필름용액에 $CaCl_2$를 직접 첨가하여 제조한 알긴산 필름과 알긴산 필름을 $CaCl_2$용액에 침지시켜 제조한 알긴산 필름을 대조구용 알긴산 필름과 함께 제조하여 각 필름의 인장강도, 연신율, 투습도 및 수분용해도 등을 측정하여 제조방법에 따른 알긴산 필름의 특성에 미치는 $CaCl_2$의 처리효과를 조사하였다. $CaCl_2$의 처리방법에 따라 필름의 특성은 크게 영향을 받았다. 이는 칼슘이온과 알긴산의 카르복실기 사이의 가교결합에 기인하는데, $CaCl_2$를 직접 첨가한 알긴산 필름의 인장강도는 사용농도에 따라 $1.14{\sim}1.58$배 증가한 반면 연신율은 $1.35{\sim}1.67$배 감소하였으며, 투습도는 $1.15{\sim}1.35$배 감소하였다. $CaCl_2$용액에 침지시킨 필름은 그 효과는 보다 현저하였는데, 인장강도는 사용용액의 농도에 따라 $2.49{\sim}3.25$배 증가하였고, 연신율은 $3.90{\sim}12.23$배 감소하였으며, 투습도는 $1.39{\sim}2.41$배 감소하였으며, 수분에 대한 저항성이 크게 증가하였다.
필름용액에 $CaCl_2$를 직접 첨가하여 제조한 알긴산 필름과 알긴산 필름을 $CaCl_2$용액에 침지시켜 제조한 알긴산 필름을 대조구용 알긴산 필름과 함께 제조하여 각 필름의 인장강도, 연신율, 투습도 및 수분용해도 등을 측정하여 제조방법에 따른 알긴산 필름의 특성에 미치는 $CaCl_2$의 처리효과를 조사하였다. $CaCl_2$의 처리방법에 따라 필름의 특성은 크게 영향을 받았다. 이는 칼슘이온과 알긴산의 카르복실기 사이의 가교결합에 기인하는데, $CaCl_2$를 직접 첨가한 알긴산 필름의 인장강도는 사용농도에 따라 $1.14{\sim}1.58$배 증가한 반면 연신율은 $1.35{\sim}1.67$배 감소하였으며, 투습도는 $1.15{\sim}1.35$배 감소하였다. $CaCl_2$용액에 침지시킨 필름은 그 효과는 보다 현저하였는데, 인장강도는 사용용액의 농도에 따라 $2.49{\sim}3.25$배 증가하였고, 연신율은 $3.90{\sim}12.23$배 감소하였으며, 투습도는 $1.39{\sim}2.41$배 감소하였으며, 수분에 대한 저항성이 크게 증가하였다.
Effect of direct addition of $CaCl_2$ into sodium alginate film-making solution and immersion of alginate films into $CaCl_2$ solutions on tensile strength (TS), percentage elongation at break (E), water vapor permeability (WVP), and water solubility (WS) of the films were inve...
Effect of direct addition of $CaCl_2$ into sodium alginate film-making solution and immersion of alginate films into $CaCl_2$ solutions on tensile strength (TS), percentage elongation at break (E), water vapor permeability (WVP), and water solubility (WS) of the films were investigated. TS of alginate films prepared by both methods increased. E of $CaCl_2-added$ films did not change significantly (P>0.05), whereas that of $CaCl_2-immersion$ films decreased significantly (p<0.05). WVP of films prepared by both methods decreased significantly, but the effect was more significant in the $CaCl_2-immersion$ films. Water resistance was not changed in the $CaCl_2-added$ films, whreras increased significantly in $CaCl_2-immersion$ films (p<0.05). Properties of alginate films depend on the concentration of $CaCl_2$ treatments in both methods, and they also depend on treatment time in the immersion method.
Effect of direct addition of $CaCl_2$ into sodium alginate film-making solution and immersion of alginate films into $CaCl_2$ solutions on tensile strength (TS), percentage elongation at break (E), water vapor permeability (WVP), and water solubility (WS) of the films were investigated. TS of alginate films prepared by both methods increased. E of $CaCl_2-added$ films did not change significantly (P>0.05), whereas that of $CaCl_2-immersion$ films decreased significantly (p<0.05). WVP of films prepared by both methods decreased significantly, but the effect was more significant in the $CaCl_2-immersion$ films. Water resistance was not changed in the $CaCl_2-added$ films, whreras increased significantly in $CaCl_2-immersion$ films (p<0.05). Properties of alginate films depend on the concentration of $CaCl_2$ treatments in both methods, and they also depend on treatment time in the immersion method.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 알긴산 필름의 물성을 증진시키기 위하여 Cad?를 필름용액에 직접 첨가하는 방법과 일단 필름을 제조한 후 필름을 Cad?용액에 침지하여 처리하는 두 가지 방법을 사용하여 알긴산 필름을 제조하고 그 효과를 검토하였다.
가설 설정
2)Concentration of CaCl2 is based on Na-alginate (w/w).
2)Concentration of CaCl2 is based on Na-alginate (w/w).
제안 방법
필름의 수분용해도(water solubiHty; WS)는 Rhim 등(18)의 방법에 따라 측정하였다. 먼저 수분용해도 측정용 필름 3매를 취 하여 105℃의 '건조기 에서 24시 간 건조하여 필름의 건물함량을 측정하고, 수분용해도 측정용 필름 3매를 따로 취하여 50mL 용량의 비이커에 증류수 약 30mL외" 함께 넣고 입구를 parafilm으로 밀봉한 후 각 측정온도로 고정된 (25, 50, 70, 80 및 90℃) 정온기에 넣고 가끔 흔들어 주면서 일정 시간 후에 물에 용해되지 않은 필름을 꺼내어 105℃의 건조기에서 24시간 동안 건조시켜 건물함량을 측정하였다. 필름의 용해도는 초기의 건물에 대한 물에 용해된 양의 백분율로 나타냈다.
첫째는 알긴산 필름 용액의 제조 시에 일정양의 Cad?를 직접 첨가하여 필름을 제조한 Cad? 첨가 필름(mixing film)이고, 둘째는 Pavlath 등(14)의 방법에 따라 일단 알긴산 필름을 제조한 후 필름을 CaCL용액에 일정시간 침지한 후 건조시켜 가교결합(ionic crosslinking)을 형성시킨 필름(immersion film)이다. CaCl2 처리 농도의 영향을 조사하기 위하여 CaCl2 첨가 필름은 CaCl2 첨가량을 0.03, 0.06, 0.09 및 0.12g을 첨가하여 4종류의 필름을 제조하였는데, 이는 각각 알긴산 분말기준으로 0.75, 1.50, 2.25 및 3.00%에 해당한다. CaCl2 용액에 침지한 필름은 대조구 필름과 같은 방법으로 제조하여 상온에서 건조시킨 알긴산 필름을 2, 5 및 10%의 CaCl2 용액에 5분간 침지한 후 건조하여 필름을 제조하였다.
00%에 해당한다. CaCl2 용액에 침지한 필름은 대조구 필름과 같은 방법으로 제조하여 상온에서 건조시킨 알긴산 필름을 2, 5 및 10%의 CaCl2 용액에 5분간 침지한 후 건조하여 필름을 제조하였다. 이때 침지 과정이나 건조과정 중에 필름의 수축이나 변형이 일어나는 것을 방지하기 위하여 1차 건조된 필름을 유리판에서 떼어내지 않은 채로 필름의 상부에 각 농도의 CaCq 용액 100 mL를 부어 5분간 반응시킨 후 용액을 제거하고 다시 상온에서 3~4 시간 건조하여 실험용 필름으로 사용하였다.
WVTR은 ASTM 표준방법⑮을 수정하여 25℃와 50%(100/50%) 상대습도 구배 하에서 측정하였다. Poly(methylmethacry-late)로 제작한 투습컵을 사용하여 상부까지 1cm의 공간이 생기도록 18mL의 증류수를 넣고 투습도 측정용 필름을 투습컵의 입구(지름 4.6cm)에 밀착시켜 밀봉한 후 무게를 측정하여 25℃와 50% RH로 조절되고 198m/min의 속도로 공기가 순환되는 항온항습기 (Model FX 1077, (주)제이오텍)에 넣고 8시간 동안 매 1시간 간격으로 투습컵의 무게를 0.0001 g의 정밀도로 측정하였다. WVP의 계산 시에 필름의 하부와 증류수의 표면 사이에 있는 공기의 저항에 의한 영향을 McHugh 등(16)과 Gennadios 등(17)의 방법에 따라 보정하였다.
나타낸다. WVTR은 ASTM 표준방법⑮을 수정하여 25℃와 50%(100/50%) 상대습도 구배 하에서 측정하였다. Poly(methylmethacry-late)로 제작한 투습컵을 사용하여 상부까지 1cm의 공간이 생기도록 18mL의 증류수를 넣고 투습도 측정용 필름을 투습컵의 입구(지름 4.
각 필름의 두께는 0.01 mm의 정밀도를 갖는 마이크로메터(Dial Thickness Gauge 7301, Mitutoyo, Japan)를 사용하여 측정하였다. 투습도 측정용 시료는 중심부와 주변 네 부위의 두께를 측정하고 그 평균값을 사용하여 투습계수의 계산에 사용하였으며, 인장강도 측정용 시료 역시 길이 방향으로 다섯 부위의 두께를 측정하여 그 평균값을 사용하여 필름의 인장강도 계산에 사용하였다.
각 필름의 인장강도, 연신율, 투습도, 수분용해도 및 팽윤 도는 각각 따로 제조한 필름을 실험단위로 하여 3회 반복 측 정하였다. 각 필름의 특성치의 평균값과 표준편차를 SAS(20) 의 General Linear Model을 사용하여 계산하였으며, 각 평균 값의 유의적인 차이 검정은 유의수준 α = 0.
이러한 현상은 Pavlath 등⑫에 의해 밝혀진 바와 같다. 따라서 CaC&용액에 침지하여 제조한 알긴산 필름의 수분용해도(water solubiHty; WS)를 조사하였으며, WS는 25℃와 8이의 증류수에 24시간 처리하여 측정하였는데 그 결과는 Table 3에 표시된 바와 같다. CaCL용액 침지필름의 WS는 CaC&용액의 농도가 증가할수록 증가하였으며 온도가 높은 쪽의 WS 가 더 낮게 나타났다.
모든 필름 시료는 2℃, 50% 상대습도로 조절된 항온항습기(Model FX 1077, (주)제이오텍)에서 48시간 이상 수분함량을 조절한 후 필름의 특성 측정에 사용하였다.
제조한 후 필름을 Cad?용액에 침지하여 처리하는 두 가지 방법을 사용하여 알긴산 필름을 제조하고 그 효과를 검토하였다.
01 mm의 정밀도를 갖는 마이크로메터(Dial Thickness Gauge 7301, Mitutoyo, Japan)를 사용하여 측정하였다. 투습도 측정용 시료는 중심부와 주변 네 부위의 두께를 측정하고 그 평균값을 사용하여 투습계수의 계산에 사용하였으며, 인장강도 측정용 시료 역시 길이 방향으로 다섯 부위의 두께를 측정하여 그 평균값을 사용하여 필름의 인장강도 계산에 사용하였다.
건조가 끝난 후에는 알긴산 필름을 유리판으로부터 떼어내어 실험용 필름으로 사용하였다. 필름의 물성을 개선하기 위하여 CaCL를 처리방법을 달리하여 두 가지 방법으로 알긴산 필름을 제조하였다. 첫째는 알긴산 필름 용액의 제조 시에 일정양의 Cad?를 직접 첨가하여 필름을 제조한 Cad? 첨가 필름(mixing film)이고, 둘째는 Pavlath 등(14)의 방법에 따라 일단 알긴산 필름을 제조한 후 필름을 CaCL용액에 일정시간 침지한 후 건조시켜 가교결합(ionic crosslinking)을 형성시킨 필름(immersion film)이다.
대상 데이터
이때 침지 과정이나 건조과정 중에 필름의 수축이나 변형이 일어나는 것을 방지하기 위하여 1차 건조된 필름을 유리판에서 떼어내지 않은 채로 필름의 상부에 각 농도의 CaCq 용액 100 mL를 부어 5분간 반응시킨 후 용액을 제거하고 다시 상온에서 3~4 시간 건조하여 실험용 필름으로 사용하였다. 실험용 필름은 필름의 물성 측정항목에 따라 투습도 측정용은 7X7cm, 수분용해도 측정용은 2X2 cm, 인장강도 및 연신율 측정용 시료는 10X2.54 cm 크기로 절단하여 사용하였다.
데이터처리
Any two means in the same column followed by the same letter are not significantly (p>0.05) different by Duncan's multiple range test.
각 필름의 인장강도, 연신율, 투습도, 수분용해도 및 팽윤 도는 각각 따로 제조한 필름을 실험단위로 하여 3회 반복 측 정하였다. 각 필름의 특성치의 평균값과 표준편차를 SAS(20) 의 General Linear Model을 사용하여 계산하였으며, 각 평균 값의 유의적인 차이 검정은 유의수준 α = 0.05를 사용하여 Duncan's multiple range test를 실시하였다.
이론/모형
0001 g의 정밀도로 측정하였다. WVP의 계산 시에 필름의 하부와 증류수의 표면 사이에 있는 공기의 저항에 의한 영향을 McHugh 등(16)과 Gennadios 등(17)의 방법에 따라 보정하였다.
필름의 수분용해도(water solubiHty; WS)는 Rhim 등(18)의 방법에 따라 측정하였다. 먼저 수분용해도 측정용 필름 3매를 취 하여 105℃의 '건조기 에서 24시 간 건조하여 필름의 건물함량을 측정하고, 수분용해도 측정용 필름 3매를 따로 취하여 50mL 용량의 비이커에 증류수 약 30mL외" 함께 넣고 입구를 parafilm으로 밀봉한 후 각 측정온도로 고정된 (25, 50, 70, 80 및 90℃) 정온기에 넣고 가끔 흔들어 주면서 일정 시간 후에 물에 용해되지 않은 필름을 꺼내어 105℃의 건조기에서 24시간 동안 건조시켜 건물함량을 측정하였다.
필름의 수분흡수에 의한 필름의 팽윤도(swelling rate: SR)는 Rhim 등(18)의 방법에 따라 수분용해도 측정 시와 같은 방법으로 필름시료를 일정온도와 일정시간 동안 증류수에 침지한 후 꺼내어 Whatman 여과지를 사용하여 표면수를 제거하고 무게를 측정하여 무게의 증가량을 초기의 무게에 대한 백분율로 나타냈다.
필름의 인징강도(tensile strength: TS)와 연신율(elongation at break: E)은 ASTM 표준방법(19)에 따라 Instron Universal Testing Machine(Model 4465, Instron Corp., Canton, MA, USA)을 사용하여 측정하였다. 이 때 초기의 grip간의 거리는 5cm이고, cross-head의 속도는 500mm/min 이었다.
성능/효과
따라서 CaC&용액에 침지하여 제조한 알긴산 필름의 수분용해도(water solubiHty; WS)를 조사하였으며, WS는 25℃와 8이의 증류수에 24시간 처리하여 측정하였는데 그 결과는 Table 3에 표시된 바와 같다. CaCL용액 침지필름의 WS는 CaC&용액의 농도가 증가할수록 증가하였으며 온도가 높은 쪽의 WS 가 더 낮게 나타났다. Pavlath 등(12)은 CaCl2 용액에 침지시킨 알긴산 필름의 수분용해도가 CaCl?용액의.
이는 사용온도가 증가할수록 알긴산 포장재의 흡수율이 감소하여 수분의 흡수에 의한 외관적인 변형이 감소하는 것을 의미하는 것으로 수분함량이 높은 고온의 식품에 적용하기에 좋은 특성인 것으로 판단된다. 알긴산 필름의 SR에 대한, 처리시간의 영향은 처리온도에 따라 다르게 나타났는데, 25℃에서는 시간의 증가에 따라 SR이 증가하였으며, 501에서는 뚜렷한 변화가 없었고, 70℃와 90℃에서는 시간이 증가함에 따라 SR이 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 온도에 따라 SR의 포화도 값과 포화되는 시간이 다르기 때문으로 판단된다.
Table 4에는 3% Ca(&용액에 5분간 침지시켜 불용화시킨 알긴산 필름의 수분흡수에 의한 팽윤도(SR)의 결과를 표시하였다. 알긴산 필름의 SR은 물의 온도와 흡수시간에 의해 영향을 받았는데, 필름의 SR은 온도가 증가함에 따라 직선적으로 감소하였다. 이는 사용온도가 증가할수록 알긴산 포장재의 흡수율이 감소하여 수분의 흡수에 의한 외관적인 변형이 감소하는 것을 의미하는 것으로 수분함량이 높은 고온의 식품에 적용하기에 좋은 특성인 것으로 판단된다.
알긴산 필름의 투습계수(water vapor permeability; WVP)는 Table 2에 표시한 바와 같았다. 알긴산 필름의 투습계수 역 시 CaC&의 처리에 의해 현저하게 감소하였으며, 처리방법에 따라서도 유의적인 차이를 나타냈는데, CaCl2 첨가필름이 사 용농도에 따라 WVP7]- 1.15~1.35배 감소한데 비해 CaCl?용 액 침지필름은 1.39~2.
35배 감소하였다. Cad?용액에 침지시킨 필름은 그 효과는 보다 현저 하였는데, 인장강도는 사용용액의 농도에 따라 2.49~3.25배 증가하였고, 연신율은 3.90~12.23배 감소하였으며, 투습도는 1.39~2.41배 감소하였으며, 수분에 대한 저항성이 크게 증가하였다.
본 연구결과에서도 CaC. 용액침지필름의 두께가 다른 처리구에 비해 감소하였으나 침지 필름 중에서는 침지용액의 CaCl2 농도가 증가할수록 그 두 께가 증가한 결과를 나타내고 있는데, 이는 CaCl2 농도가 증 가함에 따라 알긴산의 불용화 정도가 증가했음을 증명한다.
CaClj 처리에 의한 알 긴산 필름의 인장강도와 연신율의 변화는 CaCl2 처리방법과 사용농도에 따라 크게 영향을 받았는데 그 정도는 알긴산 필 름을 CaCl2 용액에 침지시켜 가교결합을 유도시킨 필름이 필 름용액에 Cad?를 직접 첨가하여 제조한 필름에 비해 크게 나타났다. 즉 CaCl? 첨가필름은 첨가농도에 따라 인장강도가 1.14~1.58배 증가했는데 비해 CaC&용액 침지필름은 2.49~3.25 배로 크게 증가하였으며, 반면에 연신율은 처리방법에 따라 각각 1.35~1.67배 및 3.90~12.23배 감소하였다. Pavlath 등⑫ 은 가소제로 glycerin을 알긴산 대비 40% 첨가한 알긴산필름 을 5%와 10%의 CaCl?용액에 5~60분 침지시킨 결과 인장강 도가 처리시간과 CaCL용액의 농도에 따라 41.
후속연구
알긴산 필름의 WS에 대한 물의 온도에 대해서는 아직 보고된 바가 없으나 5% Cad?용액에 5분간 침지시켜 불용화시킨 펙틴필름(23)의 경우 25℃에서는 용해되는데 걸리는 시간이 2주 미만이었으나 8(TC에서는 2일 미만으로 물의 온도가 높을수록 WS가 감소하는 결과를 얻어 본 연구의 결과와 상이하였다. 필름의 물성은 사용하는 원료에 따라 크게 달라지기 때문에(23) 이러한 차이는 필름 원료의 차이에 기인할 수도 있으나 이에 대해서는 보다 상세한 연구가 이루어져야 할 것이다. Table 4에는 3% Ca(&용액에 5분간 침지시켜 불용화시킨 알긴산 필름의 수분흡수에 의한 팽윤도(SR)의 결과를 표시하였다.
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