Use of sensors/biosensors for detection of food safety parameters in wine

Abstract

The implementation of food safety assurance systems in wineries involves ensuring that the wines produced do not pose a risk to consumer health and are therefore free from harmful substances, such as those that may be incorporated during the production process (pesticides, additives, etc.), allergens or mycotoxins. In this respect, the oiv’s hazard analysis and critical control point (haccp) guide identifies the food safety parameters that must be considered as significant risks and, therefore, monitored or verified during wine production. Official analysis techniques for these compounds are in most cases costly and time-consuming. Therefore, having selective, sensitive, portable and easy-to-use sensor/biosensor devices that provide reliable results in a short time would be very useful for the control and monitoring in situ and in real time of substances harmful to health (pesticides, additives, mycotoxins, etc.) In the wine industry.  Therefore, the design and manufacture of new sensors/biosensors is emerging as an effective solution to carry out, in situ and quickly, the analysis of compounds of interest for quality control and safety assurance in wineries. Objective this work has two objectives: i) to identify the analytical parameters of interest to ensure food safety in wineries. Ii) to assess the feasibility of using sensors/biosensors to carry out analyses in the winery, either during the monitoring of critical control points or during the verification of the effectiveness of the implementation of the haccp system. Material and methods a study was carried out to identify the types of sensors/biosensors that can be used in wineries during the winemaking process to analyse the presence of substances of interest in ensuring the safety of wine. Results according to the published guides of good hygiene practices and the haccp guide of the oiv, the presence of the following compounds related to wine safety is recommended in the monitoring of the critical control points (ccps): presence of cyanide derivatives, polycyclic aromatic hydrocarbons (pahs), so2, and allergens related to clarification and stabilisation (egg proteins, milk and wheat). For the verification of the correct implementation of the haccp plan, the analysis of the following parameters is recommended: ochratoxin a, pesticide residues, heavy metals, residues of cleaning products, bisphenol a and derivatives, ethylene glycol and diethylene glycol, ethyl carbamate, biogenic amines, phthalates and nonylphenolic compounds, dioxins, furans and polychlorinated biphenyls. Following a literature review, it has been found that different types of biosensors are available for the analysis of most of these compounds, among them: – ochratoxin a: enzymatic biosensors, biosensors based on the immobilisation of polyclonal antibodies on graphene surfaces.  – allergens (egg proteins, milk, etc.): biosensors based on the immobilisation of polyclonal antibodies on different types of substrates. – sulphites: sensors with optical and electrochemical transduction.  – biogenic amines: enzymatic biosensors.  – bisphenol a: optical sensors. However, biosensors for the rapid determination of dioxins and furans are still under development. Conclusions the determination of compounds of interest in food safety during winemaking is facilitated by the use of sensors/biosensors due to their ease of use, speed and relatively low cost. For most parameters, different types of sensors/biosensors have been developed that allow us to choose the most appropriate one.

Utilisation de capteurs/biosenseurs pour la détection des paramètres de sécurité alimentaire dans le vin

Introduction la mise en œuvre de systèmes d’assurance de la sécurité alimentaire dans les caves implique de veiller à ce que les vins produits ne présentent pas de risque pour la santé des consommateurs et soient donc exempts de substances nocives, telles que celles qui peuvent être incorporées au cours du processus d’élaboration (pesticides, additifs, etc.), d’allergènes ou de mycotoxines. A cet égard, le guide haccp (hazard analysis and critical control point) de l’oiv identifie les paramètres de sécurité alimentaire qui doivent être considérés comme des risques significatifs et, par conséquent, surveillés ou vérifiés lors de l’élaboration du vin. Les techniques d’analyse officielles pour ces composés sont dans la plupart des cas coûteuses et prennent du temps. Par conséquent, il serait très utile de disposer de capteurs/biocapteurs sélectifs, sensibles, portables et faciles à utiliser qui fournissent des résultats fiables en peu de temps pour le contrôle et la surveillance in situ et en temps réel des substances nocives pour la santé (pesticides, additifs, mycotoxines, etc.) Dans l’industrie vitivinicole.  Par conséquent, la conception et la fabrication de nouveaux capteurs/biocapteurs robustes apparaissent comme une solution efficace pour réaliser, in situ et rapidement, l’analyse de composés d’intérêt pour le contrôle de la qualité et l’assurance de la sécurité dans les établissements vinicoles. Objectif ce travail a deux objectifs : i) identifier les paramètres analytiques d’intérêt pour assurer la sécurité alimentaire dans les caves. Ii) évaluer la faisabilité de l’utilisation de capteurs/biocapteurs pour effectuer des analyses dans la cave, soit lors de la surveillance des points de contrôle critiques, soit lors de la vérification de l’efficacité de la mise en œuvre du système haccp. Matériel et méthodes une étude a été réalisée pour identifier les types de capteurs/biocapteurs qui peuvent être utilisés dans les caves pendant le processus de vinification pour analyser la présence de substances intéressantes pour garantir la sécurité du vin. Résultats selon les guides publiés de bonnes pratiques d’hygiène et le guide haccp de l’oiv, la présence des composés suivants liés à la sécurité du vin est recommandée dans la surveillance des points de contrôle critiques (ccp) : présence de dérivés du cyanure, d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (hap), de so2 et d’allergènes liés à la clarification et à la stabilisation (protéines d’œuf, de lait et de blé). D’autre part, pour vérifier la mise en œuvre correcte du plan haccp, l’analyse des paramètres suivants est recommandée : ochratoxine a, résidus de pesticides, métaux lourds, résidus de produits de nettoyage, bisphénol a et dérivés, éthylène glycol et diéthylène glycol, carbamate d’éthyle, amines biogènes, phtalates et composés nonylphénoliques, dioxines, furannes et biphényles polychlorés. Une revue de la littérature a montré que différents types de biocapteurs sont disponibles pour l’analyse de la plupart de ces composés, par exemple : – ochratoxine a: biocapteurs enzymatiques, biocapteurs basés sur l’immobilisation d’anticorps polyclonaux sur des surfaces de graphène.  – allergènes (protéines d’œuf, lait, etc.) : biocapteurs basés sur l’immobilisation d’anticorps polyclonaux sur différents types de substrats. – sulfites : capteurs à transduction optique et électrochimique.  – amines biogènes : biocapteurs enzymatiques.  – bisphénol a : capteurs optiques. Toutefois, les biocapteurs pour la détermination rapide des dioxines et des furannes sont encore en cours de développement. Conclusions la détermination des composés de intérêt pour la sécurité alimentaire au cours de la vinification est facilitée par l’utilisation de capteurs/biocapteurs en raison de leur facilité d’utilisation, et de leur coût relativement faible. Pour la plupart des paramètres, différents types de capteurs/biocapteurs ont été développés pour nous permettre de choisir celui qui convient le mieux.

Utilización de sensores/biosensores para detección de parámetros de seguridad alimentaria en vino

Introducción la implantación de sistemas de garantía de inocuidad alimentaria en las bodegas implica asegurar que los vinos elaborados no suponen un riesgo para la salud del consumidor y, por tanto, están libres de sustancias perjudiciales, como las que se puedan incorporar durante el proceso de producción (plaguicidas, aditivos, etc.), alérgenos o micotoxinas. A este respecto, la guía para el análisis de peligros y puntos de control crítico (appcc) de la oiv identifica los parámetros de seguridad alimentaria que deben ser considerados como riesgos significativos y, por tanto, vigilados o verificados durante la fabricación del vino. Las técnicas oficiales de análisis de estos compuestos son, en la mayoría de los casos costosas y lentas. Por lo que contar con dispositivos sensores/ biosensores selectivos, sensibles, portátiles y de sencillo manejo, que aporten resultados fiables en un tiempo corto, resultarían de gran utilidad para el control y monitorización in situ y a tiempo real de sustancias perjudiciales para la salud (plaguicidas, aditivos, micotoxinas, etc.) En las industrias vitivinícolas.  Por ello, el diseño y fabricación de nuevos sensores/biosensores se perfila como una solución eficaz para llevar a cabo, in situ y de manera rápida, el análisis de los compuestos de interés para el control de calidad y el aseguramiento de la inocuidad en las bodegas. Objetivo este trabajo persigue dos objetivos: i) identificar los parámetros analíticos de interés para garantizar la seguridad alimentaria en las bodegas. Ii) valorar la viabilidad del uso de sensores/biosensores para llevar a cabo los análisis en bodega, bien durante la vigilancia de los puntos de control crítico o durante la verificación de la eficacia de la implantación del sistema appcc. Material y métodos se ha realizado un estudio para identificar los tipos de sensores/biosensores que puedan ser utilizados en las bodegas, durante el proceso de elaboración del vino, que permitan analizar la presencia de sustancias de interés en la garantía de la inocuidad del vino. Resultados según las guías de prácticas correctas de higiene publicadas y la guía appcc de la oiv se recomienda en la vigilancia de los puntos de control crítico (pccs) la presencia de los siguientes compuestos relacionados con la inocuidad del vino: presencia de derivados del cianuro, hidrocarburos aromáticos policíclicos (haps), so2, y alérgenos relacionados con la clarificación y estabilización (proteínas de huevo, la leche y el trigo). Para la verificación de la correcta implantación del plan appcc se recomienda el análisis de los siguientes parámetros: ocratoxina a, residuos de plaguicidas, metales pesados, residuos de productos de limpieza, bisfenol a y derivados, etilenglicol y dietilenglicol, carbamato de etilo, aminas biógenas, ftalatos y compuestos nonilfenólicos, dioxinas, furanos y bifenilos policlorados. Tras realizar una revisión bibliográfica, se ha comprobado que existen diferentes tipos de biosensores para llevar a cabo el análisis de gran parte de esos compuestos, entre ellos: – ocratoxina a: biosensores enzimáticos, biosensores basados en la inmovilización de anticuerpos policlonales en superficies de grafeno.  – alérgenos (proteínas de huevo, leche, etc.): biosensores basados en la inmovilización de anticuerpos policlonales en diferentes tipos de sustratos. – sulfitos: sensores con transducción óptica y electroquímica.  – aminas biógenas: biosensores enzimáticos.  – bisfenol a: sensores ópticos. Sin embargo, los biosensores para determinar de manera rápida dioxinas y furanos aún se encuentran en fase de desarrollo. Conclusiones la determinación de los compuestos de interés en seguridad alimentaria durante la elaboración del vino se ve facilitada con el uso de sensores/biosensores por su sencillez de uso, rapidez y coste relativamente bajo. Para la mayoría de los parámetros se han desarrollado diferentes tipos de sensores/biosensores que nos permiten elegir el más adecuado.