Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การพัฒนาอุปกรณ์ฐานกระดาษแบบวัดระยะทางและตัวรับรู้ทางเคมีไฟฟ้าสำหรับประเมินความปลอดภัยในอาหารและเครื่องสำอาง
Year (A.D.)
2020
Document Type
Thesis
First Advisor
Wanida Laiwattanapaisal
Second Advisor
Vanida Nopponpunth
Faculty/College
Graduate School (บัณฑิตวิทยาลัย)
Degree Name
Doctor of Philosophy
Degree Level
Doctoral Degree
Degree Discipline
Biomedical Sciences
DOI
10.58837/CHULA.THE.2020.1348
Abstract
This study aimed to integrate analytical techniques for supporting the safety assessment in food and cosmetics. The two analytical methods were proposed, including i) the development of the paper-based device for the screening detection of lead (Pb) in food matrices, ii) development of the disposable screen-printed electrode for the detection of non-permitted color in halal products. For the first approach, the assay principle was based on competitive binding between carminic acid (CA) and polyethyleneimine (PEI) to Pb in food samples. The reduction of the PEI-CA color distance is proportional to the concentration of Pb. To categorize food which higher or lower the cut-off of the Pb concentration (2 µg·mL−1), the standard addition technique combined with the concept of a drawing PAD was integrated using a series of standard addition (8.0, 9.0, and 10.0 µg·mL−1). The results obtained from the dPAD are in accordance with the concentration measured by the atomic absorption spectroscopy (AAS). The results from the second approach demonstrated that carminic acid and carmoisine were simultaneously assayed under the acidic condition (100 mM sodium citrate buffer, pH 3.0). The electrode was scanned with differential pulse voltammetry (DPV) from −1.5 V to +1.5 V, and by using a bare unmodified electrode, the detection limit was obtained at 33.68 µM. The method was obtained with acceptable precision with 2.78− 9.52 %CVs. We demonstrate the proof-of-concept for the detection of carminic acid in lipsticks. The recovery of > 80% was comparable to those obtained by ultra-high performance liquid chromatography (ultra-HPLC). The recovery study of carminic acid in the beverage and raw material (cosmetic grade) ranged from 101.9% − 123.6% and 93.2% − 109.0%, respectively. Furthermore, to improve the sensitivity of this technique sufficient to detect the CA fortified in actual food samples, the electrode surface was modified with AuNP/PEI composite. Interestingly, the sensitivity was dramatically 24-times improved comparing to the bare electrode. A linear range of 10 – 100 µM (R2 = 0.986) was achieved by using DPV and setting the potential at 0.297 V. In conclusion, an electrochemical method based on a screen-printed electrode modified with AuNP/PEI composite was a promising tool for sensitive detection of carminic acid for assisting the safety monitoring in halal products.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อผนวกการใช้วิธีวิเคราะห์ในการสนับสนุนการตรวจประเมินความปลอดภัยในอาหารและเครื่องสำอาง วิธีวิเคราะห์ 2 วิธี ได้ถูกนำเสนอในงานวิจัยนี้ ประกอบด้วย 1). การพัฒนาอุปกรณ์ฐานบนกระดาษสำหรับการตรวจตะกั่วในตัวอย่างอาหาร 2). การพัฒนาการตรวจวัดกรดคาร์มินิคในผลิตภัณฑ์ฮาลาลโดยใช้วิธีเคมีวิเคราะห์เชิงไฟฟ้าบนขั้วพิมพ์สกรีนชนิดใช้ครั้งเดียว (SPE) สำหรับวิธีการแรก อาศัยหลักการจับแบบแข่งขันระหว่างกรดคาร์มินิค (CA) และโพลีเอทิลินเอมีน (PEI) กับตะกั่วในตัวอย่างอาหาร โดยที่การลดลงของระยะทางของ PEI-CA บนกระดาษ เป็นสัดส่วนกับปริมาณตะกั่ว สามารถทดสอบการจำแนกอาหารที่มีตะกั่วมากกว่าหรือน้อยกว่า 2 µg·mL−1 ได้โดยอาศัยวิธีเติมสารมาตรฐานตะกั่ว (standard addition) ความเข้มข้น 8.0, 9.0, และ 10.0 µg·mL−1 ลงไปในตัวอย่างอาหารและทดสอบบน dPAD การอ่านผลใช้หลักการวาดเส้นเชื่อมต่อจากระยะทางที่เกิดสีบนกระดาษ (drawing PAD) ได้ผลสอดคล้องกับปริมาณตะกั่วที่วัดได้โดยวิธีมาตรฐาน Atomic Absorption spectroscopy (AAS) สำหรับผลการทดลองที่ได้จากวิธีการที่สอง ซึ่งเป็นการแสดงการตรวจวัดกรดคาร์มินิคและคาร์โมอีซีนแบบพร้อมกันได้ภายใต้สภาวะกรด (100 mM sodium citrate buffer, pH 3.0) โดยให้ความต่างศักย์แบบ differential pulse voltammetry (DPV) ในช่วงความต่างศักย์ −1.5 − +1.5 โวลต์ บนขั้วไฟฟ้าที่ไม่ได้ผ่านการปรับปรุงพื้นผิว (unmodified electrode) พบว่ามีขีดต่ำสุดของการวัดคือ 33.68 µM ความแม่นยำของวิธีวิเคราะห์แสดงโดยค่าการเบี่ยงเบนสัมพัทธ์ระหว่าง 2.78 − 9.52 เปอร์เซนต์ การทดสอบความใช้ได้ของวิธีวิเคราะห์ในตัวอย่างลิปสติก พบค่าเปอร์เซ็นต์การคืนกลับ (recovery) มากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ สอดคล้องกับปริมาณที่คำนวนได้จากวิธีเทคนิคโครมาโทกราฟแบบของเหลวสมรรถนะสูงยิ่งยวด (ultra-high performance liquid chromatography) ค่าเปอร์เซ็นต์การคืนกลับเมื่อทดสอบในตัวอย่างน้ำผลไม้และสารสีวัตถุดิบตั้งต้นเกรดเครื่องสำอาง พบว่าอยู่ในช่วง 101.9 − 123.6 เปอร์เซ็นต์ และ 93.2 − 109.0 เปอร์เซ็นต์ตามลำดับ นอกจากนี้เพื่อเพิ่มความไวของการวิเคราะห์ให้เพียงพอต่อปริมาณกรดคาร์มินิคในอาหาร จึงได้ปรับปรุงพื้นผิวของขั้วนำไฟฟ้าด้วยอนุภาคทองคำนาโนและโพลีเอทิลีนเอมีน (AuNP/PEI) พบว่าความไวของการวิเคราะห์เพิ่มขึ้น 24 เท่าเมื่อเทียบกับการวัดบนขั้วไฟฟ้าที่ไม่ได้ปรับปรุงพื้นผิว และมีช่วงความเป็นเส้นตรงระหว่าง 10– 100 ไมโครโมลาร์ (R2 = 0.986) เมื่อพิจารณาที่ความต่างศักย์ 0.297 โวลต์ กล่าวโดยสรุปวิธีวิเคราะห์เชิงไฟฟ้าเคมีบนขั้วพิมพ์สกรีนที่ปรับปรุงพื้นผิวด้วยอนุภาค AuNP/PEI เป็นวิธีการที่มีศักยภาพในการวิเคราะห์กรดคาร์มินิคเพื่อสนับสนุนกระบวนการตรวจประเมินความปลอดภัยในผลิตภัณฑ์ฮาลาล
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Katelakha, Kasinee, "Development of distance paper-based devices and electrochemical sensors for food and cosmetic safety assessment" (2020). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 4006.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/4006