Перспективы применения технологии layer-by-layer для разработки ферментного биосенсора используемого для контроля качества молока

Abstract

В данной статье представлены результаты научных исследований по разработке биосенсорной системы для определения солей тяжелых металлов (кадмия и свинца) в молоке. При разработке биосенсорной системы уделяется большое внимание подбору биологического материала и методу их стабилизации с помощью физико-химических сил, а именно, иммобилизацией. В связи с этим проведены исследования по подбору фермента и способа его иммобилизации при разработке биосенсора для обнаружения солей тяжелых металлов в молоке. Разработка биосенсора для определения токсичных элементов в пищевых продуктах имеет научное и практическое значение. В мировой практике особое внимание уделяется загрязнению сырья и пищевых продуктов токсическими химическими веществами, в основном антропогенного происхождения, которые относятся к стойким органическим загрязнителям. Поэтому контроль качества сырья, пищевых продуктов имеет важное значение для потребителей и, соответственно, для пищевой промышленности. Экспериментальные исследования основаны на методах Филипповой А.М., Воробьевой О.В. для определения удельной активности фермента ацетилхолинэстераза. Определение активности фермента каталазы проводили в соответствии с газометрическим способом по методу Варбурга. В результате экспериментальных исследований в качестве чувствительного элемента был выбран фермент каталаза как биологический материал. В качестве носителя для иммобилизации ферментов была подобрана 5-ти бислойная комбинация «хитозан-альгинат натрия». Для иммобилизации фермента на поверхности подложки при создании ферментного биосенсора применена технология layer- by-layer. Результаты исследований рекомендуется применять при изучении вопросов пищевой безопасности и при оценке показателей безопасности сырья и пищевых продуктов экспресс-методом.

Бұл мақалада сүттегі ауыр металдардың (кадмий және қорғасын) тұздарын анықтауға арналған биосенсорлық жүйені жасау бойынша ғылыми зерттеулердің нәтижелері берілген. Биосенсорлық жүйені жасау кезінде биологиялық материалды таңдауға және оларды физикалық және химиялық күштердің көмегімен тұрақтандыру әдісіне, атап айтқанда иммобилизацияға көп көңіл бөлінеді. Осыған байланысты сүттегі ауыр металдардың тұздарын анықтауға арналған биосенсорды жасауда ферментті таңдау және оны иммобилизациялау әдісі бойынша зерттеулер жүргізілді. Тамақ өнімдеріндегі улы элементтерді анықтауға арналған биосенсорды жасаудың ғылыми және практикалық маңызы бар. Дүниежүзілік тәжірибеде шикізат пен тамақ өнімдерінің тұрақты органикалық ластағыштар болып табылатын улы химикаттармен, негізінен антропогендік шығу тегімен ластануына ерекше көңіл бөлінеді. Сондықтан шикізаттың, тамақ өнімдерінің сапасын бақылау тұтынушылар үшін, тиісінше тамақ өнеркәсібі үшін маңызды. Ацетилхолинэстераза ферментінің спецификалық белсенділігін анықтау Филиппова А.М., Воробьева О.В. эксперименттік зерттеу әдістеріне негізделген. Каталаза ферментінің белсенділігін анықтау Варбург әдісі бойынша газометриялық тәсілге сәйкес жүргізілді. Эксперименттік зерттеулер нәтижесінде сезімтал элемент ретінде биологиялық материал каталаза ферменті таңдалды. Ферменттерді иммобилизациялау үшін тасымалдаушы ретінде «хитозан-натрий альгинатының» 5 екі қабатты комбинациясы таңдалды. Layer-by-layer технологиясы фермент биосенсорын жасау кезінде субстрат бетіндегі ферментті иммобилизациялау үшін пайдаланылды. Зерттеу нәтижелерін тамақ өнімдерінің қауіпсіздігі мәселелерін зерттеуде және шикізат пен тамақ өнімдерінің қауіпсіздік көрсеткіштерін экспресс әдіспен бағалауда қолдану ұсынылады.

This article presents the results of scientific research on the development of a biosensor system for the determination of salts of heavy metals (cadmium and lead) in milk. When developing a biosensor system, much attention is paid to the selection of biological material and the method of their stabilization using physical and chemical forces, namely, immobilization. In this regard, studies were carried out on the selection of the enzyme and the method of its immobilization in the development of a biosensor for the detection of salts of heavy metals in milk. The development of a biosensor for the determination of toxic elements in food products is of scientific and practical importance. In world practice, special attention is paid to the contamination of raw materials and food products with toxic chemicals, mainly of anthropogenic origin, which are persistent organic pollutants. Therefore, quality control of raw materials, food products is important for consumers, and, accordingly, for the food industry. Experimental studies are based on the methods of Filippova A.M., Vorobieva O.V. to determine the specific activity of the enzyme acetylcholinesterase. Determination of the activity of the catalase enzyme was carried out in accordance with the gasometric method according to the method of Warburg. As a result of experimental studies, the catalase enzyme as a biological material was chosen as a sensitive element. As a carrier for the immobilization of enzymes, a 5-bilayer combination of "chitosan-sodium alginate" was selected. The layer-by-layer technology was used to immobilize the enzyme on the substrate surface when creating an enzyme biosensor. The results of the research are recommended to be applied in the study of food safety issues and in the assessment of safety indicators of raw materials and food products by the express method.