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문제 정의
- 우리나라에서는 일부 지역에서 껍질을 제거시킨 육질부분을 돔배기로 가공되고 있으나 상품성이 낮은 상당량의 페기물이 발생하고 있어 폐자원의 활용측면에서도 의의를 찾을 수 있다. 본 연구에서는 상어 가공시에 폐기물로 얻어지고 있는 껍질과 육 조직에 함유된 콜라겐의 이용성을 검토하고자 산가용성 콜라겐과 펩신가용성 콜라겐의 추출조건 및 탈색조건을 검토하였다.
제안 방법
- Hydroxyproline 함량은 hydroxyproline (cis-4-Hydroxy-L-proline, Sigma Co.)을 표준품으로 한 표준곡선에 의하여 함량을 산출하였고 총단백질 함량에 대한 collagen 함량은 계산식 collagen in protein(%) = (hydroxyproline mg × 9.75 / protein mg) × 100에 의해 계산하였다.
- 48% sodium metabisulfite을 사용하였으며 비 콜라겐 단백질을 제거한 시료에 10배량(v/w)으로 가하여 10℃, 250rpm으로 12시간 처리하였다. Sodium hypochlorite의 처리는 0.16~0.64% 범위로 상기와 동일하게 0~240분 동안 처리하면서 탈색정도를 대조구와 비교하였다.
- 즉, 상어껍질과 육은 5℃의 냉수로 핏물과 비린내를 수세하여 제거한 후 1 x 3 mm로 세절하였다. 다음에 시료의 10배량의 0.3 N NaOH 용액을 가한 후 Ace Homogenizer (AM-10, Mihonseiki Kaisha Ltd, Japan)를 이용하여 균질화한 뒤 magnetic bar를 넣어 10℃, 250rpm에서 9시간동안 교반 한 다음 여과하여 알칼리 가용성의 비 콜라겐성 단백질의 제거와 효소의 불활성화를 실시하고 잔존하는 알칼리는 증류수로 세척하여 제거하였다. 다음에 10배량의 0.
- 상어껍질과 육으로부터 ASSC와 ASMC는 0.3M citric acid로 72시간 추출하고, pepsin 가용성 콜라겐인 PSSC 및 PSMC는 0.1% pepsin을 함유하는 0.1M citric acid로 24시간 추출하여 얻은 동결건조분말을 시료로 하여 단백질과 순 콜라겐 함량 및 동결건조수율을 조사한 결과는 Table 1과 같다. 산가용성 콜라겐의 총 단백질 함량은 83.
- 상어의 껍질과 육 조직으로부터 산 (citric acid) 가용성 콜라겐 (ASC)과 pepsin 가용성 콜라겐 (PSC)의 추출 및 탈색조건을 조사하였다. 비 콜라겐 단백질을 제거하기 위한 적정 NaOH 농도는 0.
- 75 / protein mg) × 100에 의해 계산하였다. 수율은 원료의 건물에 대한 ASSC, ASMC, PSSC 및 PSMC 동결건조물의 상대 비율 (%)로 하였다.
- 실험에 사용한 대조구로서의 탈색제 및 그 처리는 문헌 (25)에 따라 acetone, hydrogen peroxide (10%, 30%), 0.48% sodium sulfite, 0.48% sodium thiosulfate 및 0.48% sodium metabisulfite을 사용하였으며 비 콜라겐 단백질을 제거한 시료에 10배량(v/w)으로 가하여 10℃, 250rpm으로 12시간 처리하였다. Sodium hypochlorite의 처리는 0.
- 최적농도로 확인된 0.48%의 sodium hypochlorite의 60분 처리와 기존의 여타 탈색제와의 탈색효과를 비교하기 위하여 식품탈색제(29)로 사용되는 acetone, hydrogen peroxide (10%), sodium sulfite (0.48%), sodium thiosulfite (0.48%) 및 sodium metabisulfite (0.48%)를 각각 12시간동안 처리한 경우와의 색차를 비교하였다 (Fig. 5). 그 결과 0.
- 콜라겐의 추출은 Fig. 1과 같이 상어 껍질과 육 조직으로 구분하고 다시 산가용성 (ASSC: citric acid soluble shark skin collagen, ASMC: citric acid soluble shark muscle collagen)과 펩신가용성 (PSSC: pepsin and citric acid soluble shark skin collagen, PSMC: pepsin and citric acid soluble shark muscle collagen)으로 구분하여 추출하였다. 즉, 상어껍질과 육은 5℃의 냉수로 핏물과 비린내를 수세하여 제거한 후 1 x 3 mm로 세절하였다.
- 표준색판으로 보정된 Chromameter (CR-200, Minolta Co, Japan)를 사용하여 L* (lightness), a* (redness-greenness), b* (yellowness-blueness) 값을 측정하였으며 색차(∆E)는 다음의 계산식에 의하여 구하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 상어는 모노상어 (Isurus oxyrinchus)로 그 껍질과 육은 영천 전통돔배기 영농조합 법인에서 제공 받았으며 -70℃ deep freezer (NF-400SF3, Nihon freezer Ltd, Japan)에 저장하면서 실험재료로 사용하였다. 대조구로 사용한 콜라겐 표품은 Marine Collagen (Dermalab Co., Ltd, Gangwondo, Korea)을 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 상어는 모노상어 (Isurus oxyrinchus)로 그 껍질과 육은 영천 전통돔배기 영농조합 법인에서 제공 받았으며 -70℃ deep freezer (NF-400SF3, Nihon freezer Ltd, Japan)에 저장하면서 실험재료로 사용하였다. 대조구로 사용한 콜라겐 표품은 Marine Collagen (Dermalab Co.
데이터처리
- 모든 실험은 3회 반복으로 행하여 평균치와 표준편차로 나타내었고, 유의성 검증은 version 12의 SPSS (Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) software package program을 이용하여 Duncan's multiple range test를 행하였다.
이론/모형
- 단백질 함량은 Lowry 법(24)으로 측정하였으며 BSA (bovine serum albumin, Sigma-Aldrich Co.)를 표준품으로 한 표준곡선에 의하여 함량을 산출하였다.
- 수분함량은 적외선수분측정기 (HG53 Halogen Moisture Analyzer, Mettler-Toledo International Inc, Zurich, Switzerland)로 측정하였으며, 일반성분 분석은 AOAC법(27)에 따라 분석하였다.
성능/효과
- Hydroxyproline의 함량으로부터 산출한 순 콜라겐 함량은 산가용성 콜라겐에서는 25.70~70.31%, pepsin가용성콜라겐에서는 32.94~83.09%로 표준콜라겐의 85.82%보다 낮았으며 산가용성과 pepsin가용성콜라겐 모두 육 조직에서 보다 껍질에서 높은 함량을 나타내었다. 상어육과 껍질(dry basis) 100 g으로부터 얻을 수 있는 동결건조한 콜라겐분말의 수율은 산가용성 콜라겐은 53.
- 2의 우측)을 조사한 결과이다. NaOH 용액의 농도가 증가함에 따라 껍질에 잔존하는 단백질 함량은 29.50 mg/g에서 101.16 mg/g으로 증가한 반면 육에서는 69.50 mg/g에서 110.78 mg/g 증가하였으며, 껍질과 육 모두 0.3~0.5N NaOH용액에서는 다소 감소하는 경향을 보였다. NaOH 용액으로 세척하였을 때 용출되어 나온 총고형물의 양 (Fig.
- 4와 같다. 본 실험에서는 원료무게에 대하여 10배량 (v/w)의 0.16%, 0.32%, 0.48% 및 0.64%의 sodium hypochlorite를 가하여 처리시간에 따른 색상변화를 관찰한 결과 0.48%의 처리는 이보다 낮은 농도보다 높은 탈색효과를 보인 반면 0.64%처리와 유사한 값을 나타내어 0.48%가 적정농도로 확인되었으며 처리시간은 60분에서 밝기 (L*)값이 240분까지 처리하였을 때의 값과 대등하여 적정 처리시간으로 확인되었다. 탈색제 처리 후 여과한 액에서는 탈색한 껍질의 색상과 반대의 결과를 나타내었다.
- 1 M이었고, 추출시간은 각각 72시간 및 24시간 이었다. 산가용성 콜라겐인 ASSC (citric acid soluble shark skin collagen)와 ASMC (citric acid soluble shark muscle collagen), pepsin 가용성 콜라겐인 PSSC(pepsin and citric soluble shark skin collagen)와 PSMC (pepsin soluble shark muscle collagen)에 함유된 총 단백질 함량은 각각 88.66, 83.09, 90.33 및 84.81% (dry basis)이었으며 시판 표준 콜라겐의 88.86%와 대등하였다. Hydroxyproline의 함량으로부터 산출한 순 콜라겐 함량은 ASC에서는 25.
- 3 N이었으며 처리시간은 9시간이었다. 상어껍질의 탈색은 생 원료에 대하여 10배량의 0.48% sodium hypochlorite로 60분간 처리하는 것이 적절하였다. ASC 및 PSC의 추출시 산의 적정농도는 각각 0.
- 3의 우측)을 조사한 결과이다. 세척시간이 증가함에 따라 껍질에 잔존하는 단백질 함량은 80.31 mg/g에서 113.91 mg/ g으로 증가하였으며, 육에서는 77.47 mg/g에서 119.34 mg/g으로 증가하였으나 9시간 경과 후부터는 껍질과 육 모두 감소하는 경향을 보였다. 따라서 상어육과 껍질로 부터의 비콜라겐성 단백질을 제거하기 위한 NaOH의 적정농도는 0.
- 최적의 조건으로 껍질과 육에서 추출한 산가용성 및 pepsin 가용성 콜라겐의 동결건조 분말인 ASSC, ASMC, PSSC 및 PSMC와 표준품으로 사용한 시판 marine collagen (STMC)의 일반성분을 비교한 결과는 Table 2와 같다. 수분, 단백질, 지질, 탄수화물, 회분함량은 시료간의 유의적인 차이를 나타내었다. 상어껍질 (SS)의 경우는 수분 73.
- 2의 우측)은 NaOH의 농도증가와 비례하여 증가하였으며 껍질보다 육에서 높은 경향을 나타내었다. 이상의 결과 NaOH 세척시 0.3 N 이상의 농도에서 껍질과 육에 잔존하는 단백질 함량이 감소하는 현상은 알칼리 농도가 0.3 N 이상으로 높은 농도에서는 비콜라겐 단백질뿐만 아니라 콜라겐의 경우도 용출되어 소실됨을 나타내는 것으로 세척시의 적정농도가 0.3 N 임을 나타낸다.
- 이상의 결과 상어껍질과 육의 산가용성 콜라겐의 추출 시 적정농도와 시간은 각각 0.3 M 및 72시간으로 판단되며, pepsin 가용성 콜라겐의 추출시 산의 농도와 처리시간은 각각 0.1 M 및 24시간으로 확인되었다.
- 이상의 결과 상어로 얻을 수 있는 콜라겐의 함량은 껍질이 육질에 비하여 높으며, 산추출에 비하여 효소추출이 추출시간 및 콜라겐 수율면에서 경제적인 것으로 사료된다.
- 70%로 증가하였다. 이에 반하여 pepsin 가용성의 PSSC와 PSMC의 추출최적 산 농도는 0.1M citric acid로 나타났으며 PSSC의 경우 24시간 추출하였을 때의 순 콜라겐 함량은 83.09%를 나타내었으나 72시간 추출하였을 때는 19.41%로 감소하였으며, PSMC의 경우는 32.94%에서 4.04%로 감소하였다. 이와 같이 pepsin 가용성 콜라겐의 추출시에는 추출 시간이 길어질수록 순 콜라겐 함량이 낮아지는 현상을 나타내었는데 이는 pepsin의 활성에 의한 분해작용으로 인해 나타나는 현상으로 사료된다.
- 3M에서 다소 높은 경향을 나타내었다. 추출시간을 24시간에서 72시간으로 변화하였을 때는 ASSC의 경우는 9.61%에서 70.31%로 증가하였으며 ASMC의 경우는 8.51%에서 25.70%로 증가하였다. 이에 반하여 pepsin 가용성의 PSSC와 PSMC의 추출최적 산 농도는 0.
- 83%로 조단백질 함량은 육에서 높으며 수분, 탄수화물, 회분은 껍질에서 다소 높았다. 콜라겐의 단백질 함량은 PSMC는 90.33%, STMC 88.86%, ASMC 88.66%, PSSC 84.81%, ASSC 83.09%이었다.
- 탈색제 처리 후 여과한 액에서는 탈색한 껍질의 색상과 반대의 결과를 나타내었다. 탈색제 sodium hypochlorite의 농도별 처리시간별 색차를 산출한 값에서도 껍질의 색차는 0.48%와 0.64%가 유의적인 차이를 보이지 않는 것으로 나타나 L*값의 측정 결과와 일치하였으며 탈색여액의 색차에서도 껍질의 색차와 동일한 양상을 나타내었다.
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