PL224781B1 - Elektroda enzymatyczna do wykrywania związków fenolowych w przemyśle spożywczym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektroda enzymatyczna przeznaczona do wykrywania związków fenolowych w przemyśle spożywczym.

Elektroda enzymatyczna stanowi bioczuły element sensorów biologicznych. Biosensory są p owszechnie stosowane w technologiach przemysłowych, spożywczych oraz w monitorowaniu środow iska naturalnego. Urządzenie o takim przeznaczeniu składa się z detektorowej części biologicznej i transduktora przetwarzającego sygnał odebrany przez element biologiczny (enzym).

Znane są elektrody enzymatyczne modyfikowane za pomocą warstw otrzymanych z wykorzystaniem różnych technik samoorganizacji cząstek.

Z chińskiego zgłoszenia nr CN102262122 znany jest biosensor zbudowany z kwasu DNA immobilizowanego na jednościennych nanorurkach węglowych osadzonych na podłożu krzemowym, znajdujący zastosowanie w analityce medycznej, środowiskowej oraz w przemyśle spożywczym.

Innym biosensorem znanym z amerykańskiego zgłoszenia nr US2012016217 jest biosensor o różnorodnym zastosowaniu, między innymi w monitorowaniu stanu zdrowia sportowców oraz kosmonautów. Tego typu urządzenie znajduje zastosowanie również w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, służy ono do wykrywania pirogronianów, mleczanów oraz stężenia tlenu.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego nr WO9745738 znany jest elektrochemiczny biosensor wytworzony z oksydazy fenolowej immobilizowanej na powierzchni elektrody węglowej. Sensor tego typu znajduje zastosowanie jako marker do oznaczania różnych związków fenolowych.

Opis patentowy nr RU2452946 dotyczy natomiast elektronicznego nosa do wykrywania kwasów oraz związków fenolowych w dymie papierosowym. Tego typu urządzenie detekcyjne wytworzone jest z warstwy półprzewodnikowej pokrytej między innymi woskiem pszczelim, ftalanem glikolu polietylenowego, eterem koronowym, surfaktantem typu TWEEN.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego nr WO2012011798 znany jest amperometryczny bioczujnik wykrywający obecność formaldehydu w żywności w szczególności w rybach oraz w owocach morza.

Z chińskiego zgłoszenia patentowego nr CN102124598 znany jest biosensor, w którym czułe elementy stanowią oksydoreduktazy kapsułkowane w liposomach i immobilizowane są na powierzchni porowatych materiałów lub membran. Tego typu elektrody enzymatyczne pełnią rolę bioczujników oraz elementów bioogniw paliwowych.

W polskim opisie patentowym nr PL213395 ujawniono sensor białkowy, przeznaczony do wykrywania związków fenolowych i fenolu w przemyśle spożywczym oraz w środowisku wodnym. Sensor ma warstwę aktywną w postaci lakazy zimmobilizowanej w elektrochemicznym filmie, osadzonej na podłożu stałym, przy czym lakaza zimmobilizowana jest kowalencyjnie na powierzchni elektroch emicznego filmu, otrzymanego z kopolimeru, w skład którego wchodzi kwas tiofenokarboksylowy, 3-metylotiofen i N-heptylo-3,6-bis(tiofeno)karbazol.

Natomiast w opisie nr PL213396 opisano bioczujnik, przeznaczony do wykrywania fenolu, który ma warstwę aktywną, w postaci lakazy zimmobilizowanej kowalencyjnie w elektrochemicznym filmie, osadzonej na elektrodzie węglowej, przy czym, lakaza zimmobilizowana jest kowalencyjnie na powierzchni elektrochemicznego filmu, otrzymanego z kopolimeru, w skład którego wchodzi kwas tiofenokarboksylowy, 3-metylotiofen i N-butylo-3,6-bis(3,4-etylenodioksytiofeno)karbazol.

Kolejny polski opis patentowy nr PL222326 dotyczy elektrody enzymatycznej do wykrywania związków fenolowych znajdującej zastosowanie w przemyśle spożywczym charakteryzującej się tym, że zawiera białkową warstwę aktywną w postaci lakazy zimmobilizowanej adsorpcyjnie na powierzchni elektrochemicznego filmu, otrzymanego z kopolimeru, w skład którego wchodzi kwas tiofeno-octowy, 3-metylotiofen oraz oligomer poli(3,4-etylenodioksytiofeno-alt-9,9-didodecylofluoren).

Natomiast biosensor do wykrywania związków fenolowych, który zawiera białkową warstwę aktywną w postaci lakazy zimmobilizowanej adsorpcyjnie na powierzchni elektrochemicznego filmu, otrzymanego z kopolimeru w skład którego wchodzi kwas tiofeno-octowy, 3-metylotiofen oraz 2,7-bis[2-(3,4-etylenodioksytiofeno)]-N-nonyloakrydon znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego nr P399876.

W ostatnich latach coraz częściej elektrochemiczne elektrody modyfikowane są za pomocą białek enzymatycznych w celu konstrukcji selektywnych urządzeń analitycznych. W systemie tego typu białka są adsorpcyjnie wiązane do układów kopolimerowych pokrywających elektrodę.

PL 224 781 B1

Elektroda enzymatyczna do wykrywania związków fenolowych w przemyśle spożywczym zawierająca warstwę aktywną w postaci lakazy, według wynalazku, ma lakazę zimmobilizowaną elektrostatycznie na powierzchni elektrochemicznego filmu, otrzymanego z polimeru wytworzonego z 4,7-bis(tiantreno)benzotiadiazolu.

Korzystnie elektroda utworzona jest z równomolowej mieszaniny polimeru otrzymanego z 4,7-bis(tiantreno)benzotiadiazolu i lakazy.

Elektroda enzymatyczna według wynalazku wytworzona jest z ultracienkiego filmu i nadaje się do wykrywania różnych pochodnych fenolu w przemyśle spożywczym. Zaletą elektrody jest jej duża czułość i fakt, że nadaje się do wykrywania różnych stężeń, a także jej szeroka aktywność substratowa. Nie bez znaczenia jest również dość długa żywotność zimmobilizowanego biokatalizatora, który zachowuje swoją katalityczną aktywność w ciągu kolejnych trzydziestu cykli reakcyjnych (2 miesiące). Enzymatyczna warstwa bioaktywna według wynalazku i powtarzalność otrzymanych wyników oraz różne odpowiedzi czujnika zbudowanego z polimeru wytworzonego z 4,7-bis(tiantreno)benzotiadiazolu, na różne stężenia związków fenolowych, typują ten materiał do budowy czujników stosowanych w przemyśle spożywczym.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest bliżej w przykładzie realizacji oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat pracy biosensora, fig. 2 - wykres zależności aktywności białka unieruchomionego w elektroprzewodzącym filmie mierzonej wzrostem natężenia płynącego prądu od zmiany przyłożonego napięcia.

P r z y k ł a d

Elektroda enzymatyczna zawierająca lakazę immobilizowaną adsorpcyjnie w elektroprzewodzącym polimerze wytworzonym z 4,7-bis(tiantreno)benzotiadiazolu (P) powstała w wyniku elektrolitycznej depozycji lakazy na platynowej elektrodzie (Pt) modyfikowanej polimerem półprzewodnikowym (P). Proces elektrodepozycji biokatalizatora (B) na modyfikowanej elektrodzie pracującej prowadzono za pomocą woltamperometrii cyklicznej w zakresie potencjału 0-0,9 V w buforze fosforanowo-cytrynianowym o PH 5,25 przy prędkości skanowania 50 mV/s (30 skanów). Następnie biosensor białkowy według wynalazku wprowadzono do naczynia pomiarowego, o pojemności 5 ml zaopatrzonego w układ dwóch elektrod: elektrodę chlorosrebrową jako elektrodę odniesienia Eo oraz cylindryczną elektrodę platynową jako elektrodę pomocniczą Ep. Do pomiaru aktywności zimmobilizowanego białka użyto 0,2 mM hydrochinonu jako substratu, rekcję katalityczną prowadzono w warunkach beztlenowych, przepuszczając przez roztwór prąd w zakresie napięć -0,1-0,7 V. Proces i pomiar aktywności zimmobilizowanego białka prowadzono w temperaturze pokojowej w 0,01 molowym buforze fosforanowo-cytrynianowym o pH 5,25. Zmianę natężenia prądu notowano przy użyciu galwanostatu/potencjostatu AUTOLAB PGSTAT128N. Układ pomiarowy w trakcie prowadzonego procesu zmieniał sygnał chemiczny na mierzalny sygnał amperometryczny.

Aktywność lakazy zimmobilizowanej przedstawiono na fig. 2 jako funkcję natężenia prądu w zależności od wzrastającego napięcia, w obecności hydrochinonu jako substratu, linią ciągłą zaznaczony jest pierwszy cykl reakcyjny, linią przerywaną - trzydziesty. Omawiane badania nad aktywnością lakazy były prowadzone przy zastosowaniu katecholu, hydrochinonu jako substratów.

Z przeprowadzonych badań wynika, że obecność polimeru wytworzonego z 4,7-bis(tiantreno)benzotiadiazolu ze względu na mediacyjny charakter elektroprzewodzącego układu, usprawnia transport elektronów, przez co znacznie poprawia aktywność katalityczną unieruchomionego biokatalizatora.

Długość życia zimmobilizowanego białka według wynalazku wynosi co najmniej 2 miesiące. Stała, wysoka zdolność utleniania substratu zachowana jest przez kolejnych 30 cykli reakcyjnych.

Aktywność białka zimmobilizowanego w filmie stanowi około 92% aktywności użytego do immobilizacji białka natywnego.

Claims (2)

1. Elektroda enzymatyczna do wykrywania związków fenolowych w przemyśle spożywczym zawierającą warstwę aktywną w postaci lakazy, znamienna tym, że lakaza zimmobilizowana jest elektrostatycznie na powierzchni elektrochemicznego filmu, otrzymanego z polimeru wytworzonego z 4,7-bis(tiantreno)benzotiadiazolu.

2. Elektroda według zastrz. 1, znamienna tym, że utworzona jest z równomolowej mieszaniny polimeru otrzymanego z 4,7-bis(tiantreno)benzotiadiazolu i lakazy.