DEVELOPMENT OF COLORIMETRIC AND ELECTROCHEMICAL METHODS FOR THE DETERMINATION OF HISTAMINE

Abstract

Rapid and simple determination of histamine is a key requirement for freshness evaluation of fish. In this work, we developed two effective methods for histamine detection. First, we demonstrated a new paper-based colorimetric device for screening of histamine using label-free silver nanoparticles (AgNPs). The measurement is based on the oxidation of silver nanoparticles (AgNPs), which induces the etching of AgNPs and leads to the changing of color. In the presence of histamine in 0.1 M phosphate buffer solution (PBS) pH 5, the color of the AgNPs was rapidly changed from pink to orange-yellow that can be visualized in 1 min. The semi-quantitative read-out by naked-eye over a broad histamine concentration range (20-100 ppm) can be obtained using standard color chart. However, the proposed colorimetric sensor showed low selectivity because of the interference from other biogenic amines. To solve this major problem, we kept developing a novel electrochemical method for selectively quantitative analysis of histamine using modifier-free screen-printed graphene electrodes (SPGEs). In alkaline media (0.2 M NaOH), histamine detection obtained from SPGE showed a well-defined oxidation peak of histamine at +0.55 V (vs. Ag/AgCl) without any enzyme immobilization. Under the optimized conditions, the developed method can be performed with excellent selectivity, sensitivity (the limit of detection of 0.62 ppm) and wide linear range (5-100 ppm). Moreover, the proposed electrochemical method was successfully applied to detect histamine in canned fish samples with recovery values ranging from 90.72 to 101.21% and the results obtained were agreed with the standard HPLC-FLU. Therefore, the proposed methods could be alternative choices for fast screening and for the determination of histamine depending on the purpose of user. These new findings are expected to apply for practical test in the food industry in the future.

การตรวจวัดปริมาณฮีสตามีนที่ให้ผลการวิเคราะห์รวดเร็วและใช้งานง่ายเป็นหัวใจสำคัญ สำหรับการประเมินคุณภาพความสดของปลา ในงานวิจัยนี้ได้พัฒนาวิธีการวิเคราะห์ที่มีประสิทธิภาพ 2 วิธี เพื่อการตรวจวัดฮีสตามีน วิธีแรกได้นำเสนอตัวตรวจวัดเชิงสีบนฐานกระดาษแบบใหม่ โดยใช้อนุภาคขนาดนาโนเมตร เพื่อการตรวจวัดปริมาณฮีสตามีนในขั้นต้น โดยในการตรวจวัดนี้อาศัยหลักการของการออกซิเดชันอนุภาคเงินขนาดนาโนเมตร ส่งผลให้อนุภาคเงินขนาดนาโนเมตรมีขนาดเล็กลงและเกิดการเปลี่ยนแปลงสี เมื่อฮีสตามีนอยู่ในสารละลายฟอสเฟตบัฟเฟอร์ความเข้มข้น 0.1 โมลาร์ (พีเอช 5.0) จะเกิดการเปลี่ยนแปลงสีของอนุภาคเงินขนาดนาโนเมตรจากสีชมพูเป็นสีส้มหรือสีเหลืองอย่างรวดเร็ว โดยสังเกตผลได้ด้วยตาในเวลา 1 นาที ซึ่งสามารถตรวจวัดปริมาณฮีสตามีนในช่วงความเข้มข้น 20 ถึง 100 ppm แต่อย่างไรก็ตามตัวตรวจวัดเชิงสีที่นำเสนอเป็นวิธีที่มีความจำเพาะต่อการวิเคราะห์ต่ำ เนื่องจากการรบกวนของสารไบโอเจนิกเอมีนชนิดอื่น เพื่อเป็นการแก้ไขปัญหาหลักนี้ ผู้วิจัยจึงได้พัฒนาตัวตรวจวัดเชิงเคมีไฟฟ้าแบบใหม่สำหรับหาปริมาณที่แน่นอนของฮีสตามีน โดยใช้ขั้วไฟฟ้ากราฟีนแบบพิมพ์สกรีนซึ่งไม่มีการดัดแปรผิวหน้าของขั้วไฟฟ้าใช้งาน ภายใต้สภาวะเบส (สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้น 0.2 โมลาร์) การตรวจวัดฮีสตามีนบนขั้วไฟฟ้าดังกล่าวแสดงสัญญาณออกซิเดชันที่ชัดเจนบริเวณศักย์ไฟฟ้า +0.55 V เทียบกับ Ag/AgCl โดยปราศจากการตรึงเอนไซม์ที่ผิวหน้าขั้วไฟฟ้าใช้งาน วิธีเชิงเคมีไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นเป็นวิธีที่มีความจำเพาะในการวิเคราะห์สูง และมีความไวสูง (ขีดจำกัดในการตรวจวัดเท่ากับ 0.62 ppm) อีกทั้งสามารถวิเคราะห์หาปริมาณฮีสตามีนในช่วงความเข้มข้น 5 ถึง 100 ppm ยิ่งไปกว่านั้นวิธีเชิงเคมีไฟฟ้าดังที่นำเสนอได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้สำหรับการหาปริมาณฮีสตามีนในตัวอย่างปลากระป๋องได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยพบค่าร้อยละการคืนกลับในช่วง 90.72 ถึง 101.21 ดังนั้นวิธีการที่นำเสนอทั้งสองวิธีนับว่าเป็นทางเลือกใหม่ที่น่าสนใจสำหรับการหาปริมาณฮีสตามีน ซึ่งคาดว่าสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้จริงในเชิงอุตสาหกรรมอาหาร