智能手机集成数字pH追踪技术在生物技术应用中的创新研究

本研究针对发酵过程中乳酸积累导致的pH变化(4.8–7.2)监测难题，开发了基于智能手机的溴甲酚紫(bromocresol purple)比色传感系统。通过先进图像算法实现pH与乳酸浓度(0–15.5 μL)的精准关联，为工业发酵提供便携式自动化监测方案，显著提升过程控制效率。

　　

在当今生物技术领域，乳酸菌发酵过程监控犹如"盲人摸象"——传统方法要么依赖昂贵的实验室设备（如高效液相色谱HPLC），要么需要复杂的操作流程。尤其对于中小型生产企业，实时掌握发酵罐中乳酸积累导致的pH变化(4.8–7.2范围)始终是个棘手难题。这种技术鸿沟直接影响了酸奶、奶酪等发酵产品的质量稳定性和生产效率。

俄罗斯科学基金会资助的研究团队另辟蹊径，将人人随身携带的智能手机改造成"移动实验室"。这项发表在《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》的研究，巧妙利用溴甲酚紫(bromocresol purple)这种遇酸变色的"分子变色龙"，配合自主开发的图像分析算法，实现了发酵过程中pH变化的"即时摄影测量"。更令人称道的是，团队还将这套系统与Telegram机器人无缝对接，让用户通过手机聊天就能完成专业监测。

关键技术路线包含三大创新支点：首先建立光学密度(OD₆₀₀
)与乳酸浓度(0–15.5 μL)的数学模型；其次开发能消除环境光干扰的RGB色彩解析算法；最后构建基于云服务的自动化数据分析流程。实验采用Streptococcus thermophilus
56–45（俄罗斯库尔恰托夫研究所保藏菌株）作为模式菌株，在M17培养基中验证系统可靠性。

【Preparation of lactic acid bacteria for seeding】
研究团队通过标准化菌种复苏流程（-80°C冻存菌种→M17培养基两次传代→37±1°C培养18-20h），确保实验起始菌悬液浓度精确控制在0.1 OD₆₀₀
/100mL，为后续监测提供生物学重复性保障。

【Results and discussions】
系统在pH 4.8-7.2区间展现出±0.01的测量精度，相当于专业pH计的检测水平。通过时间-颜色变化曲线，可准确捕捉乳酸菌对数生长期的代谢爆发点，这对优化发酵终止时机具有决定性意义。

【Conclusion】
这项研究突破了传统发酵监测的时空限制，其价值不仅体现在成本节约（设备投入降低90%以上），更开创了"社交软件即实验终端"的新范式。特别值得关注的是，系统对非致病性微生物的监测专属性，填补了现有生物传感器在工业菌种监控领域的技术空白。

【Author contributions】
Osmak OO与Ashikhmina MS共同执笔的论文，凝聚了跨学科团队的智慧结晶：Zenkin AM等负责算法开发，Filozop VS等完成实验验证，而Evgeny V. Sokolov教授领衔的指导团队则确保了基础研究与应用需求的精准对接。这种"生物学家+程序员+工程师"的铁三角合作模式，或将成为未来生物技术创新的标准范式。

研究团队已将核心代码开源（GitLab平台可获取），这种知识共享精神将加速技术迭代。正如论文结尾强调的，当智能手机能像"pH试纸"般轻巧完成专业检测时，生物技术的民主化进程已然迈出关键一步——这或许比某个具体参数的精进更值得载入发展史册。