Food Science and Technology

ISSN-print: 2073-8684
ISSN-online: 2409-7004
ISO: 26324:2012
Архiви

ЗАСТОСУВАННЯ ІМПЕДАНСНОГО МЕТОДУ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ГЛУТАМАТУ НАТРІЮ В ХАРЧОВИХ ПРОДУКТАХ

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Yu. Slyva
https://orcid.org/0000-0003-2592-6822
E. Pokhodylo
https://orcid.org/0000-0002-9995-3148

Анотація

У статті представлені результати досліджень можливості застосування методу імпедансного аналізу для виявлення глутамату натрію з метою виявлення фальсифікацій харчових продуктів. Запропоновано визначати наявність харчової добавки глутамату натрію (Е 621), яка використовується в харчовій промисловості для підсилення смаку, за параметрами комплексної провідності (адмітансу) двополюсника. Метод передбачає пропускання струму різної частоти через тверді харчові продукти та комірку з рідкими харчовими продуктами і вимірювання електропровідності та визначення і аналізування частотної залежності адмітансу. Вимірювання активної G складової та реактивної B складової адмітансу проводили на різних частотах від 100 Гц до 100 кГц. Для проведення експерименту готували проби харчових продуктів з врахуванням рекомендацій Codex Alimentarius щодо дозування харчової добавки Е 621: сік апельсиновий з додаванням глутамату натрію в кількості 0,3% до маси соку та картопляне пюре з додаванням глутамату натрію в кількості 1% до маси продукту. Температура досліджуваних продуктів – 22±0,2 °С. В результаті досліджень отримані залежності складових адмітансу від частоти для контрольних проб соку і картопляного пюре та проб з додаванням глутамату натрію. Встановлена залежність активної складової та реактивної складової адмітансу харчових продуктів без додавання глутамату натрію та з додаванням у зазначених кількостях до маси продукту. Відмінність полягає в зміні характеру залежностей. Характер кривих для глутамату натрію як соку, так і для картопляного пюре подібний. Спостерігається значне перевищення значень активної та реактивної складової адмітансу, з чітким виокремленням піку характеристики реактивної складової для харчових продуктів, які містили в своєму складі глутамат натрію в порівнянні з контрольними пробами. Отже, застосування методу імпедансного аналізу є можливим для оперативного виявлення підсилювача смаку глутамату натрію в харчових продуктах різної консистенції з метою виявлення фальсифікації.

Ключові слова:
імпедансний аналіз, фальсифікація харчових продуктів, глутамат натрію

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Як цитувати
Slyva, Y., & Pokhodylo, E. (2020). ЗАСТОСУВАННЯ ІМПЕДАНСНОГО МЕТОДУ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ГЛУТАМАТУ НАТРІЮ В ХАРЧОВИХ ПРОДУКТАХ. Food Science and Technology, 14(2). https://doi.org/10.15673/fst.v14i2.1720
Розділ
Хімія харчових продуктів і матеріалів. Нові види сировини

Посилання

1. Nernst W. Methode zur Bestimmung von Dielektrizitätskonstanten. Zeitschrift für Physikalische Chemie. 1894;14(1):622-663. https://doi.org/10.1515/zpch-1894-1445.
2. Grossi M, Riccò B. Electrical impedance spectroscopy (EIS) for biological analysis and food characterization: a review. Journal of Sensors and Sensor Systems. 2017;6:303-325. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2008.08.049.
3. Fasmin F, Srinivasan R. Nonlinear electrochemical impedance spectroscopy. Journal of The Electrochemical Society. 2017;164(7):H443-H455. https://doi.org/10.1149/2.0391707jes.
4. Barreiros dos Santos M, Sporer C, Sanvicens N, Pascual N, Errachild A, Martinez E, et al. Detection of pathogenic Bacteria by Electrochemical Impedance Spectroscopy: Influence of the immobilization strategies on the sensor performance. Procedia Chemistry – Proceedings of the Eurosensors XXIII conference. 2009. https://doi.org/10.1016/j.proche.2009.07.322.
5. Cady P. Progress in impedance measurements in microbiology. In: Sharpe AN, Clark DS, Charles C. (edit.) Mechanizing microbiology. Thomas Publisher. 1978:199-239.
6. Choi A, Park JS, Jung HI. Solid-medium-integrated impedimetric biosensor for real-time monitoring of microorganisms. Sensor. Actuat. B-Chem.2009;137(1):357-362. https://doi.org/10.1016/j.snb.2008.12.062.
7. Dastider SG, Barizuddin S, Yuksek NS, Dweik M, Almasri MF. Efficient and Rapid Detection of Salmonella Using Microfluidic Impedance Based Sensing. J. Sensor. 2015;2015. 8 p. https://doi.org/10.1155/2015/293461.
8. Dong J, Zhao H, Xu M, Ma Q, Ai S. A label-free electrochemical impedance immunosensor based on AuNPs/PAMAMMWCNT-Chi nano composite modified glassy carbon electrode for detection of Salmonella typhimurium in milk. Food Chem. 2013;141(3):1980-1986. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2013.04.098.
9. Fistenberg-Eden R. Rapid estimation of the number of microorganisms in raw meat by impedance measurement. Food Technol. 1983;37:64-70.
10. Fistenberg-Eden R, Eden G. Impedance Microbiology. New York: John Wiley, 1984. https://doi.org/10.1002/jobm.3620260116.
11. Gomez-Sjoberg R, Morisette DT, Bashir R. Impedance Microbiology-on-a-Chip: Microfluidic Bioprocessor for Rapid Detection of Bacterial Metabolism. J. Microelectromech. 2005;14:829-838. https://doi.org/10.1109/JMEMS.2005.845444
12. Grossi M, Lanzoni M, Pompei A, Lazzarini R, Matteuzzi D, Riccò B. An embedded portable biosensor system for bacterial concentration detection. Biosens. Bioelectron. 2010;26:983-990. https://doi.org/10.1016/j.bios.2010.08.039.
13. Grossi M, Lanzoni M, Lazzarini R, Riccò B. Linear non iterative sinusoidal fitting algorithm for microbial impedance biosensor. Sens. Transducers J. 2012;137(2):235-244.
14. Grossi M, Parolin C, Vitali B, Riccò B. Bacterial concentration detection using a portable embedded sensor system for environmental monitoring. Proceedings of the 7th IEEE InternationalWorkshop on Advances in Sensors and Interfaces (IWASI), Vieste (FG), Italy, 15-16 June 2017. 2017:246-251. https://doi.org/10.1109/IWASI.2017.7974263.
15. Hardy D, Kraeger SJ, Dufour SW, Cady P. Rapid Detection of Microbial Contamination in Frozen Vegetables by Automated Impedance Measurements. Appl. Environ. Microb. 1977;34(1):14-17. https://doi.org/10.1128/AEM.34.1.14-17.1977.
16. Alonso-Arce M, Legarda J, Sedano B, Bustamante P. Ultra Low-Power Smart Medical Sensor Node for In-Body Biomonitoring // IEEE 15th International Conference on e-Health Networking, Applications and Services (Healthcom). 2013:491-496. https://doi.org/10.1109/HealthCom.2013.6720726.
17. Bogonez P, Riu PJ. Implantable bioimpedance system for measuring impedance of kidney. Proceedings of the 13th International Conference on Electrical Bioimpedance and the 8th Conference on Electrical Impedance Tomography. Berlin Heidelberg: Springer, 2007:256-259. https://doi.org/10.1007/978-3-540-73841-1_68.
18. Bogonez, P. and Riu, P. J.: Implantable bioimpedance system for measuring impedance of kidney, Proceedings of the 13th International Conference on Electrical Bioimpedance and the 8th Conference on Electrical Impedance Tomography, Springer Berlin Heidelberg, 2007:256-259. https://doi.org/10.1007/978-3-540-73841-1_68.
19. Chinen K, Kinjo I, Zamami A, Irei K, Nagayama K. New equivalent-electrical circuit model and a practical measurement method for human body impedance. Biomed. Mat. Eng. 2015;26:779-786.
20. Clemente F, Arpaia P, Manna C. Characterization of human skin impedance after electrical treatment for transdermal drug delivery. Measurement. 2013;46:3494-3501. https://doi.org/10.3233/BME-151369.
21. Clemente F, Romano M, Bifulco P, Cesarelli M. EIS measurements for characterization of muscular tissue by means of equivalent electrical parameters. Measurement. 2014;58:476-482. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2014.09.013.
22. Deurenberg P, Deurenberg-Yap M. Validation of skinfold thickness and hand-held impedance measurements for estimation of body fat percentage among Singaporean, Chinese, malay and Indian subjects. Asia Pac. J. Clin. Nutr. 2002;11(1):1-7. https://doi.org/10.1046/j.1440-6047.2002.00258.x.
23. Dzwonczyk R, Hartzler AW, Liu AY. A new apparatus and method for measuring the myocardial electrical impedance spectrum. Proceedings of Computers in Cardiology, Durham, NC, USA, 11-14 October, 1992. 1992:575-577. https://doi.org/10.1109/CIC.1992.269541.
24. Gudivaka R, Schoeller DA, Kushner RF, Bolt MJG. Single and multifrequency models for bioelectrical impedance analysis of body water compartments. J. Appl. Physiol. 1999;87(3):1087-1096. https://doi.org/10.1152/jappl.1999.87.3.1087.
25. Sherman PH, editor. Electrical properties of emulsions, mulsion science. UK: Academic; 1968. p. 354-477.
26. Hoffer EC, Meador CK, Simpson DC. Correlation of whole-body impedance with total body water volume. J. Appl.Physiol. 1969;27(4):531-534. https://doi.org/10.1152/jappl.1969.27.4.531.
27. Ibrahim F, Nasir Taib M, Bakar Wan Abas WA, Guan CC, Sulaiman S. A Novel Approach to Classify Risk in Dengue Hemorrhagic Fever (DHF) Using Bioelectrical Impedance Analysis (BIA). IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2005;54(1):237-244. https://doi.org/10.1109/TIM.2004.840237.
28. Jaffrin MY, Morel H. Body fluid volumes measurements by impedance: A review of bioimpedance spectroscopy (BIS) and bioimpedance analysis (BIA) methods. Med. Eng. Phys. 2008;30(10):1257-1269. https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2008.06.009.
29. Pokhodylo YeV, Stolyarchuk PV. Imitansnyy kontrol’ yakosti: monohrafiya. L’viv: Vydavnytstvo L’vivs’koyi politekhniky, 2012.
30. Alejnikov AF , Palʹčikova IG, Čuguj ÛV, Glânenko VS. Primenenie metoda impendansnoj spektrometrii pri ocenke kačestva mâsnogo syrʹâ. Informacionnye tehnologii, sistemy i pribory v APK. Č. 1: Materialy 5-oj meždunarodnoj naučno-praktičeskoj konferencii «AGROINFO-2012», 10-11 oktâbrâ 2012 g. Novosibirsk. 2012:167-174.
31. Ŝebentovsʹka OM. Viznačennâ svìžostì kurâčogo m’âsa metodom ìmpedansnoï spektroskopìï. Naukovij vìsnik LNUVMBT ìmenì S. Z. Gžicʹkogo. 2011;13(4):352-358.
32. Martinovič NV. Metod vimìrûvannâ tverdostì vodi za parametrami ìmìtansu ta jogo metrologìčne zabezpečennâ [dissertation], Lʹvìv: Nacìonalʹnij unìversitet "Lʹvìvsʹka polìtehnìka", 2012.
33. Pohodilo Ê, Vìkovič O. Kontrolʹ svìžostì m’âsa za parametrami ìmìtansu . Standartizacìâ. Sertifìkacìâ. Âkìstʹ. 2014;1(86):45-48.
34. Antonyuk O, Pokhodylo Ye, Yuzva V. Analiz sposobiv vymiryuvannya skladovykh imitansu ob”yektiv neelektrychnoyi pryrody. Skhidno-Yevropeys’kyy zhurnal peredovykh tekhnolohiy. 2015;№4/9(76):4-9. https://doi.org/ 10.15587/1729-4061.2015.47603.
35. Bauchot AD, Harker FR, Arnold WM. The use of electrical impedance spectroscopy to assess the physiological condition of kiwifruit. Postharvest Biol. Tec. 2000;18(1):9-18. https://doi.org/10.1016/S0260-8774(99)00113-2.
36. Bhatt CM, Nagaraju J. Non-destructive method to estimate the moisture content in bread using multi-channel electrical impedance spectroscopy. IEEE Sensors Applications Symposium (SAS), 17–19 February, New Orleans, LA, USA, 2009:55-60. https://doi.org/10.1111/jfpe.12387.
37. Chanet M, Riviere C, Eynard P. Electric impedance spectrometry for the control of manufacturing process of comminuted meat products. J. Food Eng. 1999;42:153-159.
38. Chowdhury A, Kanti Bera T, Ghoshal D, Chakraborty B. Electrical impedance variations in banana ripening: an analytical study with electrical impedance spectroscopy. J. Food Process. Eng. 2017;11:1654-1656. https://doi.org/10.1111/jfpe.12387.
39. Chowdhury A, Singh P, Kanti Bera T, Ghoshal D, Chakraborty B. Electrical impedance spectroscopy study of mandarin orange during ripening. J. Food Meas. Charact. 2017;1(4):1654-1664. https://doi.org/10.1007/s11694-017-9545-y.
40. Fuentes A, Masot R, Fernandez-Segovia I, Ruiz-Rico M, Alcaniz M, Barat JM. Differentiation between fresh and frozen-thawed sea bream (Sparus aurata) using impedance spectroscopy techniques. Innov. Food Sci. Emerg. Technol. 2013;19:210-217. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2013.05.001.
41. Grossi M, Lanzoni M, Pompei A, Lazzarini R, Matteuzzi D, Riccò B. Detection of microbial concentration in ice-cream using the impedance technique. Biosens. Bioelectron. 2008;23:1616-1623. https://doi.org/10.1016/j.bios.2008.01.032.
42. Grossi M, Pompei A, Lanzoni M, Lazzarini R, Matteuzzi D, Riccò B. Total bacterial count in soft-frozen dairy products by impedance biosensor system. IEEE Sensors J. 2009;9:1270-1276. https://doi.org/10.1109/JSEN.2009.2029816.
43. Grossi M, Lanzoni M, Pompei A, Lazzarini R, Matteuzzi D, Riccò B. A portable biosensor system for bacterial concentration measurements in cow’s raw milk. 4th IEEE International Workshop on Advances in Sensors and Interfaces (IWASI), Savelletri di Fasano. 2011:132-136. https://doi.org/10.1109/IWASI.2011.6004703.
44. Grossi M, Lanzoni M, Lazzarini R, Riccò B. Automatic ice-cream characterization by impedance measurements for optimal machine setting. Measurement. 2012;45(7):1747-1754. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2012.04.009.
45. Grossi M, Di Lecce G, Gallina Toschi T, Riccò B. A novel electrochemical method for olive oil acidity determination. Proceedings of the IEEE International Workshop on Advances in Sensors and Interfaces (IWASI), Bari (BR), Italy, 13-14 June 2013. 2013:162-167. https://doi.org/10.1109/IWASI.2013.6576058.
46. Grossi M, Di Lecce G, Gallina Toschi T, Riccò B. Fast and Accurate Determination of Olive Oil Acidity by Electrochemical Impedance Spectroscopy. IEEE Sensors Journal. 2014;14(9):2947-2954. https://doi.org/10.1109/JSEN.2014.2321323.
47. Grossi M, Di Lecce G, Gallina Toschi T, Riccò B. A novel electrochemical method for olive oil acidity determination. Microelectr. J. 2014;45(12):1701-1707. https://doi.org/10.1016/j.mejo.2014.07.006.
48. Harker FR, Forbes SK. Ripening and development of chilling injury in persimmon fruit: an electrical impedance study. New Zeal. J. Crop Hort. 1997;25:149-157. https://doi.org/10.1080/01140671.1997.9514001.
49. Harker FR, Maindonald JH. Ripening of nectarine fruit. Plant Physiol. 1994;106:165-171. https://doi.org/10.1104/pp.106.1.165.
50. Hayden RI, Moyse CA, Calder FW, Crawford DP, Fensom DS. Electrical studies on potato and alfalfa tissue. Journal of Experimental Botany. 1969;20(2):177-200. https://doi.org/10.1093/jxb/20.2.177.
51. Jackson PJ, Harker FR. Apple bruise detection by electrical impedance measurement. HortScience. 2000;35(1):104-107. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.35.1.104.
52. Amirudin A, Thieny D. Application of electrochemical impedance spectroscopy to study the degradation of polymercoated metals. Progress in Organic Coatings. 1995;26(1):1-28. https://doi.org/10.1016/0300-9440(95)00581-1.
53. Bonora PL, Deflorian F, Fedrizzi L. Electrochemical impedance spectroscopy as a tool for investigating underpaint corrosion // Electrochim. Acta. 1995;41(7-8):1073-1082. https://doi.org/10.1016/0013-4686(95)00440-8.
54. Breugelmans T, Tourwé E, Van Ingelgem Y, Wielant J, Hauffman T, Haubrand R, et al. Odd random phase multisine EIS as a detection method for the onset of corrosion of coated steel. Electrochem. Comm. 2010;12(1):2-5. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2009.10.008.
55. Hussin MH, Rahim AA, Nasir M, Ibrahim M, Brosse N. The capability of ultrafiltrated alkaline and organosolv oil palm (Elais guineensis) fronds lignin as green corrosion inhibitor for mild steel in 0.5M HCl solution. Measurement. 2016;78:90-103. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2015.10.007.
56. Akbarinezhad E, Bahremandi M, Faridi HR, Rezaei F. Another approach for ranking and evaluating organic paint coatings via electrochemical impedance spectroscopy. Corros. Sci. 2009;51(2):356-363. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2008.10.029.
57. Andrade C, Blanco VM, Collazo A, Keddam M, Novoa XR, Takenouti H. Cement paste hardening process studied by impedance spectroscopy. Electrochim. Acta. 1999;44(24):4313-4318. https://doi.org/10.1016/S0013-4686(99)00147-4.
58. Cabeza M, Merino P, Miranda A, Novoa XR, Sanchez I. Impedance spectroscopy study of hardened Portland cement paste. Cement Concrete Res. 2002;32(6):881-891. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(02)00720-2.
59. Cabeza M, Keddam M, Novoa XR, Sanchez I, Takenouti H. Impedance spectroscopy to characterize the pore structure during the hardening process of Portland cement paste. Electrochim. Acta. 2006;51(8-9):1831-1841. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2005.02.125.
60. Christensen BJ, Coverdale T, Olson RA, Ford SJ, Garboczi EJ, Jennings HM. Impedance Spectroscopy of Hydrating Cement-Based Materials: Measurement, Interpretation, and Application. J. Am. Ceram. Soc. 1994;77(11):2789-2804. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1994.tb04507.x.
61. Andre D, Meiler M, Steiner K, Walz H, Soczka-Guth T, Sauer DU. Characterization of high-power lithium-ion batteries by electrochemical impedance spectroscopy, II: Modelling. J. Power Sources. 2011;196(12):5349-5356. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.07.071.
62. Barton R, Mitchell P. Estimation of the residual capacity of maintenance-free lead acid batteries, Part 1: Identification of a parameter for the prediction of state-of-charge. J. Power Sources. 1989;27(4):287-295. https://doi.org/10.1016/0378-7753(89)80043-6.
63. Cuadras A, Kanoun O. SoC Li-ion battery monitoring with impedance spectroscopy. Proceedings of the 6th International Multi-Conference on Systems, Signals and Devices. 2009:1-5. https://doi.org/10.1109/SSD.2009.4956761.
64. Garcia-Belmonte G, Munar A, Barea EM, Bisquert J, Ugarte I, Pacios R. Charge carrier mobility and lifetime of organic bulk heterojunctions analyzed by impedance spectroscopy. Org. Electron. 2008;9(5):847-851. https://doi.org/10.1016/j.orgel.2008.06.007.
65. Glatthaar M, Mingirulli N, Zimmermann B, Ziegler T, Kern R, Niggemann M. Impedance spectroscopy on organic bulk-heterojunction solar cells. Phys. Status Solidi A. 2005;202(11):125-127. https://doi.org/10.1002/pssa.200521149.
66. Haußmann P, Melbert J. Optimized mixed-domain signal synthesis for broadband impedance spectroscopy measurements on lithium ion cells for automotive applications. J. Sens. Sens. Syst. 2017;6(1):65-76. https://doi.org/10.5194/jsss-6-65-2017.
67. Chuang C-H, Du Y-C, Wu T-F, Chen C-H, Lee D-H, Chen S-M. Immunosensor for the ultrasensitive and quantitative detection of bladder cancer in point of care testing // Biosens. Bioelectron. 2016;84:126-132. https://doi.org/10.1016/j.bios.2015.12.103.
68. Haverkort EB, Reijven PLM, Binnekade JM, de van der Schueren MAE, Earthman CP, Gouma DJ, et al. Bioelectrical impedance analysis to estimate body composition in surgical and oncological patients: a systematic review. Eur. J. Clin. Nutr. 2015;69:3-13. https://doi.org/10.1038/ejcn.2014.203.
69. Hoja J, Lentka G. Portable Analyzer for Impedance Spectroscopy. In: Proceedings of the XIX IMEKO World Congress Fundamental and Applied Metrology, Lisbon, Portugal, 6-11 September 2009. 2009:497-502.
70. He Z, Mansfeld F. Exploring the use of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in microbial fuel cell studies. Energy Environ. Sci. 2009;2:215-219. https://doi.org/10.1039/B814914C.
71. Bubela T, Malachivsky P, Pokhodylo E, Mykyychuk M, Vorobets O. Mathematical Modeling of Soil Acidity by Conductivity Parameters. Eastern Europ. J. of Entrepreneurial Techn. 2016;6/10(84):4-9. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.83972.
72. Tackling Food Fraud Through Food Safety Management Systems, GFSI, 2018.
73. Mortensen A, Aguilar F, Crebelli R, Di Domenico A. Re‐evaluation of glutamic acid (E 620), sodium glutamate (E 621), potassium glutamate (E 622), calcium glutamate (E 623), ammonium glutamate (E 624) and magnesium glutamate (E 625) as food additives. EFSA Journal, 2017;15(7):4910. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2017.4910.
74. Rudenko AA, Karceva LA. Opredelenie važnejših aminokislot v složnyh obʺektah biologičeskogo proishoždeniâ metodom obraŝënnogo-fazovoj VÈŽH s polučeniem feniltiogidantoinov aminokislot. Sorbcionnye i hromatografičeskie processy. 2010;10(2):223-230.
75. Krisha N, Karthika D, Surva M. Analysis of Monosodium l-Glutamate in Food Products by HighPerformance Thin Layer Chromatography. J. Young Pharm. 2010:2(3):297-300. https://doi.org/10.4103/0975-1483.66795.
76. Wollenberger U, Frieder W. A specific enzyme electrode for l-glutamate-development and application. Biosensors. 1989;4(6):381-391. https://doi.org/10.1016/0265-928X(89)80004-5.
77. Belʹtûkova SV, Malinka EV. Opredelenie glutamata natriâ metodom tonkoslojnoj hromatografii s lûminescentnym detektirovaniem. Vìsnik ONU. Hìmìâ. 2016;21(57):50-58. https://doi.org/10.18524/2304-0947.2016.1(57).67511.