Morais, Simone BarreiraTeixeira, Ana Beatriz Matias2021-12-292022-11-122021http://hdl.handle.net/10400.22/19221During the previous decade, biosensors emerge as a very versatile methodology, in part because they allow the use of nanomaterials, functionalization with different compounds, and immobilization of enzymes, microorganisms, antibodies, and nucleic acid. Therefore, the main objective of this master thesis was to advance in food security comprehension through the development of an optical biosensor and to evaluate the metabolic pathways of biogenic amines in food products. The strategy used was based on a new and highly sensitive methodology that included the development of an optical biosensor specific for hydrogen peroxide detection. The sensing methodology behind the developed optical biosensor is based on the detection of a luminescence signal from the chemical reaction within a solid cellulose membrane with a round shape of 10 millimeters in diameter. The biosensor optimization was conducted on an experimental level (e.g., cellulose membrane chemical constituents’ optimization, enzymatic reaction parameters, range of H2O2 detection, time of chemiluminescence and enzymatic reaction, and physical aspects of the biosensor) until the final prototype was established. A linear response was attained for pure water from 0.0001% to 0.001 %w/w of H2O2, with a limit of detection of 2.0x10-5% w/w. A coefficient of determination, R2 , greater than 0.99 was achieved, with a relative standard deviation (RSD) not exceeding 10%. The optimized biosensor was successfully applied to milk samples adulterated with H2O2, where higher response levels were obtained for free fat milk. In the analyzed milk samples, the lowest concentration detected was 0.001%w/w for raw milk and 0.002% w/w for skim milk, semi-skimmed milk and whole milk. Concentrations of H2O2 of 0.001% w/w to 0.005% were detected and the method was calibrated for different types of milk, proving that limit of detection and linearity range of the proposed method are suitable for the analysis of milk samples in-situ, which can add value to the food fraud department. A preliminary study of BAs determination by GC-MS was carried out. This allowed the detection of four biogenic amines [histamine (HIS), putrescine (PUT), cadaverine (CAD) and tyramine (TYR)], which can be further applied to its determinations in real samples, for biosensor validation purposes. Since these compounds must be derivatized previously, the silanization method was the chosen method for amines derivatization. Finally, the physico-chemical characteristics and microbiological quality of chicken breast meat were evaluated. Samples stored over 12 days at 8ºC, had significant effects on the physico-chemical characteristics and microbiological quality of meat samples. Microbial counts increased instantaneously, increasing pH values and reducing the color parameters (lightness, yellowness, and redness), indicating breast chicken deterioration. From that study, it was concluded that the evolution of microbial content in chicken meat was coherent with both pH and color determinations, that are dependent on microorganisms grow. The information gathered during this work timeline was useful for the construction of the Food quality chart. This last can be used to renovate and upgrade the existing BAI index, once it gathers and dispose of the information on a new form. On the other hand, it is a practical and user-friendly tool that can be used in the industrial context.Na última década, os biossensores emergiram como uma metodologia muito versátil, em parte porque permitem o uso de nanomateriais, a funcionalização com diferentes compostos e a imobilização de enzimas, microrganismos, anticorpos e ácidos nucleicos. O principal objetivo desta dissertação de mestrado foi avançar na compreensão sobre o tema da segurança alimentar através do desenvolvimento de um biossensor ótico e avaliar a produção metabólica de aminas biogénicas em produtos alimentares. A estratégia utilizada foi baseada numa nova metodologia que incluiu o desenvolvimento de um biossensor ótico específico para a deteção de peróxido de hidrogénio. A metodologia de deteção por trás do desenvolvimento do biossensor ótico baseia-se na deteção de um sinal de quimiluminescência provocado por uma reação química que ocorre dentro de uma membrana de celulose sólida com uma forma redonda de 10 milímetros de diâmetro. O desenvolvimento do biossensor ótico consistiu na otimização de parâmetros experimentais (p.ex., constituintes químicos da membrana de celulose, reação enzimática, limite de deteção de H2O2, tempos da reação de quimiluminescência e enzimática e aspetos físicos) até a obtenção do protótipo final. Obteve-se uma resposta linear para a água pura de 0.0001% a 0.001% w/w de, com um limite de deteção de 2.0x10-5 % w/w H2O2. O coeficiente de determinação, R2 , superior a 0.99, com um desvio padrão relativo (RSD) menor que 10%. O biossensor otimizado foi aplicado com sucesso em amostras de leite adulteradas com H2O2, onde os níveis mais elevados de resposta foram obtidos para o leite magro. Nas amostras de leite analisadas, a menor concentração de H2O2 detetada foi de 0.001% w/w para o leite cru e 0.002% w/w para o leite magro, meio-gordo e gordo. Foram detetadas concentrações de H2O2 de 0.001% w/w a 0.005%, tendo este método sido calibrado para os diferentes tipos de leite, comprovando que tanto o limite de deteção como a faixa de linearidade do método proposto são adequados para a análise de amostras de leite in-situ, o que pode representar uma mais-valia ao departamento de controlo alimentar. Um estudo preliminar da determinação de BAs por GC-MS foi ainda realizado. Este permitiu a deteção de quatro aminas biogênicas [histamina (HIS), putrescina (PUT), cadaverina (CAD) e tiramina (TYR)], que podem ser posteriormente aplicadas na determinação de BAs em amostras reais, para fins de validação do biossensor proposto. Como estes compostos devem ser derivados previamente, o método de silanização foi o método escolhido para a derivatização das aminas. Por fim, foram avaliadas as características físicoquímicas, assim como a qualidade microbiológica da carne de peito de frango. As amostras armazenadas por mais de 12 dias a 8ºC, tiveram efeitos significativos nas características físicoquímicas e na qualidade microbiológica. As contagens microbianas aumentaram, aumentando igualmente os valores de pH e reduzindo os parâmetros de cor (luminosidade, amarelecimento e vermelhidão), indicando deterioração do peito de frango ao longo do tempo. A partir desse estudo, concluiu-se que a evolução do crescimento dos microorganismos na carne de frango foi coerente com as determinações de pH e cor, o que prova a sua dependência. Esta informação adicional foi ainda útil para a construção da tabela para determinação da qualidade dos alimentos. Esta última pode ser utilizada para renovar e atualizar o índice BAI existente, uma vez que reúne e dispõe as informações de uma forma inovativa. Por outro lado, é uma ferramenta prática e fácil de usar que pode ser usada em contexto industrial.engFood securityBiogenic aminesMilk adulterationShelf-lifeBiosensorsGas chromatography-mass spectrometrySegurança alimentarAminas biogénicasAdulteração do leitePrazo de validadeBiossensoresCromatografia gasosa acopolada à espectrometria de massasmaster thesis202795713