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

   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 ее стабилизации с помощью физико-химических сил, а именно – иммобилизации. 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.

1. Kadam U.S., Hong J.C. Advances in aptameric biosensors designed to detect toxic contaminants from food, water, human fluids, and the environment // Trends in Environmental Analytical Chemistry. – 2022. – Vol.36. – doi: 10.1016/j.teac.2022.e00184

2. Curulli A. Electrochemical Biosensors in Food Safety: Challenges and Perspectives // Molecules. – 2021. – 26(10). – doi: 10.3390/molecules26102940

3. Eyvazi S., Baradaran B., Mokhtarzadeh A. et.al. Recent advances on development of portable biosensors for monitoring of biological contaminants in foods // Trends in Food Science & Technology. – 2021. – Vol. 114. – P. 712-721

4. Guo W., Pan B., Sakkiah S. et.al. Persistent Organic Pollutants in Food: Contamination Sources, Health Effects and Detection Methods // International Journal of Environmental Research and Public Health. – 2019. – 16(22). – 4361. – doi: 10.3390/ijerph16224361

5. Garvey M. Food pollution: a comprehensive review of chemical and biological sources of food contamination and impact on human health // Nutrire. – 2019. – 44 (2). - DOI: 10.1186/s41110-019-0096-3

6. Naresh V., Lee N. A Review on Biosensors and Recent Development of Nanoctructured Materials-Enabled Biosensors // Sensors. – 2021. – 21 (4). – 1109. – doi: 10.3390/s21041109

7. Бутусов Л.А., Чудинова Г.К., Борулева Е.А. и др. Возможности и перспективы биосенсорных технологий в анализе продуктов питания // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. – 2018. – Т. 13, № 1. – С. 70-77

8. Lynette Alvarado-Ramirez, Magdalena Rostro-Alanis, Jose Rodriguez- Rodriguez et.al. Enzyme (Single and Multiple) and Nanozyme Biosensors: Recent Developments and Their Novel Applications in the Water-Food-Health Nexus // Biosensors. – 2021. – 11 (11). – 410. – doi: 10.3390/bios11110410

9. Bogdan Bucur, Cristina Purcarea, Silvana Andreescu et. al. Addressing the Selectivity of Enzyme Biosensors: Solutions and Perspectives // Sensors. – 2021. – 21 (9). – 3038. – doi: 10.3390/s21093038

10. Будников Г.К., Евтюгин Г.А. Экспресс-тестовые методы определения ингибиторов гидролитических ферментов с помощью электрохимических биосенсоров / Г.К. Будников, Г.А. Евтюгин // Рос. хим. ж. им. Д.И. Менеделеева. – 2001. - Т. 14, № 4. – С. 86-94

11. Ramesh R., Puhazhendi P., Kumar J. et. al. Potentiometric biosensor for determination of urea in milk using immobilized Arthrobacter creatinolyticus urease // Materials Science and Engineering: C. – 2015. – V. 49. – P. 786-792

12. Meena J., Gupta A., Ahuja R. et.al. Recent advances in nano-engineered approaches used for enzyme immobilization with enhanced activity // Journal of Molecular Liquids. – 2021. – Vol. 338, 15. – doi: 10.1016/j.molliq.2021.116602

13. Liu D., Dong C. Recent advances in nano-carrier immobilized enzymes and their applications // Process Biochemistry. – 2020. – Vol. 92. – P. 464-475

14. Chandra P., Singh E.R., Arora P.K. Microbial lipases and their industrial applications: a comprehensive review // Microbial Cell Factories. – 2020. – Vol. 19. - DOI: 10.1186/s12934-020-01428-8

15. Утегенова А.О., Ашкенова З.Н., Какимова Ж.Х. и др. Особенности функционирования и практического применения биосенсоров на основе фермента холинэстеразы // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной памяти Василия Матвеевича Горбатова. – Семей, 2018. – С. 271-273.

16. Bilal M., Hafiz M.N. Iqbal Naturally-derived biopolymers: Potential platforms for enzyme immobilization // International Journal of Biological Macromolecules. – 2019. – Vol. 130. – P. 462-482

17. Филиппова А.М. Разработка технологии формирования биосенсорных тест-систем на основе композиционных материалов : автореферат канд. биол. наук: 03.01.06 / Филиппова Анастасия Михайловна – Ставрополь, 2013. – 20 с.

18. Утегенова А.О. Разработка биометрических методов определения ксенобиотиков в молоке : дисс. на соиск. ст. PhD: 16.03.2023 / А.О. Утегенова. – Семей, 2023. – 158 с.

19. Farag M.A., Tanios M., AlKarimy S. et. al. Biosensing approaches to detect potential milk contaminants: a comprehensive review // Food Additives & Contaminants: Part A. – 2021. – Vol. 38. – P. 1169-1192.