2017 Fiscal Year Research-status Report
電気化学を基礎としたバイオ・食品分析・環境教材の開発とそれを活用した科学教育
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16K00989
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| Research Institution | Nara National College of Technology |
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Principal Investigator |
三木 功次郎 奈良工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (80259910)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
直江 一光 奈良工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (00259912)
北村 誠 奈良工業高等専門学校, 一般教科, 准教授 (60341369)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 電気化学測定 / 自己駆動型クーロメトリー / 過酸化水素 / アスコルビン酸 / 実験教室 / カリキュラム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自己駆動型電量分析装置を用いた新たな分析手法として，溶液中の過酸化水素量の定量法の開発とこれを活用した食品中のアスコルビン酸測定を試みた。自己駆動型電量分析装置の作用極および対極にはカーボンフェルトを用い，陽イオン交換膜で両極を隔てた。作用極にはリン酸緩衝液，対極にはNADH，ジアホラーゼ（DI）およびDIの電子受容体としてユビキノン（UQ0）を含むリン酸緩衝液（pH6.0）を用いた。パーオキシダーゼを用いて，ヘキサシアノ鉄(Ⅱ)酸イオン(以下Fe2+と略)に過酸化水素を反応させて，ヘキサシアノ鉄(Ⅲ)酸イオン(以下Fe3+と略)に酸化した。この溶液を自己駆動型電量分析装置の作用極に添加した。Fe3+ と還元型UQ0の酸化還元電位の差による自己駆動によって流れた電解電流より電気量を求め，H2O2量を簡便に測定することができた。
また，H2O2生成型のアスコルビン酸オキシダーゼをアスコルビン酸水溶液に作用させてH2O2を生成させた後，パーオキシダーゼとFe2+を添加してFe3+を生成させた。これを作用極に添加することにより，アスコルビン酸濃度を測定することができた。酸化還元滴定や定量キットなどと比較すると低コストで簡便に測定が可能となった。過酸化水素の測定が可能になったことで，各種オキシダーゼを用いた食品中の成分測定が可能になると考えられ，中学生・高校生・高専生が興味を持つバイオ・食品・環境の実験教材として活用できる。
さらに，平成28年度の研究で改良したパン酵母を用いたバイオ燃料電池を使用した実験教室のカリキュラムおよび実施方法の検討を行い，小学5・6年生対象の実験教室を開催した。食生活における微生物の活用の講義，パン作り実習，パン酵母によるアルコール発酵実験，米麹によるデンプンの分解実験などにより，参加者の理解を深め，バイオ分野への興味を持たすことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
使い捨て型電気化学セルを開発することにより，自己駆動型クーロメトリーセルが簡便に組み立てることが可能となり，教材として活用可能なものとなった。しかしながら，電流効率において，今後さらに改良が必要である。また，自己駆動型電量分析を用いた微生物細胞活性測定の基礎的検討を行ったが，得られた電流応答が予想された値より小さかったため，基礎的な実験条件の検討などが進んでいない。
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| Strategy for Future Research Activity |
使い捨て型セルを用いた自己駆動型電量分析装置によるピルビン酸測定，グルコース測定，過酸化水素測定やアスコルビン酸測定などの教材化をさらに進めていきたい。また，使い捨て型セルを用いたバイオ燃料電池教材を用い，小学生5・6年生，中学生，高校生，高専生を対象とした個別の実験カリキュラムを新たに開発する。知識の習得だけでなく，創造力，探求心，科学技術に関連する事象に対する理解力・判断力などを伸ばすために必要なカリキュラムを検討する。
小学生および中学生向けの実験では，パン酵母を用いたバイオ燃料電池をメインの実験として，アルコール発酵などの実験を組み合わせて，視覚的に理解でき，かつ興味が持てる実験カリキュラムの構築を目指す。
また，高校生および高専生向けの実験では，単に面白い，興味を持つだけの授業・実験ではなく，バイオ・エネルギー・環境・定量分析などに関して総合的に学習でき，定性的，定量的な議論ができる指導内容となるカリキュラムを目指す。
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