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문제 정의
- 본 연구에서는 근적외선 분광광도계를 이용한 우유 체세포 수 즉 정의 정확도를 높이기 위해 eosin-Y, methyl red, methylen blue, resazurin 및 amido black 10B 등의 5가지 색소를 첨가한 원유의 근적외선 스펙트럼을 측정하여 원유 체세포수 즉정을 위한 최적 조건을 설정하는데 목적이있다.
제안 방법
- 측정을 완료했다. Fig. 1과 같이 원유 시료에 사용되는 색소를 원유에 첨가하여 5분간 반응 후(Kim et al., 2006) 가시광선/근적외선 영역의 고성능 분광광도계(NIRS 6500, Foss, USA>를 이용하여 400-2, 500 nm 영역에서 2nm 간격으로 반사 스펙트럼을 측정하였다.
- 모델을 검증하였다. 교정부 모델오버슈트 되는되는 것을 방지하기 위해 교차검증(cross validation)을 수행하여개발하였다. 또한factor에 변화에 따른 교정부 오차(SEC, standard error of calibration)의 변화를 관찰하여 최소 개수의 factor를 선정하는 방법으로 상관도(R2)를 계산하였다.
- 분석에 사용된 전처리 및 분석은 Unscrambler(Camo, Norway)를 이용하였다. 또한, 시료의 예측값을 줄이기 위하여 체세포수에 상용로그(Log)를 취한 것을 예측값으로 하여 모델을 개발하였다(Kim et al., 2006).
- 교정부 모델오버슈트 되는되는 것을 방지하기 위해 교차검증(cross validation)을 수행하여개발하였다. 또한factor에 변화에 따른 교정부 오차(SEC, standard error of calibration)의 변화를 관찰하여 최소 개수의 factor를 선정하는 방법으로 상관도(R2)를 계산하였다.
- 보존제 처리된 원유 시료는 40℃로 유지한 후(Tsentkova et al., 2001) eosin-Y(C20H6Br4Na2O5, Junsei Co.), methyl red(C15H15N3O2, Sigma Co.), methylen blue(C6H18N3ClS . 4H2O, Syakuri Co.), resazurin(C12H6NO4Na, Sigma Co.) 및 amido black 10B(C22H14N6Na2O9, Hayashi Co.) 등의 5 가지 색소를 The Merck Index(1983)에 따라 0.1% 용액을 제조하여 원 유에 0.01% 각각 첨가하였다.
- 본 연구에서는 근적외선 분광광도계를 이용하여 원유의체세포수 측정에 필요한 최적의 색소를 선정하기 위하여 eosin-Y, methyl red, methylen blue, resazurin 및 amido black 10B 등의 5가지 색소를 0.01% 첨가 후 근적외선 분광광도계를 이용하여 400-2, 500 nm 영역에서 측청하였으며, PLS(partial least squar)분석 결과는 다음과 같다. 교정부 모델에서의 상관도는 raw milk 0.
- 서울우유에서 사용 중인 체세포 수 검사장비인 Combifoss(Foss, FT-6000, Denmark)를 이용하여 단백질, 지방, 유당 함량 정량 및 체세포 수를 측정하였다.
- 시료를 균등하게 분포하도록 수집하였다. 시료의 미생물의 번식을 억제하기 위한 보존제 (Broad Spectrum Micro tabsH, D&F Co.)를 원유 40 mL당 1정을 첨가 하였다 (Choi et al., 2006).
대상 데이터
- 본 실험에서 수집된 198개의 원유 시료 중 100개의 원료시료는 고정 모델 개발에 사용되었고, 98개의 원유시료는검증모델 개발에 사용되었으며, 그 조성 및 체세포수의 평균, 최소, 최대, 표준편차 값은 Table 1과 같다. 교정부 모델과 검증 부 모델에 사용된 시료 성분의 평균값은 유사한범위를 보이고 있다.
- PLS)를 이용하여 분석하였다. 분석에 사용된 전처리 및 분석은 Unscrambler(Camo, Norway)를 이용하였다. 또한, 시료의 예측값을 줄이기 위하여 체세포수에 상용로그(Log)를 취한 것을 예측값으로 하여 모델을 개발하였다(Kim et al.
- 체세포 수 검사용 원유 시료는 2006년 12월-2007년 2월중 경기지방에서 집유 된 원유를 사용했으며, 체세포 수 등급별 시료를 균등하게 분포하도록 수집하였다. 시료의 미생물의 번식을 억제하기 위한 보존제 (Broad Spectrum Micro tabsH, D&F Co.
- 측정된 198개의 스펙트럼 중 50%를 검량식 작성에 사용하였으며, 나머지 50%의 데이터를 이용하여 검량식의예측 모델을 검증하였다. 교정부 모델오버슈트 되는되는 것을 방지하기 위해 교차검증(cross validation)을 수행하여개발하였다.
데이터처리
- 각각의 첨가색소에 대한 예측 모델을 개발한 전처리 과정으로 스펙트럼과 분할 간격 및 평활화 간격을 변화시킨미분 스펙트럼을 사용하였고, 부분최소자승(partial least square, PLS)를 이용하여 분석하였다. 분석에 사용된 전처리 및 분석은 Unscrambler(Camo, Norway)를 이용하였다.
성능/효과
- 5) 시약을 첨가하지 않은 원유의 검증 결과보다 매우 낮은 상관도를 나타냈다. methylen blue는 400-2, 100 nm 영역에서 상관도가 0.47, 오차가 0.37로 다소 낮은 상관도 을 나타냈고 (Fig. 6), 반면, resazurine 400-2, 100 nm 영역에서 상관도가 0.95, 오차가 0.13으로 좋은 상관도를 나타내고 있으며 (Fig. 7), amido black 10B를 첨가하여 모델 검증 결과 전체영역에서 상관도는 0.98, 오차는 0.09로 가장 높은 상관도를 보여 매우 좋은 검증력을 보여주고 있다. (Fig.
- 가시광선/근적외선 영역의 스펙트럼은 Fig. 2와 같이 400-600 nm의 가시광선 영역과 1, 400-1, 600 nm, 1, 900-2, 100 nm의 근적외선 영역에서 차이를 보이며, 특히 400-900 nm 가시광선 영역에서의 흡광도의 차이가 큰데, raw milk와 methyl red 첨가원유는 그 값이 가장 낮았고 eosin-Y, amido black 10B, resazurin을 첨가된 원유 순으로 흡광도가 높아지며, methylen blue가 첨가된 원유의 흡광도가 가장 높게나타났다.
- 모델 결과는 Table 3과 같다. 각 처리 영역별 높은상관도는 400-600 nm 영역의 원유(raw milk)에서 상관도가(R2) 0.78, 교정부 오차(SEC)가 0.27로 나타났고, eosin-Y는 400-600 nm 영역에서 상관도가 0.65, 오차가 0.41 로나타났으며, methyl red는 400-2, 100 nm 영역에서 상관도가 0.63, 오차가 0.31이며, methylene blue는 400-2, 100 nm 영역에서 상관도가 0.65, 오차가 0.30이로 raw milk보다도낮은 상관도를 나타내고 있다. Resazurine 400- 2, 100 nm 영역에서 상관도가 0.
- 4과 같다. 각 처리 영역별로 상관도가 높은 결과를비교해 보면 원유(raw milk)는 400-600 nm의 영역에서의상관도(R2)가 0.49, 검증 부 오차(SEP)가 0.42이며(Fig. 3), eosin-Y는 400-600 nm 영역에서 상관도는 0.21 오차가 0.45로 나타났고(Fig. 4), methyl red는 400-2, 100 nm 영역에서 상관도가 0.36, 오차는 0.39로(Fig. 5) 시약을 첨가하지 않은 원유의 검증 결과보다 매우 낮은 상관도를 나타냈다. methylen blue는 400-2, 100 nm 영역에서 상관도가 0.
- 99였다. 또한, 검증 부 모델에서의 상관도는 raw milk 0.49, eosin-Y 0.21, methyl red 0.36, methylen blue 0.47, resazurin 0.95 그리고 amido black 10B는 0.98였다. 위 결과를 종합해보면, amido black 10B를 첨가한 경우 검증 부 모델의 상관도는 0.
- 77로 Table 1의 값과 비교해 본 실험에서 사용된 샘플보다 우수한 반복성을 보이는 샘플을 사용해 상관도가 높게 나온다고 판단된다. 본 실험에서는 근적외선 분광광도계를 이용하여 amido black 10B 색소를첨가한 원유체 체세포수 Fossmatic법으로 측정한 체세포수와의 검량식 검증 결과 상관도(R2)가 0.98이며, 검증부오차(SEP)가 0.09로 매우 좋은 결과를 나타내 효과적인 체세포 수 측정을 위한 첨가색소로 평가되었다.
- 98였다. 위 결과를 종합해보면, amido black 10B를 첨가한 경우 검증 부 모델의 상관도는 0.98, 검증부오차(SEP)는 0.09로 가장 우수한 결과를 보였다.
후속연구
- 본 실험결과를 응용하여 Amido black 10B를 우유에첨가해 근적외선 분광광도계로 측정하면 효율적인 우유체세포수 측정이 가능할 것으로 판단된다.
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