Aggregated gallic acid-modified platinum nanoparticles as colorimetric sensor for tannic acid detection in beverages based on displacement phenomenon

A new colorimetric assay for the rapid detection of tannic acid in beverage samples based on displacement phenomenon of aggregated gallic acid-modified platinum nanoparticles is developed for the first time. PtNPs were functionalized with gallic acid, promoting the formation of the green-hued aggregated nanoparticles. While colorimetry offers a rapid method for identifying tannic acid, challenges remain in sensitivity and accuracy of detection on the PtNPs colorimetric probe, particularly in the presence of anthocyanin interferences. To address this, we developed a sample preparation method to degrade anthocyanin in beverages. Tannic acid was easily displaced onto the gallic acid-coated PtNPs surfaces, causing dispersion and resulting in a visible color change from green to orange−brown. Under the optimal conditions, the colorimetric sensor exhibited a linear response in the range of 1−2,000 µmol L−1 (R2 = 0.9991). The limit of detection (LOD) and the limit of quantification (LOQ) were found at 0.02 and 0.09 µmol L−1, respectively. The proposed sensor expressed superior selectivity over other interfering substances and demonstrated excellent precision with a relative standard deviation (RSD) of 1.00%−3.36%. More importantly, recoveries ranging from 95.0−104.7% were obtained, indicating the capability of proposed colorimetric sensor to detect tannic acid rapidly and accurately in real beverage samples.

กรดแทนนิก (Tannic acid) เป็นสารโพลีฟีนอลประเภทไฮโดรไลซิส (hydrolysable polyphenol) ที่พบได้ตามธรรมชาติในพืชหลากหลายชนิด รวมถึงเครื่องดื่มที่มาจากพืช เช่น ชา กาแฟ น้ำผลไม้ เบียร์ และไวน์แดง ปริมาณของกรดแทนนิกในเครื่องดื่มจากพืชแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับชนิดและส่วนประกอบของเครื่องดื่มนั้นๆ เครื่องดื่มที่มีปริมาณกรดแทนนิกสูงมักมีรสขมและฝาดเด่นชัด นอกจากนี้ อัตราส่วนของกรดแทนนิกต่อองค์ประกอบด้านรสชาติที่ไม่สมดุล อาจทำให้รสชาติของเครื่องดื่มขาดความกลมกลืน หากกรดแทนนิกมีปริมาณสูงเกินไปจนไปกลบองค์ประกอบอื่นๆ เช่น ความเป็นกรด ความหวาน หรือแอลกอฮอล์ อาจทำให้เกิดความรู้สึกไม่สอดคล้องกันของรสชาติและลดทอนประสบการณ์ในการบริโภคลง อีกทั้งการบริโภคกรดแทนนิกในปริมาณมากอาจส่งผลกระทบต่อระบบทางเดินอาหาร โดยทำให้เยื่อบุทางเดินอาหารเกิดการระคายเคือง ส่งผลให้เกิดอาการคลื่นไส้ อาเจียน และท้องเสีย นอกจากนี้ การได้รับกรดแทนนิกในปริมาณสูงยังสามารถยับยั้งการดูดซึมสารอาหารที่จำเป็น เช่น ธาตุเหล็ก สังกะสี และแคลเซียม โดยรบกวนกลไกการดูดซึมผ่านทางลำไส้ผ่านการขัดขวางการก่อตัวของสารประกอบที่ร่างกายสามารถดูดซึมได้ โดยงานวิจัยนี้ได้พัฒนาวัสดุนาโนพลาสโมนิก (plasmonic nanomaterial) โดยการสังเคราะห์ผ่านกระบวนการรีดักชันทางเคมีอย่างง่าย ซึ่งใช้กรดแกลลิก (gallic acid) จับกับพื้นผิวของอนุภาคแพลทินัมนาโน (PtNPs) อนุภาคนาโนแพลทินัมที่ถูกดัดแปรด้วยกรดแกลลิกนี้สามารถตอบสนองต่อกรดแทนนิกในตัวอย่างเครื่องดื่มจากพืชได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ โดยอาศัยปรากฏการณ์การแทนที่ (displacement phenomenon) ของอนุภาค PtNPs ที่จับตัวกันอยู่กับกรดแกลลิก ซึ่งเมื่อมีกรดแทนนิกเข้ามาแทนที่ อนุภาคแพลทินัมนาโนจะเกิดการกระจายตัว ส่งผลให้สีของสารละลายเปลี่ยนจากสีเขียวเป็นสีส้ม-น้ำตาล ทำให้สามารถตรวจวัดกรดแทนนิกในตัวอย่างเครื่องดื่มได้ด้วยตาเปล่า อีกทั้งเพื่อเพิ่มความแม่นยำของการวิเคราะห์ วิธีการเตรียมตัวอย่างถูกนำมาพัฒนาขึ้นเพื่อกำจัดการรบกวนการวิเคาะห์จากแอนโทไซยานิน (anthocyanin) ในตัวอย่างเครื่องดื่ม ซึ่งแอนโทไซยานินอาจส่งผลต่อการตอบสนองของระบบคัลเลอริเมตริก ขั้นตอนการเตรียมตัวอย่างนี้ใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H₂O₂) ร่วมกับการให้ความร้อนเพื่อฟอกสีแอนโทไซยานินในตัวอย่างเครื่องดื่ม โดยได้ทำการศึกษาจลนศาสตร์และค่าครึ่งชีวิตของกระบวนการย่อยสลายแอนโทไซยานินอย่างละเอียด พบว่าขั้นตอนเตรียมตัวอย่างนี้สามารถลดผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ของแอนโทไซยานินต่อการเปลี่ยนแปลงสีของระบบคัลเลอริเมตริกได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ งานวิจัยนี้ยังใช้วิธีวิเคราะห์ทางสถิติโดยอาศัยแบบจำลองทางสถิติคือ Response Surface Methodology (RSM) เพื่อออกแบบการทดลองและเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการเตรียมตัวอย่าง ทำให้สามารถวิเคราะห์ปริมาณกรดแทนนิกในเครื่องดื่มจากพืชได้อย่างแม่นยำและมีประสิทธิภาพสูงสุด