단감의 호흡에 미치는 산소, 이산화탄소 가스조성과 저장온도의 영향을 조사하기 위하여 비경쟁억제 효소반응속도식$(R=V_m[O_2]/(K_m+(1+[CO_2]/K_i)[O_2]))$과, Arrhenius 식(R=A exp(-E/$(R^*T)$)을 각각 모델로 하였다. 호흡 data는 0, 5, $20^{\circ}C$에서 폐쇄계방법으로 수집하였다. 0, $5^{\circ}C$에서 $K_m$은 0.1%이하, $K_i$는 100%이상이었고, $20^{\circ}C$에서 산소소비와 이산화탄소 발생의 $K_m$은 각각 10.72%와 3.25%로 크게 증가하였고, $K_i$는 각각 59.6%와 44.6%로 크게 감소하였다. 활성화에너지는 산소농도가 낮아지고 이산화탄소 농도가 높아질수록 감소하였고, 산소소비의 활성화에너지가 이산화탄소 발생의 활성화에너지보다 낮았다. 이는 이산화탄소 발생 호흡량이 산소소비 호흡량에 비해 온도의 영향을 많이 받고, 산소감소와 이산화탄소 증가에 따른 호흡량 감소 효과는 저온에 비해 고온에서 커지는 경향이었다. 이는 산소소비와 이산화탄소 발생의 $K_m$과 $K_i$값 비교에 의한 예측과 일치하는 결과이다. 이상의 간을 근거로 하여 각 온도별 MA포장 내 공기조성 변화의 예측하였고, 또한 실제 실험으로 조사된 값은 일치하였다. 따라서 단감의 최적 MA 포장조건설정에 있어서 효소반응속도론에 근거한 호흡모델이 타당한 것으로 판단되었다.
단감의 호흡에 미치는 산소, 이산화탄소 가스조성과 저장온도의 영향을 조사하기 위하여 비경쟁억제 효소반응속도식$(R=V_m[O_2]/(K_m+(1+[CO_2]/K_i)[O_2]))$과, Arrhenius 식(R=A exp(-E/$(R^*T)$)을 각각 모델로 하였다. 호흡 data는 0, 5, $20^{\circ}C$에서 폐쇄계방법으로 수집하였다. 0, $5^{\circ}C$에서 $K_m$은 0.1%이하, $K_i$는 100%이상이었고, $20^{\circ}C$에서 산소소비와 이산화탄소 발생의 $K_m$은 각각 10.72%와 3.25%로 크게 증가하였고, $K_i$는 각각 59.6%와 44.6%로 크게 감소하였다. 활성화에너지는 산소농도가 낮아지고 이산화탄소 농도가 높아질수록 감소하였고, 산소소비의 활성화에너지가 이산화탄소 발생의 활성화에너지보다 낮았다. 이는 이산화탄소 발생 호흡량이 산소소비 호흡량에 비해 온도의 영향을 많이 받고, 산소감소와 이산화탄소 증가에 따른 호흡량 감소 효과는 저온에 비해 고온에서 커지는 경향이었다. 이는 산소소비와 이산화탄소 발생의 $K_m$과 $K_i$값 비교에 의한 예측과 일치하는 결과이다. 이상의 간을 근거로 하여 각 온도별 MA포장 내 공기조성 변화의 예측하였고, 또한 실제 실험으로 조사된 값은 일치하였다. 따라서 단감의 최적 MA 포장조건설정에 있어서 효소반응속도론에 근거한 호흡모델이 타당한 것으로 판단되었다.
Respiration of 'Fuyu' persimmon (Diospyros kaki) fruits were measured in terms of oxygen consumption rate and carbon dioxide evolution by closed system experiments at 0, 5, and $20^{\circ}C$. Enzyme kinetics-based respiration model was used to describe respiration rate as function of
Respiration of 'Fuyu' persimmon (Diospyros kaki) fruits were measured in terms of oxygen consumption rate and carbon dioxide evolution by closed system experiments at 0, 5, and $20^{\circ}C$. Enzyme kinetics-based respiration model was used to describe respiration rate as function of $O_2\;and\;CO_2$ gas concentrations $(R=V_m[O_2]/K_m+(1+[CO_2]/K_i)[O_2])$, and Arrhenius equation was applied to analyze temperature effect. $V_m\;and\;K_m$ increased, while $K_i$ decreased, with increasing temperature. $K_m\;of\;O_2$ consumption was greater than that of $CO_2$ evolution at equal temperature. Inhibitory effect of reduced $O_2$ level on $O_2$ consumption was more prominent than that on $CO_2$ evolution. Activation energy of respiration decreased with reduced $O_2$ and elevated $CO_2$ concentrations. Activation energy of $CO_2$ evolution was greater than that of $O_2$ consumption. Permeable package experiments verified respiration model parameters by showing good agreement between predicted and experimental gas concentrations in package.
Respiration of 'Fuyu' persimmon (Diospyros kaki) fruits were measured in terms of oxygen consumption rate and carbon dioxide evolution by closed system experiments at 0, 5, and $20^{\circ}C$. Enzyme kinetics-based respiration model was used to describe respiration rate as function of $O_2\;and\;CO_2$ gas concentrations $(R=V_m[O_2]/K_m+(1+[CO_2]/K_i)[O_2])$, and Arrhenius equation was applied to analyze temperature effect. $V_m\;and\;K_m$ increased, while $K_i$ decreased, with increasing temperature. $K_m\;of\;O_2$ consumption was greater than that of $CO_2$ evolution at equal temperature. Inhibitory effect of reduced $O_2$ level on $O_2$ consumption was more prominent than that on $CO_2$ evolution. Activation energy of respiration decreased with reduced $O_2$ and elevated $CO_2$ concentrations. Activation energy of $CO_2$ evolution was greater than that of $O_2$ consumption. Permeable package experiments verified respiration model parameters by showing good agreement between predicted and experimental gas concentrations in package.
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문제 정의
본 연구는 단감의 최적 MA 포장 조건을 설계하기 위하여, 단감의 호흡에 미치는 온도와 호흡가스인 산소, 이산화탄소의 영향을 화학반응식을 사용하여modeling하고 이를 검토하고자 하였다.
제안 방법
호홉율 측정은 폐쇄계방법(이osed system method)(27, 28)을 이용하였다. 0, 5, 20"C의 각 온도에서 3, 000 mL 밀폐용기에 단감과 실을 넣고 일정 시간 간격으로 호흡가스인 산소와 이산화탄소의 농도 변화율을 조사한 후, 시료의 무게와 용기의 부피를 감안하여 호흡율을 구하였다. 산소와 이산화탄소의 분석 조건은 gas chromatograph(HP 5890 series H, Hewlett Packard Co.
4. Predicted package atmosphere and experimental data for permeable package of the persimmon fruits at 0, 5, and 20℃. Package have 225 ±5 g persimmon fruits with initial free volume of 120 mL, surface area of 0.
호흡 모델 panmmetei들을 검정하기 위해 MA 포장 시험을 실시하였다. 각 온도에서 공시과실을 두께가 52 jam인 LDPE film 봉지에 1개씩 열 접착 밀봉한 후 저장기간별로 포장 내 공기조 성 변화를 조사하였다. 이때 포장조건은 표면적이 392cm2(길이 14.
따라서 단감의 최적 MA 포장 조건 설정에 있어서 온 노와 가스조성에 대한 호흡 모델로 다른 신선채소류들과 같이 효소 반 응 속도론의 비경쟁 억제 효소반응 속도식이 타당한 것으로 판단된다. 결론적으로 가스 조성과 저장온도가 단감의 호흡에 미치는 영향을 나타내기 위하여 효소반응 속도론의 비경쟁 억제 효소반응 속도식과, Arrhenius 식을 각각 모델로 하여 호흡계수를 결정하였다. 호흡 data는 0, 5, 20P에서 폐쇄계 방법으로 수집되었다.
단감의 호흡에 미치는 산소. 이산화탄소 가스 조성과 저장온도의 영향을 조사하기 위하여 비경쟁 억제 효소반응속도식(R = VmK시/(K,+ (l+[CO2]Ki)[()2]))과 Arrhenius 식(R = A exp(-E/ (R*T))을 각각 모델로 하였다. 호흡 data는 0, 5, 2UC에서 폐쇄계방법으로 수집하였다.
결론적으로 가스 조성과 저장온도가 단감의 호흡에 미치는 영향을 나타내기 위하여 효소반응 속도론의 비경쟁 억제 효소반응 속도식과, Arrhenius 식을 각각 모델로 하여 호흡계수를 결정하였다. 호흡 data는 0, 5, 20P에서 폐쇄계 방법으로 수집되었다. 호흡 모델의 Vm과 Km, 은온도가 올라갈수록 증가하는 경향이었고, K는 감소하는 경향이었다.
이산화탄소 가스 조성과 저장온도의 영향을 조사하기 위하여 비경쟁 억제 효소반응속도식(R = VmK시/(K,+ (l+[CO2]Ki)[()2]))과 Arrhenius 식(R = A exp(-E/ (R*T))을 각각 모델로 하였다. 호흡 data는 0, 5, 2UC에서 폐쇄계방법으로 수집하였다. 0, 5"C에서 Km은 0.
호흡 모델 panmmetei들을 검정하기 위해 MA 포장 시험을 실시하였다. 각 온도에서 공시과실을 두께가 52 jam인 LDPE film 봉지에 1개씩 열 접착 밀봉한 후 저장기간별로 포장 내 공기조 성 변화를 조사하였다.
호흡량을 구하기 위하여 시간에 따른 용기 내각 산소와 이산화탄소의 농도 변화를 회귀식으로 fitting하고, 이를 1차 미분하여 농도 변화율을 구하고 시료의 무게, 용기 부피를 감안하면 각 시점에서 호흡율이 얻어진다. 회귀식에는 일차함수(30), 분수함수(25), 2차 함수(31) 등이 제시되어 있으나, 본 시험에서는 Gong and Corey가 제안한 2차식을 사용하였다 (식 5, 6).
대상 데이터
단 감 시료는 2002년 경남 김해시 진영지역의 20-25년생 부 유품종(Dicyms ktiki cv. Fuyu) 과원에서 관행으로 재배하여 성숙기(11월 3일)에 수확한 과실을 과중이 2(X1-250g이고, 적도 부의 색도(Japanese color 간 uut)가 4.5-5.0인 것을 선과한 후, 0, 5, 20nC항온실로 이동하여 하룻밤 동안 적응시킨 후 시험 재료로 사용하였다.
데이터처리
4)Coefficient of determination.
Closed system method에서 산소와 이산화탄소 농도 변화율을 얻기 위한 회귀식과 효소반응 속도론의 호흡 모델 parameter^ 구하는 다중선형 회귀식은 상용program(Excel, Microsoft Co.,USA)을 이용하여 계산하였고, 포장 내 가스농도 변화 예측을 위한 미분방정식 계산은 상용program(Mathcad, MathSoft Inc.,USA)을 이용하였다.
이론/모형
먼저 호흡에 미치는 산소의 영향을 평가할 때 즉 이산화탄소가 없거나 그 효과가 적을 때에는 식 2의 Michaelis-Menten 효소 반응속도식을 사용한다(22-24).
5 cmX폭 13, 5 cm)이고 free-volume0! 120±10mL%였다. 포장필름의 가스투과도는 quasi-isostatic method(29)로 조사하였고, 산소와 이산화탄소 농도 조사는 gas chromatogmph를 사용하였다. 각 온도별 산소와 이산화탄소 가스투과도는 Ta미 e 1에 제 시하였다.
호홉율 측정은 폐쇄계방법(이osed system method)(27, 28)을 이용하였다. 0, 5, 20"C의 각 온도에서 3, 000 mL 밀폐용기에 단감과 실을 넣고 일정 시간 간격으로 호흡가스인 산소와 이산화탄소의 농도 변화율을 조사한 후, 시료의 무게와 용기의 부피를 감안하여 호흡율을 구하였다.
호흡량을 구하기 위하여 시간에 따른 용기 내각 산소와 이산화탄소의 농도 변화를 회귀식으로 fitting하고, 이를 1차 미분하여 농도 변화율을 구하고 시료의 무게, 용기 부피를 감안하면 각 시점에서 호흡율이 얻어진다. 회귀식에는 일차함수(30), 분수함수(25), 2차 함수(31) 등이 제시되어 있으나, 본 시험에서는 Gong and Corey가 제안한 2차식을 사용하였다 (식 5, 6).
성능/효과
호흡 data는 0, 5, 2UC에서 폐쇄계방법으로 수집하였다. 0, 5"C에서 Km은 0.1% 이하, K는 100% 이상이었고, 20P에서 산소 소비와 이산화탄소 발생의 Ki,은 각각 10.72%와 3.25%로 크게 증가하였고, Ki는 각각 59.6%와 446%로 크게 감소하였다. 활성화 에너지는 산소농도가 낮아지고 이산화탄소 농도가 높아질수록 감소하였고, 산소 소비의 활성화에너지가 이산화탄소 발생의 활성화 에너지보다 낮았다.
이는 Mahajan 등(32) 이 사과의호흡 모델에서 보고한 결과와 같은 경향이였다. (TC와 S, C에서 Km은 0.1% 이하로 산소 소비가 이산화탄소 발생보다 높았으며, K느 100% 이상이고 이산화탄소 발생이 산소 소비보다 높았다. 2WC에서 산소 소비와 이산화탄소 발생의 Km은 각각 10.
호흡 모델의 Vm과 Km, 은온도가 올라갈수록 증가하는 경향이었고, K는 감소하는 경향이었다. 0, 51의 저온에서 Km, 은 0.1% 이하, Ki는 loo%이상이었고, 2(yc 고온에서 산소 소비와 이산화탄소 발생의 Km, 은 각각 10.72%와 3.25%로 크게 증가하였고, K, 는 각각 59.6%와 44.6%로 크게 감소하였다. 이는 저온에서 산소와 이산화탄소 가스가 단감의 호흡에 미치는 영향이 아주 적으며, 온도가 증가할수록 그 영향력이 증가되고, 또한 산소농도의 감소에 따른 각 호흡량의 억제 효과가 이산화탄소 발생보다 산소소비에서 더욱 큰 것을 알 수 있다.
1% 이하로 산소 소비가 이산화탄소 발생보다 높았으며, K느 100% 이상이고 이산화탄소 발생이 산소 소비보다 높았다. 2WC에서 산소 소비와 이산화탄소 발생의 Km은 각각 10.72%와 3.25%로 크게 증가하였고, Ki는 각각 59.6%와 44.6%로 크게 감소하였다. 이로써 저온에서 산소와 이산화탄소 가스가 단감의 호흡에 미치는 영향이 아주 적으며, 온도가 증가할수록 그 영향력이 증가되고, 또한 산소 농도의 감소에 따른 각 호흡량의 억제 효과가 이산화탄소 발생보다 산소 소비에서 더욱 큰 것을 알 수 있다.
이는 이산화탄소 발생 호흡량이 산소소비 호흡량에 비해 온도의 영향을 많이 받는 것으로 예측할 수 있다. 따라서 (TC에서 RQ(respiratory quotient)가 평균 0.75 수준이었지만 20℃에서는 1.05 수준으로 증가 되었다.
이상의 값을 근거로 하여 각 온도별 MA 포장 내 공기 조성 변화의 예측하였고, 또한 실제 실험으로 조사된 값은 일치하였다. 따라서 단감의 최적 MA 포장 조건설정 에 있어서 효소반응 속도론에 근거한 호흡 모델이 타당한 것으로 판단되었다.
이는 이산화탄소 발생 호흡량이 산소소비 호흡량에 비해 온도의 영향을 많이 받는 것으로 예측할 수 있다. 또한 산소 감소와 이산화탄소 증가에 따른 호흡량 감소 효과는 저온에 비해 고온에서 커지는 경향이었고, 산소 소비 호흡량이 이산화탄소 발생 호흡량보다 산소와 이산화탄소 가스의 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 이는 산소소비와 이산화탄소 발생의 Km과 Ki값 비교에 의한 예측과 일치하는 결과이다.
3은 Vm과 공기 조성별 온도에 따른 호흡율 변화를 그래프로 나타내었다. 산소 감소와 이산화탄소 증가에 따른 호흡량 감소 효과는 Table 3에서 예측한 바와 같이 0℃와 S, C의 저온에 비해 20℃의 고온에서 크지는 경향이었고, 산소 소비 호흡량이 이산화탄소 발생 호흡량보다 산소와 이산화탄소 가스의 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 이는 Table 3에서 산소소비 와 이산화탄소 발생의 Km과 Ki값 비교에 의한 예측과 일치하는 결과이다.
6%로 크게 감소하였다. 이로써 저온에서 산소와 이산화탄소 가스가 단감의 호흡에 미치는 영향이 아주 적으며, 온도가 증가할수록 그 영향력이 증가되고, 또한 산소 농도의 감소에 따른 각 호흡량의 억제 효과가 이산화탄소 발생보다 산소 소비에서 더욱 큰 것을 알 수 있다. 이는 Kubo 등(33)이 flow system으로 조사한 결과와 일치하였다.
이는 산소소비와 이산화탄소 발생의 Km과 Ki값 비교에 의한 예측과 일치하는 결과이다.이상의 값을 근거로 하여 각 온도별 MA 포장 내 공기 조성 변화의 예측하였고, 또한 실제 실험으로 조사된 값은 일치하였다. 따라서 단감의 최적 MA 포장 조건설정 에 있어서 효소반응 속도론에 근거한 호흡 모델이 타당한 것으로 판단되었다.
이는 산소소비와 이산화탄소 발생의 Km과 Ki값 비교에 의한 예측과 일치하는 결과이다. 이상의 값을 근거로 한 포장 내 공기 조성 변화의 예측과 실험값은 거의 일치하였다.
이는Mahajan 등이 (32) 사과에서 및 K, , K에 대하여 Arrhenius식을 적용하여 온도에 대한 호흡 모델을 보고한 것과 유사한 경향을 보였으며, Lakakul 등이 (34) 사과에서 산소분압이 감소할수록 E값이 감소한다는 보고와 일치 하나, Haggar 등이나(22) Song 등이 (35) 몇 가지 가스 조건에서 E값이 일치한다는 보고와는 다른 경향이었다. 특히 blueberry의 Vm은 Arrhenius plot에서 비선형이라는 주장과 달리 단감은 Vm값이 다른 가스 조건 보다 결정 계수가 높게 조사되었다. 또한 산소 소비의 A와 E가 이산화탄소 발생의 A와 E보다 낮은 경향이었다.
이는 저온에서 산소와 이산화탄소 가스가 단감의 호흡에 미치는 영향이 아주 적으며, 온도가 증가할수록 그 영향력이 증가되고, 또한 산소농도의 감소에 따른 각 호흡량의 억제 효과가 이산화탄소 발생보다 산소소비에서 더욱 큰 것을 알 수 있다. 활성화 에너지(E)는 산소농도가 낮아지고 이산화탄소 농도가 높아질수록 모두 감소하였고, 산소 소비의 E가 이산화탄소 발생의 E보다 낮은 경향이었다. 이는 이산화탄소 발생 호흡량이 산소소비 호흡량에 비해 온도의 영향을 많이 받는 것으로 예측할 수 있다.
6%와 446%로 크게 감소하였다. 활성화 에너지는 산소농도가 낮아지고 이산화탄소 농도가 높아질수록 감소하였고, 산소 소비의 활성화에너지가 이산화탄소 발생의 활성화 에너지보다 낮았다. 이는 이산화탄소 발생 호흡량이 산소소비 호흡량에 비해 온도의 영향을 많이 받고, 산소 감소와 이산화 탄소 증가에 따른 호흡량 감소 효과는 저온에 비해 고온에서 커지는 경향이었다.
후속연구
따라서 단감의 저장기간 연장 및 신선도 유지를 위한 최적 MA 포장 조건 설정에 있어서 온도와 가스 조성에 대한 호흡 모델로 다른 신선채소류들과 같이 효소반응 속도론의 비경쟁 억제 반응 속도식이 타당한 것으로 판단된다. 다만 저온에서 Ki값이 100%를 초과하는 것은 현실적으로 있을 수 없고 이는 이산화탄소가 단감의 호흡 속도를 억제하는 효과가 적다고 판단할 수 있으므로 저온에서 단감의 호흡 모델을 결정하는 데 있어서 이산화탄소의 영향을 감안하지 않은 식 2의 Michaelis-Menten 효소 반응속도식을 고려할 필요가 있을 것으로 판단된다. 또한 재배여건 및 환경 등의 수확 전 관리 방법과 저장 전 처리 등에 따라서 호흡특성이 바뀔 수 있으므로 이에 대한 연구도 진행되어야 할 것이다.
다만 저온에서 Ki값이 100%를 초과하는 것은 현실적으로 있을 수 없고 이는 이산화탄소가 단감의 호흡 속도를 억제하는 효과가 적다고 판단할 수 있으므로 저온에서 단감의 호흡 모델을 결정하는 데 있어서 이산화탄소의 영향을 감안하지 않은 식 2의 Michaelis-Menten 효소 반응속도식을 고려할 필요가 있을 것으로 판단된다. 또한 재배여건 및 환경 등의 수확 전 관리 방법과 저장 전 처리 등에 따라서 호흡특성이 바뀔 수 있으므로 이에 대한 연구도 진행되어야 할 것이다.
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