| Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand (4MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-436922
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.43692
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 8 September 2020 |
| Begutachter (Erstgutachter): | PD. Dr Axel Dürkop und Prof. Dr. Antje J. Bäumner |
| Tag der Prüfung: | 2 September 2020 |
| Institutionen: | Chemie und Pharmazie > Institut für Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik Chemie und Pharmazie > Institut für Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik > Chemo- und Biosensorik (Prof. Antje J. Bäumner, ehemals Prof. Wolfbeis) |
| Stichwörter / Keywords: | dipstick, biogenic amine, food analysis |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 43692 |
Zusammenfassung (Englisch)
Food quality and safety is a topic of great importance. Daily, there are cases of food poisoning. Consumption of adulterated food or food that was stored not properly can cause severe health problems. Controlling the food quality, also over the storage in supermarkets is therefore necessary. This can be done via determination of BAs in foods as those are indictors for food freshness. BAs are ...
Zusammenfassung (Englisch)
Food quality and safety is a topic of great importance. Daily, there are cases of food poisoning. Consumption of adulterated food or food that was stored not properly can cause severe health problems. Controlling the food quality, also over the storage in supermarkets is therefore necessary. This can be done via determination of BAs in foods as those are indictors for food freshness. BAs are primary amines formed by the enzymatic or bacterial decarboxylation of the respective amino acids during the storage of protein rich products and fermented products. BAs within a concentration range of 0.3 - 1 mM in food cannot be recognized by the human nose but represent a health risk, which is why continuous and simple monitoring of BAs in food is very advantageous. Traditional instrumental methods for analysis of BAs are demanding and time consuming, hence nowadays there is a high interest in simple chemosensors for analyses on-site. Therefore, the development of nanofiber-based dipsticks for the detection of BAs in seafood samples was performed in this thesis. Those nanofibers contain an amine-reactive dye which changes its optical properties upon conjugation with primary amines. Two types of cellulose acetate-based chromogenic and fluorogenic nanofibers (Py-1-CA and S0378-CA) were prepared by electrospinning. One contains the pyrilium dye Py-1 and the other the cyanine dye S0378. The electrospinning conditions were optimized for both types of nanofibers. The nanofiber morphology revealed mat thicknesses of 6.9 ± 1.6 µm and 50.7 ± 8.4 µm and pore sizes were 2.8 ± 0.15 µm and 2.6 ± 1.3 µm for Py-1-CA and S0378-CA nanofibers, respectively. The detection of BAs via Py-1-CA dipsticks relies on on the enhancement of the fluorescence emission which can be measured using a digital camera and is evaluated by a photoshop software due to the color change of the fibers from blue to red upon the reaction. The detection of BAs via S0378-CA dipsticks was based on reflectometry making use of the color change of the fibers from green to blue upon the reaction. Conditions for the reaction between the dipsticks and BAs and optical detection conditions were optimized. Various biogenic amines were successfully calibrated using both detection methods. Both types of dipsticks were selective to primary amines, but not to secondary or tertiary amines since both dyes do not react at all or very slowly with secondary or tertiary amines. The dipsticks have a very similar response towards monoamines and diamines, respectively, which predestines them for determination of total BA contents in foods. The sensitivity of the reflectometric measurements using S0378-CA dipsticks towards tyramine was much higher than for the fluorescence measurements using Py-1-CA dipsticks. The LOD for tyramine determination, however, was 10 times lower for the fluorescent Py-1-CA dipsticks. When comparing the sensitivity and LOD of both detection methods, one has to keep in mind that the dye concentration of S0378 was 3.5-fold higher than that of Py-1 in the spinning dope. Finally, we intended to set up a µ-TAS based on S0378-CA nanofibers by incorporating them into a microfluidic chip. The BA detection should also be performed by reflectometry. The conditions related to the fabrication of the microfluidic chip and the reaction conditions in this new system were optimized since the reaction conditions for S0378-CA dipsticks could not be used any more. The chips showed a nice response to BAs, however their development could not be finished any more due to time constraints. Hence, a considerable progress in providing miniaturized devices for quantitation of BAs could be made by the development of two different types of dipsticks using two different chromogenic dyes in electrospun nanofibers as sensor material and using two different detection methods amenable for miniaturization. The nanofibers using the NIR dye pave the way to the first miniaturized microfluidic setups. This shows that food analysis is a prospective field for introducing innovative optical sensors employing progressive materials to secure consumer health.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Lebensmittelqualität und -sicherheit sind ein Thema von großer Bedeutung, weil es täglich Fälle von Lebensmittelvergiftungen gibt. Der Verzehr von verdorbenen oder nicht ordnungsgemäß gelagerten Lebensmitteln kann schwerwiegende gesundheitliche Probleme verursachen. Daher ist eine Kontrolle der Lebensmittelqualität, auch während der Lagerung in Supermärkten erforderlich. Dies kann durch die ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Lebensmittelqualität und -sicherheit sind ein Thema von großer Bedeutung, weil es täglich Fälle von Lebensmittelvergiftungen gibt. Der Verzehr von verdorbenen oder nicht ordnungsgemäß gelagerten Lebensmitteln kann schwerwiegende gesundheitliche Probleme verursachen. Daher ist eine Kontrolle der Lebensmittelqualität, auch während der Lagerung in Supermärkten erforderlich. Dies kann durch die Bestimmung des Gehalts von biogenen Aminen (BA) in Lebensmitteln erreicht werden. BA sind primäre Amine, die durch die enzymatische oder bakterielle Decarboxylierung bestimmter Aminosäuren während der Lagerung von proteinreichen und fermentierten Produkten gebildet werden. BAs im Konzentrationsbereich von 0,3 - 1 mM in Lebensmitteln können von der menschlichen Nase nicht erfasst werden, stellen aber dennoch ein Gesundheitsrisiko dar. Daher sind neue Geräte zur kontinuierlichen und einfachen Überwachung von BAs in Lebensmitteln sehr wünschenswert. Traditionelle, instrumentelle Analysemethoden sind teuer und zeitaufwändig, weshalb heutzutage ein großes Interesse an einfachen Chemosensoren für die Analytik vor Ort besteht. Deshalb wurden dieser Arbeit Teststreifen mit Nanofaserlagen zum Nachweis von BA in Meeresfrüchten entwickelt. Diese Nanofasern enthalten einen aminreaktiven Farbstoff, der seine optischen Eigenschaften bei Konjugation mit primären Aminen ändert. Es wurden zwei Arten von chromogenen und fluorogenen Nanofasern auf Basis von Celluloseacetat (Py-1-CA und S0378-CA) durch Elektrospinnen hergestellt. Eine Faserart enthält den Pyriliumfarbstoff Py-1 und die andere den Cyaninfarbstoff S0378. Die Bedingungen für das Elektrospinnen wurden für beide Arten von Nanofasern optimiert. Die Untersuchung der Morphologie der Nanofasernetze ergab Dicken von 6,9 ± 1,6 µm und 50,7 ± 8,4 µm und Porengrößen von 2,8 ± 0,15 µm und 2,6 ± 1,3 µm, jeweils für Py-1-CA- bzw. S0378-CA-Nanofasern. Der Nachweis von BAs mit Py-1-CA-Teststreifen nützt die Verstärkung der Fluoreszenzemission, die während der Farbänderung der Fasern von blau nach rot bei der Reaktion mit BA auftritt. Diese Emission wurde mit einer Digitalkamera erfasst und mit einer Photoshop-Software ausgewertet. Der Nachweis von BA mittels Teststreifen, die S0378-CA enthielten, basierte auf Reflektometrie, wobei die Farbänderung der Fasern von grün nach blau bei der Reaktion genutzt wurde. Die Bedingungen für die Reaktion der Fasern auf den Teststreifen mit den BA und die Detektionsbedingungen wurden optimiert. Kalibrationskurven für verschiedenste biogene Amine wurden mit beiden Teststreifen erfolgreich erstellt. Beide Teststreifen waren selektiv für primäre Amine und sprachen nicht auf sekundäre oder tertiäre Amine an, da beide Farbstoffe überhaupt nicht oder nur sehr langsam mit sekundären oder tertiären Aminen reagieren. Auch sprechen die Teststreifen sehr ähnlich auf Mono- und Diamine an, was die Bestimmung einer Gesamtkonzentration an BA in Lebensmittelproben ermöglicht. Die Empfindlichkeit der reflektometrischen Messungen gegenüber Tyramin war bei Verwendung von S0378-CA-Teststreifen viel höher als die der Fluoreszenzmessungen bei Verwendung von Py-1-CA-Teststreifen. Die Nachweisgrenze für Tyramin war jedoch bei den fluoreszierenden Py-1-CA-Teststreifen zehnmal niedriger. Die unterschiedlichen Empfindlichkeiten und Nachweisgrenzen der beiden Detektionsmethoden sind vor allem darauf zurückzuführen, dass die Farbstoffkonzentration von S0378 in der Spinnlösung 3,5-fach höher war als die von Py-1. Schlussendlich sollte ein mikrofluidisches Totalanalysensystem für BA mit S0378-CA-Nanofasern und reflektometrischem Nachweis entwickelt werden. Die Bedingungen für die Herstellung des mikrofluidischen Chips und die Reaktionsbedingungen in diesem System wurden optimiert, da sich die Reaktionsbedingungen gegenüber denen der S0378-CA-Teststreifen änderten. Auch diese Chips sprachen auf BA an, aber ihre Entwicklung konnte aus Zeitmangel nicht mehr zu Ende geführt werden. Somit wurde dadurch ein beträchtlicher Fortschritt bei der Entwicklung miniaturisierter Analysensysteme zur Quantifizierung von BA erzielt, dass zwei verschiedene Arten von Teststreifen mit elektrogesponnenen Nanofasern als Sensormaterial hergestellt wurden. Diese nutzen unterschiedliche chromogene Farbstoffe und zwei verschiedene Detektionsmethoden und sind für die Miniaturisierung geeignet. Auch der Weg zu einem mikrofluidischen Totalanalysensystem unter Verwendung der Nanofasern, die den NIR-Farbstoff enthalten, scheint machbar. Dies zeigt, dass innovative optischer Sensoren aus neuen Materialien gewinnbringend in der Lebensmittelanalytik eingesetzt werden können, um die Gesundheit der Verbraucher zu schützen.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 16:12
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