Biyosensör Nedir? Süt Teknolojisinde Biyosensörler

Biyosensörler, biyolojik algılayıcı elementin seçiciliği ile hedef analitin konsantrasyonuyla orantılı olarak sinyal üreten, transduserin kombinesinden oluşan cihazlardır. Hedef molekül ile biyo bileşen arasındaki spesifik etkileşimin bir sonucu olarak genellikle ölçülebilen ve kaydedilebilen bir elektrik sinyali üretilir. İnorganik bileşikler oluşturan çok çeşitli analitler, küçük organik moleküllerden küçük proteinlere kadar tespit edilebilir. Spektrometrik veya kromatografik methodlar gibi gıda endüstrisinde kulanılan geleneksek metodlarla kıyaslandığında biyosensörlerin tartışılmaz birkaç avantajı vardır: herhangi bir numune ön işleme numunesi veya minimum numune ön muamelesi olmadan analitin doğrudan saptanmasına izin veren seçicilik, birkaç dakika içinde sonuçlarla hızlı analiz, düşük maliyetler, minyatürleştirme ve taşınabilirlik perspektifleri. Biyosensörlerin kullanımı çok kolaydır ve yüksek eğitimli personel gerektirmez. Gıda kalite kontrolü, hızlı analiz yapılmasını ve sahada farklı parametreleri test etmek için mevcut cihazları gerektirir. Biyosensörler bu gereksinimleri karşılama ve gıda kalite kontrolü için biyosensör geliştirme konusundaki artan ilgiyi haklı çıkarmaktadır. Temel olarak, analiz edilen iki tür bileşik vardır: beslenme gıda kalitesi için bileşenlerin konsantrasyonuyla ve gıda ürünlerinde bulunmaması gereken kontaminantlar ile ilgilenen bileşikler. Gıda ürünlerinin menşei, sahteciliği veya karıştırılması hakkında bilgi bulmak için başka bazı testler yapılır. Biyosensörlerin sınıflandırılması, farklı kriterlere göre gerçekleştirilebilir; biyoreseptör veya dönüştürücünün tipi, izlenen analitler veya reaksiyonlar, algılama veya ölçüm modu.

Bilinen birçok biyosensör tipi vardır, ancak gıda endüstrisinde esas olarak enzim bazlı biyosensörler ve immünosensörler kullanılır. Gıda endüstrileri için kullanılan biyosensör türleri 3 kategoriye ayrılabilir:

• Bir bütün olarak hücre immobilizasyonuna dayananlar
• İmmobilize enzimler içeren ve reaktörlere bağlanan
• Kullanılan enzimlerin doğrudan immobilizasyonuna bağlı olan transdüserler içerenlerdir.

Biyosensörler geniş kapsamlı bir konu olup, ben yazımda özelleştirme yaparak sadece süt alanında kullanımına yer vermek istedim.

Süt Teknolojisinde Biyosensörler:

• Süt bileşenlerinin analizinde (laktoz, süt proteinleri, yağ, vitaminler)
• Süt kontaminantlarının analizinde
• Mikroorganizma tespitinde kullanılmaktadır.

Sütün laktoz içeriği, sütün kalitesinin değerlendirilmesinde, mastitisli hayvanlardan elde edilip edilmediğinin belirlenmesinde temel parametre olup, tayinlerinde biyosensörlerin kullanımı ucuz, kolay, güvenilir, hızlı bir alternatiftir. Birinci kuşak biyosensörlerde elektronlar moleküler oksijene aktarılır ve sonuçta oksijen konsantrasyonunda ve/veya üretilen hidrojen peroksitte meydana gelen azalma ölçülür. İkinci nesil biyosensörlerde, elektronları elektroda taşımak için yapay, kısmen toksik aracılar veya nanomateryaller kullanılır. Üçüncü kuşak biyosensörlerde, elektronlar herhangi bir ara aşama veya nanopartikül kullanmadan doğrudan enzimden elektroda aktarılır. (DET yöntemi)

 

Süt ürünlerinin kalite güvencesi için biyosensörlerin uygulanması:

Sütte Enterokokların Tayini: Enterokoklar, çevrede ve sağlıklı hayvanların, insanların mide-bağırsak sisteminde bulunan bakterilerdir. Süt ürünlerinde, insan sindirilebilirliği üzerinde olumlu etkilere neden olan probiyotik olarak kullanılırlar. İlave başlangıç kültürleri olarak enterokoklar, gıda kaynaklı patojenlere bağlı hileyi engelleyen doğal antimikrobiyal maddeleri serbest bırakır. Süt ürünlerinde, hem Enterococcus faecalis hem de Enterococcus faecium türleri nispeten ısıya dirençlidir. Ayrıca, Enterokokların çoğu donmaya karşı dayanıklıdır. Bu nedenle, bazı araştırmacılar gıda zehirlenmesi salgınlarını enterokok bakterileri ile ilişkilendirmiştir. Süt endüstrisinin artan talebini karşılamak için β-D-glukosidaz aktivitesine dayanan bir Enzim Substrat Deneyi geliştirilmiştir ve sütte enterokokların tespitinde spor bazlı biyosensörler kullanılmıştır.

Sütte Listeria monocytogenes Tespiti: Halen, Listeria monocytogenes, gıda kaynaklı enfeksiyonlardan sorumlu en önemli patojenlerden biri olarak kabul edilmektedir. Hamile kadınlar, bebekler, bağışıklığı zayıf olanlar ve yaşlılar listeriosis için en büyük risk altındadır. Süt endüstrisinde Listeria, ürünleri ve çevreyi, kontamine çiğ süt yoluyla doğrudan veya dolaylı olarak kirletebilir, bu da hem halk sağlığı hem de ekonomi açısından büyük kayıplara neden olabilir. Bu, bilimsel ve tıbbi toplulukları bu ürünlerin güvenliğine odaklanmak için hassaslaştırır.Sütte Listeia monocytogenes’in gerçek zamanlı tespiti için enzim-substrat bazlı biyo-tahlil kullanılır. Bu testte, hedef bakterilerin spesifik markör enzimleri için kromojenik substrat kullanılarak enzim-substrat reaksiyonu hedeflenir. Spor bazlı biyosensörle tespit edilir.

Sütte aflatoksin M1 saptanması: Hayvanlar AFB1 ile kontamine olmuş yemleri tükettiğinde, hepatik mikrozomal karışık fonksiyonlu oksidaz sistemi tarafından AFM1’e biyo dönüştürülür ve memelilerin sütüne geçer. AFM1 kalıntıları, çiğ ve işlenmiş sütte yaşayacak kadar kararlıdır, bu nedenle süt toksinleri olarak bilinirler. AFM1’in kanserojenliği, orijinal AFB1 formundan yaklaşık %2-10 daha yüksektir. Ayrıca aflatoksin B2 ve G1 ile birlikte insanlarda DNA hasarı, gen mutasyonları, kromozomal anormallik, hücre transformasyonuna neden olabilir. Bu nedenle sütte AFM1’in saptanması önemlidir.

Sütte antibiyotik testi: Antibiyotikler, süt işletmelerinde hastalıkların tedavisi ve önlenmesi için ve diyet takviyeleri olarak yaygın kullanılmaktadır. Oral olarak, yem katkı maddesi olarak veya doğrudan enjeksiyon yoluyla uygulanabilirler. Gıdalarda MRL’den daha yüksek seviyelerde antibiyotik kalıntılarının bulunması toksikolojik, mikrobiyolojik, immünolojik ve farmakolojik tehlikeler dahil olmak üzere halk sağlığı risklerine neden olabilir. Sütte geniş spektrumlu antibiyotik kalıntılarının tespitinde Bacillus stearothermophilus sporlarının aktif vejetatif hücrelere dönüşümü incelenir. Sporların, özellikle antibiyotik kalıntılarının varlığında çimlenme süreci inhibe edilir.

D ve L-Laktat Biyosensörü ile steril UHT sütte bakteriyel kontaminasyon tayini: D laktat oksidaz ticari olarak elde edilemez ve bu nedenle D laktat sadece D-laktat dehidrojenaz kullanılarak ölçülebilir. Bu nedenle, bu biyosensör, “dehidrojenaz enzimleri tarafından katalizlenen reaksiyonlar elektrokimyasal olarak aktif madde olan NADH’ın üretilmesi için NAD+ koenziminin varlığına bağlıdır.” İlkesine dayanılarak geliştirilmiştir. L-laktat, seçilen herhangi bir bakterinin süt fermantasyonunun yüksek sıcaklıkta hızlandırılmasıyla ölçülür. Fermantasyonun ilerlemesini genellikle pH ölçümü izler. pH düşerse, bakteriyel kontaminasyonu gösterir.

Sonuç olarak; biyosensörler gıda, tıp, çevre, savunma gibi çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Basit kullanımı, analiz süresinin kısa olması, düşük maliyetli olması gibi çeşitli avantajlarının yanında biyokomponentlerin raf ömrünün kısa olması, moleküler biyolojik prosesler hakkında yetersiz bilgi birikimi olması, sensörlerin steril tutulabilme güçlüğü gibi bazı dezavantajlarıda mevcuttur. Biyosensörler, gıda sanayiinde iş gücünün azaltılması, hammadde kaybının önlenmesi ve üretimde risklerin azaltılması yönünde önem arz etmektedirler. HACCP sistemi için de sigorta görevi görebilecek niteliğe sahip olduğunu söyleyebiliriz.

Sağlıklı günler dilerim…

 

Büşra KAYA

 

Kaynakça;

1. Jazib Ali1*, J. N. (2017). Biosensors: Their Fundamentals, Designs, Types and Most Recent Impactful Applications: A Review. Journal of Biosensors & Bioelectronics.
2. Lucian Rotariu, F. L.-R. (2016). Electrochemical biosensors for fast detection of food contaminants trends and perspective. Trends in Analytical Chemistry.
3. Parul Thapar, R. M. (2018). Application of Biosensors for Detection of Contaminants in Milk and Milk Products. ACTA SCIENTIFIC MICROBIOLOGY.