σώμα, να μειώσουν τα επίπεδα χοληστερόλης, να μειώσουν τη δυσκοιλιότητα, να ελέγξουν την αρτηριακή πίεση, να ενισχύσουν την παραγωγή βιταμινών, να βελτιώσουν την απορρόφηση ασβεστίου και να ενισχύσουν το ανοσοποιητικό σύστημα. Αλλά τα προβιοτικά μπορούν να έχουν θετικές επιπτώσεις στην υγεία όταν οι μικροοργανισμοί είναι ζωντανοί, που σημαίνει ότι είναι μεταβολικά ενεργοί και αλληλεπιδρούν με το σώμα του ξενιστή. Έτσι, ο τύπος του προβιοτικού, η σύνθεσή του και ο τρόπος επεξεργασίας του γίνονται εξαιρετικά σημαντικά.
Τα προβιοτικά αναπτύσσονται από μεμονωμένα κύτταρα σε αποικίες. Οι επιστήμονες τροφίμων μπορούν να μελετήσουν τα προβιοτικά μετρώντας τον αριθμό των βιώσιμων κυττάρων -που ονομάζονται επίσης μονάδες σχηματισμού αποικιών- στα τρόφιμα για να καταλάβουν πόσο θα μπορούσαν να αναπτυχθούν και πόσο ενεργά θα είναι. Μπορούν επίσης να μελετήσουν πώς τα προβιοτικά ανταποκρίνονται σε ένα γαστρικό υγρό που παρασκευάζεται στο εργαστήριο για να προσομοιώσουν πώς δρουν τα προβιοτικά στο έντερο σας. Ο γαστρικός χυμός είναι το υγρό που εκκρίνεται στο στομάχι σας κατά τη διάρκεια της πέψης. Αλλά οι περισσότερες από αυτές τις δοκιμές είναι αργές και περιλαμβάνουν ακριβά όργανα και εξειδικευμένο προσωπικό. Εκεί μπαίνουν οι αισθητήρες μας από χαρτόνι.
Η ερευνητική μας ομάδα συνεργάστηκε με μια ομάδα από τη Βραζιλία για να αναπτύξει έναν απλό αισθητήρα που μπορεί να μετρήσει τη μεταβολική δραστηριότητα των προβιοτικών των τροφίμων. Κατασκευάσαμε τους αισθητήρες χρησιμοποιώντας τυπικό χαρτόνι και μια διαδικασία που ονομάζεται χάραξη με λέιζερ. Χρησιμοποιούμε λέιζερ για να μετατρέψουμε μια μικρή ποσότητα του χαρτονιού σε άνθρακα, καθιστώντας το ηλεκτρικά αγώγιμο. Χρησιμοποιήσαμε επίσης νανοσωματίδια χρυσού, τα οποία βελτιώνουν περαιτέρω την απόκριση του αισθητήρα μειώνοντας την ειδική αντίσταση του υλικού.
Η μείωση της ειδικής αντίστασης του υλικού είναι σημαντική επειδή ο αισθητήρας ανιχνεύει τη μεταβολική δραστηριότητα των βακτηρίων μέσω ενός τύπου χημικής αντίδρασης που ονομάζεται αντίδραση οξειδοαναγωγής. Μπορεί να ανιχνεύσει την οξείδωση ενός μορίου που παράγεται από ένα προβιοτικό.
Πριν από τη δοκιμή, η ομάδα βαθμολόγησε πρώτα τον αισθητήρα χρησιμοποιώντας ως μοντέλο ένα δημοφιλές προβιοτικό γιαούρτι ευρέως διαθέσιμο στα καταστήματα των ΗΠΑ. Για κάθε δοκιμή, χρειαζόμασταν μόνο να επωάζουμε 100 ml δείγματος για 10 λεπτά σε θερμοκρασία δωματίου. Μόλις βαθμονομήσαμε τους αισθητήρες, δοκιμάσαμε πόσο μεταβολικά ενεργοί ήταν οι μικροοργανισμοί που υπήρχαν στο δείγμα. Δοκιμάσαμε τόσο την μπύρα όσο και το γιαούρτι και διαπιστώσαμε ότι οι αισθητήρες μπορούσαν να προσδιορίσουν τη μεταβολική δραστηριότητα με μεγαλύτερη ακρίβεια από άλλες δοκιμές που χρησιμοποιούν συνήθως οι επιστήμονες. Βρήκαμε επίσης ότι τα βακτήρια στην μπύρα που δοκιμάσαμε, είχαν μεγαλύτερη μεταβολική δραστηριότητα από τα γιαούρτια, που ήταν oi δημοφιλείς μάρκες Siggi’s, Yakult και Activia.
Αλλά, προτού τρέξετε στο τοπικό σας ζυθοποιείο, είναι σημαντικό να σημειώσετε ότι ο αισθητήρας μετρά μόνο τη συνολική μεταβολική δραστηριότητα των μικροοργανισμών που υπάρχουν στο δείγμα. Δεν ανιχνεύει τίποτα σχετικά με το είδος της δραστηριότητας ή τις πιθανές επιπτώσεις στην υγεία.
Ενώ αρκετές ερευνητικές ομάδες έχουν αναφέρει σχετικά με τα πιθανά οφέλη για την υγεία της μπύρας, δεν παρέχουν όλες οι μπύρες αυτά τα οφέλη. Και έχετε κατά νου ότι ενώ 500 ml μπύρας μπορεί να έχουν ωφέλιμα βακτήρια, έχουν αλκοόλ 6-8% και 180-200 θερμίδες.
Πολλοί ερευνητές έχουν πραγματοποιήσει μελέτες σε αυτόν τον τομέα χρησιμοποιώντας πιο παραδοσιακά προβιοτικά τρόφιμα που περιέχουν πολλούς από τους μικροοργανισμούς του εντέρου. Ακόμη και σε αυτές τις περιπτώσεις, έχουν διαπιστώσει ότι η ικανότητα των προβιοτικών να διορθώνουν συγκεκριμένα προβλήματα υγείας είναι πιθανώς περιορισμένη. Επίσης, λαμβάνοντας υπόψη τον τρόπο με τον οποίο ρυθμίζονται τα συμπληρώματα που περιέχουν προβιοτικά, είναι δύσκολο να πούμε εάν τα προϊόντα περιέχουν πράγματι τον τύπο και την ποσότητα βιώσιμων βακτηρίων που διαφημίζονται στην ετικέτα.
Λαμβάνοντας υπόψη όλα τα πράγματα, ο προτεινόμενος αισθητήρας στοχεύει να παρέχει έναν απλό, φορητό και χαμηλού κόστους τρόπο ανίχνευσης της δραστηριότητας ζωντανών βακτηρίων. Αυτοί οι αισθητήρες θα μπορούσαν μια μέρα να βοηθήσουν σε τομείς όπως η υγειονομική περίθαλψη.
