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문제 정의
- 한편 폐기 양 파에서 배출되는 악취 성분에 대한 연구는 아직 미비하므로 효율적인 악취 제거 방법에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 강화되는 악취규제에 대응하기 위한 악취 발생 억제에 대한 연구개발을 위하여 부패조건(비가열과 가열)을 달리하여 부패된 양파에서 배출되는 악취 성분을 규명하고자 하였다.
제안 방법
- 25 Um film thickness, J&W, USA)을 사용하였고, temperature programe 40℃ 에서 3분간 유지한 다음 2℃/min의 속도로 150℃까지, 다시 4℃/min의 속도로 220℃까지 상승 시 킨 후 5분간 유지하였다. Injector와 detector의 온도는 각각 250℃, 300℃이 며, carrier gas는 helium을 사용하여 유속은 1.0 mL/min으로 하고 시료는 1 1丄를 주입하였고 split ratio는 1: 20으로 하였다.
- SDE 추출방법과 GC-FID와 GC/MS 분석 에 의하여 서로 다른 저장조건에서 부패된 양파의 휘발성 유기 성분을 분석하였다. 생양파, 비가열 부패양파, 반부패양파, 완전 부패 양파 에서 각각 115, 143, 123, 137종의 화합물이 확인되었으며, 이들은 ester류, aldehyde류, ketone류, alcoh이류, 황함유 화합물류들이었다.
- SDE에서 추출하여 농축된 시료는 gas chromatography에 의하여 분석하였다. 본 실험에 사용된 GC의 분석 조건은 다음과 같다.
- 다른 분석 조건들은 GC의 분석 조건과 동일한 조건으로 분석하였다.Total ionization chro- matogram(TIC) 에 분리된 각 peak의 성분분석은 mass spectrum library (WILEY 139와 NIST 62, NIST 12)와 mass spectral data book(17, 18)의 spectrum과의 일치 및 GC-FID 분석에 의한 retention index와 문헌상의 retention index(19)와의 일치 및 표준물질의 분석 data를 비교하여 확인하였다.
- n-Pentane과 diethylether-f- 이용한 SDE 방법으로 추출한 생양파, 비가열부패 양파, 반부패양파, 완전부패 양파의 휘 발성 유기성 분을 분석하여 그중 생양파와 완전부패 양파의 chromatogram을 Fig. 1, 2에 도식하였고, GC의 RI와 GC/MS 분석에 의하여 동정된 휘발성 유기성분들과 이들의 정량값은 Table 1에, 동정된 휘발성 유기성분들의 관능기에 따른 상대적 농도를 Fig. 3에 나타내었다. 생양파, 비가열부패 양 파, 반부패양파, 완전부패 양파에서 각각 115종, 143종, 123종, 137종의 휘발성 유기성분이 분리 동정 되었다.
- 주 생산지인 전남 무안에서 재배된 양파를 4등분하여 각각 부패조건을 달리하여 저장하였다. 첫 번째 시료는 구입 상태 그대로 저온저장(4~5℃)하였으며 (생양파), 두 번째 시료는 비가열상태에서 노지에서 부패시켰으며(비가열부패 양파), 세 번째와 네 번째 시료는 가열 여부에 따른 휘발성 유기 성분 및 농도 변화를 관찰하기 위하여 가열(90℃) 후 노지에서 부패 시켜 2단계의 부패 상태 시료(반부패 양파, 완전부패 양파)로 사용하였다.
- 휘발성 유기성분의 유기용매분획분은 Vigreux column (Normschliff Geratebau, Germany)을 사용하여 약 2 mL까지 농축하고 GO* vial에 옮긴 후 질소가스 기류 하에서 약 0.2 mL까지 농축하여 GC와 GC/MS의 분석 시료로 하였다.
- 휘발성 유기성분의 추출은 연속 증류 추출장치 (Likens & Nickerson type simultaneous steam distillation and extraction apparatus, SDE)(16)로 상압에서 2시간 동안 추출하였다. 이때 휘발성 유기성분의 추출용 매는 재증류한 n-pentane과 diethylether 혼합용매(1:1, v/v) 200 mL를 사용하였으며 냉각수의 온도는 4℃로 유지하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 모든 표준시약은 Sigma chemical Co. (St. Louis, USA)에서 구입하였으며, 추출 및 chromatography에 사용한 유기용매는 wire spiral packed double distilling 장치 (Normschliff Geratebau, Germany)로 재증류한 것을 사용하였다. 또한 물은 순수재증류 장치 (Millipore Milford, USA)에서 얻은 Milli Q water-t- 사용하였다.
- 주 생산지인 전남 무안에서 재배된 양파를 4등분하여 각각 부패조건을 달리하여 저장하였다. 첫 번째 시료는 구입 상태 그대로 저온저장(4~5℃)하였으며 (생양파), 두 번째 시료는 비가열상태에서 노지에서 부패시켰으며(비가열부패 양파), 세 번째와 네 번째 시료는 가열 여부에 따른 휘발성 유기 성분 및 농도 변화를 관찰하기 위하여 가열(90℃) 후 노지에서 부패 시켜 2단계의 부패 상태 시료(반부패 양파, 완전부패 양파)로 사용하였다.
이론/모형
- 질량분석에 사용한 GCMS 분석기기는 GC/MS QP-5000 (Shimadzu, Japan)을 사용하였으며 시료의 ion 화는 electron impact ionization(EI) 방법으로 행하였다. GC/MS 분석 조건은 ionization voltage를 70 eV로 하였고, ion source tern- perature는 230℃로 하였다.
성능/효과
- 그러나 공통적으로 가열 후 부패시킨 양파들에서 앞서서 언급된 성분들의 함량 감소, 나아가 완전 소실은 가열처리에 기인한 양파의 특징적인 휘발성 성분을 유도하는 효소의 불활성화에 의한 결과로 생각되 어진다. Dimethyl tri sulfide와 함께 생양파의 주요 성분인 dimethyl disulfide의 함량은 비가열과 가열 후 부패 시료 모두에서 감소하였다. 생양파시 료에는 1.
- 생양파, 비가열 부패양파, 반부패양파, 완전 부패 양파 에서 각각 115, 143, 123, 137종의 화합물이 확인되었으며, 이들은 ester류, aldehyde류, ketone류, alcoh이류, 황함유 화합물류들이었다. Dimethyl trisulfide, dimethyl disulfide, dipropyl trisulfide, 3, 5-diethylT, 2, 4-trithiolane는 생양파와 비가열부패양파에서 다량 확인되었으며, 양파가 부패도에 따라 휘발성 유기 성분들 중 황함유 화합물류는 유의적으로 감소하였다. 황 함유 화합물류를 제외한, 가열 후 반부패와 완전 부패 양파의 휘발성 유기 성 분은 주로 ester류, ketone 류, alcohol류들이었으며, 특히 ketone류는 가열 후 완전 부패 양파의 휘발성 유기성분의 구성에 큰 비중을 차지하고 있었다.
- Methyl propyl trisulfide는 비가열 부패에 의중!] 5.7 ㎎/㎏ 에서 13.7 ㎎/㎏으로 증가하였다가 가열 후에는 검출되지 않았고, (E)-propenylpropyl disulfide과 (Z)-propenylpropyl disulfide 성분들은 생양파에 비해 비가열 부패 양파에서 약 3배 증가된 양이 검출되었으나 가열 후 부패시킨 양파들에서는 미량으로 그 양이 감소되는 경향을 보여주어 앞서 언급한 dimethyl trisulfide의 함량 변화와는 다소 차이점을 보여주었다. 그러나 공통적으로 가열 후 부패시킨 양파들에서 앞서서 언급된 성분들의 함량 감소, 나아가 완전 소실은 가열처리에 기인한 양파의 특징적인 휘발성 성분을 유도하는 효소의 불활성화에 의한 결과로 생각되 어진다.
- 황 함유 화합물류를 제외한, 가열 후 반부패와 완전 부패 양파의 휘발성 유기 성 분은 주로 ester류, ketone 류, alcohol류들이었으며, 특히 ketone류는 가열 후 완전 부패 양파의 휘발성 유기성분의 구성에 큰 비중을 차지하고 있었다. 각각의 시료에는 170.3 ㎎/㎏, 155.4 ㎎/㎏, 121.2 ㎎/㎏, 187.0 ㎎/㎏ 휘발성 유기성분이 각각 함유되어 있었으며, 효소 불활성화에 의해 가열 후반부패된 양파에서 휘발성 유기성분의 생성이 저하되었음을 알 수 있었으며, 이를 계속하여 부패시킨 완전부패양파에서는 소량으로 함유되어 있던 휘발성 유기성분이 다시 증가되었음을 확인할 수 있었다.
- 2배로 증가하였다가 계속 부패된 완전부패 양파에서는 다시 감소하였다. 그리고 3, 5-diethyl-1, 2, 4-trithiolanee 생양파와 가열 후 부패 시 킨 양파들에서는 미검출되었으나 비가열 부패 양파에서는 16.6 ㎎/㎏로 다량 확인되었다. 이번 실험 결과에서 두드러진 함량 변화를 보인 또 다른 화합물은 생양파에서 2.
- 완전부패 양파에서 분리 동정된 성분들로는 ketone 류가 18종, ale사iol류가 27종, 황 함유 화합물류가 36종, ester.류가 15종, aldehyde 류가 19종, acid 류가 8종, N-compound 류가 3종, ether 류가 3종, 기타화합물이 8종이 동정되 었으며, 역시 생양파 및 비가열부패 양파와는 달리 ketone 류, alcohol 류, estei류, aldehyde 류가 다량 함유되어 있었으며 황 함유 화합물류는 반부패 양파와 비슷한 비율을 나타내었다. 특히, 각각 14.
- 반부패 양파에서 분리 동정 된 성분들로는 ester 류가 8종, aldehyde 류가 23종, ketone 류가 17종, alcohol 류가 21종, acid 류가 7종, 황 함유 화합물류가 30종, N-compound 류가 6종, ether 류가 3종 그리고 기타화합물 8종이 동정되 었으며, 생양 파나 비가열 부패 양파와는 달리 ester 류, aldehyde 류, ketone 류, alcohol 류 그리고 acid 류가 다종의 황 함유 화합물보다 더 높은 함량을 나타내고 있음이 확인되었다. 반부패 양파의 주요 휘발성 구성 성분은 각각 11.
- 반부패 양파에서 분리 동정 된 성분들로는 ester 류가 8종, aldehyde 류가 23종, ketone 류가 17종, alcohol 류가 21종, acid 류가 7종, 황 함유 화합물류가 30종, N-compound 류가 6종, ether 류가 3종 그리고 기타화합물 8종이 동정되 었으며, 생양 파나 비가열 부패 양파와는 달리 ester 류, aldehyde 류, ketone 류, alcohol 류 그리고 acid 류가 다종의 황 함유 화합물보다 더 높은 함량을 나타내고 있음이 확인되었다. 반부패 양파의 주요 휘발성 구성 성분은 각각 11.13%, 10.70%, 9.63%가 함유된 acetic acid, ethyl acetate, ethanol과 이외에도 acet~ aldehyde, 2-tridecanone, ethyl formate, 2-hexyl~5-methyl- [2H]-furan-3-one 등처럼 황 함유 화합물류가 아닌 ester 류, aldehyde 류, ketone류와 alcohol류들 임을 알 수 있었다.
- 부패조건에 달리한 양파 시료들에서 주요 성분으로 검출된 휘발성 유기성분들은 시료의 처리 방법에 따라 그 함량의 변화가 크게 나타났다. 생양파에서 147 ㎎/㎏e.
- SDE 추출방법과 GC-FID와 GC/MS 분석 에 의하여 서로 다른 저장조건에서 부패된 양파의 휘발성 유기 성분을 분석하였다. 생양파, 비가열 부패양파, 반부패양파, 완전 부패 양파 에서 각각 115, 143, 123, 137종의 화합물이 확인되었으며, 이들은 ester류, aldehyde류, ketone류, alcoh이류, 황함유 화합물류들이었다. Dimethyl trisulfide, dimethyl disulfide, dipropyl trisulfide, 3, 5-diethylT, 2, 4-trithiolane는 생양파와 비가열부패양파에서 다량 확인되었으며, 양파가 부패도에 따라 휘발성 유기 성분들 중 황함유 화합물류는 유의적으로 감소하였다.
- 3에 나타내었다. 생양파, 비가열부패 양 파, 반부패양파, 완전부패 양파에서 각각 115종, 143종, 123종, 137종의 휘발성 유기성분이 분리 동정 되었다.
- Dimethyl tri sulfide와 함께 생양파의 주요 성분인 dimethyl disulfide의 함량은 비가열과 가열 후 부패 시료 모두에서 감소하였다. 생양파시 료에는 1.8 ㎎/㎏만이 함유되어 있었던 dipropyl trisulfide 가 비가열 부패에 의해서 27.6 ㎎/㎏로 급격하게 증가한 반면 어), 가열 후 부패시킨 양파에서 반부패의 경우 0.5 ㎎/㎏로 감소하였다가 이를 계속하여 부패시키면 다시 3.4 ㎎/㎏로 증가함을 보여 처리 방법에 따라 그 함량의 변화가 가장 두드러졌다. 생양파 시료에서는 검출되지 않았던 ethyl hexade- canoate는 부패된 시료에만 검출되었으며 그 함량은 dipropyl trisulfide와 유사한 증.
- 생양파에서 동정된 휘발성 성분으로 65종의 황 함유 화합물류가 전체 휘발성 성분 중의 절반 이상을 나타내고 있었으며, 15종의 aldehyde 류, 3종의 ester 류, 8종의 alcohol 류, 4종의 acic得, 9종의 ketone 류, 3종의 ether 류, 2종의 N-compound 류 그리고 6종의 기타 물질로 확인되었다. 생양파의 주요 휘발성 성분으로는 전체 성분 중의 8.
- 생양파에서 동정된 휘발성 성분으로 65종의 황 함유 화합물류가 전체 휘발성 성분 중의 절반 이상을 나타내고 있었으며, 15종의 aldehyde 류, 3종의 ester 류, 8종의 alcohol 류, 4종의 acic得, 9종의 ketone 류, 3종의 ether 류, 2종의 N-compound 류 그리고 6종의 기타 물질로 확인되었다. 생양파의 주요 휘발성 성분으로는 전체 성분 중의 8.90%와 6.41%를 나타낸 dimethyl trisulfide와 2methyl-2-pentenal이었으며, 그 외에 ethyl acetate(4.45%)와 dimethyl disulfide(4.52%), S-methyl methylthiosulfonate(4.48%), (E)~propenylpropyl trisulfide (3.62%), methylpropyl trisulfide(3.47%) 등 다수의 황 함유 화합물이 생양파 특유의 휘발성 특징을 구성하고 있었다.
- 0 ㎎/㎏ 휘발성 유기 성분이 각각 함유되어 있었다. 앞에서 언급한 것처럼, 가열 후반 부패 된 양파에서 휘발성 유기 성분의 생성이 효소의 불활성화에 의해 저하되었음을 알 수 있었으며, 이를 계속하여 부패시킨 완전부패 양파에서는 소량으로 함유되어 있던 휘발성 유기성분이 다시 증가되었음을 확인할 수 있었다.
- 이와 반대로 양파를 가열 후반 부패시켰을 경우, 황 함유 화합물류의 급격한 감소와 다른 관능 기들의 소량 증가를 보여주고 있으며, 또한 이 모든 관능기들이 전체 휘발성 유기성분에서 모두 10~ 15% 내외로 균등하게 분포되어 있음이 관찰되었다. 이러한 결과에서 가열 처리가 양파의 부패 과정에 큰 영향을 미친다는 점과 이 과정에서 양파의 특징적인 휘발성 유기성분의 구성변화와 특성의 손실을 알 수 있었다. 이를 계속하여 완전 부패시켰을 경우, 황 함유 화합물류의 상대적 농도 변화는 거의 없었으며 뜻밖의 ketone류의 급격한 증가가 관찰되었다.
- 6 ㎎/㎏로 다량 확인되었다. 이번 실험 결과에서 두드러진 함량 변화를 보인 또 다른 화합물은 생양파에서 2.1 ㎎/㎏ 이 함유되어 있었고 비가열부패 양파나 가열 후 반부패양파에서 함량 변화는 크지 않았으나 이를 가열 후 완전부패 시 킨 양파에서는 25.9 ㎎/㎏으로 증가한 5-methyl-2-octyl-[2H] furan-3-one이었고, 2-hexyl-5-methyl-[2H]furan-3-one 역시 생양파에서는 검출되지 않았으나 가열 후 완전 부패시킨 양파에서 20.1 mg/履가 검출되어, 이 두 화합물이 가열 후 완전 부패 양파의 휘발성 유기성 분 구성에 큰 역할을 하고 있었다.
- 정량을 위하여 생양파, 비가열 부패 양파, 반부패양파, 완전부패 양파에 첨가된 n-butylbenzene과 chromatography에 의해 분리된 화합물의 total peak area 값을 이용하여 각각의 시료에 함유된 휘발성 유기 성분을 정량한 결과, 170.3 ㎎/㎏, 155.4 ㎎/㎏, 121.2 ㎎/㎏, 187.0 ㎎/㎏ 휘발성 유기 성분이 각각 함유되어 있었다. 앞에서 언급한 것처럼, 가열 후반 부패 된 양파에서 휘발성 유기 성분의 생성이 효소의 불활성화에 의해 저하되었음을 알 수 있었으며, 이를 계속하여 부패시킨 완전부패 양파에서는 소량으로 함유되어 있던 휘발성 유기성분이 다시 증가되었음을 확인할 수 있었다.
- 생양파에서 147 ㎎/㎏e. 주요 성분으로 확인되었던 dimethyl trisulfide는 비가열 부패 양파 시료에서 6.6㎎/㎏로 감소한 반면에, 가열 후 부패시킨 두 시료에서는 검출되지 않아 가열에 의한 변화를 뚜렷이 보여주었으며, (£, )-Di-2-propenyl disulfide과 (Z)-Di-2epropenyl disulfide 두 성분에서도 역시 미량이지만 위와 유사한 함량 변화를 관찰할 수 있었다.
- 비가열부패 양파에서 분리 동정 된 성분들은 51종의 황 함유 화합물류가 역시 다량 함유(약 60% 이상)되어 있었으며,30종의 ester 류, 13종의 ketone 류, 15종의 aldehyde 류, 15종의 alcohol 류, 7종의 acid 류, 3종의 ether 류, 2종의 N-compound 류 그리고 7종의 기타화합물이 함유되어 있다. 주요 휘발성 구성 성분은 역시 황 함유화합물로 17.46%를 나타낸 dipropyl trisulfide가 가장 높은 함유율을 보였으며, 3, 5-diethylT, 2, 4- trithiolane, ethyl hexadecanoate, methylpropyl trisulfide가 각각 10.48%, 9.14%, 8.67%를 차지하였다.
후속연구
- 이는 반부패 양파에서 소량 함유되어 있던 5-methyl~ 2- octyT2H]furarL3-one과 2-hexy 1 -5-methy 1-[2H]furan- 3- one의 상대적 농도가 유의적으로 증가되었기 때문이다. 이 두 성분이 어떠한 물질로부터 어떠한 경로를 통하여 합성 그리고 증가되었는지는 계속되어야 할 연구 대상이다.
- S), methyl mercaptan(MM), dimethylsulfide①MS) 및 dimethyldisulfide(DMDS)는 미량이 존재하더라도 악취 발생이 강한 대표적인 물질로 알려져 있다(15). 한편 폐기 양 파에서 배출되는 악취 성분에 대한 연구는 아직 미비하므로 효율적인 악취 제거 방법에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 강화되는 악취규제에 대응하기 위한 악취 발생 억제에 대한 연구개발을 위하여 부패조건(비가열과 가열)을 달리하여 부패된 양파에서 배출되는 악취 성분을 규명하고자 하였다.
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