Сенсорные устройства, применяемые для контроля качества и безопасности продуктов питания

жүктеу/скачать 22.15 Kb. бет 1/2 Дата 24.10.2023 өлшемі 22.15 Kb. #481577

Сенсорные устройства, применяемые для контроля качества и безопасности продуктов питания. Какимова Ж.Х., Жарыкбасов Е.С., Тулькебаева Г.С. к.т.н. ассоциированный профессор кафедры "Технология пищевых производств и биотехнология"; PhD и.о. ассоциированного профессора кафедры "Технология пищевых производств и биотехнология"; докторант, старший преподаватель кафедры "Технология пищевых производств и биотехнология". Безопасность пищевой продукции является одним из наиболее актуальных вопросов, напрямую связанных со здоровьем и благосостоянием населения в каждой стране. В настоящее время существует множество методов анализа пищевых продуктов на предмет содержания тех или иных токсичных веществ, либо позволяющих выявить превышение их предельно допустимой концентрации в продуктах. В большинстве из них есть недостатки, заключающиеся в дороговизне исследований, обязательной пробоподготовке, длительности получения результатов, а также необходимости проведения анализа непосредственно в лаборатории. Все это вызывает необходимость в поиске и модернизации методов исследования пищевых продуктов на содержание контролируемых токсичных веществ. Одним из перспективных направлений в этой области является разработка биосенсоров. На сегодняшний день биосенсорные технологии широко применяются в медицине, сельском хозяйстве, экологии и других отраслях. Контроль пищевых продуктов – это широкое поле для изыскания новых методов, основанных на применении биосенсоров, т.к. практически на любое анализируемое вещество можно найти биодетектор. Биосенсоры - это устройства, используемые для анализа и диагностики веществ путем преобразования биологической реакции в сигнал. В зависимости от типа биоматериала различают биосенсоры на основе ферментов, микробных клеток, культур тканей, ДНК, иммунных компонентов и органелл. Электрохимические (амперометрические, потенциометрические и кондуктометрические), оптические, калориметрические и акустические преобразователи используются для регистрации параметров биохимических реакций, таких как появление электрохимически активных продуктов, изменение температуры, усиление или ослабление света [1]. Биосенсоры позволяют непрерывно контролировать биохимические процессы в биотехнологии, определять качество продуктов питания, их состав, содержание токсинов, антибиотиков, осуществлять экологический мониторинг. Ферментные биосенсоры широко используются для мониторинга низкомолекулярных соединений, таких как глюкоза, аминокислоты и антибиотики. Для определения пестицидов, токсинов, патогенных бактерий в пищевых продуктах активно применяются иммуносенсоры. В качестве биологического материала в биосенсорах перспективно применять клетки микроорганизмов, т.к. они являются доступными, дешевыми, легко культивируются и поддерживаются в чистой культуре. На сегодняшний день известны микробные сенсоры для определения спиртов, сахаров, органических кислот, антибиотиков, а также неорганических соединений (аммиак, нитраты, нитриты, сульфиды, сульфаты, фосфаты) [2, 3]. Ученые разработали и используют биосенсорный модуль амперометрического типа, встроенный в персональный компьютер. Сенсоры в этом устройстве представляют собой кислородные электроды с иммобилизованными дрожжевыми препаратами алкогольоксидазы и глюкозооксидазы. Используемое устройство позволяет проводить высокоточные измерения в диапазоне наноамперных токов и использовать небольшое количество биоматериалов. Обработка сигнала в приборе осуществляется с помощью специального программного обеспечения IPC (Кронас, Россия). Были разработаны биосенсоры амперометрического типа и определены их характеристики для анализа содержания этанола, глюкозы и крахмала в полупродуктах брожения. Ученые обнаружили, что биосенсор на основе фермента глюкозооксидазы позволяет анализировать глюкозу в диапазоне 0,5 - 2,5 мМ, а биосенсор на основе алкогольоксидазы - этанол в диапазоне 0,7 - 12,3 мМ. [4]. Среди различных электродов, используемых в биосенсорных технологиях важное место занимают - графитовые печатные. Они обладают такими преимуществами, как компактность, многофункциональность, низкая себестоимость и возможность модификации. Все это дает возможность создавать на их основе различные биосенсоры, удобные для промышленного производства. Определение содержания крахмала биосенсорным методом осуществляется с применением биферментного рецепторного элемента, включающего в себя глюкозооксидазу и амилазу (ГО+Ам). В литературных источниках существуют примеры разработки биосенсоров данного типа [5], однако их представлено не так много. Преимущества печатных электродов в полной мере проявляют себя при объединении нескольких биосенсоров в единую аналитическую систему, способную одновременно определять содержание нескольких компонентов бродильных сред. Именно эта задача, традиционно сложная для физико-химических методов анализа, может быть успешно решена с использованием биосенсоров. Что касается систем биосенсоров для селективного анализа состава многокомпонентных проб – такие системы пока довольно мало распространены. Известна система амперометрических биосенсоров, позволяющая проводить одновременное селективное определение содержания глюкозы и лактата с использованием проточно-инжекционной системы, включающей электрод с иммобилизованными глюкозооксидазой и лактатоксидазой [6]. Описана система амперометрических биосенсоров для анализа этанола, лактата и глюкозы в образцах вин (рабочие диапазоны - 0,3-20 мМ для этанола, 0,04- 2,5 мМ для глюкозы и 0,008-1 мМ для лактата) [7]. Существует ферментативный кондуктометрический биосенсор для определения лактозы. Элементом биосенсора является мембрана из триэнзимов (глюкозооксидаза, мутаротаза, бета-галактозидаза), иммобилизованных на поверхности кондуктометрического преобразователя. Время, необходимое для определения концентрации лактозы в растворе с помощью данного биосенсора, составляет 1-2 мин. Линейный рабочий диапазон биосенсора составляет от 0,01 мМ до 0,75 мМ для глюкозы и от 0,01 мМ до 1,25 мМ для лактозы. Ученые исследовали зависимость реакции биосенсора при добавлении субстрата от рН, ионной силы и буферной емкости рабочего раствора и представили данные о селективности биосенсора и его стабильности при хранении. Данный кондуктометрический биосенсор обладает высокой функциональной стабильностью и воспроизводимостью сигнала. В качестве кондуктометрического преобразователя ученые использовали дифференциальную пару плоских золотых электродных гребенок, нанесенных на хитаксиальную подложку. Три ферментные системы (инвертаза, мутаротаза, глюкозооксидаза), иммобилизованные на поверхности датчика, служили биоселективным элементом. Разработанный биосенсор характеризовался высокой воспроизводимостью сигнала. Оптимальная концентрация сахарозы для анализа ингибитора составляла 1,25 мМ, а время инкубации в тестовом растворе - 10-20 мин. Биосенсор характеризовался наибольшей чувствительностью к ионам Hg 2+ и Ag+. Была продемонстрирована возможность реактивации биосенсора раствором ЭДТА после ингибирования ионами серебра или раствором цистеина после ингибирования ионами ртути. Результаты анализа реальных водных образцов положительно коррелировали с результатами традиционных методов определения токсичных веществ. [8] Статья опубликована в рамках реализации проекта по гранту ИРН АР09260805 «Разработка биосенсора для определения высоко кумулятивных ксенобиотиков в молоке и молочных продуктах на основе регионального мониторинга безопасности пищевых продуктов». жүктеу/скачать 22.15 Kb. Достарыңызбен бөлісу: