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문제 정의
- 그러므로 본 실험에서는 어분단백질의 이용을 극대화하기 위하여 어분으로부터 추출시간을 달리하여 단백질을 추출하고 그 기능성의 변화를 조사하였으며, 이 단백질로써 제조한 필름의 ester 화합물의 투과율과 인장성질을 측정하였다.
- 어분단백질의 이용성을 높이기 위한 가식성 혹은 생분해성 필름가공을 목적으로 알칼리 처리하여 제조된 FMPI의 물성과 이물성과 ester 화합물의 필름 투과율과 인장강도에 미치는 영향을 조사한 결과는 다음과 같다. 어분으로부터 알칼리처리하고 추출조건을 달리하여 제조된 FMPI의 추출량은 추출시간이 증가함에 따라 증가하였다.
제안 방법
- FMPI의 점도는 0.2% FMPI (w/v) 용액을 조제하여 pH를 acetic acid나 ammonium hydroxyl로 각각 2, 4, 7, 9 및 11로 조정하여 25℃ water bath에서 Ostwald viscometer로써 측정하여 cP 단위로 계산하여 나타내었다.
- 추출시간을 달리하여 제조된 FMPI의 표면 소수성은 Hayakawa and Nakai의 방법 (1985)으로 측정하였다. Sodium dodecyl sul-fate가 0.2% 녹아있는 pH 7.0 phosphate buffer 용액에 0.1% FMPI를 용해 시킨 후, FMPI의 용액을 각각 0.001, 0.005 및 0.010(%)로 각각 희석시켰다. 그리고 일정량의 희석용액을 취하여 1-anilino-8-naphthalene sulfonic acid(ANS)를 첨가한 후 형광 분광광도계(RF-5301PC, Shimadzu, Co)를 사용하여 들뜬파장 390 nm, 흡수파장 470nm에서 형광강도를 측정하였다.
- 010(%)로 각각 희석시켰다. 그리고 일정량의 희석용액을 취하여 1-anilino-8-naphthalene sulfonic acid(ANS)를 첨가한 후 형광 분광광도계(RF-5301PC, Shimadzu, Co)를 사용하여 들뜬파장 390 nm, 흡수파장 470nm에서 형광강도를 측정하였다. 측정된 형광강도에서 ANS를 첨가하지 않은 희석된 단백질의 형광강도를 감하여 순수한 형광세기를 구하고, 각각의 단백질 농도에 대한 순수한 형광 세기의 기울기를 구하여 표면 소수성의 지표로써 사용하였다.
- 5로 조절하여 어분단백질을 침전 회수시켰다. 상기 조작을 3번 반복하여 정제된 FMPI를 제조하여 어분 단백질의 기능성 실험에 사용하였다.
- 0cm/min이었으며 plate의 힘은 10kg이었다. 인장강도는 필름의 끊어질 때의 강도에 대한 필름의 폭과 필름의 두께를 곱한 값의 비 (Pa)로 나타내었으며 신장률은 필름이 절단되기 시작할 때까지 늘어난 길이에서 처음 필름의 길이를 뺀 값에 대한 처음 필름의 길이의 백분율로 계산하였다.
- 조제된 필름의 인장강도 및 신장률은 ASTM (1995)의 방법에 따라 rheometer (Fudo, VRN 2010J, Japan)로써 측정하였다. 조제된 필름을 가로 1.5cm, 세로 3 cm의 실험규격으로 조정하고, 상대습도 53%, 25℃ incubator에서 24시간 동안 안정화시킨 후 측정하였다. Rheometer의 조건에서 plate speed가 5.
- 그리고 일정량의 희석용액을 취하여 1-anilino-8-naphthalene sulfonic acid(ANS)를 첨가한 후 형광 분광광도계(RF-5301PC, Shimadzu, Co)를 사용하여 들뜬파장 390 nm, 흡수파장 470nm에서 형광강도를 측정하였다. 측정된 형광강도에서 ANS를 첨가하지 않은 희석된 단백질의 형광강도를 감하여 순수한 형광세기를 구하고, 각각의 단백질 농도에 대한 순수한 형광 세기의 기울기를 구하여 표면 소수성의 지표로써 사용하였다.
- 표면소수성과 FMPI 필름의 인장력과의 관계를 알아보기 위하여 표면소수성이 각각 다른 FMPI로 필름을 제조하고 제조된 필름의 인장강도와 신장율을 측정하여 그 결과를 각각 Fig. 5와 6에 나타내었다. Fig.
대상 데이터
- 5% 되도록 첨가하여 100mL로 정용한 용액을 60℃ 항 온수조에서 10분 동안 shaking 한 후 40mL를 acrylated boron sul-fide로 코팅된 플라스틱판에 성형하여 60℃에서 건조시켰다. 가소제 종류별로 필름을 제조할 때는 glycerol (Sigma Chemical Co., MW. 92.09), D-sorbitol (Sigma Chemical Co., MW. 182.12), polyethylene glycol (Sigma Chemical Co., MW. 400)을 각각 가소제로 사용하였다.
이론/모형
- 어분단백질 필름은 항온항습 incubator(20℃, RH; 52%)에서 24시간 동안 안정화시킨 다음 You and Shim(2000b)의 방법에 따라 필름을 에스테르 화합물 투과 측정용 용기에 밀착시키고 용기의 필름 경계면 내부에 1g의 ester 화합물을 넣고 1분 동안 필름을 안정화시켰다. 그 후 80% ethanol 용액 50mL가 들어 있는 비이커 속에 ester 화합물 투과 측정용 용기를 넣고 magnetic bar로 일정한 속도로 ethanol 용액을 교반하면서 시간이 경과함에 따라 필름을 투과하여 ethanol 용액에 포집된 ester 화합물량을 Mattick and Robinson의 방법 (1960)에 따라 측정하여 Fig. 1에 나타낸 검량곡선으로 계산하였다.
- 어분 (강릉시 하시동 현대특수사료)에 You and Lee의 방법(1990)으로 0.2N NaOH 용액 (1:50 w/v)을 가하여 60℃ 항온수조에서 일정시간 가열 추출한 뒤 원심분리 (4,000g, 15min)하였다. 원심 분리하여 얻은 상등액을 6N HCl 용액으로 pH를 어분 단백질 등전점 (pH 4.
- 조제된 필름의 인장강도 및 신장률은 ASTM (1995)의 방법에 따라 rheometer (Fudo, VRN 2010J, Japan)로써 측정하였다. 조제된 필름을 가로 1.
- 추출시간에 따른 FMPI의 유화활성과 유화안정성은 Pearce and Kinsella의 방법 (1978)으로 측정하였다. pH 7.
- 추출시간을 달리하여 제조된 FMPI의 표면 소수성은 Hayakawa and Nakai의 방법 (1985)으로 측정하였다. Sodium dodecyl sul-fate가 0.
성능/효과
- 4c에 나타내었다. Ethyl butyrate, ethyl acetate 및 ethyl formate의 투과속도는 각각 0.0240, 0.2761 및 0.4553 mg/100 ml/min로 나타나서, ethyl butyrate가 FMPI 필름을 통과하는데 가장 많은 시간이 소요되었다. 이와 같은 이유는 ethyl formate, ethyl acetate 및 ethyl buty-rate의 탄소 수는 각각 3, 4 및 6개로 분자량이 증가할수록 분자의 운동성이 감소하므로 (Zilberboim et al, 1986) 필름을 통과하는 속도가 낮아지는 것으로 생각된다.
- 3에 나타내었다. FMPI 용액의 pH가 각각 2, 4, 7, 9, 및 11에서의 점도는 1.34, 1.02, 1.12, 1.14 및 1.13 cP로 FMPI 용액의 pH가 2에서 점도가 가장 높게 나타났으며 어분단백질의 등전점 부근인 pH 4에서 가장 낮게 나타났다. Townsend and Nakai (1983)에 의하면 단백질의 점도에 영향을 미치는 인자는 분자크기, 형태, 유동성, 수화정도와 분자상호 간의 힘으로 보고하고 있으며, 또한 Tsutsui et al.
- 어분으로부터 알칼리처리하고 추출조건을 달리하여 제조된 FMPI의 추출량은 추출시간이 증가함에 따라 증가하였다. FMPI의 소수성은 추출시간 1시간일 때 가장 높게 나타났다가 그 이상 추출시간이 경과함에 따라 감소하였다. 유화 활성은 추출시간이 5시간까지 증가함에 따라 급격한 증가를 보였으며, 유화안정성은 추출시간 2시간까지 추출시간의 증가에 따라 급격한 감소를 보여 유화활성과 상반된 결과를 나타내었다.
- 2a에 나타내었다. FMPI의 추출량에서는 추출시간이 증가함에 따라 FMPI의 추출량은 18.24,28.84, 41.40, 45.76, 51.16 및 76.76%로 증가하였다. 그러나 FMPI의 소수성에서는 추출시간이 10분일 때 48.
- 4a에 나타내었다. Sorbitol의 농도가 1.5, 2.0, 2.5 및 3.0%로 제조된 필름의 ethyl acetate의 투과율은 각각 0.1336, 0.1623, 0.1867 및 0.2110 mg/100 mL· min으로 sorbitol 농도가 증가함에 따라 투과속도는 증가하였다. 이러한 이유는 가소제가 단백질 분자 간의 수소결합을 감소시켜 단백질 분자 상호 간의 공간이 넓어지도록 한다.
- 6은 FMPI의 신장율과 표면 소수성과의 관계를 나타낸 것이다. 가소제로 glycerol을 첨가한 필름의 경우 표면소수성이 증가함에 따라 필름의 신장율도 증가하는 경향을 나타내었으나 가소제로 sorbitol을 첨가한 필름의 경우 표면소수성이 증가함에 따라 큰 상관관계를 나타내지 않았다. 이러한 결과를 미루어 볼 때 FMPI 필름의 신장율에 영향을 미치는 요인에 있어서 단백질의 표면소수성보다 가소제의 종류가 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 첨가하는 가소제의 농도가 증가할수록 필름의 ethyl acetate의 투과도는 증가하였다. 가소제의 종류별에 따른 ethyl acetate의 투과도는 polyethylene glycol, glycerol 및 sorbitol 첨가 필름 순으로 높게 나타났으며, ester 화합물 중에서는 ethyl formate의 투과속도가 가장 높았다. 온도가 증가함에 따라 ethyl acetate의 필름 투과속도는 증가하였다.
- 76%로 증가하였다. 그러나 FMPI의 소수성에서는 추출시간이 10분일 때 48.29이었던 것이 추출시간이 증가함에 따라 증가하여 1시간일 때 63.66으로 소수성이 가장 높았으며 추출시간이 1시간 이상 경과함에 따라 감소하여 10시간일 때 소수성은 29.32로 가장 낮게 나타났다.
- 이 그림에서 보듯이 유화활성은 FMPI의 추출시간이 10분일 때 115g/m2이었던 것이 추출시간이 30분, 1시간, 2시간, 3시간 및 5시간으로 증가함에 따라 각각 124, 142, 155, 167, 180g/n?으로 급격히 증가하다가 10시간일 때 182g/m2로 완만한 증가를 보였다. 그러나 유화안정성은 추출시간 10분, 30분 및 1시간일 때 각각 24, 18 및 13 O.D./min으로 급격한 감소를 보이다가 3, 5 및 10시간일 때 12, 12, 11 O.D./min로 완만한 감소를 보여 유화활성과 상반된 결과를 나타내었다. Voutsins et al.
- , 1993)고 보고되어 있다. 따라서 본 실험에서 사용된 가소제의 경우 polyethylene glycol, sorbitol 및 glycerol 순으로 분자량이 작은데 가소제의 분자량이 작을수록 단백질 분자 사이에 쉽게 위치하므로 단백질 분자와 결합하는 가소제 분자 수가 많아지므로 단백질 분자와 가소제 분자 사이의 친수성 결합은 증가하고 단백질 분자 간의 소수성 결합이 감소하므로 소수성인 ethyl acetate가 필름을 통과할 때 필름의 친수성으로 인하여 필름에 흡착되는 ethyl acetate의 량이 감소하므로 투과도가 감소된 것으로 생각된다.
- 어분단백질의 이용성을 높이기 위한 가식성 혹은 생분해성 필름가공을 목적으로 알칼리 처리하여 제조된 FMPI의 물성과 이물성과 ester 화합물의 필름 투과율과 인장강도에 미치는 영향을 조사한 결과는 다음과 같다. 어분으로부터 알칼리처리하고 추출조건을 달리하여 제조된 FMPI의 추출량은 추출시간이 증가함에 따라 증가하였다. FMPI의 소수성은 추출시간 1시간일 때 가장 높게 나타났다가 그 이상 추출시간이 경과함에 따라 감소하였다.
- FMPI의 소수성은 추출시간 1시간일 때 가장 높게 나타났다가 그 이상 추출시간이 경과함에 따라 감소하였다. 유화 활성은 추출시간이 5시간까지 증가함에 따라 급격한 증가를 보였으며, 유화안정성은 추출시간 2시간까지 추출시간의 증가에 따라 급격한 감소를 보여 유화활성과 상반된 결과를 나타내었다. 점도는 pH가 2일 때 가장 높게 나타났고 pH가 4일 때 가장 점도가 낮게 나타났다.
- 가소제로 glycerol을 첨가한 필름의 경우 표면소수성이 증가함에 따라 필름의 신장율도 증가하는 경향을 나타내었으나 가소제로 sorbitol을 첨가한 필름의 경우 표면소수성이 증가함에 따라 큰 상관관계를 나타내지 않았다. 이러한 결과를 미루어 볼 때 FMPI 필름의 신장율에 영향을 미치는 요인에 있어서 단백질의 표면소수성보다 가소제의 종류가 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 특히 가소제로 sorbitol을 첨가한 필름의 경우 glycerol 첨가의 경우에 비하여 표면소수성이 증가함에 따라 인장강도 증가율이 더 크게 나타났다. 이와 같이 FMPI의 표면소수성이 증가함에 따라 필름의 인장강도가 대체적으로 증가하는 것으로 미루어 볼 때 FMPI 필름의 인장 강도에 영향을 미치는 요인들 중 하나는 단백질 분자 사이의 소수성 결합임을 추정할 수 있었다.
- 5에 나타낸 바와 같이 인장강도는 FMPI의 표면 소수성이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였다. 특히 가소제로 sorbitol을 첨가한 필름의 경우 glycerol 첨가의 경우에 비하여 표면소수성이 증가함에 따라 인장강도 증가율이 더 크게 나타났다. 이와 같이 FMPI의 표면소수성이 증가함에 따라 필름의 인장강도가 대체적으로 증가하는 것으로 미루어 볼 때 FMPI 필름의 인장 강도에 영향을 미치는 요인들 중 하나는 단백질 분자 사이의 소수성 결합임을 추정할 수 있었다.
- FMPI의 표면소수성이 증가하면 필름의 인장강도가 증가하였다. 필름의 신장율은 FMPI의 표면소수성보다 가소제의 종류에 더 큰 영향을 받았다.
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