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문제 정의
- 국내 해조류 자원의 이용성 증대를 위해서 해조류의 기능성, 유산균 생육 특성, 가공식품에의 이용, 생분해성 포장재의 소재, 그리고 부산물을 이용한 동물 사료화 및 퇴비화 가능성의 연구 보문을 조사하였다. 기능성물질 연구에서는 유용색소 (Fucoxanthin)의 추출과 부위별 함량 및 분광학적인 특성이 있으며, 해조류로부터 alginate의 함량 조사와 최적추출조건 확립에 대한 연구를 수행하여 AASA (Acid alkali soluble alginate) 추출방법에서 3% Na2CO3 농도와, H2SO4의 농도 0.
- 또한 해조가공 부산물이나 미이용 해조자원을 소재로 하여 생분해성 포장재 개발, 사료화 및 비료화를 통하여 해양오염을 방지하고 자원화 하여야한다. 따라서 본 논문에서는 국내 해조류 자원의 이용성 증대를 위해서 해조류의 기능성, 유산균 생육 특성, 가공식품에의 이용, 생분해성 포장재의 소재, 그리고 부산물을 이용한 동물 사료화 및 퇴비화 가능성을 연구한 내용을 조사하였다.
- 해조류를 식품으로 가공하는 과정에서 생성되는 부산물을 이용하여 무기물이 보강된 가공염 (특수염)을 제조할 목적으로 해조소금의 무기물 조성과 이화학적 특성을 토대로 해조소금 제조에 적당한 해조류를 선발하고 아울러 해조소금의 품질을 향상시킬 수 있는 방안을 모색하였다. 해조류와 소금물을 이용하여 해조소금을 제조하고 이화학적 특성과 무기성분을 비교하였다.
제안 방법
- 김, 미역, 다시마의 물 추출물을 제조한 다음 sucrose, citric acid를 배합하고, agar를 사용하여 젤리화한 후 gel strength, hardness, adhesiveness 등 젤리의 물성이 우수하고 관능성적도 양호한 젤리를 제조하였다. 그러나 해조류 젤리를 상품화하는데 있어 해조류가 갖는 해조취와 젤리색소의 안정화가 상품화의 중요 요소이다 [14].
- 발효식품에서 소금의 영향에 대한 연구는 극히 미미하여 김치발효에 미치는 소금 종류의 영향에 대한 연구와 천일염으로 제조한 된장의 발효특성에 관한 보고 등이 있을 뿐이다. 소금의 종류를 달리하여 고추장을 제조하고 소금이 고추장의 숙성과정에서 미생물상과 효소활성도 및 이화학적 특성에 미치는 영향을 비교 검토하였다 [18].
- 소비자의 기호 및 상품성을 높이고 미역, 다시마, 멸치의 여러 성분과 된장과 간장의 영양 및 기능성이 향상된 제품을 개발하고자 미역, 다시마, 멸치 분말을 된장과 간장 제조 시 첨가한 후 발효 숙성하여 제품의 이화학적 특성, 품질특성 및 관능특성을 분석하여 상품적 가치를 검토하였다 [15]. 해조된장에 있어서 일반성분은 해조류를 첨가한 경우 당 함량이 약 8-17% 증가하였으며, 1% 멸치분말 첨가구는 대조구보다 다소 낮게 나타난 반면에 단백질 함량은 다소 높았다.
- 해조 간장과 된장 및 두부에서는 다당류나 무기질 등 영양적인 기능성과 관능적 기호성을 향상시킬 수 있었다. 알긴산 필름의 물성 증진을 위하여 CaCl2를 필름용액에 직접 첨가 또는 필름을 CaCl2용액에 침지하는 두 가지 방법에서 수분 저항성이 강한 필름을 제조할 수 있었다. 미이용 해조분말이나 해조가공 부산물로 얻어지는 해조분말을 이용하여 새로운 생분해성 포장소재로 사용할 수 있는 가능성이 있다.
- 전남지역에서 대량 생산되는 다시마, 미역, 톳에 대하여 기존의 여러 가지 추출방법에 따른 수율을 비교하고 산과 알칼리 농도 조정에 따른 최적 알긴산 추출조건과 물성을 조사한 결과는 다음과 같다[4,5]. HWEM (Hot-water extractable material), WSA (Water soluble alginate), ASA (Alkali soluble alginate), AASA (Acid alkali soluble alginate)의 네 가지 알긴산 추출방법을 이용해서 다시마, 미역, 톳의 3가지 시료로 부터 알긴산을 추출하여 수율을 알아본 결과 사용된 시료 중에서 AASA 추출방법에 의한 미역에서의 알긴산 함량이 39.
- 따라서 해조류의 사료적 가치를 증진시키기 위하여 발효처리를 하였으며, 그 결과 기능성 영양소 (불포화지방산)가 증가되는 효과가 있었다. 해조류 천연물질의 기능성을 평가하기 위해 다당류인 fucoidan을 추출한 결과, 병원성 미생물인 Salmonella균에 대한 길항효과가 인정되었으나 높은 추출비용으로 사료첨가제로서의 경쟁력이 없기 때문에 저비용 fucoidan의 추출방법으로 열수추출 방법을 이용하였으며 열수추출물의 건조비용을 절감하기 위하여 illite에 fucoidan 용액을 흡착한 후, 건조시키는 방법에 대하여도 검토하였다. 그 결과 열수추출 fucoidan과 illite에 흡착시킨 fucoidan을 브로일러에 급여 시험한 결과 증체량, 사료효율이 우수한 것으로 나타났을 뿐만 아니라 villi의 성상, 장내 미생물에 대한 항균능력 및 영양소 이용성이 향상되었다 [22,23].
- 해조류를 첨가하여 두부를 제조하면 기존의 두부와는 조직감이나 기호성이 다르며 다당류나 무기질 등 영양적인 기능성을 향상시킬 수 있으리라 사료되어 다시마와 함초 마쇄물을 두유에 혼합하여 제조한 두부의 품질특성과 저장성을 비교 검토하였다 [19]. 두부의 회분함량은 Ca-acetate로 응고시킨 두부가 HAc (acetic acid)에 비하여 많았으나, 견고성은 HAc로 응고시킨 두부에서 높았고 해조류의 첨가로 증가되었다.
- 해조류를 식품으로 가공하는 과정에서 생성되는 부산물을 이용하여 무기물이 보강된 가공염 (특수염)을 제조할 목적으로 해조소금의 무기물 조성과 이화학적 특성을 토대로 해조소금 제조에 적당한 해조류를 선발하고 아울러 해조소금의 품질을 향상시킬 수 있는 방안을 모색하였다. 해조류와 소금물을 이용하여 해조소금을 제조하고 이화학적 특성과 무기성분을 비교하였다. 해조소금 제조에 사용한 해조류의 회분함량은 미역이 22.
- 해조분말을 이용하여 산 · 알칼리 병용법으로 알긴산을 추출하고 필름의 물성 증진을 위하여 두 가지의 CaCl2 처리방법 (즉, CaCl2를 필름용액에 직접 첨가하는 방법과 필름을 제조한 후 필름을 CaCl2용액에 침지하여 가교결합을 유도하는 방법)을 적용하여 생분해성 필름을 제조하고 그 물성을 비교하였다[21].
- 황산기를 함유하는 다당류가 여러 가지 생리적인 기능이 있다는 것이 알려져 있으므로 이를 토대로 알긴산에 황을 인위적으로 붙여 Lactobacillus acidophillus의 성장에 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 알아보았고, sulfated alginate의 돌연변이원성과 항돌연변이성에 대하여 조사한 결과는 다음과 같다 [8].
대상 데이터
- 톳으로부터 산알칼리 (AASA) 방법으로 추출한 알긴산에 인위적으로 sulfate를 흡착 Lactobacillus acidophilus를 접종한 후 배양하면서 유산균의 성장에 대한 영향을 살펴 본 결과 모든 농도에서 이들 배지에 S-alginate를 첨가한 것이 유산균의 성장을 증가시켰다. 미역귀 추출물로 잼을 제조하였고, 김, 미역, 다시마의 물 추출물로 물성이 우수하고 관능성적도 양호한 젤리를 제조하였다. 해조류 젤리를 상품화하는데 있어서 해조류가 갖는 해조취와 젤리색소의 안정화가 상품화의 요소로 대두되어 이를 개선할 방법도 제시되었다.
성능/효과
- 6% 수율로 AASA방법으로 얻은 수율 보다 절반밖에 미치지 못하였다. AASA 추출에서 3%, Na2CO3 농도에서 37.1%로 높은 수율을 얻을 수 있었으며, H2SO4의 농도를 0.1, 0.2, 0.4 N로 변화시켜서 추출한 결과는 0.4 N H2SO4에서 34.9%으로 수율이 높았다. 톳에서 추출한 알긴산의 점도는 상업용에 비해 훨씬 낮은 점도였으며 ASA 추출에 의한 알긴산의 점도가 WSA에 의한 것보다 점성이 높았다 [5].
- 두부의 무기물 조성은 K>Ca>Mg>Na 순이었으며, Ca-acetate로 응고시킨 두부가 K와 Mg 함량이 많았다. Ca-acetate로 응고시킨 두부가 관능적으로 우수하였으며, 해조류 첨가시 떫은맛과 비린맛이 적었으나 전체적인 기호도는 무첨가구가 양호하였다.
- 전남지역에서 대량 생산되는 다시마, 미역, 톳에 대하여 기존의 여러 가지 추출방법에 따른 수율을 비교하고 산과 알칼리 농도 조정에 따른 최적 알긴산 추출조건과 물성을 조사한 결과는 다음과 같다[4,5]. HWEM (Hot-water extractable material), WSA (Water soluble alginate), ASA (Alkali soluble alginate), AASA (Acid alkali soluble alginate)의 네 가지 알긴산 추출방법을 이용해서 다시마, 미역, 톳의 3가지 시료로 부터 알긴산을 추출하여 수율을 알아본 결과 사용된 시료 중에서 AASA 추출방법에 의한 미역에서의 알긴산 함량이 39.6%로 가장 우수하였으며, HWEM은 10.2～18.6% 수율로 AASA방법으로 얻은 수율 보다 절반밖에 미치지 못하였다. AASA 추출에서 3%, Na2CO3 농도에서 37.
- 해조첨가 된장에서 Mg와 K이 대조구에 비하여 약 2배정도 높았다. pH, ORP, 총산도는 미미한 차이를 보였으며 환원당은 해조 특히 다시마 첨가 된장에서 대조구 6.03%에 비하여 9.42%로 매우 높았다. 아미노산성 질소는 멸치 첨가 된장이 618.
- 해조류 천연물질의 기능성을 평가하기 위해 다당류인 fucoidan을 추출한 결과, 병원성 미생물인 Salmonella균에 대한 길항효과가 인정되었으나 높은 추출비용으로 사료첨가제로서의 경쟁력이 없기 때문에 저비용 fucoidan의 추출방법으로 열수추출 방법을 이용하였으며 열수추출물의 건조비용을 절감하기 위하여 illite에 fucoidan 용액을 흡착한 후, 건조시키는 방법에 대하여도 검토하였다. 그 결과 열수추출 fucoidan과 illite에 흡착시킨 fucoidan을 브로일러에 급여 시험한 결과 증체량, 사료효율이 우수한 것으로 나타났을 뿐만 아니라 villi의 성상, 장내 미생물에 대한 항균능력 및 영양소 이용성이 향상되었다 [22,23].
- 이러한 조건을 맞춰줄 부형재로서는 높은 alkalinity를 갖으며, 질소원이 풍부하고 유기물 함량이 낮은 돈 분뇨가 적합한 것으로 판단된다. 돈 분뇨와 톳 부산물을 섞어 수분함량을 달리하여 실험한 결과 톳 부산물과 돈 분뇨 자체만으로는 퇴비질이 매우 떨어지는 것으로 나타났으며, 톱밥과 함께 사용한 경우에는 퇴비질이 상승함에 따라 유기질 비료를 생산하기 위해서는 톳 부산물이 부형재 개념이 아닌 첨가제 개념으로 사용되어야 할 것이다. 열수추출 해조부산물을 펠렛 가공을 통한 친환경 완효성 비료로서 만들 경우 유용할 것으로 판단되었다 [24].
- 두부의 무기물 조성은 K>Ca>Mg>Na 순이었으며, Ca-acetate로 응고시킨 두부가 K와 Mg 함량이 많았다.
- 해조류의 일반성분 및 아미노산 함량을 분석한 결과 사료첨가제로서 충분한 가치가 있었으나 다량의 염분으로 인하여 그 가치가 평가 절하되었다. 따라서 해조류의 사료적 가치를 증진시키기 위하여 발효처리를 하였으며, 그 결과 기능성 영양소 (불포화지방산)가 증가되는 효과가 있었다. 해조류 천연물질의 기능성을 평가하기 위해 다당류인 fucoidan을 추출한 결과, 병원성 미생물인 Salmonella균에 대한 길항효과가 인정되었으나 높은 추출비용으로 사료첨가제로서의 경쟁력이 없기 때문에 저비용 fucoidan의 추출방법으로 열수추출 방법을 이용하였으며 열수추출물의 건조비용을 절감하기 위하여 illite에 fucoidan 용액을 흡착한 후, 건조시키는 방법에 대하여도 검토하였다.
- 0배 더 함유되어 있다. 미역귀의 알긴산 함량은 알칼리 가용성 알긴산 추출법에 의한 미역귀 알긴산 수율이 33.8%, 비교구로서 미역줄기의 알긴산 수율이 22.3%로 미역귀가 높았다. 잼 제조시 설탕, 펙틴, 유기산 및 유기염이 제품의 물성에 미치는 영향을 기계적 및 관능적으로 살펴본 결과, 미역 페이스트에 설탕 60% (w/w), HM pectin 0.
- 톳으로부터 산 · 알칼리 (AASA) 방법으로 추출한 알긴산에 인위적으로 sulfate를 흡착시킨 후 ICP-AES를 이용해서 확인한 결과 3% alginate 용액에서 18435 ppm 농도의 sulfate가 검출되었다. 배지 자체적으로 황을 함유하고 있는 MRS broth와 황이 없는 peptone water배지에 S-alginate와 alginate를 0.25, 1, 2% 농도별로 첨가하여 Lactobacillus acidophilus를 접종한 후 배양하면서 유산균의 성장에 대한 영향을 살펴 본 결과 모든 농도에서 이들 배지에 S-alginate를 첨가한 것이 유산균의 성장을 증가시켰다. S-alginate와 alginate를 0.
- 42%로 매우 높았다. 아미노산성 질소는 멸치 첨가 된장이 618.73 ㎎%로 대조구의 531.17 ㎎%보다 높았다. 전체적인 기호도 결과 3.
- 해조간장의 경우 발효과정과 발효종료 후 끓인 간장의 순 추출물은 다시마 분말을 첨가한 간장이 대조구와 미역분말에 비하여 약 1% 정도 높았다. 아미노산성질소와 총질소 함량은 해조분말 첨가 간장과 대조구가 큰 차이를 보이지 않았으며 pH 변화 역시 발효과정과 끓인 후의 차이가 미세하게 나타났다. 발효 종료 후 최종제품의 관능평가 결과 10% 다시마분말 첨가구와 대조구가 미역분말을 첨가한 경우보다 우수하였다 [15].
- 잼 제조시 설탕, 펙틴, 유기산 및 유기염이 제품의 물성에 미치는 영향을 기계적 및 관능적으로 살펴본 결과, 미역 페이스트에 설탕 60% (w/w), HM pectin 0.75% (w/w), citric acid 0.3% (w/w)를 첨가하여 62º Brix로 한 제품이 물성면에서 양호하였고, 미역 특유의 바람직하지 못한 해조취를 차폐하기 위해 계피 가루 0.5% (w/w)와 합성 딸기향 0.08% (w/w)을 첨가한 제품이 관능적으로 우수한 결과를 얻었다 [13].
- 17 ㎎%보다 높았다. 전체적인 기호도 결과 3.93으로 멸치 첨가 된장이 가장 우수하였으며 다시마 된장도 기호도가 매우 높은 것으로 평가되었다. 해조간장의 경우 발효과정과 발효종료 후 끓인 간장의 순 추출물은 다시마 분말을 첨가한 간장이 대조구와 미역분말에 비하여 약 1% 정도 높았다.
- 톳으로부터 산 · 알칼리 (AASA) 방법으로 추출한 알긴산에 인위적으로 sulfate를 흡착시킨 후 ICP-AES를 이용해서 확인한 결과 3% alginate 용액에서 18435 ppm 농도의 sulfate가 검출되었다.
- 4 N에서 가장 높은 수율을 얻었다. 톳으로부터 산알칼리 (AASA) 방법으로 추출한 알긴산에 인위적으로 sulfate를 흡착 Lactobacillus acidophilus를 접종한 후 배양하면서 유산균의 성장에 대한 영향을 살펴 본 결과 모든 농도에서 이들 배지에 S-alginate를 첨가한 것이 유산균의 성장을 증가시켰다. 미역귀 추출물로 잼을 제조하였고, 김, 미역, 다시마의 물 추출물로 물성이 우수하고 관능성적도 양호한 젤리를 제조하였다.
- 해조류 젤리를 상품화하는데 있어서 해조류가 갖는 해조취와 젤리색소의 안정화가 상품화의 요소로 대두되어 이를 개선할 방법도 제시되었다. 해조 간장과 된장 및 두부에서는 다당류나 무기질 등 영양적인 기능성과 관능적 기호성을 향상시킬 수 있었다. 알긴산 필름의 물성 증진을 위하여 CaCl2를 필름용액에 직접 첨가 또는 필름을 CaCl2용액에 침지하는 두 가지 방법에서 수분 저항성이 강한 필름을 제조할 수 있었다.
- 소비자의 기호 및 상품성을 높이고 미역, 다시마, 멸치의 여러 성분과 된장과 간장의 영양 및 기능성이 향상된 제품을 개발하고자 미역, 다시마, 멸치 분말을 된장과 간장 제조 시 첨가한 후 발효 숙성하여 제품의 이화학적 특성, 품질특성 및 관능특성을 분석하여 상품적 가치를 검토하였다 [15]. 해조된장에 있어서 일반성분은 해조류를 첨가한 경우 당 함량이 약 8-17% 증가하였으며, 1% 멸치분말 첨가구는 대조구보다 다소 낮게 나타난 반면에 단백질 함량은 다소 높았다. 해조첨가 된장에서 Mg와 K이 대조구에 비하여 약 2배정도 높았다.
- 해조류 가공 부산물의 유기 비료화 가능성을 타진하고자 해조류로부터 fucoidan을 추출하고 남은 부산물의 물성을 조사한 결과 강한 산성을 띠며, 질소 및 인 함량이 부족하고 반대로 유기물 함량이 높아 톳 부산물 자체만으로는 유기 비료화는 어려울 것으로 판단된다. 따라서 강한 산성을 중화할 pH 조절제가 필요하며, 질소 및 인의 함량을 높여줄 부형재가 필요하고 유기물 함량이 낮아야 할 것이다.
- 미이용 해조분말이나 해조가공 부산물로 얻어지는 해조분말을 이용하여 새로운 생분해성 포장소재로 사용할 수 있는 가능성이 있다. 해조류의 영양성분 및 아미노산 함량을 분석한 결과 사료첨가제로서 충분한 가치가 있었으나 다량의 염분 함량으로 인하여 그 가치가 평가 절하되었다. 따라서 해조류의 사료적 가치를 증진시키기 위하여 발효처리를 하였으며, 그 결과 기능성 영양소 (불포화지방산)가 증가되는 효과가 있었다.
- 해조류의 일반성분 및 아미노산 함량을 분석한 결과 사료첨가제로서 충분한 가치가 있었으나 다량의 염분으로 인하여 그 가치가 평가 절하되었다. 따라서 해조류의 사료적 가치를 증진시키기 위하여 발효처리를 하였으며, 그 결과 기능성 영양소 (불포화지방산)가 증가되는 효과가 있었다.
- 해조류와 소금물을 이용하여 해조소금을 제조하고 이화학적 특성과 무기성분을 비교하였다. 해조소금 제조에 사용한 해조류의 회분함량은 미역이 22.78%로 많았고 김이 9.81%로 적었으나 무기성분으로 미역은 Na 함량이 많은 반면 다시마와 톳은 K와 Ca 함량이 많았다. 해조소금을 SEM에 의해 표면관찰 한 바 소금의 외형이 작고 특징적인 결정구조를 보였다 [17].
- 해조된장에 있어서 일반성분은 해조류를 첨가한 경우 당 함량이 약 8-17% 증가하였으며, 1% 멸치분말 첨가구는 대조구보다 다소 낮게 나타난 반면에 단백질 함량은 다소 높았다. 해조첨가 된장에서 Mg와 K이 대조구에 비하여 약 2배정도 높았다. pH, ORP, 총산도는 미미한 차이를 보였으며 환원당은 해조 특히 다시마 첨가 된장에서 대조구 6.
후속연구
- Fucoidan은 식물의 성장과 발육을 촉진시키는 작용을 하여 비료원으로서 그 가치가 굉장히 높고, 유기물을 다량 함유하고 있어 비료의 탄소원 역할을 할 수 있을 것이라 기대된다. 또한, 톳 부산물은 기존의 부형재 (톱밥) 보다 질소의 함량이 높아 퇴비로 사용 시 식물의 광합성과 같은 기초대사작용은 물론 단백질 공급원으로서의 역할을 할 수 있을 것이다. 또한, 토양 내 질소는 기초대사작용에 사용되면서 소진되어 새로운 비료의 공급이 이루어지지 않을 경우 토양자체가 황폐화 될 수 있어 지속적인 공급이 꼭 필요한 실정이므로 톳 부산물을 비료원으로 사용하면 친환경적 순환이 될 수 있을 것이다.
- 그런데 칼슘이온과 알긴산 사이의 반응은 즉각적으로 일어나기 때문에 알긴산 필름의 제조시에 어느 한도 이상의 칼슘염을 첨가하면 즉각적으로 겔을 형성하여 casting을 할 수 없어 필름의 제조가 불가능하다. 수분 저항성이 증가된 필름은 수증기 함량이 높은 조건이나 수분함량이 높은 식품의 포장에 효과적으로 사용할 수 있으므로 CaCl2의 처리효과 및 처리방법에 대한 보다 자세한 연구가 이루어져야 한다.
- 쌀 고유의 고소하고 부드러운 맛과 영양에 다시마와 미역의 독특한 풍미와 기능성을 부여한 스낵을 제조함으로서 해조류의 이용성 증진을 위해서 미역과 다시마의 농축액과 분말을 쌀가루와 혼합하여 압출팽화물을 제조할 때에는 해조류 건조 분말을 첨가하면 해조류 특유의 색깔, 맛, 냄새 때문에 기호도가 저하되나 추출물을 사용하면 해조류 유효성분의 첨가량을 높일 수 있고 기호성에도 큰 영향을 미치지 않으므로 해조류의 이용성을 높일 수 있는 가공방법으로 사용될 수 있을 것으로 사료된다 [16].
- 생분해성 필름의 소재로는 탄수화물, 단백질, 유지 등이 단독 또는 복합적으로 사용되고 있는데, 탄수화물로는 전분이나 셀룰로오스 및 이들의 유도체, 펙틴, 알긴산, 카라기난, 키토산등이 주로 사용되고 있다. 알긴산은 물에 쉽게 용해되고 무독성일 뿐만 아니라 겔 또는 필름형성능이 높아 생분해성 필름이나 가식성 코팅제로 개발이 기대된다.
- 해조류의 내수증진 및 가격안정화 방안의 마련이 시급히 요구되며, 이를 위하여 일시 다획성의 해조류를 연중 유통, 가공할 수 있는 가공방법의 개발이 필요하며 수출경쟁력 우위의 고부가가치 상품의 개발을 위한 체계적인 연구가 필요하다. 또한 해조가공 부산물이나 미이용 해조자원을 소재로 하여 생분해성 포장재 개발, 사료화 및 비료화를 통하여 해양오염을 방지하고 자원화 하여야한다.
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