Specializare: Ingineria Produselor Alimentare [614215]

1

Universitatea Politehnica Bucuresti

Facultatea de Ingineria Sistemelor Biotehnice
Specializare: Ingineria Produselor Alimentare
Grupa: 733

Prof: Radu Racovit a
Studenti: Badea Marian Laurentiu
Manea Eduard
Marinescu Gheorghe

2
CUPRINS

Introducere………………………………………………………………………… ………………….pag 3
Clasificarea biosenzorilor ………………………………………… …………. ………………….pag 5
Aplicatii ale biosenzorilor ……………………… ……………………………. ………………….pag 7
Utilizarea Biosenzorilor in Industria alimentara ………………………………………… .pag 8
Biosenzori enzimatici pentru determinarea contaminanților alimentari ……………. …pag 8
Biosenzori enzimatici pentru determinarea pesticidelor ……… ………………… ………. pag 9
Contaminarea produselor alimentare de către microbii patogeni …………………..pag 12
BIBLIOGRAFIE…………………………………………………………………………………..pag 13

3
1. Introducere
Biosenzorii sunt dispozitive utilizate pentru a analiza concentrația unui component -țintă
specific cu ajutorul unui element biologic sensibil. Sunt capabili să detecteze, să înregistreze și să
transmită informații analitice selective, cantitative sau semicantitative, despr e reacțiile biochimice .
Un biosenzor este alcătuit din două componente principale: un bioreceptor care recunoaște
ținta și un traductor care convertește semnalele biochimice într -un răspuns electric măsurabil.
Bioreceptorii sunt componente organice (enzime, anticorpi, hormoni sau acizi nucleici), material
biologic (microorganisme, organite celulare, țesuturi sau celule receptoare), respectiv material
derivat biologic sau componente biomimetice .
Biosenzorii manifestă specificitate, sensibilitate, fiab ilitate, portabilitate și simplitate. Cu
toate acestea, anumite reacții sunt induse doar la suprafața produsului alimentar în contact cu
biosenzorul, ceea ce scade sensibilitatea biosenzorului la alimente solide. Aplicații ale
biosenzorilor Biosenzorii au aplicații în numeroase domenii precum medicină, industria
farmaceutică, industria alimentară, monitorizarea mediului, biotehnologie, apărare și securitate .
Totuși, cea mai răspândită utilizare este în medicină, mai exact în diagnosticul medical,
biosenzoru l de glucoză pentru persoanele care suferă de diabet zaharat ocupând primul loc pe piață
Impactul tehnologiei biosensibilizării crește în toate sectoarele, cum ar fi sectorul
farmaceutic, sănătatea, mediul și alimentația. Siguranța alimentară este o proble mă globală în
contextul actual al dezvoltării intensive a agriculturii și industriei alimentare. Monitorizarea
nutrienților și screening -ul rapid al contaminanților reprezintă câteva din problemele cheie ale
domeniului agroalimentar pentru evaluarea calită ții alimentelor.
Cererea de a dezvolta instrumente simple, rapide, precise, cu costuri reduse și portabile și care
să le ridice și să le îndeplinească cerințele. Analiza actuală se bazeaza pe progresele foarte
recente în materie de biosensibilizare a contr olului de bună calitate din celi 3 ani și nu va
acoperi lucrările publicate anterior, decât dacă se consideră necesar. Publicațiile mai vechi sunt
acoperite de multe articole de revizuire publicate mai devreme .
Am propus o privire de ansamblu asupra princ ipalelor tipuri de biosenzori electrochimici
cu aplicatii in analiza alimentelor si cele mai recente configuratii de biosensare cu caracteristici
de performanta imbunatatite bazate pe materiale carbonate si nanomateriale, metalenoparticule
si evaluandu -se valoarea produsului. Luam în considerare mecanismul de bio -recunoaștere.
Sunt discutate aplicațiile pentru detectarea alimentelor și sunt prezentate exemple de publicații
curente. Avansarile in materie de nanotehnologie promovează domeniul biosensibilități i. Prin
urmare, partea a doua se ocupă cu unele dintre cele mai utilizate materiale și nanomateriale
utilizate pentru a îmbunătăți performanțele traductorului sau întregului biosenzor sau ca matrice
de imobilizare pentru bioreceptor. Cele mai recente lucră ri sunt discutate subliniind avantajele
abordării propuse. Un accent deosebit se acordă unui nou pas în acest domeniu – de la bancă
la piață. Pentru implementarea lor în viața de zi cu zi, biosenzorii trebuie să iasă din laborator.
Miniaturarea, analiza au tomată, consumul scăzut de reactivi, portabilitatea, cererea minimă
privind timpul utilizatorului sau abilitățile și conectivitatea reprezintă cerințele pentru trecerea la
biosenzorii disponibili comercial.
Biosenzorii analitici sunt integrați în compușii biocomponenți / bioreceptori (enzime izolate,
organe, celule întregi, țesuturi, imunoasisteme, nucleotide, aptameri etc.) cu sisteme de

4
transmisie potrivite pentru compuși chimici .Componentele de transmisie sunt traducatoare
electromecanice, optice, supra acustice, interacțiunea dintre molecula țintă și biocomponent este
produsă în mod obișnuit un semnal electric care poate fi măsurat și înregistrat.O gamă largă de
analiți formează compuși anorganici, molecule organice mici și proteine mici, în comparație cu
metodele convenționale utilizate pentru analiza alimentelor, cum ar fi metodele spectrometrice
sau cromatografice,biosensorii au avantaje de probă: selectivitatea, care permite detectarea
directă a analitului fără prelevarea probelor , prelevarea de pr obe înainte de tratare, analiza
rapidă cu rezultatele ulterioare, costurile reduse, perspectivele de formare și portabilitate.Nu în
ultimul rând, biosenzorii sunt foarte ușor de utilizat și nu necesită un personal bine instruit și,
prin urmare, dispozitive le disponibile pe piață pot fi ușor lansate pe piața consumatorilor.
Controlul calității alimentelor necesită o analiză rapidă și în ceea ce privește domeniile
disponibile de testare ai diferitilor parametrii. Biosensorii respectă aceste cerințe și justifi că
interesul sporit al dezvoltării biosenzorilor pentru controlul calității alimentelor. În general, există
aceleași tipuri de compuși analizați: compuși ai căror concentrații sunt inerente pentru
alimentație și calitate de contaminanți, care nu se referă la produsele alimentare.Clasificarea
biosenzorilor se poate realiza pe baza unor criterii specifice ale bioreceptorului sau
traducatorului, analitilor sau reacțiilor monitorizate, detectate sau măsurate.Mecanismul de
recunoaștere biochimică a fost luat în considerare în această revizuire pentru clasificarea
biosenzorilor, iar principalele tipuri de biosenzori utilizați pentru analiza produselor alimentare
sunt prezentate în figura 1. Biosenzorii enzimelor reprezintă clasa principală a biosenzorilor
electroc himici utilizați pentru analiza alimentelor. Două principii sunt utilizate în acest sens:
detectarea substratului prin conversia sa într -o reacție catalizată de o enzimă cu consum sau
formare a unui compus electroactiv și detectarea inhibitorilor de enzime . Detectarea substratului
utilizează alte tipuri de enzime de oxid de hidroxid (oxidaze, peroxidaze, dehidrogenaze) și
principalul compus electroactiv detectat de peroxidul de hidrogen sau forma redusă de
nicotinamidă adeninucleotidă (NADH). Determinarea i nhibitorilor a fost efectuată prin măsurarea
activității de substituție în prezența inhibitorului și corelarea gradului de inhibare cu o
concentrație de inhibitor. Un biosenzor de fidelitate cu o clasă de senzori, dar această revizuire
va acoperi doar aspe ctele legate de electrochimicele bazate pe polimerii polimericiimprimați
pentru analiza alimentelor.

Senzor
Electrochimi
c pentru
alimente Biosenzor
pentru
enzime Detectare
substrat
Inhibare de
enzime Substrat
Produs oxidaze
peroxidaze
dehidrogenaza O2
H2O2
H2O2
H20
NAD+
NADH
Substrat
Produs Enzime Substrat
Inhibitor
Afinitate
biosenzori Polimeri
imprimati
molecular Senzori MIP

5
Conform definitiei IUPAC, un biosenzor este un instrument analitic integrat in compact,
capabil de a genera informatii analitice cantitative sau semi -cantitative specifice, el fiind realizat
prin cuplarea directa a unui bioreactor cu un traductor fizic.
Se recomanda de asemenea, a se face o di stictie clara intre biosenzor si sistem bioanalitic, sistem
care necesita de obicei o serie de etape aditionale de prelucrare a probei cum ar fi adaugarea de
reactivi.
In plus, biosenzorul trebuie delimitat de biproba care in general este de unica folosin ta,
sau nu poate fi utilizata in monitorizarea continua a concentratiei conpusului de determinare.
Biosenzorii moderni au evoluat din combinarea a doua discipline separate: tehnologia
informationala, (microcircuite si fibre optice, procesare numeri ca a datelor, teoria generala a
sistemelor cu comportare neliniara) si biologia moleculara. Prima furnizeaza electrozi miniaturali
sau senzori optici, tehnica de preluare si procesare a informatiei iar a doua, pune la dispozitie
biomolecule care recunosc o substanta tinta.

Schema generala a unui biosenzor este reprezentata in figura:

Fig 2. Diagrama schematica a principalelor componente ale unui biosenzor. Biocatalizatorul (a)
converge substratul la produs. Aceasta reactie este constatata de traductor (b) care o converge intr –
un semnal electric. Iesirea din traductor este amplificata (c), prelucrata (d) si prezentata (e).
2. Clasificarea biosenzorilor
Dezvoltarea multilaterala a acestor dispozitive, atat din punct de vedere al
constructiei, cat si al comportarii ale acestora, fac practic imposibila realizarea unei clasificari
genereale a biosenzorilor.
Totusi in literatura de specialitate exista mai multe propuneri de clasificare a biosenzorilor, care
tin cont de natura compusului biologic receptor, de modalitatea de imobilizare a acestuia, de tipul
mecanismului implicat in interactiile de recunoastere, de natura traductorului folosit, etc.

6
Tabel 1 .Clasificarea biosenzorilor in functie de tipul traductorului.
Tipul de traductor Tipul de biosenzor

Traductori electrici Tensiune (potential) Biosenzori potentiometrici
Curent Biosenzori amperometrici
Curent – tensiune Biosenzori voltametrici,
tranzistori cu efect de camp
Rezistenta Biosenzori conductometrici
Dielectrici Biosenzori de capacitate

Traductori optici De absorbtie Biosenzori de absorbanta in
UV- VIS,IR, reflexie interna
De emisie Biosenzori de fluoriscenta, de
chemiluminiscenta,
De schimbarea fazelor Biosenzori de indici de
refractie
Traductori termici Biosenzori calorimetrici
Traductori magnetici Biosenzori de rezonanta
magnetica nucleara
Traductori de fregventa Biosenzori cu cristale
piezometrice
In tendinta de a obtine o clasificare cat mai cuprinzatoare, care sa combine cat mai
multe criterii de clasificar e, studiile existente in literatura de specialitate, clasifica biosenzorii in
trei generatii, in functie de evolutia lor de -a lungul timpului:
• Prima generatie – biosenzori care au la baza electrodul de oxigen a lui Clark;
• A doua generatie – biosenzori ce utilizeaza mediatori;
• A treia generatie – biosenzori cu enzime cuplate direct.

Tabel 2. Clasificarea biosenzorilor in functie de natura procesului de recunoasetre moleculara.
Tipul biosenzorului Perechea de reactanti Reactia chimica a procesului
de recuno astere moleculara
Senzori chimici (in sensul
stricat al notiunii) Ligand – analit; purtator –
ion; specii neutre; senzori de
gaze Complexare; asociere; aditie;
reactii tipice de echilibru
Biosenzori cu semi
conductori de tip oxid Strat de oxid metalic –
analit gazos Absorbtie; reducere; oxidare
Biosenzori enzimatici Substrat enzimatic –
analit Reactii cinetice
Biosenzori imuno -chimici Anticorpi – antigeni –
proteine Reactii de afinitate; de
asociatie
Receptori
(organisme vii) Receptor – substrat Reactii de asociatie; de
afinitate

Desi aceasta clasificare, nu este totdeauna riguroasa si completa, ea ofera un punct de plecare in
caracterizarea biosenzorilor, cel putin din punct de vedere teoretic.

7
3. Aplicatii ale biosenzorilor
Biosenzorii sunt din ce in ce mai utilizati in analiza mediului, in primul rand datorita
faptului ca majoritatea poluantilor au efect inhibitor asupra enzimilor. Marea majoritate a
poluantilor sunt biodegradabili, prezentand efecte daunatoare pe perioade scurte de timp, pana
cand sunt distrusi de alte componente ale mediului. De exemplu resursele menajere lichide
deversate in mare devin eventual ne -daunatoare datorita bacteriilor asu a altor microorganisme.
Cu toate acestea, unii poluanti isi pastreaza caracteristicile daunato are pe o perioada mare de timp,
ei ridicand problemae de mediu grave, datorita pericolului acumularii lor in lantul trofic natural.
Multe dintre insecticidele organice sunt realizate in scopul inlaturarii insectelor prin
inhibarea respiratiei celulare si sintezei de ATP. Alti compusi, in special compusii organici
clorurati cum este DDT actionaeza asupra sistemului nervos. Astfel, detectia inhibitiei enzimatice
reprezinta o metoda de monitorizare a poluantilor din mediu.
Biosenzorii pot genera informatii continue asupra starii mediului inconjurator si
reprezinta buni inlocuitori pentru testele biologice care utilizeaza specii vii, precum pestii. Alti
biosenzori aflati in studiu la ora actuala vizeaza detectia agentilor biologici, cum ar fi virusi,
bacterii si substante toxice, care sunt inclusi in compozitia unor arme bacteriologice.
Tabel 3. Aplicatii ale biosenzorilor
Domeniu Aplicatii
Clinic/medical

Industrial

Agricultura/ veterinar Analiza medicamentelor, analiza sangelui, monitorizarea
medicamentelor terapeutice, diagnostice clinice.
Procese biologice si fermentative, procese industriale si
alimentare, controlul calitatii, detectia contaminatilor, analiza
apei si apelor uzate, detectia unor produsi /subprodusi toxici,
testarea produselor cosmetice.
Diagnosticarea bolilor la plante si animale, detectia produsiloar
toxici, testarea calitatii solului si apei, masurarea necesarului
biochimic de oxigen, controlul calitatii produselor vegetale si
animale, monitorizarea pastrarii lor in timp.
Securitate/ aparare

Mediu

robotica Detectia substantelor chimice daunatoare si agentilor biologici,
incluzand explozivi, virusi, bacterii patogene si toxine
biologice.
Detectia unor compusi chimici toxici i n apa, aer, sol, detectia
contaminarii personale.
Instrumente senzoriale pentru constructia unor sisteme
automate care functioneaza in medii ostile, in mediu casnic si
sanatate.

8
4. Utilizarea Biosenzorilor in Industria alimentara

4.1 Biosenzori enzimatici pentru determinarea contaminan ților alimentari
Biosenzorii enzimatici prezintă caracteristiciIe necesare pentru screening -ul și determinarea
cantitativă a multor compuși care se incadrează în categoria contaminantilor alimentari. Dintre aceștia,
în cele ce urmează, vor fi prezenta ți biosenzorii electrochimici enzimatici pentru determinarea
metalelor grele, pesticidelor și azoti ților / azota ților.

4.1.1 Biosenzori enzimatici pentru determinarea metalelor grele

Principiul care stă la baza constructiei biosenzoriIor pentru determinarea metalelor grele este
cel al inhibitiei enzimatice. Fenomenul inhibiției enzimatice este adesea complex, aceasta putând
fi reversibilă sau ireversibilă.
Inhibitorii reversibili sunt în general compuși cu structură similară substratului care se pot
lega la centrul activ al enzimei competitionând cu substratul (inhibiție competitivă). Dacă inhibitorul
nu se leagă de enzimă, ci de complexul enzimă — substrat, inhibitia este de tip ne -competitiv.
Inhibitorii ireversibili formează cu enzima legături covalente la niveIul centrului catalitic activ
al acesteia. Termenul ireversibil semnifică distrugerea enzimei, prin hidroliză, oxidare, etc.
Tipul de inhibitie depi nde mult de cinetica acestui proces. De exemplu, s -a demonstrat
că "în cazul inhibitiei peroxidazei, în primele 5 secunde ale incubării inhibitorului cu enzima
procesul este reversibil, după care devine ireversibil.
Gradul de inhibitie depinde de concentra tia inhibitorului și de timpul de incubare. În cazul
biosenzorilor pentru care fenomenele de difuzie sunt importante s -a constatat că, după expunerea
biosenzorului la inhibitor, inhibitia procentuală este direct proportională cu concentratia
inhibitorului și cu rădacina pătrată a timpului de incubare.
Ionii metalelor grele au capacitatea de a inhiba în mod specific o varietate mare de enzime.
Mercurul este unul dintre metalele grele cele mai determinate cu ajutorul biosenzorilor
enzimatici. Au fost realizat i biosenzori pentru determinarea mercurului și metilmercurului (fointa
organică a mercurului) pe baza inhibitiei unor enzime ca: peroxidaza, ureaza, glucozoxidaza,
alcool oxidaza, glicerol -3-fosfat oxidaza, invertaza, etc. Cadmiul inhibă ureaza și
butirilc olinesteraza, iar cuprul acetilcolinesteraza.

4.1.2 Biosenzori enzimatici pentru determinarea pesticidelor

Pesticidele sunt utilizate pe scară largă in agricultură pentru creșterea productivitătii prin
reducerea efectului negativ a1 insectelor și microorganismelor, precum și prin inhibarea creșterii
buruienilor. În ultima decadă, în întreaga lume s -au folosit aproximativ 1 milion de tone de
pesticide / an. Acestea sunt împărțite în aproximativ 26 % insecticide, 31 % fungicide și 43 %
ierbicide. Majoritatea insecticidelor sunt inhibitori de acetilcolinesterază (AChE), 55 %
aparținând organofasfaților și 11 % carbamaților. Datorită solubilității relativ scăzute în apă,
pesticidele nu pot fi eliminate în totalitate de pe produsele agro -alimentare printr -o simplă spălare.
Ca urmare pot fi ingerate de către consumatori ducând 1a intoxicări acute sau cronice. Pentru a
limita utilizarea pesticidelor în sectorul agricol, la nivelul diverselor organizații inte rnaționale și
naționale au fost stabilite diverse reglementări. O preocupare deosebită o constituie expunerea
copii1or la pesticide, acestea fiind neurotoxine putemice, datorită sensibilității lor mai mari la efectele

9
toxice ale acestor compuși. În acest s ens, Uniunea Europeană a stabilit limite foarte joase pentru
pesticidele din alimentele pentru copii (<101,1g/kg). Din aceste motive, a crescut foarte mult
interesul pentru metodele rapide, sensibile și acceptabile ca preț pentru determinarea pesticidelor
(având in vedere numărul mare de analize ce trebuie efectuate). Metodele tradiționale se bazează pe
cromatografia de gaze și de lichide cuplate cu detectorii spectrometrici de masă. Aceste metode
oferă informații complexe privind tipul pesticidelor din probele analizate, dar sunt mari consumatoare
de timp, necesită aparatură sofisticată și personal cu o calificare înaltă. De asemenea, aceste metode
pot genera rezultate fals negative datorită numărului mare de pesticide ce nu poate fi totdeauna
acoperit de metoda aplicată.
Biosenzorii bazați pe exploatarea efectului inhibitor al pesticidelor asupra
colinesterazelor reprezintă o altemativă foarte atractivă în controlul calității alimentelor. Aceștia pot
fi utilizați pentru determinare a rapidă a organofosfaților și carbamaților ca un indice total exprimat
in grad de inhibiție al AChE.
AChE și BuChE (butilcolinesteraza) catalizează reacția de hidroliză a acetilcolinei
ACh(substratul natural) și respectiv butilcolinei (BuCh), ca produși de reacție formându -se colina și
acidul acetic / acidul butilic. Pentru realizarea biosenzorilor electrochimici pentru determinarea
pesticidelor, poate fi determinat fie acidul acetic / b utilic, potențiometric, fie colina prin utilizarea
unei a două enzime, colin oxidaza (Ch0) care duce la fonnarea de apă oxigenată detectată
amperometric. Când se folosește ca substrat enzimatic acetiltiocolina (ATCh) sau butiltiocolina
(BuTCh), tiocolina r ezultată poate fi determinată electrochimic prin utilizarea unor mediatori redox,
cum ar fi cobaltftalocianina (CoPC).
Marele avantaj al inhibiției colinesterazelor de către pesticide este reprezentat de posibilitatea
reactivării enzimei cu piridin -2-aldox imă. Totuși, biosenzorii pentru pesticide prezintă și o serie de
minusuri, precum: necesitatea punerii in contact a acestora cu proba pentau un anumit timp de
incubare care poate varia intre 5 și 30 minute; necesitatea reactivării enzimei după fiecare prob ă;
lipsa unei specificități pentru clasa de pesticide determinată.

4.2.Biosenzori enzimatici pentru determinarea compu șilor de interes
nutritiv
În continuare vor fi prezenta ți o serie de biosenzori electrochimici enzimatici destinați
determinării din alimente a unor compuși ce constituie un indicator al valorii nutritive sau a calității
produselor analizate.

4.2.1 Biosenzori pentru glucoză

Cele mai multe exemple de biosenzori de succes se referă la cei realizați pentru determinarea
glucozei dintr -o gamă largă de probe utilizând glucozoxidaza (GOD). De altfel, de cele mai multe
ori GOD este folosită ca enzimă model în situațiile în care sunt testate noi metode de asamblare și
realizare a unor biosenzori bazați pe enzime din clasa oxido -reductazelor. GOD este una dintre cele
mai stabile enzime și are un preț de cost scăzut, ceea ce o face extrem de atractivă pentru tehnologia
biosenzorilor. Pri ncipiul de funcționare a unui asemenea biosenzor se bazează pe măsurarea
concentrației de 𝑂2 consumat sau de 𝐻2𝑂2 pro-dus.
glucoz ă + 𝑂2 𝐺𝑂𝐷→ gluconolactonă + 𝐻2𝑂2
Cei mai simpli biosenzori amperometrici sunt bazați pe electrodul de oxigen Clark. Acesta constă dintr –
un catod de Pt la care are loc reducerea oxigenului și un electrod de referință de Ag/AgCl. La

10
aplicarea unui diferențe de potențial de -0,6 V Intre cei doi electrozi, are loc producerea unui curent
proporțional cu concentrația oxigenului.

Anod(Ag): 4𝐴𝑔+4𝐶𝑙−→4𝐴𝑔𝐶𝑙+4𝑒−
Catod(Pt): 𝑂2+4𝐻++4𝑒−→2𝐻2𝑂

În acest caz viteza procesului de reducere electrochimică a 𝑂2 depinde de viteza de difuzie a
oxigenului din masa soluției, care este dependentă de fapt de concentrația oxigenului din aceasta.
La aplicarea unui electrod de Pt a unui potențial de aproximativ + 0,68 V vs. Ag/AgC1,
se poate determina 𝐻2𝑂2 produs enzimatic.
Anod(Pt): 𝐻2𝑂2 → 𝑂2+2𝐻++2𝑒−
Catod(Ag): 2𝐴𝑔𝐶𝑙→2𝐴𝑔+2𝐶𝑙−

Acești biosenzori de primă generație sunt dependenți de concentrația oxigenului din masa
de soluție a probei analizate.
Primii biosenzori amperometrici pentru glucoză au fost realizați prin adsorbția sau reț.inerea fizică a
GOD la nivelul electrodului sau prin imobilizarea GOD pe o membrană microporoasă ce era apoi
aplicată la suprafața electrodului. O metodă mai avansată d e construcție a biosenzorilor a constat în
înglobarea fizică a enzimei în matrici realizate din geluri sintetice sau naturale. În cazul acestor
biosenzori, toți compușii din probă cu potențial de oxidare mai mic decât cel al 𝐻2𝑂2 vor interfera
contribuind la semnalul electrochimic total. Astfel, compuși ca acidul ascorbic, glutationul sau acidul
uric vor fi oxidați la potențiale mai mari de +0,6 V impreună cu 𝐻2𝑂2 rezultat în urma reacției
ezimatice. Ca urmare a acestui fapt a d evenit foarte importantă găsirea unor soluții fie pentru
realizarea unor bariere care să nu permită trecerea interferenților, fie pentru pentru aplicarea unui
potențial cât mai scăzut posibil.
4.2.2 Biosenzori pentru determinarea calită ții peștelui

Pescuitul, piscicultura și industria adiacentă de procesare a peștelui reprezintă un domeniul
extrem de important din sectorul alimentar. Calitatea peștelui pescuit este dificil de controlat
datorită diferențelor date de speciile diferite, habitat, acțiuni i enzimelor autolitice și hidrolitice ale
enzimelor microbiene de la nivelul țesutului muscular. În ceea ce privește peștele de acvacultură
sunt necesare operații precise de control al calității apei (pH, BOD, salinitate) și utilizarea unor
nutrienți adecv ați. Produsele piscicole sunt cunoscute ca fiind foarte perisabile, cu un grad mare de
risc în ceea ce privește sănătatea consumatorilor datorită unor microorganisme ca Salmonella sp. sau
Vibrio sp., unor toxine naturale, a metalelor grele, etc. Uniunea Europeană a impus
reglementări severe referitoare la calitatea produselor piscicole comercializate de țările
exportatoare.
Imediat după capturarea peștelui, au loc o serie de modificări biochimice post mortem
inițiate în țesutul muscular, modificări ce sunt la inceput de natură autolitică, iar apoi sunt
determinate de microorganismele contaminante. Imediat după instalarea morții peștelui, incetează
biosinteza de adenozin trifosfat (ATP), iar ATP -ul existent este degradat de enzimele musculare
conform următoarei serii de reacții:

ATP → ADP → AMP → IMP → HxR → Hx → X → U

11
unde ADP = adenozin difosfat, AMP = adenozin monofosfat, IMP = inozin -5'-
monofosfat, HxR = inozină, Hx = hipoxantină, X = xantină, U = acid uric.
Primele etape, pănă la formarea de HxR, se desfășoară rapid sub acțiunea enzimelor endogene.
Ultimele două etape sunt mai lente și se datorează microorganismelor responsabile de alterarea
peștelui. Aceste enzime microbiene sunt:

HxR + Pi 𝑛𝑢𝑐𝑙𝑒𝑜𝑧𝑖𝑑 𝑓𝑜𝑠𝑓𝑜𝑟𝑖𝑙𝑎𝑧𝑎→ HX + ribozopirofosfat

Hx + 𝑂2 𝑥𝑎𝑛𝑡𝑖𝑛 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑎𝑧𝑎 (𝑋𝑂)
→ 𝑋+ 𝐻2𝑂2

X + 𝑂2 𝑥𝑎𝑛𝑡𝑖𝑛 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑎𝑧𝑎 (𝑋𝑂)
→ 𝑎𝑐𝑖𝑑 𝑢𝑟𝑖𝑐+ 𝐻2𝑂2

S-a dernonstrat că există o legătură strânsă Intre catabolismul nucleotidelor și pierderea
prospețimii. Astfel au for propuși diverși indicatori pentru evaluarea prospețimii, cum ar fi valoarea
𝑘𝑝= raportul hipoxantină / adenină.
Un alt indicator al pros pețimii este trimetilamina (TMA) care se formează în urma acțiunii
trimetilamino —oxidoreductazei asupra oxidului de trimetilarnină. În cazul codului refrigerat, limitele
acceptabile pentru Hx și TMA sunt de 50 mg și respectiv 15 mg la 100 g carne.
Metodele clasice de determinare a Hx se realizează cu ajutorul unor tehnici laborioase
de pregatire a probelor și a metodelor HPLC.
Primii biosenzori pentru evaluarea calității peștelui au fost dezvoltați Incă din anii 80. Aceștia s –
au bazat pe XO imobiliz ată covalent pe o membrană de acetat de celuloză aplicată pe un electrod de
oxigen. XO oxidează Hx cu generare de apă oxigenată și consum de oxigen ce este monitorizat de
electrod. A fost obținut un domeniu linear de concentrații de 0,06 — 1,5 mM hipoxanti nă, senzorul
putând fi utilizat pentru mai mult de 100 de determinări.
O limită de detecție de 10 ori mai scăzută a fost atinsă cu XO imobilizată pe membrană
de triacetat de celuloză montată la suprafața unui electrod de pastă de carbon modificată cu
hidro ximetilferocen ca mediator pentru transferul de electroni.
Pentru determinarea hipoxantinei, inozinei și inozin monofosfatului din pește s -au realizat
electrozi enzimatici bazați pe încorporarea alături de ferocen a enzimelor xantin oxidaza, nucleozid
fosforilaza și respectiv, nucleozidaza într-o membrană conductoare de polipirol.
Un alt mediator de elect-roni ce poate fi utilizat este violetul de metil înglobat în pastă de
carbon, iar XO poate fi imobilizată într-un film de polianilină electrodepus pe suprafața electrodului.
În acest caz, deterrninarea Hx se bazează pe monitorizarea consumului de oxigen, practic răspunsul
senzorului fiind dat de reducerea electrocatalitică a oxigenului. Domeniul de concentrații acoperit
de acest senzor este 1 μM – 0,4 m M Hx, iar speciile coexistente în carnea de pește nu interferă.
Recent a fost raportat un biosenzor pentru Hx și X realizat din microparticule de carbon
sticlos modificate cu nanoparticule de Au și XO. Au fost obținute grafice de calibrare hneare
pentrui domeniile de concentrații 0,5 μM -0,0 1 mM xantină și 5 tM — 0,15 mM hipoxantină.
Biosenzorul a fost aplicat cu rezultate foarte bune pentru determinarea Hx din carnea de ton.

12
5. Contaminarea produselor alimentare de către microbii
patogeni
Detectarea alimentelor contaminate de microorganismele patogene reprezintă o preocupare
importantă pentru asigurarea siguranței alimentare, a securității și a sănătății publice.
Contaminarea cu alimente cu bacterii patogene cum ar fi Escherichia co li, Salmonella
typhimurium, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Streptococci etc. poate provoca mai multe
afecțiuni legate de alimente și este responsabilă pentru aproximativ 90% din toate bolile provocate
de alimente. Metodele convenționale de identif icare bacteriană implică, de obicei, diferite tehnici
de cultivare și diferite teste biochimice care sunt foarte consumatoare de timp și de obicei necesită
2-4 zile. De aici a existat o nevoie de tehnologii de monitorizare adecvate care vizează bacterii
patogene reprezentative la niveluri scăzute în câteva ore pentru a preveni mortalitatea și
morbiditatea cauzate de focarele bacteriene . Testarea efectivă a bacteriilor necesită metode de
analiză care îndeplinesc o serie de criterii provocatoare. Timpul de analiză și sensibilitatea sunt
cele mai importante limitări legate de utilitatea testelor bacteriene. De asemenea, a fost necesară o
metodă de detecție extrem de selectivă, deoarece numărul mic de bacterii patogene este adesea
prezent într -un mediu biol ogic complex, împreună cu multe alte bacterii nepatogene . Metodele de
detectare dureroase și consumatoare de timp au determinat mai multe grupuri în ultimii ani să
dezvolte alte tehnici de reducere a timpului de detecție, cum ar fi reacția în lanț a p olimerazei și
testul de imunozălbenire legată de enzime . Cu toate acestea, ambele tehnici au limitări care exclud
implementarea lor pe scară largă. Aceste limitări includ proiectarea corectă a primerului, cerința
anticorpului secundar etichet at specific și eșecul său de a distinge viabilitatea sporilor . Ele sunt
ușor de folosit, necesită reactivi minimali și fișiere cu capacitate redusă. Printre biosenzorii
raportate, biosenzor electrochimic a apărut ca o tehnică sensibilă pentru detec tarea bacteriilor
datorită mai multor avantaje, cum ar fi răspunsul rapid, costul scăzut și capacitatea de
miniaturizare. Mai mult, timpul de detectare folosind metode de biosenzori electrochimici a fost
recoltat ca metode de îmbunătățire și unele metode m ai noi iau cât mai puțin de 10 minute.
Impedanța bazată pe biosenzori este deosebit de atractivă pentru analiza siguranței alimentare,
deoarece permite detectarea fără etichete cu sensibilitate ridicată .
Figura 3 reprezintă schema de detectare liberă a etichetelor / etichetelor analitilor folosind
abordarea biosenzor

13
BIBLIOGRAFIE
• Critu Adrian – Biosenzori Electrochimici
• Subramanian Viswanathan, Jerzy Redecki , Hanna Radecka – Electrochemical
biosensors for food analysis (August 2009)
• Geetesh Kumar Mishra ,Abbas Barfidokht ,Farshad Tehrani, Rupesh Kumar Mishra
– Food Safety Analysis Using Electrochemical Biosensors (1 September 2018)
• John Bunney, Shae Williamson, Dianne Atkin, Maryn Jeanneret, Daniel Cozzolino,
James Chapman, Aoife Power, Shaneel Chandra – The Use of Electrochemical
Biosensors in Food Analysis ( 23 October 2017)
• roaliment.ro – Ambalarea inteligenta a alimentelor. Biosenzori (December 21,
2016 )