Potravinové senzory a rychlá analytika

Naše skupina vyvíjí inovativní analytické přístupy k řešení problémů v oblasti kvality, bezpečnosti, pravosti a bioaktivity potravin. Náš výzkum zahrnuje technologie rychlého snímání, enzymatické testy bioaktivity, vibrační spektroskopii a pokročilou analýzu dat za účelem získání spolehlivých chemických informací o potravinách a sloučeninách pocházejících z potravin. Zaměřujeme se na vývoj a validaci robustních analytických metod pro screening kontaminantů v potravinách, posuzování pravosti potravin a identifikaci bioaktivních molekul s potenciálním přínosem pro zdraví. Klíčovým aspektem naší práce je převod laboratorních metod do praktických řešení a využití detekce pomocí smartphonů pro aplikace přímo v terénu. Propojením analytické a potravinářské chemie, chemometrie a senzorových technologií se snažíme podporovat inovace založené na důkazech v celém potravinovém řetězci. Naším konečným posláním je přispívat k bezpečnějším, autentičtějším a funkčně vylepšeným potravinářským výrobkům a zároveň posouvat hranice oboru rychlé analýzy potravin.

Výzkumná témata

Testování inhibice enzymů k identifikaci funkčních vlastností potravin a rostlin

V rámci našich výzkumných aktivit využíváme testy inhibice enzymů jako analytické nástroje k identifikaci bioaktivních látek v potravinách a jedlých rostlinách. Enzymy regulují klíčové fyziologické procesy a jejich nadměrná aktivita je často spojována se vznikem onemocnění. Přirozené inhibitory enzymů z potravinových zdrojů, které modulují enzymovou aktivitu, proto představují slibné kandidáty pro funkční potraviny a nutraceutika.

Naším primárním cílem je vývoj a optimalizace spolehlivých enzymových testů. Mnoha publikovaným protokolům chybí dostatečná validace, což omezuje jejich reprodukovatelnost a biologickou relevanci. Proto upřednostňujeme důkladnou interní optimalizaci, abychom zajistili vysoký analytický výkon a smysluplnou interpretaci výsledků.

Vyvíjíme několik enzymových testů zaměřených na enzymy s důležitými biochemickými funkcemi. Studujeme například enzymy související s kognitivními funkcemi (acetylcholinesteráza, butyrylcholinesteráza), trávením (pankreatická lipáza, α-amyláza, α-glukosidáza) a zdravím kůže (tyrosináza, elastáza).

Pro posílení biologické interpretace kombinujeme screening inhibice enzymů s cílenou metabolomikou, kterou využíváme v rámci našeho oddělení. Integrace enzymatických, chemických a chemometrických dat umožňuje identifikaci bioaktivních molekul spojených s inhibičními účinky, což podporuje vývoj nových funkčních potravin založený na důkazech.

Video na YouTube demonstrující princip testů inhibice enzymů

Testování kontaminantů v potravinách pomocí smartphonů

Zabýváme se výzkumem využití chytrých telefonů jako analytických detekčních platforem pro rychlou, nákladově efektivní a decentralizovanou analýzu potravin. Chytré telefony nabízejí jedinečné možnosti, včetně sběru dat přímo na místě, semikvantitativních výsledků v okamžiku potřeby, geolokace a přenosu dat v reálném čase, což z nich činí velmi atraktivní nástroj pro moderní aplikace v oblasti bezpečnosti potravin.

Hlavním zaměřením naší práce je vývoj analytických nástrojů integrovaných do smartphonů pro screening kontaminantů v potravinách. Tento výzkum vyžaduje multidisciplinární přístup kombinující analytickou chemii, vývoj senzorů, optiku, zpracování dat a uživatelsky orientovaný design. Naše činnosti pokrývají celý pracovní postup, od chemie testů a generování signálu až po sběr dat, jejich zpracování a bezdrátovou komunikaci.

Vyvinuté přístupy se zaměřují na molekuly s nízkou molekulovou hmotností (např. rezidua pesticidů, akrylamid a jeho prekurzor asparagin) relevantní pro kontaminaci potravin, s důrazem na přenosnost, odolnost a snadné použití i pro laické uživatele. Naším cílem je proměnit smartphony z běžných komunikačních zařízení ve spolehlivé analytické nástroje, které podporují rychlé rozhodování a zvyšují bezpečnost potravin.

Funkční vzorek
Test pro rychlé stanovení asparaginu v mikrotitračních destičkách   

Rychlé a nákladově efektivní posuzování pravosti potravin pomocí vibrační spektroskopie

Náš výzkum se zaměřuje na využití vibrační spektroskopie jako rychlého, nedestruktivního a nákladově efektivního přístupu k posuzování pravosti a kvality potravin. Techniky jako spektroskopie ve střední infračervené oblasti (MIR), v blízké infračervené oblasti (NIR) a Ramanova spektroskopie poskytují bohaté molekulární otisky, které lze využít k ověření identity produktu, jeho původu a výrobních charakteristik.

Prokázali jsme potenciál MIR spektroskopie pro ověřování pravosti potravinářských komodit s vysokou tržní a nutriční hodnotou, jako jsou obiloviny, med a víno. Tyto analytické postupy mohou řešit problémy související s botanickým původem, odrůdovou identitou a rozlišením ročníků. Důraz je kladen na předzpracování spektrálních dat a výběr příznaků, jelikož tyto kroky zásadně ovlivňují robustnost a prediktivní schopnost chemometrických modelů.

Kromě laboratorních infračervených systémů aktivně zkoumáme také přenosná spektroskopická řešení, včetně ručního Ramanova spektrometru, s cílem podpořit aplikace pro screening přímo v terénu. Celkově naše práce podporuje vývoj spolehlivých screeningových nástrojů pro ověřování pravosti potravin a propojuje spektroskopii s praktickým uplatněním v celém potravinovém řetězci.