초록 ▼

○ 연구결과
발효과정에서 생성되는 유기산 중에 유산과 유산균 수가 매우 상관관계가 높았으며 이로서 유산 측정을 통해 유산균의 정량화 가능성을 확인됨. 유산과 반응하는 효소를 선정하고 효소 반응의 저해역할을 하는 물질을 제2효소를 사용함으로서 저해제를 제거하는 반응을 이용하여 이들 효소와 필요한 물질들을 전극에 polyacrylamide gel를 이용하여 고정하여 센서를 개발함. 센서는 유산에 적극적으로 반응하였고 이로서 유산의 정량 및 유산균의 정량적 예측 가능성을 보임. 효소가 가지는 온도, pH와 같이 주변 환경에 민감한

○ 연구결과
발효과정에서 생성되는 유기산 중에 유산과 유산균 수가 매우 상관관계가 높았으며 이로서 유산 측정을 통해 유산균의 정량화 가능성을 확인됨. 유산과 반응하는 효소를 선정하고 효소 반응의 저해역할을 하는 물질을 제2효소를 사용함으로서 저해제를 제거하는 반응을 이용하여 이들 효소와 필요한 물질들을 전극에 polyacrylamide gel를 이용하여 고정하여 센서를 개발함. 센서는 유산에 적극적으로 반응하였고 이로서 유산의 정량 및 유산균의 정량적 예측 가능성을 보임. 효소가 가지는 온도, pH와 같이 주변 환경에 민감한 조건들로 인하여 센서의 수명은 정확히 예측하기 쉽지 않지만 온화한 조건에서 효소의 활성을 유지시켜줄 수 있다면 좋은 성능의 센서로서 활용 가능.

Abstract ▼

While economy construction changed by history, human dietary life have changed from quantity to quality and further as functional diet. Yogurt could be the best case of food product which has healthy function and being widely consuming. Yogurt has called longevity food because of lactic acid bacteri

While economy construction changed by history, human dietary life have changed from quantity to quality and further as functional diet. Yogurt could be the best case of food product which has healthy function and being widely consuming. Yogurt has called longevity food because of lactic acid bacteria. Lactic acid bacteria help bowel to digest ingesta easily, and forms an environment which harmful microorganism can not survive easily. It prevent getting disease such as diarrhea, constipation and so on.
There are microbiological ways to measure lactic acid bacteria such as total bacteria counting method, methylene blue reduction test and so on. But those need pre-treatment and take long time to get the results. Other ways using chromatography to measure organic acids produced by lactic acid bacteria, impedance measuring method, optical method are expensive ways and also need pre-treatment.
This study was to solve those problem with using biosensor technique by immobilizing enzyme on electrode. During lactic acid bacteria fermentation, sample was taken to find tendency of colony number change by total bacterial counting method. And also concentration change of organic acids while fermentation was measured with ion chromatography. Analysis of enzyme reaction on L-lactate was peformed with L-LDH(L-lactate dehydrogenase), $NAD^{+}$ (nicotinamide adenine dinucleotide). To complement enzyme reverse reaction of LDH, GPT (glutamic-pyruvic transaminase) and L-glutamic acid were supplied. Those enzymes were immobilized on poly-acrylamide gel on tip of voltage electrode.
The relation between colony number of lactic acid bacteria and L-lactate concentration had correlation as $R^2=0.984$, and y=108.82x-87.437. By this equation, lactic acid bacteria number could be examined by L-lactate concentration.
By using only LDH and NAD was unable to measure L-lactate concentration. Otherwise, reaction with GPT and L-glutamate, every concentration of L-lactate was able to measure in 1minute.
Electrode was made by immobilizing enzyme in poly-acrylamide gel on electrode tip. mV was measuring unit on L-lactate concentration. The relate equation between L-lactate and signal was y=0.0719x-16.576, had correlation of $R^2=0.9959$ on calibration and $R^2=0.9919$ on validation.
Biosensor for measuring lactic acid bacteria was designed and developed. But basic detecting substrate is L-lactate, so this sensor could be work as `L-lactate biosensor` also. More application with this sensor is using as medical field as detecting acidosis, heart disease, acute circulatory shock or use on cardiovascular surgery. Even more sports medical field as stress on muscles.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 요약문 ... 2
• SUMMARY ... 4
• CONTENTS ... 6
• 목차 ... 8
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 10
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 14
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 16
• 제1절 기초 이론 연구 ... 16
• 1. 바이오센서의 원리 및 특성 ... 16
• 2. 유산균의 생리학적 특성 ... 18
• 3. 효소의 특성 ... 21
• 4. 효소와 바이오센서 ... 23
• 제2절 유산균 수와 생성 유기물의 상관관계 ... 25
• 1. 유산균 배양과 발효과정에서 균수 변화 ... 25
• 2. 유산균 발효과정에서 생성 유기물 분석 ... 30
• 3. 발효과정에서 유산균 수와 생성된 유기물의 상관관계 분석 ... 34
• 제3절 효소의 선택과 저해제 제거 ... 37
• 1. L-lactate와 반응 효소의 선택 ... 37
• 2. L-LDH 효소 반응의 저해제 제거 ... 40
• 3. 효소 적정 사용량 결정 ... 46
• 제4절 효소의 고정법과 특성 ... 49
• 1. 이론적 접근 ... 49
• 2. Polyacrylamide gel 성형법 ... 51
• 3. Polyacrylamide gel에 효소 고정과 효소 활성도의 관계 ... 60
• 제5절 고정화 효소를 이용한 센서 개발 및 성능평가 ... 63
• 1. 데이터 수신 및 저장부 개발 ... 63
• 2. 데이터 수신 및 저장부의 성능 평가 ... 67
• 3. 효소를 고정화한 센서 개발 ... 70
• 4. 센서의 성능평가 ... 72
• 제6절 요약 및 결론 ... 75
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 77
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 78
• 제6장 참고문헌 ... 79
• 끝페이지 ... 82