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문제 정의
- 본 연구에서는 어류 단백질로부터 가식성 필름을 제조하기 위하여 다획성 수산물로서 백색어류와 적색어류의 대표적 어종인 명태와 고등어를 선정하여 이들로부터 최적 단백질 추출조건을 구명하고, 분리한 단백질을 이용하여 필름 제조시 단백질 농도, pH 및 온도가 필름의 물리적 특성에 미치는 영향을 검토하였다.
- 어육 단백질을 이용하여 가식성 필름을 제조할 때 단백질 농도 가 필름의 기계적 특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 단백질 농도를 달리하여 필름을 제조한 다음 필름의 기계적 특성에 대하여 알아보았다.
제안 방법
- 0으로 조절하였다. pH 조절한 단백질 용액을 90t로 가열하여 25X25cm 유리판에서 성형한 후, 25t에서 건조하여 필름을 제조한 다음 필름의 기계적 특성과 수분투과도를 측정하였다.
- 제조한.가식성 필름의 인장 강도 (tensile strength, TS)측정을 위한 필름의 두께는 80X25 mm로 절단한 필름을 두께 측정용 Micrometer (Teclock, Japan)를 이용하여 5회 측정한 후 평균값으로 나타내었으며, 수분 투과도 (water vapor permeability, WVP)측 정을 위한 필름의 두께는 필름을 70X70mm로 절단한 후 9회 측정하여 평균값으로 나타내었다.
- 명태 및 고등어 육으로부터 단백질을 획득하기 위하여 Fig. 1과 같이 pH를 조절하여 어류 단백질을 추출 및 분리하였다.
- 분리된 필름 제조용 어육 단백질을 이용하여 최적 필름 제조 조건을 구명하기 위하여 단백질 농도, pH 및 온도를 각각 달리 조절하여.필름을 제조하였다 (Fig.
- 수분 투과도 측정을 위하여 70X70 mm 크기로 절단된 필름을, 상기 기계적 특성 측정시와 동일한 방법으로 필름의 수분 함량을 조절한 후, ASTM 표준 시험법 (ASTM, 1995b)에 따라 컵 방법 (c叩 method)을 이용하여 측정하였다. 수분 투과율 (water vapor transmission rate, WVTR)은 시간에 따른 컵 의 무게 감소율을 필 름의 면적으로 나누어 구하였으며, 이 수분 투과율로부터 하기 식 을 이용하여 수분 투과도(WVP)를 구하였다.
- 어육 단백질로부터 가식성 필름을 제조하기 위하여 명태와 고 등어로부터 최적 단백질 추출조건을 구명하고, 필름 제조용 용액 의 단백질 농도, pH 및 온도가 필름의 물성에 미치는 영향을 조 사하였다.
- 어육 단백질의 추출은 Bae and Rhee (1998)의 방법에 준하여 실시하였다. 즉, 시료와 증류수를 1:9 (w/v)의 비율로 혼합하여 균질화한 다음 0.1 N HC1 또는 0.1 N NaOH 용액으로 시료용액의 pH를 2.0~12.0으로 조절하여 1시간 동안 교반하여 단백질을 추 출한 후, 20분간 원심분리 (12,000rpm)하였다. 원심분리 후 얻어진 상등액 중의 단백질 함량을 setni-micro Kjeldahl법으로 측정하 여, 시료 육 중의 단백질 함량 (g)에 대한 추출된 단백질 함량(g)의 상대비율 (%)로 추출률을 구하였다.
- (1985)의 방법에 따라 시료를 performic acid로 처리하여 cysteinee cysteic acid로 me- thioninee methionine sulfone으로 산화시킨 후에 Heinrikson and Meredith (1984)의 방법에 따라 분석하였다. 즉, 아미노산 분 석용 시료 단백질 60mg에 1%의 phenol을 함유한 6N HC1 15mL를 가하고 Pico-Tag Workstation을 이용하여 기체 질소로 잔 존 산소를 제거시켜 밀봉한 다음, 105轮에서 24시간 동안 산 가수 분해하여 아미노산으로 분해시 킨 후 PITC (phenylisothiocyanate) 를 사용하여 PTC (phenylisothiocarbamyl) 유도체로 만들어 HPLC (Waters 510)로 분석하였다.
- 증류수 100 mL에 단백질 분말 4g과 glycerol 1.6 g을 첨가하여 pH 7.0, 8.0, 9.0 10.0 및 1L0으로 조절한 후, 각각 다른 온도(60, 70, 80 및 9此)에서 20분간 가열한 용액을 단백질 농도별 필름 제조 조건과 동일한 방법으로 성형 및 건조한 다음 필름의 기계적 특성과 수분 투과도를 측정하였다.
- 증류수 100mL에 필름 제조용 단백질 분말 (1, 2, 3, 4 및 5g)과 glycerol (0.4g/g protein)을 첨가하여 pH 10.0으로 조절하였다. pH 조절한 단백질 용액을 90t로 가열하여 25X25cm 유리판에서 성형한 후, 25t에서 건조하여 필름을 제조한 다음 필름의 기계적 특성과 수분투과도를 측정하였다.
- 필름의 기계적 특성을 측정하기 위하여 80X25mm로 절단한 필름을 상대습도가 50%로 조절된 25t의 항온항습조에 48시간 방 치하여 필름의 수분함량을 조절한 후 ASTM 표준 시험법(ASTM, 1995a) 에 따라 Texture analyzer(TA-XT2, Stable Micro Systems, England)를 이용하여 필름의 인장강도(TS)와 신장률 (elongation, E)을 3회 측정하였다. 이때 초기 grip간의 거리는 50 mm로, crosshead 속도는 500mm/min으로 조절하였다.
대상 데이터
- 필름 제조용 시료는 백색어류와 적색어류의 대표적 어종인 명태 (Theragra chalcogramma)와 고등어 (Scomber japonicus)를 사용하였다. 즉, 명태는 육만 분리하여 동결한 것을 구입하여 사용하였으며, 고등어는 동결어 (체장 31.2 ±2.1 cm, 중량 368.5 ± 71.8 g)를 구 입하여 육 (수율 32.4%)만 분리한 다음 사용하였다.
- 필름 제조용 시료는 백색어류와 적색어류의 대표적 어종인 명태 (Theragra chalcogramma)와 고등어 (Scomber japonicus)를 사용하였다. 즉, 명태는 육만 분리하여 동결한 것을 구입하여 사용하였으며, 고등어는 동결어 (체장 31.
- 분리된 필름 제조용 어육 단백질을 이용하여 최적 필름 제조 조건을 구명하기 위하여 단백질 농도, pH 및 온도를 각각 달리 조절하여.필름을 제조하였다 (Fig. 1).
이론/모형
- 수분 투과도 측정을 위하여 70X70 mm 크기로 절단된 필름을, 상기 기계적 특성 측정시와 동일한 방법으로 필름의 수분 함량을 조절한 후, ASTM 표준 시험법 (ASTM, 1995b)에 따라 컵 방법 (c叩 method)을 이용하여 측정하였다. 수분 투과율 (water vapor transmission rate, WVTR)은 시간에 따른 컵 의 무게 감소율을 필 름의 면적으로 나누어 구하였으며, 이 수분 투과율로부터 하기 식 을 이용하여 수분 투과도(WVP)를 구하였다.
- 수분함량은 상압가열건조법, 조단백질은 semi-micro Kjeldahl법, 조지방은 Soxhlet 추출법, 회분은 건식회화법에 따라 측정하였다 (AOAC, 1990).
- 시료중의 아미노산 조성은 Gehrke et al. (1985)의 방법에 따라 시료를 performic acid로 처리하여 cysteinee cysteic acid로 me- thioninee methionine sulfone으로 산화시킨 후에 Heinrikson and Meredith (1984)의 방법에 따라 분석하였다. 즉, 아미노산 분 석용 시료 단백질 60mg에 1%의 phenol을 함유한 6N HC1 15mL를 가하고 Pico-Tag Workstation을 이용하여 기체 질소로 잔 존 산소를 제거시켜 밀봉한 다음, 105轮에서 24시간 동안 산 가수 분해하여 아미노산으로 분해시 킨 후 PITC (phenylisothiocyanate) 를 사용하여 PTC (phenylisothiocarbamyl) 유도체로 만들어 HPLC (Waters 510)로 분석하였다.
- 어육 단백질의 추출은 Bae and Rhee (1998)의 방법에 준하여 실시하였다. 즉, 시료와 증류수를 1:9 (w/v)의 비율로 혼합하여 균질화한 다음 0.
- 0으로 조절하여 1시간 동안 교반하여 단백질을 추 출한 후, 20분간 원심분리 (12,000rpm)하였다. 원심분리 후 얻어진 상등액 중의 단백질 함량을 setni-micro Kjeldahl법으로 측정하 여, 시료 육 중의 단백질 함량 (g)에 대한 추출된 단백질 함량(g)의 상대비율 (%)로 추출률을 구하였다.
성능/효과
- s . Pa을 나타내어, 70℃로 가열하여 제조하였을 때에 비하여 인장강도는 20-114%, 신장률은 13~46% 증가하였고, 수분투과도는 12-22% 감소하였다. 또한, pH의 영향을 보면 pH 10.
- pH별 회수율을 보면 명태는 pH 4.8에서 79.8%로서 가장 높았 으며, 고등어는 pH 5.0에서 64.1%로서 가장 높았고, 이보다 높거나 낮은 pH에서는 다소 감소하였다. 따라서 가식성 필름 제조용 단 백질은 pH 12.
- 고등어 단백질을 원료로 필름을 제조하였을 때 필름 제조용 용액의 온도에 따른 기계적 특성과 수분투과도의 변화를 보면, 온도를 60℃로 가열하여 제조하였을 때에는 pH 7.0과 8.0에서는 필름 제조가 불 가능하였고 pH 9.0~ 11.0에서도 인장강도 0.9~1.2MPa, 신장률 2.3~10.5%로서 기계적 특성이 매우 불량하였다. 온도가 높아짐에 따라 명태 단백질을 원료로 제조한 필름과 유사하게 인장강도와 신장률은 높아지고 수분투과도는 낮아지는 경향으로서, 90℃로 가 열하여 필름을 제조하였을 때에는 인장강도 3.
- 55 ng/m - s - Pa을 나타내어 인장강도와 신장률은 가장 높았고 수분투과도는 가장 낮았다. 그리고 60℃로 가열하여 제조하였을 때에 비하여 인장강도는 11-37%, 신장률은 83~117% 증가하였 고, 수분투과도는 5-10% 감소하였다. 또한, pH의 영향을 보면 필름 제조용 용액의 pH가 높아짐에 따라 인장강도는 60~80℃로 가열하여 제조한 필름은 pH 11.
- 이상) 필름 용액의 겔화로 필름 성형이 곤란하였다. 그리고 단백질을 증 류수 100mL에 2g이나 3 g 첨가하였을 때에는 wrapping 현상이나 겔화 현상은 일어나지 않았으나, 단백질을 4g 첨가하여 제조한 필름에 비하여 필름의 두께가 얇고 인장강도가 비교적 낮았으며 신장률이 다소 높았다 (결과 미제시). 따라서 명태와 고등어 단백질을 이용하여 필름을 제조할 때에는 증류수 100mL에 단백질 4g을 첨가하는 것이 바람직하였다.
- 따라서 명태 및 고등어의 어육 단백질을 이용한 가식성 필름 제조 를 위해서는 필름 제조용 용액을 pH 1Q0으로 조정한 다음 90℃로 가열하여 제조하는 것이 가장 바람직한 것으로 판단되었다. 한편, 명태와 고등어 단백질 필름을 비교해보면 명태 필름의 경우는 인장강도 5.
- 그리고 단백질을 증 류수 100mL에 2g이나 3 g 첨가하였을 때에는 wrapping 현상이나 겔화 현상은 일어나지 않았으나, 단백질을 4g 첨가하여 제조한 필름에 비하여 필름의 두께가 얇고 인장강도가 비교적 낮았으며 신장률이 다소 높았다 (결과 미제시). 따라서 명태와 고등어 단백질을 이용하여 필름을 제조할 때에는 증류수 100mL에 단백질 4g을 첨가하는 것이 바람직하였다.
- Pa을 나타내어, 70℃로 가열하여 제조하였을 때에 비하여 인장강도는 20-114%, 신장률은 13~46% 증가하였고, 수분투과도는 12-22% 감소하였다. 또한, pH의 영향을 보면 pH 10.0까지는 필름 제조용 용액의 pH가 높아짐에 따라 인장강도와 신장률이 다소 증가하는 경향이 었으나 pH 11.0에서는 pH 10.0과 차이가 크지 않았다. 그리고 수 분투과도는 pH에 따른 영향이 크지 않았다 (Fig.
- 그리고 60℃로 가열하여 제조하였을 때에 비하여 인장강도는 11-37%, 신장률은 83~117% 증가하였 고, 수분투과도는 5-10% 감소하였다. 또한, pH의 영향을 보면 필름 제조용 용액의 pH가 높아짐에 따라 인장강도는 60~80℃로 가열하여 제조한 필름은 pH 11.0까지 계속하여 증가하는 경향이 었으나 90℃로 가열하여 제조한 필름은 pH 10.0까지는 증가하는 경향이었으나 pH 11.0에서는 pH 10.0에 비하여 오히려 감소하였다. 그리고 신장률과 수분투과도는 pH에 따른 영향이 크지 않았다 (Fig.
- 또한, 명태 단백질과 고등어 단백질로 제조한 필름의 기계적 특 성과 수분투과도의 차이는 앞으로 충분한 검토가 이루어져야 할 것으로 판단되나, 해당작용이나 산화환원반응에 관여하는 단백질 인 근형질 단백질 함량의 차이 (전단백질에 대한 근형질 단백질의 비율: 명태 12.8-17.8%, 고등어 47.3~56.2%)도 필름 형성에 영향을 미쳤을 것으로 추정된다. (박 등, 1995).
- 명태 단백질을 원료로 필름을 제조하였을 때 필름 제조용 용액 의 온도에 따른 기계적 특성과 수분투과도의 변화를 보면, 온도가 높아짐에 따라 인장강도와 신장률은 높아지고 수분투과도는 다소 낮아지는 경향으로서, 90℃로 가열하여 필름을 제조하였을 때에는 인장강도 7.0~8.8MPa, 신장률 96.4-102.4%, 수분투과도 0.54~ 0.55 ng/m - s - Pa을 나타내어 인장강도와 신장률은 가장 높았고 수분투과도는 가장 낮았다. 그리고 60℃로 가열하여 제조하였을 때에 비하여 인장강도는 11-37%, 신장률은 83~117% 증가하였 고, 수분투과도는 5-10% 감소하였다.
- 2와 Table 3에 나타내었다. 명태는 pH 12.0에서 94.8%로서 추출률이 가장 높았으며 다음으로 pH 2.0, 11.0의 순이었고, pH 3.0~10.0의 범위에서는 22.6~45.9%로서 추출률이 비교적 낮았다. 고등어는 pH 12。에서 97.
- 명태와 고등어로부터 가용성 단백질의 추출률은 pH 12에서 가장 높았으며, 다음으로 pH 2, 11의 순이었고, 중성부근에서는 추 출률이 낮았다. 한편 추출된 가용성 단백질을 등전점 분리시켰을 때, 단백질의 회수율은 명태는 pH 4.
- 필름 제조용 명태와 고등어의 일반성분을 Table 1에 나타내었다. 명태의 일반성분 함량은 수분 79.6%, 조단백질 18.2%, 조지방 0.6% 및 회분 1.2%였으며, 고등어는 수분 69.1%, 조단백질 20.1%, 조지방 9.5% 및 회분 13%로서 명태가 고등어에 비하여 수분함량은 높고 조단백질과 조지방 함량은 낮았으며, 회분은 유사한 수 준이었다.
- 명태의 일반성분 함량은 수분 79.6%, 조단백질 18.2%, 조지방 0.6%, 회분 1.2%였으며, 고등어는 수분 69.1%, 조단백질 20.1%, 조지방 9.5%, 회분 1.3%로서 명태가 고등어에 비하여 수분함량은 높고 조단백질과 조지방 함량은 낮았다. 또한, 황함유 아미노산인 cysteine과 methionine 함량은 명 태 771 mg/100 g, 고등어 746 mg/ 100 g으로서 이들 아미노산의 비율은 그다지 높지 않았다.
- 5%로서 기계적 특성이 매우 불량하였다. 온도가 높아짐에 따라 명태 단백질을 원료로 제조한 필름과 유사하게 인장강도와 신장률은 높아지고 수분투과도는 낮아지는 경향으로서, 90℃로 가 열하여 필름을 제조하였을 때에는 인장강도 3.7~4.7 MPa, 신장률78.3-156.1 %, 수분투과도 0.69~0.79 ng/m . s .
- 명태의 아미노산 총량은 15, 817 mg/100g이었으며, 고등어는 19297 mg/100g이었다. 필름의 물성에 많은 영향을 미치는 것으로 알려진 함황 아미노산인 cysteine과 methionine 함량은 명태 771 mg/100g, 고등어 746mg/100g으로서 함황 아미노산의 비율은 그 다지 높지는 않았다 (Table 2).
후속연구
- 따라서 단백질을 이용한 가식성 필름의 제조에 있어서 필름의 기계적 특성 및 수분투과 특성은 제조원료, 온도 및 pH 등에 상 당한 영향을 받으므로 향후 단백질 필름 제조시에는 이에 대한 충분한 검토가 이루어져야 할 것으로 생각된다.
- (1997)은 대두박을 이용한 가식성 필름의 제조 연구에서 산성측에서 추출한 단백질로 제조한 필름이 중성이나 알 칼리 영역에서 추출하여 제조한 가식성 필름보다 강한 인장강도와 우수한 수분 투과도를 보였다고 하여 어류에서 분리한 단백질 필 름과는 상이한 결과를 나타내었다. 따라서 향후 식품내 구성 단백 질을 이용하여 가식성 필름을 제조할 때에도 단백질 추출 pH는 충분한 검토가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
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