스마트폰과 미세유체흐름칩 기반 발효 모니터링 센서 = Smartphone μ-PAD based lactate and pH quantification for fermentation process and quality
저자
신원진 ( Wonjin Shin ) ; 이동춘 ( Dongchun Lee ) ; 박두산 ( Tusan Park ) 연구자관계분석
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학술지명
권호사항
발행연도
2020
작성언어
-주제어
자료형태
학술저널
수록면
104-104(1쪽)
제공처
발효식품은 간 기능 보호작용, 면역기능 강화, 항산화활성, 항암작용 등의 효과들로 수요가 증가하고 있음. 이러한 발효식품의 장점 때문에 이에 대한 관심도는 인간의 식품에서뿐만 아니라 축산업에서도 높음. 식품에서 젖산 발효를 진행할 수 있는 미생물에는 L. acidophilus, L. casei와 Bifid bacterium species등이 있음. 위의 언급된 미생물들은 대사과정의 결과물로서 젖산을 생산하게 됨. 발효가 진행되면서 L-lactate의 농도와 pH 값이 변화하게 됨. 그러나 발효의 조건을 잘 조절하여 진행한다고 하더라도 제품의 초기 조건들의 편차로 인해 항상 같은 수준의 발효 정도를 획득하기를 신뢰할 수 없음. 특히, 발효 중 불필요한 균의 유입 및 공기의 접촉을 통해 부패로 이어질 위험성이 높아짐. 그러므로 발효과정 중 젖산, pH의 변화량 추이를 모니터링하여 발효 제품의 품질 및 부패 여부를 사전에 예측하는 것이 중요함.
본 연구에서의 목적은 L-LDH 기반 젖산 센서 및 chemical dye를 이용하여 현장에서 즉각적으로 발효제품의 발효과정의 모니터링 및 젖산 정량 분석이 가능한 smartphone based on-chip platform 제작임. Methyl red는 대표적인 pH indicator 중 하나로 pH 분석에 있어 매우 강력한 장점이 있음. 빠른 반응속도와 선명한 색 변화는 분석 시간을 단축하는 동시에 정확도를 높여줌. 젖산을 정량분석하기 위해 L-lactate dehydrogenase(L-LDH)를 이용한 효소-기반 바이오센서를 사용하였음. L-LDH 효소는 L-lactate와 NAD+를 각각 L-pyruvate와 NADH+로 환원시킴. 이때, 발생한 NADH는 340 nm의 자외선 파장에서 여기되어 약 460 nm에서 형광을 발생시키는데 이것의 형광 세기를 분석하여 lactate의 농도를 정량 분석함.
3D 프린터를 이용하여 smartphone based on-chip platform을 제작하였음. 스마트폰 기반 광학 모듈은 NADH의 형광을 측정하기 위해 제작되었으며 아두이노 기반 항온기는 효소-기질 반응에 있어 최적의 온도 조건을 제공하기 위해 제작되었음. 이러한 플랫폼을 이용하면 현장에서 발효제품의 품질 및 발효과정을 현장에서 모니터링 할 수 있으며 더 나아가 보관 환경의 변화로 인한 부패를 예측할 수 있을 것으로 판단됨. 우리는 이 플랫폼을 이용하여 유산균 음료의 젖산 정량분석과 실제로 발효가 진행되는 TMR 사료의 발효과정을 모니터링 및 품질 예측을 시행하였음.
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