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문제 정의
- 현재 이용 가능한 천연자원 중에 비교적 생산량이 많고 가격이 저렴하여 원료공급과 취급이 용이한 어분을 생분해성 포장재의 원료로 사용하는 것은 사료로만 사용되고 있는 어분단백질의 부가가치를 높힐 뿐 아니라, 간접적으로 일시 다획성 어종의 처리를 위한 어분생산을 긍정적으로 촉진할 수 있는 계기가 될 수 있을 것이다. 따라서 본 실험은 어분으로부터 단백질을 추출하고 추출된 어분단백질을 필름가공조건에 따라 가식성, 혹은 생분해성 필름으로 제조하고, 필름의 여러 가공조건이 수증기 투과도와 용해도 개선에 미치는 영향을 검토하였다.
- 생분해성이면서 가식성인 어분 단백질필름 제조를 목적으로 필름의 가공조건이 단백질필름의 성질에 미치는 영향을 밝히기 위하여 명태어분으로부터 단백질을 추출하고, 가공조건을 달리하여 제조한 필름의 수증기 투과도와 용해도의 변화를 측정한 결과는 다음과 같다.
제안 방법
- 필름을 밀착시킨 후 일정량의 CaCk를 컵용기에 넣고 필름이 밀착된 뚜껑으로 컵을 밀폐시키고 상대습도가 75%로 조절된 chamber에 넣었다. 그리고 Chamber를 25℃로 유지되는 in- cubator속에서 시간에 따른 무게의 증가율이 일정해지는 시간에서부터 일정시간어 경과됨에 따라 무게의 변화량으로써 수증기 투과도 (water vapor permeability, WVP)을 계산하였다 (식 (1))
- 명태어분말단 백질 (Allaska Pollack meal protein isolate, AP- MPI)의 제조; APMPI의 제조는 전보 (You and Shim, 2000)에 나타낸 방법으로 제조하였다.
- 필름의 두께측정; Micrometer (Teclock, Jeweled, Japan)로써 원반모양의 필름의 중심으로부터 5mm 떨어진 위치와 이것의 대 칭되는 8곳을 반복 측정하여 평균하였다.
- 필름의 수증기 투과도; 필름의 수증기 투과도는 ASTM (1995) 의 방법을 약간 수정하였는데 ASTM (1995)에서는 흡습제를 활성실리카겔을 사용하였으나 본 실험에서는 흡습제로 CaCl2를 사 용하였다. 조제된 필름을 25℃.
데이터처리
- 실험 data 통계처리; 모든 실험 data의 통계처리는 Ducan's multiple range test로 평균간의 유의성, 포준편차 및 상관성을 SPSS (SPSS inc., USA, 1997)program을 사용하여 검정하였다.
이론/모형
- 필름의 용해도; 필름의 용해도는 Stuhell와 Krochta (1994)의 방법에 따라 측정하였는데 측정하는 필름의 크기를 Stuhell와 Krochta (1994)의 방법에서 보다 크게 절단하여 사용하였다. 즉, 제조된 필름을 가로 1.5 cm, 세로 2.5 cm로 절단하여 진공건조시킨 후 증류수에 용해되는 량은 semi-microkjeldahl법(AOAC, 1994)에 의하여 단백질 용해도를 측정하였다. 또한 총 용해도는 증류수에 용해시킨 필름을 다시 진공 건조시켜 처음 필름의 무게와의 차이에 의한 백분율 (%)로 나타내었다.
- 필름의 용해도; 필름의 용해도는 Stuhell와 Krochta (1994)의 방법에 따라 측정하였는데 측정하는 필름의 크기를 Stuhell와 Krochta (1994)의 방법에서 보다 크게 절단하여 사용하였다. 즉, 제조된 필름을 가로 1.
- 필름의 조제; 필름의 조제는 전보 (You and Shim, 2000)에 나타낸 방법으로 제조하였다.
성능/효과
- APMPI 필름의 수증기 투과도는 가소제 glycerol의 첨가량이 증가함에 따라 증가였으나, pH 7 이상에서는 pH의 증가에 따라 감소하였다. 필름단백질의 용해도는 pH 및 가소제의 농도가 증가함에 따라 감소하였다.
- 1c에 나타내었다. APMPI의 농도가 5% 일때 수증기 투과도는 274g・mils/m2・day・mmHg로 가장 높았으며, 7%, 10% 및 12%로 농도가 증가함에 따라 각각 202, 188 및 144g・mils/m'day mmHg로 급격한 감소를 보여 APMPI의 농도가 증가함에 따라 수증기 투과도는 감소된다는 것을 알 수 있었다. 이것은 단백질의 농도가 증가하면 단백질 분자간 상호 결합력이 증가하므로 필름의 조밀도가 증대되기 때문 (Mchugh et al.
- 2a 그 래프에 나타내었다. APMPI의 농도가 5, 7, 10 및 12%로 제조된 필름의 용해된 단백질은 각각 14.49, 15.34, 17.24 및 18.68%로 증 가하는 경향을 나타내었다. 전체 용해된 물질은 APMPI의 농도가 5, 7, 10 및 12%로 증가함에 따라 각각 56.
- 2b에 나타내었다. Glycerol 농도가 1.5, 2.0, 2.5 및 3.0%로 제조된 필름의 전체 용해된 물질은 53.64, 55.84, 59.15 및 59.52%로 증가하는 경향을 나타내었으나 용해된 단백질은 17.00, 15.64, 15.52 및 15.34%로 거의 변화가 없었다. 이와 같은 경향은 glycerol이 일반적으로 높은 온도에서도 비휘발성, 수용성이므로 (Banker, 1966)glyce- rol의 농도가 증가함에 따라 glycerol보다 소수성이 높은 APMPI와 결합하지 못하고 물에 용해된 량의 glycerol 농도가 증가하기 때문에 총 용해된 물질의 량이 증가한 것으로 생각된다.
- 52%로 거의 변화가 없었다. pH가 높아짐에 따라 APMPI의 등전점과 멀 어지기 때문에 APMPI의 용해도가 증가하여 용해된 단백질의 량 도 증가할 것으로 예측하였으나 본 실험의 결과는 이와 반대로 나타났다. Boldwell and Hopkins (1988)는 대두단백질 필름형성 과정 중 단백질 내의 염기성 아미노산이 망상구조를 형성하는 결 합에 참여하여 단백질이 불용화되므로 필름의 용해도가 감소한다 고 하였으며 Ghorpade and Gennadios (1995)는 필름의 용해도는 수분에 대한 내성을 나타내는 것으로 이는 필름의 화학적 구조에 의해 결정된다고 하였다.
- Id에 나타내었다. sorbitol 및 polyethylene glycol을 가소제로 사용할 경우 필름의 수증기 투과도는 78.16 및 88.36g, mils/m2, day・ mmHg로 비슷한 수치를 나타내었고, glycerol 의 경우는 159 g・ mils/m2 ・day ・mmHg 로 수증기 투과도가 가장 높았다. Mchugh et al.
- lb에 도시하였다. 가소제의 농도가 1.5%일 때 수증기 투과도는 163g・mils/m2, day・mmHg로 가장 낮았고, 2.0%, 2.5% 및 3.0%로 증가함에 따라 각각 209, 217 및 247g・mils/m”ay mmHg로 가소제의 농도가 증가함에 따라 수증기 투과도는 증가하는 것을 알 수 있었다. 이러한 이유는 가소제가 단백질 분자간의 수소결합을 감소시키고 단백질 분자상호간의 공간을 증가시키므로 느슨해진 구조사이로 수증기가 많이 투과되기 때문 (Stannett, 1986; Lieberman and Gilbert, 1973)으로 생각된다.
- 필름의 총용해량은 가소제의 농도가 증가함에 따라 증가하였으나 pH가 증가할수록 감소하였다. 가소제의 종류를 달리하여 필름을 제조할 때 수증기 투과도는 glycerol, pol yethylene glycol 및 sorbitol 첨가 필름의 차례로 높게 나타났다. 또한 총용해량은 반대의 순서를 나타내었다.
- la에 나타내었다. 단백질용액의 pH가 7, 8.5, 9.5 및 11에서 수증기 투과도는 각각 215, 208, 207 및 200gmils/m*day·mmHg로서 pH가 상승함에 따라 조금씩 감소하는 경향을 보였다. 단백질용액의 pH는 단백질 의 용해도에 영향을 미치기 때문에 pH가 등전점에 가까울수록 unfolding되는 정도가 약하여 단백질의 용해도가 낮아져 콜로이드 용액을 형성하지 못하므로 망상구조의 필름을 형성하는 과정에서 견고한 필름을 형성하지 못하는 것 (Mchugh et al.
- 68%로 증 가하는 경향을 나타내었다. 전체 용해된 물질은 APMPI의 농도가 5, 7, 10 및 12%로 증가함에 따라 각각 56.07, 48.81, 47.86 및 46.92 %로 APMPI의 농도가 낮은 5-7% 경우에는 감소하였으나 7% 이상에서는 거의 변화하지 않았다. 전체 용해된 물질의 용해도가 APMPI의 농도가 낮을 때는 감소하다가 APMPI의 농도가 높은 곳에서는 큰 변화가 없는 이유는 APMPI의 농도가 낮은 5%일 때는 APMPI의 농도가 낮기 때문에 가소제인 glycerol과 모두 결합할 수 없으므로 단백질과 결합되지 않고 남아있는 glycerol이 상당량 물에 용해되기 때문이며 APMPI의 농도가 7% 이상에서는 APMP:[의 농도가 높아 glycerol이 APMPI와 거의 결합하므로 물에 용해되는 glycerol량이 적어지기 때문으로 생각된다.
- 2에 나타내었다. 총 용해된 물질은 sorbitol, glycerol 및 polyethylene glyc이이 첨가 된 필름에서 각각 82.83, 59.15 및 72.30%로 sorbitol 필름이 가장 높은 값을 나타내었다. 그리고 용해된 단백질도 각각 29.
- 필름단백질의 용해도는 pH 및 가소제의 농도가 증가함에 따라 감소하였다. 필름의 총용해량은 가소제의 농도가 증가함에 따라 증가하였으나 pH가 증가할수록 감소하였다. 가소제의 종류를 달리하여 필름을 제조할 때 수증기 투과도는 glycerol, pol yethylene glycol 및 sorbitol 첨가 필름의 차례로 높게 나타났다.
후속연구
- 또한 APMPI의 농도가 12% 이상되면 단백질 용액의 점성이 증가하여 단백질용액 중 함유되어 있는 공기방울을 제거하기 어려워 균일한 두께의 필름 제조가 힘들다. 그러므로 APMPI의 농도가 12 % 이상으로 필름을 조제할 경우 공기방울을 제거할 수 있는 특별한 제조법이 필요할 것으로 생각된다.
- 현재 이용 가능한 천연자원 중에 비교적 생산량이 많고 가격이 저렴하여 원료공급과 취급이 용이한 어분을 생분해성 포장재의 원료로 사용하는 것은 사료로만 사용되고 있는 어분단백질의 부가가치를 높힐 뿐 아니라, 간접적으로 일시 다획성 어종의 처리를 위한 어분생산을 긍정적으로 촉진할 수 있는 계기가 될 수 있을 것이다. 따라서 본 실험은 어분으로부터 단백질을 추출하고 추출된 어분단백질을 필름가공조건에 따라 가식성, 혹은 생분해성 필름으로 제조하고, 필름의 여러 가공조건이 수증기 투과도와 용해도 개선에 미치는 영향을 검토하였다.
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