Människor har jäst mat och dryck – allt från kimchi och yoghurt till öl och kombucha – i mer än 13 000 år.
Fermentering – en naturlig process som använder mikroorganismer för att skapa alkoholer och syror från kolhydrater – kan bevara maten så att den håller längre, och den kan förbättra kvaliteten på maten genom att omvandla vissa komponenter till mer lättsmälta former.
Vissa fermenterade livsmedel som innehåller levande mikroorganismer kallas probiotika, som kan öka hållbarheten på mat och ge en rad ytterligare fördelar, som att främja en frisk tarmmikrobiom och sänka kolesterolnivåerna.
Vi är kemister, och vårt team ville ta reda på ett sätt att förstå vilka probiotika som är mest aktiva i kroppen. Så vi utvecklade en kartongsensor som kunde övervaka probiotikas metaboliska aktivitet.
Eftersom de i allmänhet anses vara säkra är probiotika också ett av de mest populära kosttillskotten på dagens marknad och står för mer än 50 miljarder USD per år.
Lactobacillus, Bifidobacterium och Saccharomyces är de vanligaste probiotika. Till exempel använder livsmedelstillverkare startkulturer av Lactobacillus bulgaricus och Streptococcus thermophilus för att koagulera mjölk och göra yoghurt.
Nyligen genomförda studier har också funnit att probiotika kan förhindra utvecklingen av skadliga bakterier i kroppen, sänka kolesterolnivåerna, minska förstoppning, kontrollera blodtrycket, öka produktionen av vitaminer, förbättra kalciumabsorptionen och stärka immunförsvaret.
Probiotika kan dock bara ge hälsoeffekter när mikroorganismerna är vid liv, vilket innebär att de är metaboliskt aktiva och interagerar med värdens kropp. Så typen av probiotika, dess formulering och hur den bearbetas blir avgörande.
Probiotika växer från enskilda celler till kolonier. Matforskare kan studera probiotika genom att räkna antalet livskraftiga celler – även kallade kolonibildande enheter – i maten för att ta reda på hur mycket de kan växa och hur aktiva de kommer att vara. De kan också studera hur probiotika svarar på en magsaft gjord i labbet för att simulera hur probiotika verkar i din tarm. Magsaft är den vätska som utsöndras i magen under matsmältningen.
De flesta av dessa tester är dock långsamma och involverar dyra instrument och kunnig personal. Det är där våra kartongsensorer kommer in.
Vårt forskarteam har samarbetat med forskarteam från Brasilien för att utveckla en enkel sensor som kan mäta den metaboliska aktiviteten hos probiotiska livsmedel.
Vi byggde sensorerna med standardkartong och en process som kallas laserritning. Vi använder en laser för att omvandla en liten mängd av kartongen till kol, vilket gör den elektriskt ledande. Vi använde också guldnanopartiklar, som ytterligare förbättrar sensorns respons genom att minska materialets resistivitet.
Att sänka materialets resistivitet är viktigt eftersom sensorn detekterar bakteriers metaboliska aktivitet via en typ av kemisk reaktion som kallas redoxreaktion. Den kan upptäcka oxidationen av en molekyl som produceras av en av probiotika.
Innan testet kalibrerade teamet först sensorn med en populär probiotisk yoghurt som är allmänt tillgänglig i amerikanska butiker som modell. För varje test behövde vi bara inkubera 100 mikroliter prov – ungefär 1/50-del av en tesked – i 10 minuter vid rumstemperatur.
När vi väl kalibrerat sensorerna testade vi hur metaboliskt aktiva mikroorganismerna som fanns i provet var. Vi testade både öl och yoghurt och fann att sensorerna kunde bestämma den metaboliska aktiviteten mer exakt än andra tester som forskare brukar använda.
Vi fann också att bakterierna i ölet vi testade, en ofiltrerad IPA, hade mer metabolisk aktivitet än yoghurten, som var populära märken Siggi's, Yakult och Activia.
Men innan du springer till ditt lokala bryggeri är det viktigt att notera att sensorn endast mäter den totala metaboliska aktiviteten hos de mikroorganismer som finns i provet. Den upptäcker ingenting om typen av aktivitet eller potentiella hälsoeffekter.
Medan flera grupper har rapporterat om de potentiella hälsofördelarna med öl, kommer inte alla öl att ge dessa fördelar. Och kom ihåg att en pint av en IPA innehåller nyttiga bakterier men också en typisk alkoholhalt på mellan 6 % och 8 % och 180–200 kalorier.
Många forskare har utfört studier inom detta område med mer traditionella probiotiska livsmedel som innehåller många av mikroorganismerna i din tarm. Även i dessa fall har de funnit att probiotikas förmåga att korrigera specifika hälsoproblem förmodligen är begränsad.
Med tanke på hur kosttillskott som innehåller probiotika regleras är det också svårt att säga om produkterna faktiskt innehåller den typ och mängden livskraftiga bakterier som annonseras på etiketten.
Allt övervägt syftar den föreslagna sensorn till att tillhandahålla ett enkelt, bärbart och billigt sätt att upptäcka aktiviteten hos levande bakterier. Dessa sensorer kan en dag hjälpa till inom områden som hälso- och sjukvård.
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
