Un sistema biosensore portatile per analisi microbiologiche in situ
Tutti i sistemi commerciali per la rivelazione della concentrazione microbica mediante impedenziometria sono strumenti da banco: è quindi necessario inviare campioni dei prodotti finiti al laboratorio e il tempo richiesto per la spedizione vanifica in parte la maggiore velocità di risposta di questa tecnica rispetto alla conta su piastra. «Per consentire misurazioni on line e in situ della concentrazione microbica, è necessario disporre di un sistema elettronico che possa essere inserito in macchine industriali o realizzato come sistema portatile» spiega il dr. Marco Grossi del Dipartimento di Ingegneria dell’Energia Elettrica e dell’Informazione “Gug lielmo Marconi” (D.E.I.) dell’Università di Bologna. Il gruppo di ricerca del D.E.I., coordinato dal prof. Bruno Riccò, ha sviluppato in collaborazione con Carpigiani Group un sistema biosensore portatile per la misura della concentrazione batterica basato sulla tecnica impedenziometrica. Il sistema biosensore (figura 2) è costituito da due schede elettroniche progettate ad hoc (per la misura delle caratteristiche elettriche e il controllo della temperatura del campione) e una camera di incubazione adibita a contenere il campione da analizzare durante la misura. La camera di incubazione è dotata di una coppia di elettrodi in acciaio inox per la misura delle caratteristiche elettriche del campione oltre che di un sistema di riscaldamento a effetto Joule e un sensore di temperatura per la termoregolazione. Il sistema è anche dotato di una interfaccia per la trasmissione wireless dei dati misurati. La correlazione dei dati del biosensore con le analisi tradizionali di conta in piastra è stata studiata grazie alla collaborazione con la dr.ssa Anna Pompei e il prof. Diego Matteuzzi della Facoltà di Scienze Farmaceutiche dell’Università di Bologna. Il sistema è stato testato con successo nel caso di diversi tipi di campioni liquidi e semiliquidi tra cui il gelato, il latte crudo, le acque di fiume e ora anche la birra. In collaborazione con il Centro di Eccellenza per la Ricerca sulla Birra (CERB) dell’Università di Perugia, si è valutato il potenziale utilizzo di tale sistema biosensore per misurare la concentrazione dei batteri lattici responsabili del deterioramento della birra. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Technical Quarterly (aprile 2012; 49[1]:11-18).
I risultati dello studio
Sono stati testati diversi terreni colturali con l’obiettivo di trovare quello che desse massima velocità di crescita e massima accuratezza di misura della concentrazione di lattobacilli» spiega Marco Grossi. «Sia il terreno YE3% (contenente estratto di lievito alla concentrazione di 30 g/l) sia il terreno GM (GOS medium) hanno consentito una crescita ottimale, come dimostrato dall’inoculo di colture pure di tre diversi ceppi Lactobacillus. L’inoculo dei due terreni con campioni di birra naturalmente contaminati ha invece prodotto una più rapida stabilizzazione del segnale elettrico per YE3%: la curva raggiunge il valore stabile in circa 5 ore, contro le 11 ore richieste dal terreno GM (figura 3). Perciò, come terreno colturale per i successivi esperimenti è stato scelto YE3%». «Per poter essere applicato all’interno delle macchine industriali di un birrifi cio il biosensore deve rilevare in modo specifi co la concentrazione di lattobacilli in campioni di birra in cui coesistono lieviti e batteri» continua il ricercatore del D.E.I. di Bologna. «Poiché la crescita di lieviti e muffe può ridurre la conducibilità elettrica del mezzo e aumentare Rs, neutralizzando l’effetto del metabolismo dei lattobacilli, abbiamo pensato di aggiungere cicloesimide, agente che inibisce la crescita delle cellule eucariote e quindi dei lieviti ma non dei lattobacilli».
