Nitrit ve nitrat tayinine yönelik polimer membran temelli tek elektrotlu biyosensör sisteminin hazırlanması ve uygulamaları
Preparation of polymer membrane based single electrod biosensor system and application for determination of nitrite and nitrate
Yazar: ALİ ERDOĞAN
Danışman: PROF. DR. İSMET YILMAZ
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya = Chemistry

Özet:
İnsan sağlığı üzerine, olumsuz etkilerinden dolayı nitrit ve nitrat, belirli dozların üzerinde gıdalarda bulunması istenmeyen maddelerdir. Bu maddelerin toksik olmalarının nedeni methemohlobinemi'e yol açmaları ve insan vücudunda bulunan sekonder aminlerle tepkimeye girerek kanserojen olan nitrozaminleri oluşturmasıdır. Başta clostridium botulinum cinsine ait patojen bakteriler olmak üzere diğer bazı patojenlerin gelişimini engellemek ve ürüne özgü kür lezzetini oluşturmak üzere nitrit ve nitrat et ürünlerine yasaların izin verdiği oranda katılmaktadır. Sulardaki nitrit ve nitrat ise su kalitesinin indikatörleridir. Gıdalardaki nitrat ve nitrit seviyesinin artması halk sağlığı açısından önemli bir problem oluşturmaktadır. Bu nedenle bu bileşiklerin gıdalardaki derişimlerinin izlenmesi gerekmektedir.
Bu tez kapsamında, farklı karbonhidratları içeren poliüretan polimerler kullanılarak, nitrat redüktaz enzimi immobilizasyonu ile hazırlanan biyosensörlerle nitrit ve nitrat tayini gerçekleştirilmiştir. Platin elektrot yüzeyine hazırlanan bu biyosensörler ile nitritin        +0,87 V'da Diferansiyel Puls Voltametrisi (DPV) tekniği ile izlenmesi temel alınmıştır. Enzim temelli biyosensörlerin optimizasyon çalışmaları doğrultusunda nitrat tayini için yanıt süresi 2 dakika, enzim miktarı 0,5 U, koenzim miktarı (NADPH) 0,25 mM ve optimum sıcaklık 25 oC olarak belirlenmiştir. Ayrıca en iyi biyosensör yanıtları 100 mM, pH 7,5 fosfat tamponu ile alınmıştır. Nitrit için en geniş doğrusal tayin aralığı, PU-Maltoz-%1 polimeri ile hazırlanan biyosensörle ve 0,25 mM - 125 mM derişim aralığında elde edilmiştir. Nitrat için en geniş doğrusal tayin aralığı beş biyosensörde de 1 mM - 10 mM olarak bulunmuştur. Optimizasyon çalışmalarından sonra biyosensörlerin karakterizasyonuna geçilmiş ve bu amaç doğrultusunda tekrarlanabilirlik, girişim etkileri, operasyonel kararlılık ve depo kararlılığı incelenmiştir. Ayrıca bu biyosensörler ile optimize edilen koşullarda salam, sosis, sucuk ve atık su örneklerinde nitrit ve nitrat miktar tayini yapılmış ve gerçek değerlerle karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Nitrates and nitrites are undesired food additives because of their adverse effects on human health. Toxicity of these food additives arises from the formation of carcinogenic nitrosamines between nitrite and secondary amines present in human body. Furthermore, consumption of nitrates and nitrites in foods may cause methaemoglobinaemia. Nitrites and nitrates are added to meat products to inhibit the growth of  Clostridium botulinum and to enhance unique flavor of cured meat products. However, food laws strictly restrict the amount of nitrite and nitrate added to foods. Nitrite and nitrate concentrations in water supplies are good indicators for water quality. Increase in the nitrate and nitrite concentrations of foods causes a significant concern for public health. Therefore, nitrate and nitrite contents of foods must be monitored periodically.

In this thesis, which prepared by immobilization of nitrate reductase enzyme with polyurethane polymers they contains different carbohydrates have been developed for determination nitrite and nitrate with a single electrode. Nitrite was monitored at +0,87 V Differential Pulse Voltammetry (DPV) technique with these biosensors prepared on platin electrode surface. In line with the studies on optimization of enzyme based biosensors for nitrate determination the response time 2 minutes, enzyme amount 0,5 U, coenzyme amount (NADPH) 0,25 mM and optimum temperature were determined as 25 oC. Additionally,  the best biosensor responses were obtained with 100 mM, pH 7,5 phosfate buffer. The largest linear range for nitrite was attained with the biosensor prepared with PU-Maltoz-%1 polymer at 0,25 mM - 125 mM concentration interval. The largest linear range for nitrate was found as 1 mM - 10 mM in five biosensors. After the optimization studies, the characterization studies of the biosensors were done. For this purpose, repeatability, intereference effect, operational stability and storage stability were examined. In addition, on the optimized conditions with these biosensors, amounts of nitrit and nitrate were determined on salami, sausage, and waste water samples.