Diseño y aplicación de (bio)sensores amperométricos para ácido ascórbico y polifenoles

Abstract

Los (bio)sensores electroquímicos son dispositivos capaces de medir componentes de interés en la industria alimentaria, proporcionando una serie de ventajas (alta estabilidad, bajo ruido, bajo límite de detección, reproducibilidad, menor volumen de muestra, corto tiempo de análisis, especificidad, versatilidad, etc.) frente a otras metodologías analíticas que hacen que este tipo de investigaciones resulten de interés prioritario. Por lo tanto, las propiedades fisicoquímicas de las plataformas de sensado son un aspecto de suma relevancia tanto del punto de vista teórico como su potencial aplicación. En el presente trabajo se presenta el diseño y desarrollo de (bio)electrodos que fueron aplicados en la detección de polifenoles y ácido ascórbico en muestras de alimentos. La tesis se presenta en las siguientes secciones: Parte I – Aspectos Teóricos (Capítulo 1): Se presenta la revisión bibliográfica sobre los sensores electroquímicos, y su aplicación para la detección de analitos de interés alimentario. Además, se expone la relevancia de los alimentos mínimamente procesados y su capacidad antioxidante. Y por último, se describen algunas características fisicoquímicas de los diferentes materiales nanoestructurados utilizados en esta tesis. Parte II - Resultados y Discusión (Capítulos 2-6): El capítulo 2 trata sobre el desarrollo, diseño y caracterización fisicoquímica de un biosensor para polifenoles utilizando materiales nanoestructurados como arcillas, nanopartículas de oro, polímeros biocompatibles y la enzima peroxidasa de rábano picante. La caracterización se llevó a cabo mediante técnicas electroquímicas, espectrofotométricas UV-Visible y espectroscopía FTIR. El capítulo 3 expone la aplicación del biosensor desarrollado en la detección de polifenoles en extractos de vegetales (zanahorias y berenjenas) sometidas a diferentes tipos de estrés abiótico (tipos de cortes y radiación UV-C). En el capítulo 4 se presenta la utilización de materiales nanoestructurados para el desarrollo y diseño de un sensor amperométrico para la detección de ácido ascórbico. Las matrices formadas por nanotubos de XVII carbono, nanopartículas de oro y polímeros biocompatibles fueron caracterizadas mediante técnicas electroquímicas y espectroscopía FTIR. El capítulo 5 trata sobre la aplicación del sensor nanoestructurado desarrollado en la detección de ácido ascórbico en extractos de berenjena sometidos a estrés abiótico (radiación UV-C). El capítulo 6 describe la combinación de estrategias para el diseño y desarrollo de un (bio)sensor utilizando pastas de grafito, materiales mesoporosos y la enzima glucosa oxidasa para la detección de otros analitos de interés, como la glucosa, en muestras de leche en polvo. Parte III – Conclusiones: El capítulo 7, muestra a modo de recapitulación de las conclusiones parciales, las conclusiones generales obtenidas a lo largo de este trabajo de tesis, resaltando los logros más destacables de este trabajo. Parte IV - Apéndices: El apéndice 1 muestra las diferentes técnicas experimentales utilizadas en la presente tesis. En el apéndice 2 se enumeran los diferentes trabajos científicos presentados dentro del marco de este trabajo

The (bio)electrochemical sensors are devices capable of measuring components of interest in the food industry, providing a series of advantages (high stability, low noise, low detection limit, reproducibility, lower sample volume, short analysis time, specificity, versatility, etc.) compared to other analytical methodologies that make this type of research a priority interest. Therefore, the physicochemical properties of the sensing platforms are an aspect of great relevance both from the theoretical point of view and its potential application. In the present work, we present the design and development of (bio) electrodes that were applied in the detection of polyphenols and ascorbic acid in food samples. The thesis is presented in the following sections: Part I - Theoretical Aspects (Chapter 1): The bibliographic review about the electrochemical sensors is presented, and its application for the alimentary interest analytes detection. In addition, the relevance of minimally processed foods and their antioxidant capacity is exposed. And finally, some physicochemical characteristics of the different nanostructured materials used in this thesis are described. Part II - Results and Discussion (Chapters 2-6): Chapter 2 deals with the development, design and physicochemical characterization of a biosensor for polyphenols using nanostructured materials such as clays, gold nanoparticles, biocompatible polymers and the enzyme horseradish peroxidase. The characterization was carried out by means of electrochemical, UV-Visible spectrophotometric and FTIR spectroscopy techniques. Chapter 3 exposes the application of the biosensor developed in the detection of polyphenols in vegetable extracts (carrots and aubergines) subjected to different types of abiotic stress (types of cuts and UV-C radiation). Chapter 4 presents the use of nanostructured materials for the development and design of an amperometric sensor for the detection of ascorbic acid. The matrices formed by carbon nanotubes, gold nanoparticles and biocompatible polymers were characterized by electrochemical techniques and FTIR spectroscopy. Chapter 5 deals the application of the nanostructured sensor developed XX in the detection of ascorbic acid in extracts of eggplant subjected to abiotic stress (UV-C radiation). Chapter 6 describes the combination of strategies for the design and development of a (bio) sensor using graphite pastes, mesoporous materials and the enzyme glucose oxidase for the detection of other analytes of interest, such as glucose, in samples of milk powder. Part III – Conclusion: Chapter 7 exposes as a recapitulation of the partial conclusions, the general conclusions obtained throughout this thesis work, highlighting the most outstanding achievements of this work. Part IV - Appendices: Appendix 1 shows the different experimental techniques used in this thesis. Appendix 2 lists the different scientific papers presented within the framework of this work.