Новая машина Bühler использует облако Microsoft для поиска «иголки в стоге сена» — ядовитого зернышка в тоннах кукурузы

Из поговорки всем известна проблема поиска иголки в стоге сена. А что насчет одного зернышка в грузовике зерна?

Единственное зернышко, пораженное плесневыми грибами, выделяющими высококанцерогенное вещество под названием афлатоксин, может погубить весь урожай и вызвать отравление у людей и животных — вплоть до смертельного исхода. Не говоря уже о том, сколько продукции придется уничтожить, если вовремя не найти очаг заражения. Обычно афлатоксин нельзя увидеть или определить на вкус и запах. Он не уничтожается даже нагреванием, поэтому приготовление пищи не делает ее безопасной.

«Афлатоксин почти неизвестен широкой публике, но представляет собой одну из самых серьезных мировых проблем, — говорит Беатрис Конде-Пети, специалист по продовольственной безопасности из швейцарской технологической компании Bühler AG. — И это незаметная угроза. Вы даже не узнаете, что отравились».

Поскольку потребители не могут выяснить, инфицирована ли их пища, ответственность полностью лежит на тех, кто выращивает, собирает и обрабатывает зерно. Производителям все чаще приходится бороться с плесенью, продвигающейся в северные широты по мере того, как изменения климата создают для нее благоприятные условия. Ставки очень высоки, и инженеры Bühler для борьбы с этой угрозой создали инновационную систему обработки зерна.

LumoVision — система оптической сортировки, подключенная к облаку, в котором выполняется анализ информации. Для поиска скрытых очагов инфекции используются новые камеры с высоким разрешением и ультрафиолетовой подсветкой. Эта передовая инновационная система полностью соответствует миссии компании — сокращать отходы и повышать безопасность пищевых продуктов. Руководство планирует выпустить эту технологию на рынок к концу 2018 года, в два раза сократив обычные сроки.

По данным Международного исследовательского института продовольственной политики, попадание в организм большого количества афлатоксина может привести к смерти, а хроническое воздействие вызывает серьезные нарушения здоровья.

Каждый год регистрируется около 155 000 новых случаев возникновения рака, вызванного афлатоксином. Это основная причина рака печени в развивающихся странах. Этим ядом отравляются полмиллиарда людей в тех регионах, где нет регуляторов, обеспечивающих продовольственную безопасность — таких как американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов и Европейское агентство лекарственных средств. Афлатоксин задерживает физическое и умственное развитие детей, начиная с утробы матери, если беременная женщина питается зараженными продуктами. И возникшие нарушения здоровья уже непоправимы.

Способы борьбы с этой угрозой изучаются с тех пор, как о ней стало известно, но мало применяются из-за технологических ограничений.

В 1960 году в Великобритании по непонятным причинам быстро умерло более 100 000 индеек. Ученые были озадачены этой непонятной «болезнью икс», пока не нашли причину — высокотоксичный плесневый гриб. Им был заражен арахис из Бразилии, которым кормили птиц.

У человека афлатоксин обычно не вызывает острого отравления, при котором можно почувствовать себя плохо сразу после приема инфицированной пищи. Летальный исход чаще всего наступает при хроническом воздействии и постоянном употреблении плохой еды. Это серьезная проблема, поскольку зерно — основа питания населения Земли, а самая распространенная зерновая культура на планете — кукуруза (маис). Это главный продукт в рационе жителей Африки и Центральной Америки, а также основной источник корма для сельскохозяйственных животных по всему миру. И опасность может быть незаметной: например, афлатоксин попадает в молоко, когда коровы едят зараженное зерно.

Бен Дифхольц, главный инженер Bühler по цифровым технологиям, рассказывает, что к 1965 году компания запатентовала сортировочную машину, позволяющую отбраковывать зараженное афлатоксином пищевое и кормовое зерно. Но эта машина работала слишком медленно, чтобы быть коммерчески жизнеспособной. Там, где за продовольственной безопасностью следили специальные органы, было дешевле уничтожить инфицированную партию, чем пытаться отсортировать ее. А во всех остальных регионах зараженные продукты чаще всего просто продавали в пищу.

Когда афлатоксин обнаружили в итальянской кукурузе после длительной засухи 2012 года, Дифхольц и его коллеги провели лето, пытаясь найти эффективное решение этой проблемы. Они использовали существующую технологию (разработанную инженерами Bühler для других зерновых культур) для создания новой системы очистки зерна кукурузы. Сортировочная машина сдувала пыль, в которой может содержаться высокая концентрация плесени, разделяла зерна по плотности, чтобы отбраковать поврежденные, как более подверженные заражению, после чего выполняла оптическую сортировку, удаляя все зерна с видимой деформацией или изменившимся цветом.

Но даже при использовании таких методов терялось много продукции. Невозможно было обнаружить скрытые очаги инфекции, невидимые для человека или обычной камеры. Они видны только в ультрафиолетовом диапазоне — в виде зеленого или желтого свечения. Поэтому когда компания в 2016 году предложила сотрудникам инновационное соревнование, Дифхольц точно знал, чем займется.

При помощи коллег он объединил научно-исследовательский опыт компании, полученный за 70 лет разработки систем сортировки зерна, с передовыми облачными технологиями, средствами анализа данных, новыми камерами и технологией ультрафиолетового освещения.

Разработчики показали свою систему на Ганноверской промышленной выставке-ярмарке, начавшейся 23 апреля 2018 года. Потом они проведут тесты в европейской сети MycoKey, недавно созданной для поиска методов борьбы с микотоксинами, из которых особенно опасен афлатоксин. Bühler стремится вывести LumoVision на коммерческий рынок к концу года.

Компания нашла идеального потребителя для тестирования в Италии. Сельскохозяйственный кооператив Capa Cologna боролся с афлатоксином во время засухи 2012 года и вновь обеспокоился этой проблемой в прошлом году, когда снова установилась жаркая сухая погода — идеальная для роста плесневых грибов. Узнав о возможности испытать LumoVision, итальянцы ее не упустили.

«Мы очень воодушевлены новой разработкой Bühler, — говорит Дамиано Дестро из Capa Cologna. — Эта машина позволит нам сортировать всю поступающую продукцию, сокращать потери и, что самое важное, повышать продовольственную безопасность».

Новости о тестировании распространяются быстро. Торговый представитель Bühler в Италии получает множество звонков от других сельскохозяйственных компаний, интересующихся системой. «LumoVision делает всю работу самостоятельно, с достаточно высокой производительностью и довольно низким уровнем отходов, и это должно дать отличные результаты», — говорит Дифхольц.

При использовании LumoVision кукуруза поступает из грузовика в загрузочную воронку, установленную в верхней части аппарата почти двухметровой высоты. По вибрирующему транспортеру зерно отправляется в лоток, где движется со скоростью 3,5 метра в секунду, распределившись одним слоем. Камеры, установленные на каждой стороне, освещают зерно ультрафиолетовыми лучами, под которыми видно свечение афлатоксина. Высокоскоростные клапаны, выпускающие струи сжатого воздуха, открываются на тысячную долю секунды, сдувая зараженные зерна в специальный сборник, тогда как здоровое зерно ссыпается в контейнеры для хранения или перевозки.

Система работает так быстро, что если бы кто-нибудь взял открытый мешок кукурузы и перевернул его, он был бы проанализирован и отсортирован раньше, чем первое зерно упало бы на землю. За час LumoVision может обработать 10–15 тонн кукурузы — целый грузовик.

Данные о погоде во время сбора урожая, сведения о состоянии других партий зерна, собранных на тех же полях, и другие важные показатели, в том числе данные с камер системы сортировки, загружаются в облако Microsoft. Там они анализируются для составления отчетов о рисках в режиме реального времени, а также используются для управления системными процессами. Если риск минимальный, сортировку можно приостановить, продолжая мониторинг. Если риск повышается, сортировка автоматически возобновляется.

«Мы начинаем применять технологии анализа данных и Интернет вещей, поэтому сейчас самое подходящее время для таких разработок, — говорит Стюарт Бэшфорд, специалист по цифровым технологиям из Bühler. — Общая концепция подобных систем существует уже много лет, но она еще никогда не воплощалась в коммерчески жизнеспособную технологию. И вот теперь появился этот многообещающий проект».

Обнаружение и уничтожение инфицированных зерен в режиме реального времени с помощью LumoVision предотвращает распространение токсинов и заражение здорового зерна. Кроме того, количество здорового зерна, теряющегося при отбраковке, уменьшается до 5% и ниже, тогда как у других существующих машин этот показатель достигает 25%.

Пока эта система работает только с кукурузой, но Bühler планирует расширить ее возможности и использовать для обработки арахиса, риса и сушеных фруктов — эти продукты тоже подвержены высокому риску поражения афлатоксином.

В странах и регионах со строгим контролем продовольственной безопасности афлатоксин представляет в основном экономическую проблему, поскольку зараженное зерно запрещено продавать. Но там, где нет выбора, кроме как съесть инфицированные продукты или голодать, это серьезная проблема для людей. В Африке с афлатоксином связывают 40% случаев рака печени. Поэтому Дифхольц воодушевлен: его речь состоит сплошь из восклицаний, даже в конце долгого рабочего дня.

«Мы не только улучшим экономические показатели, но и, будем надеяться, поможем повышать качество жизни, спасая людей от смертельных заболеваний, — говорит он. — Это самый интересный и полезный проект за все 40 лет моей работы в компании. Это действительно большое дело».

Заглавное фото: зерна кукурузы, инфицированные афлатоксином, светятся под ультрафиолетовым излучением.

(Фотографии представлены компанией Bühler).