Amperometriás bioszenzor fejlesztése

Projektgazda bemutatása

A tudásközpont a nagymúltú Eszterházy Károly Főiskola keretén belül működik. A főiskola és az Egerfood tudásközpont koordinálja az Egerfood Élelmiszerbiztonsági és Technológiafejlesztési Klasztert is. Az Egerfood professzionális kutató-, és szolgáltató központként működik az alábbi területeken: élelmiszertudomány, élelmiszerbiztonság, technológiafejlesztés, bioanalitika. Az eredmények közül kiemelkedik a megvalósított 15 szabadalom, 22 know-how, 27 technológiatranszfer és 37 technológiai újítás. Az Egerfood 35 különböző kutatási programot indított.

Kik vettek részt a projekt létrehozásában?

Dr. Kiss Attila főigazgató, intézetigazgató

Dr. Bóka Beáta tudományos munkatárs

Szalontai Helga tudományos segédmunkatárs

Adányiné Dr. Kisbocskói Nóra főosztályvezető (KÉKI, Budapest)

Mióta és milyen tudományos tevékenységet folytat a projektgazda?

2005-ben alakult a főiskola keretén belül az Egerfood. Élemiszerbiztonsági, technológia-, termékfejlesztési (funkcionális élelmiszer) K+F területen működik.

A Bioszenzor Fejlesztő Laboratóriumban új, innovatív bioanalitikai eljárások kidolgozása történik élelmiszerkomponensek-, vagy szennyezőanyagok kimutatására (pl. toxinok, peszticidek, c-vitamin, tejsav, biogén aminok).

Jelenleg milyen szakmai együttműködésekkel rendelkeznek hazai és nemzetközi vonatkozásban (kutatási tevékenység, vállalkozói megbízás)?

Kutatási együttműködés:

Palacky Egyetem, Olmütz (Csehország)

Bay Zoltán Intézet, Szeged

Vállalkozói megbízás:

HESI Heves megyei Sütő- és Édesipari Kft.

Fish and Food Élelmiszeripari és Kereskedelmi Kft.

Detki Keksz Kft.

Új Champignons Kft.

Y-Food Kft.

Milyen nemzetközi pályázatokban vettetek részt (FP7, CIP stb.)?

FP7: KBBE.2013.2.3-02: Network for the transfer of knowledge on traditional foods to SMEs.

FP7: KBBE.2013.2.2-02: Future Horizon for Nutrition

Magyar- Cseh kétoldalú kormányközi Tudományos és Technológiai Együttműködés 2009 – 2010

A projekt bemutatása

Biogén amin specifikus bioszenzorok kifejlesztése élelmiszerek frissességének és minőségének megállapítására

A projekt célja

A biogén aminok kis molekulatömegű, nitrogéntartalmú szerves bázisok, amelyek biológiai aktivitással rendelkeznek, és baktériumok, növényi és állati sejtek természetes összetevői. Biogén aminok minden olyan élelmiszerben előfordulhatnak, amely fehérjét, vagy szabad aminosavat tartalmaz, és ki van téve mikrobiális vagy biokémiai aktivitást lehetővé tevő körülményeknek.

Bár a biogén aminokra szüksége van az élő szervezetnek, nagy mennyiségben azonban toxikus hatásúak.

Célunk az élelmiszerminőséget jellemző enzim alapú amperometriás bioszenzor kifejlesztése, amely gyors információt szolgáltat az élelmiszer biogén amin tartalmáról: nem fermentált élelmiszerek esetén jelenlétük mikrobiális szennyeződésre utal, emellett egyes élelmiszerekben (pl. sajtok, borok) a fermentációs folyamatok során igen nagy mennyiségben is felhalmozódhatnak, így fogyasztásuk (különösen erre érzékeny egyének esetén) egészségügyi problémát, speciális tüneteket, akár mérgezést is okozhat.

A kifejlesztett bioszenzorok a hagyományos, nagyműszeres analitikai módszerek olcsó, gyors alternatívái lehetnek.

A projekt megvalósításának szakmai tartalma

A diamin oxidáz (DAO) alapú bioszenzorral az élelmiszer hisztamin ekvivalensben megadott össz biogén amin tartalmát határozzuk meg. Biológiai felismerő elemként sárgaborsóból (Pisum sativum) izolált diamin oxidáz (DAO, EC 1.4.3.6) enzimet alkalmazunk.

A putreszcin szenzorral a bakteriális bomlás egyik kémiai indikátorának tekinthető putreszcin mennyiségét mérjük szelektíven a Kocurea rosea-ból (Micrococcus Rubens) izolált putreszcin oxidáz (PUO, EC: 1.4.3.10) enzimet felhasználva.

A humán rekombináns monoamin oxidáz A (MAO, EC 1.4.3.4) enzim alapú szenzorral a tiramin és triptamin tartalom határozható meg.

A felhasznált diamin oxidáz és putreszcin oxidáz enzimek kereskedelmi forgalomban nem kaphatóak, ezért növényi illetve bakteriális forrásból kellett izolálnunk őket.

Egy-egy amin oxidáz enzimet grafit elektród felszínén rögzítettük torma peroxidázzal és Os mediátorral együtt. Ezen módosított munkaelektródokat alkalmaztuk a FIA (flow injection analysis) rendszerű amperometriás bioszenzorokban. Az optimális működési körülmények (potenciál, pH, elektródösszetétel, stb) meghatározását követően a biogén amin bioszenzort különböző bor, sör és sajt minták analízisére, valamint sertéshús és hal minták frissességének monitorozására alkalmaztuk. Kidolgoztuk az egyes élelmiszerféleségek esetén alkalmazandó minta előkészítési eljárásokat. A bioszenzoros módszer validálása céljából egyes élelmiszerek biogén amin tartalmát HPLC módszerrel is meghatároztuk és megfelelő egyezést tapasztaltunk.

A kifejlesztett biogén amin szenzorok gyors analitikai módszerként alkalmasak biogén aminokat nagy mennyiségben tartalmazó borok, sörök és sajtok kiválasztására.

A bioszenzorral a hús minták érzékszervileg még nem észlelhető, kezdődő romlása is kimutatható volt. A bioszenzor jól alkalmazható sertéshús és halminták frissességének vizsgálatára, romlásindikátorként használható.

A fejlesztés során milyen prototípus/ termék/ technológia/ szolgáltatás jön létre?

Végső célunk egy hordozható, könnyen használható készülék létrehozása, amely helyszíni vizsgálatokra alkalmas, így az üzemben az élelmiszer előállítása során, a gyártási folyamat nyomonkövetésére alkalmas, illetve lehetővé teszi a késztermék minőségellenőrzését az üzletben.

A projekt során kifejlesztett bioanalitikai technika az élelmiszerek széles körében alkalmazható a biogén amin tartalom meghatározására.

Módszerünk az egészségügyi kockázatot jelentő, magas biogén amin tartalmú sajtok, borok szelekciójára alkalmazható. Húsminták esetén pedig romlásindikátorként, a frissesség ellenőrzésére használható. 

A létrejövő termék/technológia milyen műszaki –tudományos újdonsággal bír?

A biogén aminok meghatározására nagyműszeres analitikai módszerek (HPLC) terjedtek el. A kifejlesztett bioszenzorok olcsó, gyors alternatívát jelenthetnek az élelmiszeranalitika ezen területén. A technika továbbfejlesztve helyszínen történő, egyszerűen kivitelezhető, gyors, precíz és megbízható élelmiszerminőségi vizsgálatokra is alkalmassá tehető.

A létrejövő termék/technológia hasznosítása és üzleti modellje?

Az élelmiszerek széles körében alkalmazható, a biogén amin tartalom meghatározására alkalmas bioszenzoros módszereket dolgoztunk ki. Ezen új, költséghatékony kimutatási módszerek és analitikai eszközök alkalmazásával különösen a hal-, hús- és a bortermékpályán érhető el előrelépés az élelmiszerbiztonság területén. 

Miért lesz hasznos a társadalom számára?

Napjainkban az élelmiszerbiztonság kérdése egyre nagyobb hangsúlyt kap. A biogén aminok mennyiségét mérő szenzorral különféle élelmiszerek minőségének gyors ellenőrizése válik lehetővé. A magas biogén amin tartalmú fermentált élelmiszerek szelekciója a potenciális egészségi kockázat (allergiás reakció, toxicitás) miatt indokolt. A módszer emellett a nem fermentált élelmiszerek higiéniai állapotának ellenőrzésére, az élelmiszerfrissesség vizsgálatára is alkalmazható.