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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 칼슘을 가용화를 위하여 칼슘 용해에 미치는 유기산의 영향과 칼슘종류에 따른 용해 특성을 비교 조사하였다.
- 본 연구에서는 유기산을 이용하여 칼슘 용해에 미치는 영향과 칼슘종류에 따른 용해특성을 조사하였다. 유기산 종류에 따른 영향을 조사한 결과 해조칼슘은 초산과 젖산에서 잘 용해되었으나 구연산에서는 초기산도 4%이상에서 용해되었으며 주석산에는 칼슘이 용해되지 않았다.
제안 방법
- 유기산 종류에 따른 칼슘의 용해도를 조사하기 위해서 유기산의 초기산도를 각각 2, 4 및 6%로 조절한 후 해조칼슘을 각각 2%(w/v) 첨가하여 용해특성을 조사하였다. 이때 해조칼슘 첨가 전 유기산 용액의 pH는 1.
- 유기산 중 칼슘 용해에 효과적인 초산과 젖산의 초기 산도를 각각 1, 2, 3, 4 및 5%로 조절한 후 탄산칼슈 해조칼슘 및 나노칼슘을 각각 3%(w/v) 첨가하여 용해특성을 조사하였다. 그 결과 Table 2와 3에서 보는 바와 같이 용해 후 pH 는 탄산칼슘과 해조칼슘 첨가구에서 초기산도가 높을수록 조금씩 감소하는 경향을 나타내었으며, 나노칼슘 첨가 구는 초기산도 3%이상에서는 급격하게 감소하는 경향을 나타내었다.
- 유기산 중 칼슘 용해율이 높은 초산과 젖산을 이용하여 탄산칼슘, 해조칼슘 및 나노칼슘의 용해특성을 비교 조사하였다. 초산과 젖산의 초기산도를 각각 1, 2, 3, 4 및 5%로 조절한 후 해조칼슘, 나노칼슘, 탄산칼슘을 각각 3%(w/v) 첨가하여 30C에서 200 rpm으로 교반처리 (overnight) 한 후각각의 용해특성을 조사하였다.
- 유기산의 영향을 조사하였다. 유기산의 초기 산도를 각각 2, 4 및 6%로 조절하고 여기에 해조칼슘을 각각 2% (w/v) 첨가하여 30 ℃ 에서 200 rpm으로 교반처리 (overnight) 한 후 여과하여, pH, 적정산도, 잔사량, 탁도, 갈색도 및 용해된 칼슘함량을 측정하였다.
- 또한 구연산으로 칼슘을 용해했을 때 일정시간 후 재결정화가 되는 것을 발견할 수 있어 저장동안 재결정화에 대한 연구가 더 필요하다. 이상의 결과로 초산과 젖산이 칼슘 용해에 효과적인 것으로 나타나 탄산칼슘, 해조칼슘 및 나노칼슘을 이용하여 칼슘의 용해특성을 조사해 보았다.
- 초산, 젖산, 구연산 및 주석산을 이용하여 칼슘의 용해에 미치는 유기산의 영향을 조사하였다. 유기산의 초기 산도를 각각 2, 4 및 6%로 조절하고 여기에 해조칼슘을 각각 2% (w/v) 첨가하여 30 ℃ 에서 200 rpm으로 교반처리 (overnight) 한 후 여과하여, pH, 적정산도, 잔사량, 탁도, 갈색도 및 용해된 칼슘함량을 측정하였다.
- 초산과 젖산의 초기산도를 각각 1, 2, 3, 4 및 5%로 조절한 후 해조칼슘, 나노칼슘, 탄산칼슘을 각각 3%(w/v) 첨가하여 30C에서 200 rpm으로 교반처리 (overnight) 한 후각각의 용해특성을 조사하였다.
- 칼슘 용해 후 잔사량은 항량을 구한 여과지 (No. 3, Whatman) 를 사용하여 여과한 후 수분측정기 (Kett FD-240, Japan) 를 사용하여 80C 에서 증발 건고시켜 측정하였다 (15).
- 상등액을 취하였다. 칼슘함량은 ICP-AES(Jobin- Yvon JY38S, France) 를 사용하여 측정하였으며, 이때 분석조건은 frequency 40.66 MHz, plasma gas flow 12 L/min, sheath gas flow 0.2 L/min, sample flow rate 1 mL/min, wave length 393.3 nm로 하였다(15).
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 해조칼슘(칼슘순도 34%)은 바이오 델타 코리아사(서울), 나노칼슘(칼슘순도 20%)은 (주)MSC (경남 양산)에서 제공 받았으며, 탄산칼슘(칼슘순도 49.5%) 은 (주)남영상사(서울)에서 식품첨가물용을 구입하여 사용하였다. 초산, 젖산, 주석산은 순도 99.
- 5%) 은 (주)남영상사(서울)에서 식품첨가물용을 구입하여 사용하였다. 초산, 젖산, 주석산은 순도 99.7 ~100.0%, 구연산은 순도 99.5 ~100.0%인 식품첨가물용을 구입하여 사용하였다.
성능/효과
- 그 결과 Table 2와 3에서 보는 바와 같이 용해 후 pH 는 탄산칼슘과 해조칼슘 첨가구에서 초기산도가 높을수록 조금씩 감소하는 경향을 나타내었으며, 나노칼슘 첨가 구는 초기산도 3%이상에서는 급격하게 감소하는 경향을 나타내었다. 용해 후 pH는 유기산에 따른 차이는 크게 없었으나 탄산칼슘은 초산에서, 해조칼슘은 젖산에서 pH가 조금 더 높게 나타났다.
- 용해 후 잔사량은 초기산도가 높아질수록 점차 적어지는 경향으로 탄산칼슘과 해조칼슘은 초기산도 5%에서 대부분 용해된 것으로 나타났다. 나노칼슘은 초기산도 3%에서는 칼슘이 대부분 용해되어 초기산도 3%이상에서 pH가 감소되고 적정 산도가 증가되는 것으로 나타났다. 탁도는 모든 구간에서 측정되지 않거나 0.
- 이것은 나노칼슘의 순도가 낮아 초기산도 2% 에서 칼슘이 대부분 용출되어 나온 것을 생각된다. 따라서 유기산을 이용하여 칼슘의 가용화율을 높이기 위해서는 칼슘 순도가 높은 해조칼슘과 탄산칼슘을 이용하는 것이 효율적이다. 이러한 결과는 Jang 등(15)이 식초를 이용하여 칼슘을 용해할 때 식초함량이 증가할수록 칼슘이 많이 용출되며 칼슘순도가 높을수록 칼슘함량이 높다는 결과와 비슷한 경향을 나타내었다.
- 그 결과 Table 2와 3에서 보는 바와 같이 용해 후 pH 는 탄산칼슘과 해조칼슘 첨가구에서 초기산도가 높을수록 조금씩 감소하는 경향을 나타내었으며, 나노칼슘 첨가 구는 초기산도 3%이상에서는 급격하게 감소하는 경향을 나타내었다. 용해 후 pH는 유기산에 따른 차이는 크게 없었으나 탄산칼슘은 초산에서, 해조칼슘은 젖산에서 pH가 조금 더 높게 나타났다. 적정산도는 나노칼슘 첨가구의 경우 초기 산도가 높아질수록 증가하는 경향을 나타내었으나, 탄산칼슘 첨가구간은 적정산도가 증가하지 않았다.
- 이러한 결과는 Shin 과 Kim(17) 이 난각에 유기산을 첨가하면 칼슘이 이온화되면서 pH를 알칼리성으로 변화시킨다는 결과와 유사한 경향으로 나타났다. 용해 후 잔사는 초산과 젖산에서는 거의 없었으나 구연산과 주석산에서는 잔사가 1 g 이상 남았으며, 특히 주석산은 초기산도 4% 이상에서는 잔사량이 칼슘첨가량보다 많게 나타났다. 포도에 많이 함유된 주석산은 발효나 숙성과정 중 주석으로 침전되는 경우가 많으므로(18) 해조칼슘을 첨가했을 때 주석산이 칼슘 또는 해조칼슘의 기타 성분과 결합 .
- 해조 칼슘 첨가 구는 초산에서는 초기산도가 높을수록 적정산도가 증가하였으나 젖산에서는 큰 변화가 없었다. 용해 후 잔사량은 초기산도가 높아질수록 점차 적어지는 경향으로 탄산칼슘과 해조칼슘은 초기산도 5%에서 대부분 용해된 것으로 나타났다. 나노칼슘은 초기산도 3%에서는 칼슘이 대부분 용해되어 초기산도 3%이상에서 pH가 감소되고 적정 산도가 증가되는 것으로 나타났다.
- 유기산 종류에 따른 영향을 조사한 결과 해조칼슘은 초산과 젖산에서 잘 용해되었으나 구연산에서는 초기산도 4%이상에서 용해되었으며 주석산에는 칼슘이 용해되지 않았다. 초산과 젖산을 이용하여 칼슘종류에 따른 용해특성을 조사한 결과 초기 산도가 높을수록 pH 와 잔사량은 낮게, 적정산도는 높게 나타났다.
- 용해 후 pH는 유기산에 따른 차이는 크게 없었으나 탄산칼슘은 초산에서, 해조칼슘은 젖산에서 pH가 조금 더 높게 나타났다. 적정산도는 나노칼슘 첨가구의 경우 초기 산도가 높아질수록 증가하는 경향을 나타내었으나, 탄산칼슘 첨가구간은 적정산도가 증가하지 않았다. 해조 칼슘 첨가 구는 초산에서는 초기산도가 높을수록 적정산도가 증가하였으나 젖산에서는 큰 변화가 없었다.
- 초산의 경우 초기산도 4%까지 칼슘함량이 증가하였으나 6%에서는 약 770 mg% 로 비슷한 함량을 나타내어 초기산도 4%에서 거의 대부분 용해된 것으로 생각된다. 젖산은 초기 산도가 높을수록 칼슘 함량은 증가하는 경향으로 초기산도 6% 에서는 850 mg% 를 나타내어 초산보다 더 많이 용해된 것으로 나타났다. 용해 후 젖산과 초산에서는 적정산도가 높게 나타나 칼슘첨가량을 높이면 칼슘이 더 용해될 것으로 예상된다.
- 이때 pH 와 적정산도의 변화는 칼슘이 산에 용해되면서 생성되는 수산화칼슘이 산을 중화시켜(16) pH 가 증가하고 적정산도는 감소하게 된다. 초기산도 6%에서 초산과 구연산의 적정산도는 4.29%와 4.18%로 높게 나타났으며 주석산, 젖산 순으로 낮게 나타나 유기산의 종류에 따라서 용해 후 pH 와 적정산도에 차이가 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 Shin 과 Kim(17) 이 난각에 유기산을 첨가하면 칼슘이 이온화되면서 pH를 알칼리성으로 변화시킨다는 결과와 유사한 경향으로 나타났다.
- 유기산 종류에 따른 영향을 조사한 결과 해조칼슘은 초산과 젖산에서 잘 용해되었으나 구연산에서는 초기산도 4%이상에서 용해되었으며 주석산에는 칼슘이 용해되지 않았다. 초산과 젖산을 이용하여 칼슘종류에 따른 용해특성을 조사한 결과 초기 산도가 높을수록 pH 와 잔사량은 낮게, 적정산도는 높게 나타났다. 칼슘함량은 탄산칼슘과 해조칼슘에서 높았으며 젖산보다 초산이 칼슘가용화에 더 효과적인 것으로 나타났다.
- 칼슘 함량을 ICP로 분석한 결과 Fig. 2와 3에서 보는 바와 같이 초기산도가 높을수록 칼슘함량도 증가하는 경향으로 나타났다. 탄산칼슘 첨가구는 초산의 초기산도 5%까지 칼슘 함량이 지속적으로 증가하여 약 1, 200 mg% 로 가장 높은 칼슘 함량을 나타내었으며, 젖산에서도 비슷한 함량을 나타내었다.
- 초산과 젖산을 이용하여 칼슘종류에 따른 용해특성을 조사한 결과 초기 산도가 높을수록 pH 와 잔사량은 낮게, 적정산도는 높게 나타났다. 칼슘함량은 탄산칼슘과 해조칼슘에서 높았으며 젖산보다 초산이 칼슘가용화에 더 효과적인 것으로 나타났다.
- 침전되면서 적정산도가 감소하고 잔사량이 증가한 것으로 예상된다. 탁도는 초기산도가 높아질수록 모든 구간에서 조금씩 증가하는 경향이었으며, 갈색도 또한 탁도와 유사한 경향으로 칼슘이 많이 용해된 초산과 젖산에서 조금 더 높게 나타났다.
- 2와 3에서 보는 바와 같이 초기산도가 높을수록 칼슘함량도 증가하는 경향으로 나타났다. 탄산칼슘 첨가구는 초산의 초기산도 5%까지 칼슘 함량이 지속적으로 증가하여 약 1, 200 mg% 로 가장 높은 칼슘 함량을 나타내었으며, 젖산에서도 비슷한 함량을 나타내었다. 이것은 탄산칼슘의 순도가 해조칼슘이나 나노 칼슘에 비해 높아 가용화 되는 칼슘의 함량이 더 많은 것으로 생각된다.
- 특히 초기 산도 2%에서 주석산과 구연산의 pH 증가폭이 높게 나타났다. 하지만 초기산도 4%와 6%에서는 초산과 젖산 이주 석산과 구연산보다 pH가 더 높게 나타났다 용해 후 적정산도는 초기산도 2%에서는 칼슘첨가로 산이 거의 중화되는 것으로 나타났으며, 초기산도가 높아질수록 적정 산도도 높게 나타났다. 이때 pH 와 적정산도의 변화는 칼슘이 산에 용해되면서 생성되는 수산화칼슘이 산을 중화시켜(16) pH 가 증가하고 적정산도는 감소하게 된다.
- 이것은 탄산칼슘의 순도가 해조칼슘이나 나노 칼슘에 비해 높아 가용화 되는 칼슘의 함량이 더 많은 것으로 생각된다. 해조칼슘 첨가구는 초기산도 4%에서 900~ 1, 000 mg% 로 칼슘함량이 크게 증가하였으나 5%에서는 1, 000~1, 100 mg% 로 초기산도 4%에 비해서 조금 증가하는경향이였다. 해조칼슘을 초산에 용해했을 때 칼슘 함량은 젖산에서보다 더 좀 높게 나타났으며, 용해 후 적정산도가 1.
- 해조칼슘 첨가구는 초기산도 4%에서 900~ 1, 000 mg% 로 칼슘함량이 크게 증가하였으나 5%에서는 1, 000~1, 100 mg% 로 초기산도 4%에 비해서 조금 증가하는경향이였다. 해조칼슘을 초산에 용해했을 때 칼슘 함량은 젖산에서보다 더 좀 높게 나타났으며, 용해 후 적정산도가 1.69% 로 높아 칼슘첨가량을 높이면 칼슘이 더 용해될 수 있을 것으로 생각된다. 나노칼슘은 초기산도 2%까지 칼슘 함량이 급격하게 증가한 후 이후 조금씩 증가하는 경향을 나타내었다.
후속연구
- 그러나 구연산에서 칼슘함량이 높게 나타났다는 보고와는 차이가 있어 칼슘의 종류에 따라서 유기산에 대한 칼슘의 용해 특성에 차이가 있는 것으로 보여진다. 또한 구연산으로 칼슘을 용해했을 때 일정시간 후 재결정화가 되는 것을 발견할 수 있어 저장동안 재결정화에 대한 연구가 더 필요하다. 이상의 결과로 초산과 젖산이 칼슘 용해에 효과적인 것으로 나타나 탄산칼슘, 해조칼슘 및 나노칼슘을 이용하여 칼슘의 용해특성을 조사해 보았다.
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