PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
2016 | 586 |

Tytuł artykułu

Nanotechnologia w doskonaleniu oceny mikrobiologicznej jakości żywności

Treść / Zawartość

Warianty tytułu

EN
Application of nanotechnology in improving the microbiological assessment of food quality

Języki publikacji

PL

Abstrakty

PL
W pracy zwrócono uwagę na wciąż aktualną potrzebę doskonalenia metod kontrolowania jakości żywności. Konwencjonalne metody monitorowania skażenia mikrobiologicznego są czasochłonne i pracochłonne, wymagają wyspecjalizowanych urządzeń oraz wykwalifikowanego personelu. Nanotechnologia oferuje unikalne rozwiązania dla metod wykrywania w żywności mikroorganizmów patogennych. Techniki te wymagają mniejszej objętości próbki, nie są czasochłonne, a jednocześnie gwarantują większą czułość, szybkość i możliwość detekcji w czasie rzeczywistym. Nanotechnologia jest obecnie szybko rozwijającym się obszarem nauki. Jej popularność wynika przede wszystkim z faktu, iż odnosi się do materiałów na poziomie molekularnym, które często mają fizyczne i chemiczne właściwości znacznie odmienne od cech uzyskanych w skali mikrometrycznej. W pracy na podstawie dostępnej literatury przedstawiono charakterystykę głównych nanomateriałów i nanoprocedur stosowanych do wykrywania obecności mikroorganizmów, wskazując na ich zalety względem konwencjonalnych metod monitorowania skażenia mikrobiologicznego.
EN
Food safety is attracting considerable attention in the modern world owing to the rapid-changing food recipes and food habits. In addition, a large amount of money is spent on analyses and control measures in the food microbiology field. Conventional methods for detecting pathogens include microscopy-, nucleic acid-, and immunoassay-based techniques. These methods are time-consuming and laborious, requiring certain sophisticated instruments and trained personnel. Nanotechnology offers unique solutions for the detection of microbial pathogens in food. These technics require less sample volume, do not require time-consuming steps and are rapid, sensitive and allow “real-time” identification. Nanomaterials, including metal nanoparticles (gold and silver nanoparticles), carbon nanotubes (CNT) and quantum dots (QDs) are gaining a prominent role among the detection methods for pathogenic bacteria and the design of sensors and biosensors for food analysis. The detection of food-borne pathogens and toxins is usually achieved by exploiting the optical (optical sensors) or electronic (electrochemical sensors) properties of the nanomaterial. Nanomaterial-based sensors involve binding or reaction of biological components with target species and eventually transforming them into detectable signals, thereby enabling rapid detection of food contaminants. In addition, they provide the advantages of allowing rapid, sensitive, user-friendly detection with portability for in-field application. But nanotechnology applications require some precautions to avoid potential toxicological and negative effects on humans and the environment. This review has highlighted the promising role of nanomaterials and their potential in the field of food analysis and their superiority to conventional methods for detecting microbial contamination. Nanotechnology is currently the fastest growing interdisciplinary field in science. Its popularity stems mainly from the fact that nanomaterial properties are significantly different from the properties of macroscale materials composed of the same substance. A large surface area, coupled with excellent electronic and optical properties, facilitate the use of nanomaterials in ‘label-free’ detection and in the development of biosensors with enhanced sensitivities and improved response times. In recent years, nanomaterials have emerged as important players in medicine, electronics, pharmaceutical, cosmetics and food safety. Based on the available literature, characteristics of major nanomaterials and techniques used for the detection of food-borne pathogenic microorganisms are presented. Moreover, the properties and application directions of these nanomaterials are also described.

Słowa kluczowe

Wydawca

-

Rocznik

Tom

586

Opis fizyczny

s.45-57,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor
  • Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Olsztyn
autor
  • Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Olsztyn
  • Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Olsztyn

Bibliografia

  • Bruno J.G., Phillips T., Carrillo M.P, Crowell R., 2009. Plastic-adherent DNA aptamer-magnetic bead and quantum dot sandwich assay for Campylobacter detection. J. Fluoresc. 3, 427–435.
  • Cao C., Gontard L.C., Tram L.L.T., Wolff A., Bang D.D., 2011. Dual enlargement of Au NPs: from mechanism to scanometric detection of pathogenic bacteria. Small 12, 1701–1708.
  • Cho I.H., Bhunia A., Irudayaraj J., 2015. Rapid pathogen detection by lateral-flow immunochromatographic assay with gold nanoparticle-assisted enzyme signal amplification. Int. J. Food Microbiol. 206, 60–66.
  • Colvin V., 2003. The potential environmental impacts of engineered nanomaterials. Nature Biotechnol. 1, 1166–1170.
  • Dudak F.C., Boyaci I.H., 2009. Multiplex detection of E. coli and S. enteritidis by using quantum dot-labelled antibodies. J. Rapid Methods Autom. Microbiol. 3, 315–327.
  • Dunkan T.V., 2011. Applications of nanotechnology in food packaging and food safety: Barrier materials, antimicrobials and sensors. J. Colloid Interface Sci. 363(1), 1–24.
  • Fournier-Wirth C., Coste J., 2010. Nanotechnologies for pathogen detection: Future alternatives? Biologicals 38, 9–13.
  • Gilmartin N., O’Kennedy R., 2012. Nanobiotechnologies for the detection and reduction of pathogens. Enzyme Microb. Technol. 50, 87–95.
  • Głód D., Adamczak M., Bednarski W., 2014. Wybrane aspekty zastosowania nanotechnologii w produkcji żywności. ŻNTJ 5(96), 36–52.
  • Goldman E.R., Clapp A.R., Anderson G.P., Uyeda H.T., Mauro J.M., Medintz I.L., Mattoussi H., 2004. Multiplexed toxin analysis using four colors of quantum dot fluororeagents. Anal. Chem. 76, 684–688.
  • Grieshaber D., MacKenzie R., Vörös J., Reimhult E., 2008. Electrochemical Biosensors – Sensor Principles and Architectures. Sensors 8, 1400–1458.
  • Hahn M., Tabb J., Krauss T., 2005. Detection of single bacterial pathogens with semiconductor quantum dots. Anal. Chem. 15, 4861–4869.
  • Havelaar A.H., Brul S., de Jong A., de Jonge R., Zwietering M.H., Ter Kuile B.H., 2010. Future challenges to microbial food safety. Int. J. Food Microbiol. 139, S79–S94.
  • Huang X., El-Sayed M.A., 2010. Gold nanoparticles: Optical properties and implementations in cancer diagnosis and photothermal therapy. J. Adv. Res. 1, 13–28.
  • Joshi R., Janagama H., Dwivedi H.P., Kumar S.T.M.A., Jaykus L.A., Schefers J., Sreevatsan S., 2009. Selection, characterization, and application of DNA aptamers for the capture and detection of Salmonella enterica serovars. Mol. Cell Probe. 23, 20–28.
  • Jyoti A., Pandey P., Singh S.P., Jain S.K., Shanker R., 2010. Colorimetric detection of nucleic acid signature of shiga toxin producing E. coli using Au NPs. J. Nanosci. Nanotechnol. 7, 4154–4158.
  • Kaittanis C., Nath S., Perez J.M., 2008. Rapid nanoparticle-mediated monitoring of bacterial metabolic activity and assessment of antimicrobial susceptibility in blood with magnetic relaxation. PLoS ONE 3, e3253.
  • Kaittanis C., Santra S., Perez J.M., 2010. Emerging nanotechnology-based strategies for the identification of microbial pathogenesis. Adv. Drug Deliv. Rev. 62, 408–423.
  • Lazcka O., Del Campo F.J., Munoz F.X., 2007. Pathogen detection: A perspective of traditional methods and biosensors. Biosens. Bioelectron. 22, 1205–1217.
  • Lewandowska M., Kordala N., Bednarski W., 2014. Współczesne możliwości stosowania nanotechnologii w doskonaleniu katalizy enzymatycznej. ZPPNR 579, 37–47.
  • Medintz I.L., Mattoussi H., Clapp A.R., 2008. Potential clinical applications of quantum dots. Int. J. Nanomedicine 3(2), 151–167.
  • Murthy S.K., 2007. Nanoparticles in modern medicine: State of the art and future challenges. Int. J. Nanomedicine 2(2), 129–141.
  • Newell D.G., Koopmans M., Verhoef L., Duizer E., Aidara-Kane,A., Sprong H., Opsteegh M., Langelaar M., Threfall J., Scheutz F., van der Giessen J., Kruse H., 2010. Food-borne diseases – The challenges of 20 years ago still persist while new ones continue to emerge. Int. J. Food Microbiol. 139, S3–S15.
  • Nowak A., Ołtuszak-Walczak E., Świtoniak T., 2008. Zatrucia i zakażenia pokarmowe. W: Z. Libudzisz, K. Kowal, Z. Żakowska (red.), Mikrobiologia techniczna. Mikroorganizmy w biotechnologii, ochronie środowiska i produkcji żywności (tom II). Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
  • Oczkowski T., Filipiak M., 2009. Startery, elektrochemiczny biosensor DNA oraz sposób wykrywania mikroorganizmu Listeria monocytogenes w substancjach organicznych, zwłaszcza żywności. Patent PL 200797 B1.
  • Pengsuk C., Chaivisuthangkura P., Longyant S., Sithigorngul P., 2013. Development and evaluation of a highly sensitive immunochromatographic strip test using gold nanoparticle for direct detection of Vibrio cholerae O139 in seafood samples. Biosens. Bioelectron. 42, 229–235.
  • Radecki J., Radecka H., Cieśla J., Tudek B., 2006. Sensory chemiczne i biosensory w kontroli żywności zmodyfikowanej genetycznie. Biotechnologia 74, 67–78.
  • Runowski M., 2014. Nanotechnologia – nanomateriały, nanocząstki i wielofunkcyjne nanostruktury typu rdzeń/powłoka. Chemik 68(9), 766–775.
  • Quested T.E., Cook P.E., Gorris L.G.M., Cole M.B., 2010. Trends in technology, trade and consumption likely to impact on microbial food safety. Int. J. Food Microbiol. 139, S29– S49.
  • Sokół J.L., 2012. Nanomateriały w życiu człowieka. Ekonomia i Zarządzanie 1, 18–29.
  • Sung Y.J., Suk H.J., Sung H.Y., Li T., Poo H., Kim M.G., 2013. Novel antibody/gold nanoparticle/ /magnetic nanoparticle nanocomposites for immunomagnetic separation and rapid colorimetric detection of Staphylococcus aureus in milk. Biosens. Bioelectron. 43, 432–439.
  • Szewczyk P., 2011. Nanotechnologie aspekty techniczne, środowiskowe i społeczne. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice.
  • Tang D., Tang J., Su B., Chen G., 2010. Ultrasensitive electrochemical immunoassay of staphylococcal enterotoxin B in food using enzyme-nanosilica-doped carbon nanotubes for signal amplification. J. Agric. Food Chem. 20, 10824–10830.
  • Tully E., Hearty S., Leonard P., O’Kennedy R., 2006. The development of rapid fluorescence-based immunoassays, using quantum dot-labelled antibodies for the detection of L. monocytogenes cell surface proteins. Int. J. Biol. Macromol. 39, 127–134.
  • Velusamy V., Arshak K., Korostynska O., Oliwa K., Adley C., 2010. An overview of foodborne pathogen detection: In the perspective of biosensors. Biotechnol Adv. 28, 232–254.
  • Wang S., Singh A.K., Senapati D., Neely A., Yu H., Ray P.C., 2010. Rapid colorimetric identification and targeted photothermal analysis of Salmonella bacteria by using bioconjugated oval-shaped Au NPs. Chem. Eur. J. 19, 5600–5606.
  • Weidemaier K., Carruthers E., Curry A., Kuroda M., Fallows E., Thomas J., Sherman D., Muldoon M., 2015. Real-time pathogen monitoring during enrichment: a novel nanotechnology-based approach to food safety testing. Int. J. Food Microbiol. 198, 19–27.
  • WHO, 2003. Heterotrophic Plate Counts and Drinking-water Safety. London.
  • Yang L., Li Y., 2006. Simultaneous detection of E. coli O157:H7 and S. typhimurium using quantum dots as fluorescence labels. Analyst. 3, 394–401.
  • Zhao Y., Ye M., Chao Q., Jia N., Ge Y., Shen H., 2009. Simultaneous detection of multifood-borne pathogenic bacteria based on functionalized quantum dots coupled with immunomagnetic separation in food samples. J. Agric. Food Chem. 2, 517–524.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikatory

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.agro-97952d80-308c-47ce-8acb-060990f6ed01
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.