روش نوین ارزیابی غلظت پروتئین لاکتوفرین در فرمولاسیون شیر خشک نوزادان با بهره گیری از فناوری حسگرهای الکتروشیمیایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 شیمی تجزیه، پژوهشکده فناوری های شیمیایی، سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران

2 پژوهشکده فناوری های شیمیایی، سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران

3 استاد دانشگاه امیر کبیر

چکیده

صنایع غذایی دائماً با پاسخگویی به نیازهای مصرف کنندگان در زمینه‌ی تولید محصولات جدید غذایی سودمند، لذت بخش، سالم و مقرون به صرفه در حال تکامل است. در این راستا تولید غذاهای فراسودمند با استفاده از افزودنی‌هایی نظیر لاکتوفرین که به عنوان یک تقویت کننده سیستم ایمنی در نظر گرفته می‌شود، مورد توجه قرار گرفته است. طراحی حسگرهای الکتروشیمیایی به منظور اندازه‌گیری آنلاین برخی از اجزای بیولوژیکی موجود در ماتریس مواد غذایی کمک شایانی در کنترل کیفیت محصول تولیدی و کاهش هزینه های تولید است. هدف اصلی این پژوهش توسعه دستگاه‌ تجزیه‌ای برای تعیین سریع و قابل اطمینان لاکتوفرین به عنوان یکی از گونه‌های‌ بیولوژیکی موجود در محصولات لبنی از قبیل شیر خشک و توسعه روش‌های ارزیابی کیفیت مواد غذایی با بهره‌گیری از فناوری نوین حسگرهای الکتروشیمایی است. در این راستا، حسگر الکتروشیمیایی لاکتوفرین بر مبنای قابلیت این پروتئین در ایجاد کمپلکس با یون آهن و جذب بر سطح لایه نازک نانوساختار کاپتوپریل تهیه و از آن به منظور تشخیص و ارزیابی غلظت لاکتوفرین در فرمولاسیون شیرخشک نوزادان استفاده شده است. تغییر در مقاومت انتقال بار سطح در روش ایمپدیمتری که در اثر جذب لاکتوفرین در سطح حسگر ایجاد می‌‌شود، مبنای کار تشخیص و تعیین مقدار لاکتوفرین با استفاده از حسگر تهیه شده قرار گرفته‌است. این حسگر قادر به تشخیص میزان غلظت لاکتوفرین در بازه‌‌ی غلظتی 125 نانومولار تا 125/3 میکرومولار با حد تشخیص 50 نانومولار بوده و با موفقیت برای تعیین میزان لاکتوفرین در ماتریس نمونه‌ی حقیقی شیر خشک بکار گرفته شده‌است.

چکیده تصویری

روش نوین ارزیابی غلظت پروتئین لاکتوفرین در فرمولاسیون شیر خشک نوزادان با بهره گیری از فناوری حسگرهای الکتروشیمیایی

تازه های تحقیق

  • ایجاد تک­لایه­های نانوساختار مولکولی جهت استفاده در دستگاه­های سنجش الکتروشیمیایی به منظور کاربرد در کنترل کیفیت محصولات غذایی فراسودمند مورد بررسی قرار گرفته است.
  • حسگر تجزیه­ای الکتروشیمیایی برای تعیین سریع و قابل اطمینان لاکتوفرین به عنوان یکی از پروتئین های ارزشمند موجود در مواد غذایی لبنی توسعه داده شده­است.
  • تغییر در مقاومت انتقال بار سطح در روش ایمپدیمتری که در اثر جذب لاکتوفرین در سطح حسگر ایجاد می­­شود، مبنای کار تشخیص و تعیین مقدار لاکتوفرین با استفاده از حسگر تهیه شده قرار گرفته­است.
  • حسگر تهیه شده قادر به تشخیص میزان غلظت لاکتوفرین در بازه­ی غلظتی 125 نانومولار تا 125/3 میکرومولار با حد تشخیص 50 نانومولار است.
  • حسگر تهیه شده با موفقیت برای تعیین میزان لاکتوفرین در ماتریس نمونه­ی حقیقی شیر خشک بکار گرفته شده­است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

New method for evaluating the concentration of lactoferrin protein in infant formula using electrochemical sensors technology

نویسندگان [English]

  • Fateme Ebrahimi 1
  • Sayed Ahmad Mozaffari 2
  • Hossein Salar Amoli 3
1 Department of Chemical Technologies, Iranian Research Organization for Science and Technology. Tehran, Iran
2 Department of Chemical Technologies.Iranian Research Organization for Science and Technology.Tehran,Iran
3 Department of Chemistry, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

The food industry is constantly evolving to meet the needs of consumers in the production of new, profitable, enjoyable, healthy and affordable food products. In this regard, the production of functional foods with the use of additives such as lactoferrin, which is an immuno-booster protein, has been considered. The design of electrochemical sensors for on-line determination of some of the biological components in the food matrix helps to control the quality of the products and reduce production costs. The main goal of this study is to develop an analytical device for rapid and reliable determination of lactoferrin as one of the biological species in dairy food and to evaluate the quality of food using new technology of electrochemical sensors. In this work, the electrochemical sensor of lactoferrin were prepared based on the ability of this protein to form a complex with iron ions and adsorption on the surface of the of nanostructured monolayer of captopril and was used to detect and evaluate the concentration of lactoferrin in infant formula. Changes in the surface charge transfer resistance in the impedimetric method which is caused by the absorption of lactoferrin at the sensor surface are the basis of the work of detecting and determining the amount of lactoferrin using the prepared sensor. The developed sensor is capable of detecting lactoferrin concentrations in the concentration range of 125 nM to 3.125 µM with a detection limit of 50 nM and were successfully used to determine the amount of lactoferrin in milk powder matrix.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lactoferrin
  • Functional foods
  • Infant formula
  • Electrochemical sensors

مراجع

  1. Iglesias-Figueroa, B. F., Espinoza-Sánchez, E. A., Siqueiros-Cendón, T. S., & Rascón-Cruz, Q. (2019). Lactoferrin as a nutraceutical protein from milk, an overview. International Dairy Journal, 89, 37-41.

 

  1. Tian, H., Maddox, I. S., Ferguson, L. R., & Shu, Q. (2010). Influence of bovine lactoferrin on selected probiotic bacteria and intestinal pathogens. Biometals, 23(3), 593-596.

 

  1. Wang, B., Timilsena, Y. P., Blanch, E., & Adhikari, B. (2019). Lactoferrin: Structure, function, denaturation and digestion. Critical reviews in food science and nutrition, 59(4), 580-596.

 

  1. Jiang, R., Suzuki, Y. A., Du, X., & Lönnerdal, B. (2017). Lactoferrin and the lactoferrin–sophorolipids-assembly can be internalized by dermal fibroblasts and regulate gene expression. Biochemistry and Cell Biology, 95(1), 110-118.

 

  1. Kim, W. S., Ohashi, M., Tanaka, T., Kumura, H., Kim, G. Y., Kwon, I. K., ... & Shimazaki, K. I. (2004). Growth-promoting effects of lactoferrin on L. acidophilus and Bifidobacterium spp. Biometals, 17(3), 279-283.

 

  1. Bo, L. Y., Li, T. J., & Zhao, X. H. (2019). Effect of Cu/Mn-fortification on in vitro activities of the peptic hydrolysate of bovine lactoferrin against human gastric cancer BGC-823 cells. Molecules, 24(7), 1195.

 

  1. Lactoferrin Market Size, Share & Trends Analysis Report By Function (Iron Absorption, Anti-inflammatory, Intestinal Flora Protection, Antibacterial), By Application, By Region, And Segment Forecasts, 2020 - 2027. https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/lactoferrin-market. Accessed 2020-07-02.

 

  1. Stella Cosio, M. & Iametti, S. (2015). Electrochemical Sensors for Assessment of Food Quality and Safety, PhD programme in Food Science; Technology and Biotechnology, Graduate School in Molecular Sciences and Plant, Department of Food and Environmental Biotechnology.

 

  1. Bunney, J., Williamson, S., Atkin, D., Jeanneret, M., Cozzolino, D., & Chapman, J. (2017). The use of electrochemical biosensors in food analysis. Current Research in Nutrition and Food Science Journal, 5(3), 183-195.

 

  1. Naderi-Boldaji, M., Mokhtari, M., 2  Ghasemi-Varnamkhasti, M.,  Tohidi, M., (2019). Feasibility of using a cylindrical resonator sensor for adulteration detection in sesame oil,Innov. Food Technol., 6, 409-420. [In Persian] 

 

 

  1. Mohammad-Razdari, A.,  Rostami, S., Izadi, Z.,  Ghasemi-Varnamkhasti, M., Ensafi, A.,  bonyadian, M., (2019).  Fabrication and implementation of a biosensor for health evaluation in raw milk, Innov. Food Technol., [In Persian]  

 

  1. Mohammad-Razdari, A., Ghasemi-Varnamkhasti, M., Yoosefian, S. H., Siadat, M., Izadi, Z.,  Rostami, S., (2018). Detection of pumpkin puree adulteration in tomato paste using a gas sensor array, Innov. Food Technol, 6, 137-148. [In Persian]

 

 

  1. Kell, D. B., Heyden, E. L. & Pretorius, E. (2020). The Biology of Lactoferrin, an Iron-Binding Protein That Can Help Defend Against Viruses and Bacteria. Front. Immunol. 11, 1221.

 

  1. Devi, K. S. S., Mahalakshmi, V. T., Ghosh, A. R. & Kumar, A. S. (2017). Unexpected co-immobilization of lactoferrin and methylene blue from milk solution on a Nafion/MWCNT modified electrode and application to hydrogen peroxide and lactoferrin biosensing. Electrochim. Acta 244, 26–37.

 

 

  1. Tomassetti, M., Martini, E., Angeloni, R., Campanella, L. & Merola, G. (2017). Determination of lactoferrin content and the total antioxidant capacity, in animal, or powdered milks and food supplements available in drugstore, using biosensors. Study of the possible correlation between them. Curr. Pharm. Anal. 13, 224–231.

 

  1. Shervedani, R. K., & Mozaffari, S. A. (2006). Impedimetric sensing of uranyl ion based on phosphate functionalized cysteamine self-assembled monolayers. Analytica chimica acta, 562(2), 223-228.

 

  1. Mozaffari, S. A., Rahmanian, R., Abedi, M., & Amoli, H. S. (2014). Urea impedimetric biosensor based on reactive RF magnetron sputtered zinc oxide nanoporous transducer. Electrochimica Acta, 146, 538-547.

 

  1. Rahmanian, R., Mozaffari, S. A., Amoli, H. S., & Abedi, M. (2018). Development of sensitive impedimetric urea biosensor using DC sputtered Nano-ZnO on TiO2 thin film as a novel hierarchical nanostructure transducer. Sensors and Actuators B: Chemical, 256, 760-774.

 

  1. Mozaffari, S. A., Amoli, H. S., Simorgh, S., & Rahmanian, R. (2015). Impedimetric thiourea sensing in copper electrorefining bath based on DC magnetron sputtered nanosilver as highly uniform transducer. Electrochimica Acta, 184, 475-482.

 

  1. Leva-Bueno, J., Peyman, S. A. & Millner, P. A. (2020). A review on impedimetric immunosensors for pathogen and biomarker detection. Med. Microbiol. Immunol. 209, 343–362.

 

  1. Moro, G., Bottari, F., Liberi, S., Covaceuszach, S., Cassetta, A., Angelini, A., ... & Moretto, L. M. (2020). Covalent immobilization of delipidated human serum albumin on poly (pyrrole-2-carboxylic) acid film for the impedimetric detection of perfluorooctanoic acid. Bioelectrochemistry, 107540.

 

 

  1. Nikoleli, G.-P. (2020). Advanced lipid based biosensors for food analysis. in Advances in Food and Nutrition Research vol. 91, 301–321.

 

 

  1. Mozaffari, S. A., Chang, T. & Park, S.-M. (2009). Diffusional electrochemistry of cytochrome c on mixed captopril/3-mercapto-1-propanol self-assembled monolayer modified gold electrodes. J. Phys. Chem. C 113, 12434–12442.

 

  1. Arnold, R., Azzam, W., Terfort, A. & Wöll, C. (2002). Preparation, modification, and crystallinity of aliphatic and aromatic carboxylic acid terminated self-assembled monolayers. Langmuir 18, 3980–3992.

 

  1. Hu, K. & Bard, A. J. (1997). Use of atomic force microscopy for the study of surface acid− base properties of carboxylic acid-terminated self-assembled monolayers. Langmuir 13, 5114–5119.

 

 

  1. Leopold, M. C. & Bowden, E. F. (2002). Influence of gold substrate topography on the voltammetry of cytochrome c adsorbed on carboxylic acid terminated self-assembled monolayers. Langmuir 18, 2239–2245.

 

  1. Vidt, D. G., Bravo, E. L. & Fouad, F. M. (1982). Captopril. N. Engl. J. Med. 306, 214–219.

 

  1. Li, W., Zhang, Z., Zhai, Y., Ruan, L., Zhang, W., & Wu, L. (2020). Electrochemical and Computational Studies of Proline and Captopril as Corrosion Inhibitors on Carbon Steel in a Phase Change Material Solution. Int. J. Electrochem. Sci, 15, 722-739.

 

  1. Fernandez, M. T., Silva, M. M., Mira, L., Florêncio, M. H., Gill, A., & Jennings, K. R. (1998). Iron and copper complexation by angiotensin-converting enzyme inhibitors. A study by ultraviolet spectroscopy and electrospray mass spectrometry. Journal of inorganic biochemistry, 71(1-2), 93-98.

 

  1. Hao, L., Shan, Q., Wei, J., Ma, F. & Sun, P. (2019). Lactoferrin: major physiological functions and applications. Curr. Protein Pept. Sci. 20, 139–144.

 

  1. Campanella, L., Martini, E., Pintore, M. & Tomassetti, M. (2009). Determination of lactoferrin and immunoglobulin G in animal milks by new immunosensors. Sensors 9, 2202–2221.

 

 

  1. Bezwoda, W. R., Baynes, R. D., Khan, Q. & Mansoor, N. (1985). Enzyme linked immunosorbent assay for lactoferrin. Plasma and tissue measurements. Clin. Chim. acta 151, 61–69.

 

  1. Indyk, H. E. & Filonzi, E. L. (2005). Determination of lactoferrin in bovine milk, colostrum and infant formulas by optical biosensor analysis. Int. Dairy J. 15, 429–438.

 

 

  1. Palmano, K. P. & Elgar, D. F. (2002). Detection and quantitation of lactoferrin in bovine whey samples by reversed-phase high-performance liquid chromatography on polystyrene–divinylbenzene. J. Chromatogr. A 947, 307–311.

 

  1. Adam, V., Zitka, O., Dolezal, P., Zeman, L., Horna, A., Hubalek, J., ... & Kizek, R. (2008). Lactoferrin isolation using monolithic column coupled with spectrometric or micro-amperometric detector. Sensors, 8(1), 464-487.

 

  1. Tu, Y., Chen, C., Chang, J. & Chang, H. (2002). Characterization of Lactoferrin (LF) from Colostral Whey Using Anti‐LF Antibody Immunoaffinity Chromatography. J. Food Sci. 67, 996–1001.

 

  1. J. Huang et al., “Electrochemical immunosensor detection for lactoferrin in milk powder,” Int. J. Electrochem. Sci, vol. 13, pp. 7816–7826, 2018.

 

  1. L. Campanella, E. Martini, and M. Tomassetti, “New immunosensor for lactoferrin determination in human milk and several pharmaceutical dairy milk products recommended for the unweaned diet,” J. Pharm. Biomed. Anal., vol. 48, no. 2, pp. 278–287, 2008.

 

فناوری‌های جدید در صنعت غذا
دوره 7، شماره 4
مرداد 1399
صفحه 627-640

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 17 تیر 1399
  • تاریخ بازنگری: 15 شهریور 1399
  • تاریخ پذیرش: 01 مهر 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار