FLANDERS' FOOD RADAR

Snelle en accurate bepaling van voedselkwaliteit met geminiaturiseerde bio-analytische systemen!

Op 3/12/08 verdedigde Steven Vermeir (Kuleuven, MeBioS) zijn doctoraatsthesis omtrent de bepaling van voedselkwaliteit met geminiaturiseerde bio-analytische systemen. In deze thesis wordt een duidelijk beeld geschetst van de sterktes en zwaktes van geminiaturiseerde `batch'- en doorstroomsystemen voor het opmeten van de belangrijkste smaakcomponenten en ascorbinezuur in fruit.

Kwaliteit van voeding en meer specifiek dat van fruit wordt bepaald door organoleptische en nutritionele parameters zoals textuur, uitzicht, aroma, smaak, aanwezigheid van vitaminen… Al deze parameters beïnvloeden de appreciatie en bijgevolg ook het koopgedrag van de consument. Snelle analysetechnieken voor de bepaling van de diverse parameters zijn dan ook onontbeerlijk om fruit van voldoende kwaliteit aan te bieden of om de kwaliteit ervan te bepalen gedurende de bewaring. In dit proefschrift wordt dieper ingegaan op de nutritionele waarde. Bio-analytische methoden hebben een groot potentieel voor de snelle, selectieve en nauwkeurige kwantificatie van heel wat van deze componenten.

De hoofddoelstelling van dit werk was daarom de ontwikkeling van snelle en betrouwbare (semi-)automatische enzymatische methoden voor de belangrijkste smaakcomponenten (suikers en zuren) en ascorbinezuur als een belangrijke nutritionele parameter in fruit.

Enzymatische methoden, gebaseerd op spectrofotometrie, voor de kwantificatie van de belangrijkste suikers en zuren (glucose, fructose, sucrose, citroenzuur, appelzuur en glutamaat) werden geminiaturiseerd in een microplaat in combinatie met het gebruik van een automatisch pipetteersysteem. Hierdoor werd een belangrijke reductie in analysetijd bekomen. Het potentieel van deze geautomatiseerde en geminiaturiseerde (< 200µl) enzymatische meetmethoden werd gevalideerd met een HPLC-referentie techniek en met een getraind sensorisch panel.


Pipetteerrobot (Multiprobe®II Plus, Perkin Elmer,Boston, USA)


Detail van pipetteerrobot met microtiterplaten

Drie methoden voor de kwantificatie van ascorbinezuur werden met elkaar vergeleken. Van de drie onderzochte methoden werd de OPDA-methode (ortho-phenylenediamine) als de meest geschikte ervaren. Vervolgens werd deze methode geoptimaliseerd met betrekking tot de reactie-efficiëntie door een mathematisch model. Hierbij werd rekening gehouden met de tijdsduur en de kost van de reactie. Daardoor kon de enzymeconcentratie gereduceerd worden met een factor 2.5 zonder dat de reactietijd significant beïnvloed werd. Voor deze component werd ook onderzocht of het gebruik van een alternatief uitleesmechanisme, gebaseerd op warmtedetectie, betere resultaten opleverde dan de onderzochte spectrofotometrische methoden.

Naast geminiaturiseerde ‘batch’-systemen werden ook doorstroomsystemen ontworpen voor de kwantificatie van glucose. Eerst werd zo’n systeem mathematisch gemodelleerd om na te gaan wat de invloed is van bepaalde operationele en systeemparameters op het reactiesignaal. Het snelheidsprofiel bleek hier een belangrijke factor te zijn. Het ideale snelheidsprofiel kan relatief gemakkelijk bekomen worden in een ‘lab-on-a-chip’ systeem bestaande uit microkanalen wanneer de stroming aangedreven wordt met elektrokinetiek. Daarom werd een enzymatische methode voor glucose geïmplementeerd in een dergelijk systeem als een ‘proof-of-principle’ studie. Het analysevolume daalde van de µL-schaal naar de nL-schaal. De resultaten toonden aan dat een dergelijke implementatie mogelijk is, hoewel een verdere optimalisatie nodig is om tot meer nauwkeurige resultaten te komen.


Voorbeeld van een lab-on-a-chip systeem

Nuttige links