LumoVision: Орудие борьбы с проблемой афлатоксина
Кукуруза, самая урожайная злаковая культура в мире и основной продукт в рационе трети населения мира, восприимчива к природному яду — афлатоксину. Согласно оценкам ВОЗ, это вещество во всем мире несет ответственность за более чем 155 тыс. случаев рака печени в год. В мировом масштабе 160 млн детей по его вине страдают от задержки в росте. Продукт швейцарской технологической фирмы Bühler — LumoVision, представляет собой систему оптической сортировки кукурузы, управляемой на основе фактических данных. Она позволяет проводить точную обработку, что снижает риск инфицирования афлатоксином при одновременном снижении пищевых отходов и бизнес-рисков.
Основная угроза продовольственной безопасности
Порождаемый грибковыми порами плесени, афлатоксин бесцветный и не имеет запаха, что затрудняет его обнаружение. Всего лишь 2 сильно зараженных зерна из 10 тыс. могут превратить всю партию в опасную. Идентификация и устранение зараженных афлатоксином зерен является серьезной проблемой. Используемые способы очистки являются неточными, а это означает, что много тонн хорошего зерна выбрасывается вместе с зараженным зерном, в то время как некоторые зараженные зерна все еще могут проскользнуть.
Афлатоксин относится к группе природных ядов, известных как микотоксины. Все микотоксины несут угрозу для человеческого здоровья, но афлатоксин представляет наибольший риск. Пять типов афлатоксина связаны с кукурузой: B1, B2, G1, G2 и M1. Среди них наиболее токсичным считается B1. Афлатоксин производится штаммами грибов: Aspergillus flavus и Aspergillus parasiticus. Aspergillus лучше всего прорастает в жарких и влажных условиях или в местах хранения зерна с высокой влажностью.
Растения, которые переживали воздействие таких экстремальных погодных условий, как засуха или были подвержены нашествию насекомых, являются более чувствительными к заражению грибковыми инфекциями. Афлатоксин был также найден и в других зерновых культурах, но кукуруза — основной продукт питания для миллионов жителей Субсахарной Африки, Юго-Восточной Азии и Латинской Америки, которые являются наиболее уязвимыми перед загрязнением.
В 2015 году Всемирная организация здравоохранения подтвердила, что афлатоксин является наиболее опасным химическим веществом, которое угрожает пищевой безопасности. В соответствии с докладом Международного агентства по изучению рака, 0,5 млрд людей в развивающихся странах подвержены риску хронического воздействия афлатоксинов на протяжении всей жизни. В этом же докладе была установлена связь между отравлением афлатоксинами и замедлением роста среди детей.
В странах проживания, где доверяют диетам, основанным на употреблении кукурузы, дети регулярно подвергаются воздействиям яда через пищу, которую они употребляют сами, или, как младенцы, получают через материнское молоко. Афлатоксин M1 — менее токсичная форма афлатоксина B1, которая может передаваться людям через молоко крупного рогатого скота, которого кормили зараженной кукурузой. Кроме того, данный афлотоксин был обнаружен в печени и яйцах куриц, которые питались зараженными зернами.
Действующее регулирование и управление
В большинстве стран действует законодательство, устанавливающее максимально допустимое количество микотоксинов, а именно содержание афлатоксинов в продуктах питания. В Европейском Союзе они варьируются от 2 частей на миллиард в продуктах питания для взрослых и 0,1 частей на миллиард в детском питании на основе злаковых, в Кении это до 10 частей на миллиард. Предельная граница содержания афлатоксина M1 в молоке находится в диапазоне от 0,05 частей на миллиард в Европе и 0,5 частей на миллиард в США.
Афлатоксин является единственным микотоксином, для которого установлены также допустимые пределы содержания в корме для животных. В ЕС этот предел варьируется от 5 до 20 частей на миллиард. В других регионах допустимые значения в корме находятся в пределах от 20 частей на миллиард для молочного скота, до 300 частей на миллиард для крупного рогатого скота.
Афлатоксин, наряду с постоянной угрозой для здоровья, представляет собой серьезный бизнес-риск для фермеров, трейдеров и производителей продуктов питания, поскольку современные технологии позволяют сократить уровень токсинов на 60-90% при общем снижении урожайности, которое составляет 5-25%. Более того, риск растет, поскольку климатические изменения приводят к повышению температуры в большом числе регионов. Уже были зарегистрированы случаи в Сербии, Италии, Испании и Венгрии.
Без наличия последовательной видимой разницы между зараженными и нормальными зернами, единственным способом стать абсолютно уверенным является отправление образца в лабораторию для проведения анализа. Этот процесс отнимает много времени, а также затрудняется тем, что афлатоксин появляется неравномерно в разных очагах. Образцы зерен, взятые из разных загруженных частей грузовика, будут показывать крайне противоречивые значения. В результате, даже после проведения лабораторной экспертизы есть большая вероятность того, что зараженные зерна не будут обнаружены.
LumoVision: Инновационное решение
Фирма Bühler работает над поиском решений по сокращению афлатоксина с времен, когда он был впервые обнаружен в 1960-х годах. Текущее решение опирается на выводы, впервые сделанные в 1970-х годах о том, что яркая зелено-желтая флуоресценция напрямую связана с заражением кукурузы афлатоксинами. С тех пор Продовольственная и сельскохозяйственная организация начала рекомендовать флуоресценцию в качестве предполагаемого теста на наличие афлатоксина в кукурузе. Однако только с помощью использования нынешних технологий и инноваций стало возможным разработать систему и применить данный тест на промышленных скоростях обработки.
Инженеры Bühler смогли разработать сортировочную машину, которая может обнаружить и корректно идентифицировать на промышленных скоростях точную разницу в цвете между зараженными и здоровыми зернами. Используя высокочувствительные камеры и мощную светодиодную ультрафиолетовую систему, стало возможным ориентироваться на специфический зеленый цвет, который связан с наличием афлатоксина.
В 2017 году новая система освещения и видеонаблюдения была включена в модифицированный сортировщик, и установлена для проведения тестирования на промышленной фабрике по обработке кукурузы. После корректировок новая система достигла возможности стабильного сокращения уровня заражения афлатоксином в среднем на 85-90% с потерей объема урожая менее чем 5%.
Кроме того, Microsoft разрабатывает облачный цифровой сервис, который будет применяться для прогнозирования риска заражения конкретной партии кукурузы в режиме реального времени. Данные, которые собираются камерой о каждом зерне, объединятся вместе с более обобщенными данными о риске, связанном с конкретной партией, позволяя, таким образом, машине оценить общий уровень угрозы заражения, и автоматически остановить процесс и приступить к сортировке.
Если показатель риска особенно высок, клиент получает предупреждающий сигнал тревоги, позволяющий ему принять дополнительные меры предосторожности. Если партия кукурузы оценивается как чистая и общий уровень риска незначительный, машина может принять решение о безопасности приостановления сортировки. Как только машина снова идентифицирует наличие афлатоксина в продукте или высокий уровень риска, сортировка автоматически возобновится. Принятие решения происходит по принципу меньше чем 100 мс «на зерно» с пропускной способностью промышленного производства 10-15 тонн в час.
Благодаря новой облачной системе Microsoft, которая непрерывно занимается контролем над потоком продукта и оцениванием риска, уровень потери урожая снижается практически к нулю при гарантии безопасности конечного продукта.
Повышение пищевой безопасности и снижение экономического риска
LumoVision обеспечивает значительное усовершенствование предыдущих систем, что позволяет проводить корректную обработку, которая снижает риск заражения афлатоксином при одновременном снижении количества пищевых отходов и бизнес-рисков. Использование данной системы должно привести к более стабильной производительности очистки и сокращению потерь, связанных с текущими процессами очистки. Bühler сотрудничает с различными партнерами для проведения дальнейшего тестирования и утверждения использования технологии для кукурузы и других зерновых культур.
Афлатоксин — комплексная проблема, которую ни один участник производственно-сбытовой цепочки не может решить самостоятельно. По мере того как население мира растет и меняются экономические и экологические условия, поддерживаемые принципы пищевой промышленности уже не являются просто вопросом корпоративной социальной ответственности — это теперь также и залог успешного бизнеса. LumoVision — это лишь один из инновационных цифровых сервисов, который в настоящее время разрабатывается компанией Bühler вместе с технологическим партнером Microsoft с целью решения вышеуказанных задач.
По материалам журнала Miller
