Development of Biosensor for Simultaneous Determination of Glucose, Lactic Acid and Ethanol

포도당, 젖산 및 에탄올의 동시 측정용 바이오센서의 개발

The purpose of this study is to develop biosensor for determination of glucose, lactate, and ethanol in foods and food-stuffs simultaneously. The multiple cathode system was prepared with an oxygen electrode having one anode and hexagonal cathode. Glucose oxidase, mutarotase, lactate oxidase, alcohol oxidase and catalase were used for immobilization to determine glucose, lactate, and ethanol. These components including ethanol were simultaneously determined by the immobilized enzymes in the multiple cathode system. The determination of the components by enzyme sensor was based on the maximum slope of oxygen consumption from enzyme reaction of each sensor part. The response time for analysis was 1 min. The optimum condition for glucose, lactate and ethanol sensor was found to be 0.1 M potassium phosphate buffer, pH 7.0 at $40^{\circ}C$. Interferences of various sugars and organic acids were investigated. Less than 10% of error was found in determination of the components except organic acids. This difference was compensated by the modified equation. This system was confirmed by conventional methods. It was concluded that the multiple cathode system of this study is for an effective method to determine sugar, organic acid, ethanol simultaneously in foods.

고정화효소와 산소전극 시스템을 이용한 효소센서를 제작하여 식품 중의 당, 유기산, 알코올 성분을 동시 측정 하였다. 효소가 기질과 반응하여 소비한 산소의 변화량이 전압차이로 나타나므로 시간당 전압 감소량이 최대인 값으로부터 각 성분의 농도를 측정하였으며, 이때 1분내에 최대기울기를 구할 수 있어 신속한 측정이 가능하였다. 효소의 고정화 지지체로는 nylon cloth를 사용하였고, asymmetrical coupling 방법에 의하여 기질 작용 순으로 위치하도록 효소를 고정화하였다. 한 개의 양극과 6개의 음극으로 제작된 multiple cathode system으로 포도당, 젖산, 에탄올 성분을 동시 측정할 수 있는 효소 센서를 제작하였다. 위의 센서 제작을 위하여 mutarotase과 glucose oxidase/lactate oxidase/alcohol oxidase와 catalase가 각기 사용되었다. 이들 효소센서의 최적조건은 $pH\;7.0,\;40^{\circ}C$의 0.1 M 인산완충용액이었으며 각 효소 센서의 방해물질을 알아 보기 위하여 여러 가지 당과 각종 유기산, 알콜류에 대한 효소 감응도를 살펴 본 결과 포도당 센서에서 유기산의 영향을 제외하고는 10% 내외였다. 따라서 포도당과 유기산을 동시 측정하기 위하여 포도당/젖산의 영향을 고려한 적절한 보정관계식을 도입하여 순수한 유리당과 유기산의 값을 측정할 수 있었다. 제작된 효소센서의 검증을 위하여 분광광도법. HPLC, GC를 이용한 결과, 분석방법간에 높은 상관관계를 보여 주었다. 아울러 각 효소센서의 안정성을 살펴본 결과 알코올 센서를 제외하고는 30일 이후에도 80%이상 효소감응도가 유지되었다.