바이오에너지 생산을 위해 해조류 바이오매스의 대량생산 기술을 개발하기 위한 일환으로 다시마에 대한 고밀도 양식의 가능성을 시험하였다. 기장과 완도 해역양식장에서 수심을 달리하여(0.5 m, 3 m) 다시마를 양식하고 다시마의 주요 부위별 화학적 성분을 분석하여 비교하였다. 다시마의 상측 부위가 하측 부위보다 많은 조단백질 함량을 나타냈으며, 조지방은 중간부위에 많이 함유하고 있었다(p<0.05). 조회분은 하측부위에 많은 함량을 나타내었지만 지역 간, 계절 간의 함량 차이는 보이지 않았다(p>0.05). 또한 대조구(0.5 m)와 수심 3 m의 다시마 간에 일반성분 조성의 차가 없었다. 구성당의 함량은 실험군에서 부위별 함량 차이는 있었으나, 부위에 따른 증감의 경향은 나타나지 않았으며 지역, 계절, 수심에 의한 뚜렷한 변화가 보이지 않았다. 모든 실험군에서 대부분의 아미노산이 다시마의 상측부위에 많이 함유하고 있었으며, 지역과 계절에 따라 일부 실험군 간에 아미노산 함량이 차이를 보였지만 수심에 따른 아미노산의 함량은 관찰되지 않았다. 지방산 함량은 부위에 따라 많고 적은 지방산들이 있었고 불포화지방산들이 하측부위보다 상측부위에 많이 함유하고 있었다. 반면 포화지방산은 하측부위에 많이 함유하고 있었다. 그러나 다시마의 양식 수심에 따라 이러한 조성들이 차이는 나타나지 않았다. 원소 N는 상측부위가 많이 함유하고 있었으며 원소 C는 실험군에 따라 원소 N과 비교하여 경향을 띠었다.
바이오에너지 생산을 위해 해조류 바이오매스의 대량생산 기술을 개발하기 위한 일환으로 다시마에 대한 고밀도 양식의 가능성을 시험하였다. 기장과 완도 해역양식장에서 수심을 달리하여(0.5 m, 3 m) 다시마를 양식하고 다시마의 주요 부위별 화학적 성분을 분석하여 비교하였다. 다시마의 상측 부위가 하측 부위보다 많은 조단백질 함량을 나타냈으며, 조지방은 중간부위에 많이 함유하고 있었다(p<0.05). 조회분은 하측부위에 많은 함량을 나타내었지만 지역 간, 계절 간의 함량 차이는 보이지 않았다(p>0.05). 또한 대조구(0.5 m)와 수심 3 m의 다시마 간에 일반성분 조성의 차가 없었다. 구성당의 함량은 실험군에서 부위별 함량 차이는 있었으나, 부위에 따른 증감의 경향은 나타나지 않았으며 지역, 계절, 수심에 의한 뚜렷한 변화가 보이지 않았다. 모든 실험군에서 대부분의 아미노산이 다시마의 상측부위에 많이 함유하고 있었으며, 지역과 계절에 따라 일부 실험군 간에 아미노산 함량이 차이를 보였지만 수심에 따른 아미노산의 함량은 관찰되지 않았다. 지방산 함량은 부위에 따라 많고 적은 지방산들이 있었고 불포화지방산들이 하측부위보다 상측부위에 많이 함유하고 있었다. 반면 포화지방산은 하측부위에 많이 함유하고 있었다. 그러나 다시마의 양식 수심에 따라 이러한 조성들이 차이는 나타나지 않았다. 원소 N는 상측부위가 많이 함유하고 있었으며 원소 C는 실험군에 따라 원소 N과 비교하여 경향을 띠었다.
To develop the technology for cultivation of high-density seaweed, sea tangle was cultured from varying depths(0.5 m, 3 m) of seawater at Gijang and Wando area. Proximate composition, component sugar, total amino acid, fatty acid composition, and element composition of different parts of sea tangle ...
To develop the technology for cultivation of high-density seaweed, sea tangle was cultured from varying depths(0.5 m, 3 m) of seawater at Gijang and Wando area. Proximate composition, component sugar, total amino acid, fatty acid composition, and element composition of different parts of sea tangle (Saccharina japonica) have been examined. Significant differences were found in the amount of crude protein and ash content in lower, middle, and upper parts of algal blades. The upper parts of the sea tangle was rich in crude protein, while lower parts was rich in crude ash. Crude lipid content was higher in the middle parts than those of the other parts. The component sugars were not significantly different from all parts of algal blades. The highest content of most of the amino acids were found in the upper parts of the blades. The amount of saturated fatty acids concentrated mostly in lower parts of blades, while the content of polyunsaturated fatty acids concentrated in the upper parts. The highest N element contents were found in upper part of algal blades. However, the contents of those chemical component were not affected by the depths of seawater.
To develop the technology for cultivation of high-density seaweed, sea tangle was cultured from varying depths(0.5 m, 3 m) of seawater at Gijang and Wando area. Proximate composition, component sugar, total amino acid, fatty acid composition, and element composition of different parts of sea tangle (Saccharina japonica) have been examined. Significant differences were found in the amount of crude protein and ash content in lower, middle, and upper parts of algal blades. The upper parts of the sea tangle was rich in crude protein, while lower parts was rich in crude ash. Crude lipid content was higher in the middle parts than those of the other parts. The component sugars were not significantly different from all parts of algal blades. The highest content of most of the amino acids were found in the upper parts of the blades. The amount of saturated fatty acids concentrated mostly in lower parts of blades, while the content of polyunsaturated fatty acids concentrated in the upper parts. The highest N element contents were found in upper part of algal blades. However, the contents of those chemical component were not affected by the depths of seawater.
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문제 정의
또한, 청정액체연료와 기능성 식의약 제품, 고부가 바이오소재로 활용하기 위해 체계적인 해조류의 데이터베이스 구축이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 바이오에너지 생산을 위한 적정 해조류를 선정하고, 대량생산 기술을 개발하기 위한 일환으로 다시마가 많이 생산되는 기장과 완도에서 수심별로 다시마를 양식하여 다시마의 주요 화학적 성분 함량을 변화를 관찰하였다.
제안 방법
운반기체는 helium을 사용하여 18 cm/s로 유속을 설정하였으며 split rate는 1:50으로 하였다. FID (flame ionization detector)로 지방산을 검출하였고 이때 injection port와 FID의 온도는 각각 270 ℃와 250 ℃로 하였다. 표준물질은 37 지방산 혼합물(Supelco 37 Component FAME Mix, Sigma-Aldrich Co.
다시마의 지방 추출은 Folch et al.[7]의 방법에 따라 시료 50 g을 homogenizer (Tissue grinder, IKA, Germany)로 마쇄한 후 chloroform-methanol (2:1, v/v) 용액을 시료의 약 10배량 가하고 혼합하고 냉암소에서 하룻밤 방치한 후 상등액을 제거하고 하층 chloroform 부분을 무수 Na2SO4로 탈수 여과시켜 추출하였다. 3회 추출 후 농축기로 농축하여 얻어진 지질을 15% BF3-methanol 용액을 사용하는 AOAC[6] 법에 따라 methylation을 하였다.
45 µm membrane filter로 여과하고 구성당의 분석 시료로 사용하였다. 다시마의 구성당은 Table 1의 분석 조건에 따라 HPLC (Prominence HPLC, Shimadzu Co, Ltd. Kyoto, Japan)로 분석하였다[9].
바이오에너지 생산을 위해 해조류 바이오매스의 대량생산 기술을 개발하기 위한 일환으로 수심을 달리한 고밀도 양식방법으로(0.5 m, 3 m) 다시마를 양식하였다. 다시마의 부위별로 많은 화학적 성분들이 차이를 나타냈으나 양식 수심에 따른 화학적 성분들의 차이는 거의 나타나지 않았다.
엽장의 길이를 정확히 3등분하여 상, 중, 하(기저부: basal part)로 절단하고, 그늘에서 건조대를 이용하여 예비건조 한 후, 작은 조각으로 잘라 다시 동결건조기로 48시간 이상 건조하였다. 수분함량이 10% 내외로 건조하여 분말화하고, 각 다시마 분말은 3 등분하여(500 g) 3회 반복 시료로 사용하였다.
0 mL 가한 후 혼합하였다. 시험관 내부의 공기를 질소(N2) gas로 치환하고 마개를 하여 100 ℃로 가온된 가열블록에서 5시간 가열하여 가수분해 하였다[8]. 가수분해 된 시료를 냉각하고 2 N NaOH를 5.
다시마 양식은 전라남도 완도군 금일읍 사동어촌계와 부산광역시 기장군 문동리 어촌계 어장에서 수행하였고 다시마 종묘의 크기는 5 mm전후의 유아상태로 완도 금일에서는 2010년 12월 1일에 종묘를 입식하였고, 기장에서는 2010년 12월 6일에 같은 크기의 종묘를 입식하였다. 양식은 일반적으로 어민들이 수행하고 있는 표층 0.5 m 수층을 대조구로 하고 3 m 수심에서 양성시험을 수행하였다. 시료 채취는 3월과 4월에 시험양성중인 다시마를 0.
기장 다시마의 3월과 4월에 조체는 수돗물로 세척하고 조체 표면의 이물질을 제거하였다. 엽장의 길이를 정확히 3등분하여 상, 중, 하(기저부: basal part)로 절단하고, 그늘에서 건조대를 이용하여 예비건조 한 후, 작은 조각으로 잘라 다시 동결건조기로 48시간 이상 건조하였다. 수분함량이 10% 내외로 건조하여 분말화하고, 각 다시마 분말은 3 등분하여(500 g) 3회 반복 시료로 사용하였다.
지방산 분석은 gas chromatography (Shimadzu GC-2010, Shimadzu Co, Ltd. Kyoto, Japan)를 사용하였으며 column은 SP-2560 (100 m × 0.25 mm id × 0.2 µm film thickness, Supelco Inc., Bellefonte, USA)과 oven의 온도는 150 ℃에서 5분간 머물고 3 ℃/min로 상승시켜 250 ℃에서 5분간 유지하였다[9].
총아미노산의 분석은 ampoule에 분쇄한 시료 0.5 g과 6 NHCl 용액 15 mL를 각각 가한 후 진공 pump를 이용하여 진공 하에서 밀봉하여 110 ℃에서 24시간 가수분해하고 45 ℃에서 감압농축하여 산을 완전히 증발시킨 후, 구연산나트륨 완충 용액 (pH 2.2)을 사용하여 25 mL로 희석한 다음, 0.45 µm membrane filter로 여과하여 분석시료로 사용하였다.
다시마 양식은 전라남도 완도군 금일읍 사동어촌계와 부산광역시 기장군 문동리 어촌계 어장에서 수행하였고 다시마 종묘의 크기는 5 mm전후의 유아상태로 완도 금일에서는 2010년 12월 1일에 종묘를 입식하였고, 기장에서는 2010년 12월 6일에 같은 크기의 종묘를 입식하였다. 양식은 일반적으로 어민들이 수행하고 있는 표층 0.
다시마의 원소분석(C, H, N, S)은 Flash FA 1112 (Finnegan) 원소분석기를 사용하였다. 분석조건은 He와 O2를 각각 130 mL/min과 100 mL/min을 사용하였으며 오븐온도는 50 ℃를 사용하였다.
5 m 수층을 대조구로 하고 3 m 수심에서 양성시험을 수행하였다. 시료 채취는 3월과 4월에 시험양성중인 다시마를 0.5 m와 3 m 수층에서 한 클러스터씩 채취하여 실험실로 운반한 후, 조체의 엽장을 측정하였다. 기장 다시마의 3월과 4월에 조체는 수돗물로 세척하고 조체 표면의 이물질을 제거하였다.
데이터처리
aMean (n=3) values followed by the same letter within a row were not significantly different at p<0.05 according to Duncan’s multiple range test.
aMean (n=3) values followed by the same letter within arow were not significantly different at p<0.05 according to Duncan’s multiple range test.
모든 실험은 3회 반복하여 평균치로 나타내었으며, 유의성 검증은 SPSS (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) software package(17)를 사용하여 p<0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test로 유의성을 검증하였다[10].
이론/모형
[7]의 방법에 따라 시료 50 g을 homogenizer (Tissue grinder, IKA, Germany)로 마쇄한 후 chloroform-methanol (2:1, v/v) 용액을 시료의 약 10배량 가하고 혼합하고 냉암소에서 하룻밤 방치한 후 상등액을 제거하고 하층 chloroform 부분을 무수 Na2SO4로 탈수 여과시켜 추출하였다. 3회 추출 후 농축기로 농축하여 얻어진 지질을 15% BF3-methanol 용액을 사용하는 AOAC[6] 법에 따라 methylation을 하였다. 지방산 분석은 gas chromatography (Shimadzu GC-2010, Shimadzu Co, Ltd.
일반성분 분석은 AOAC[6] 방법에 따라 분석하였다. 즉 수분은 105 ℃ 건조법, 조회분은 550 ℃ 직접회화법, 조단백은 micro-Kjeldahl법, Folch et al.
45 µm membrane filter로 여과하여 분석시료로 사용하였다. 총아미노산 분석은 아미노산 자동분석기 (Shimadzu Co, Ltd. Kyoto, Japan)를 사용하여 형광검출기를 이용하는 OPA (O-phthalaldehyde)법으로 측정하였다. Column은 Shim-pack AMINO-Na (6.
성능/효과
1) 다시마의 상측 부위가 하측 부위보다 많은 조단백질 함량을 나타냈으며, 조지방은 중간부위에 많이 함유하고 있었다. 조회분은 하측부위에 많은 함량을 나타내었지만 지역간, 채취시기에 따른 차이는 거의 보이지 않았다.
2) 구성당의 함량은 대조구와 3 m에서 부위별 함량 차이는 있었으나, 부위에 따른 증가나 감소하는 경향은 나타나지 않았으며 지역, 채취시기, 수심에 의한 변화가 보이지 않았다.
3) 모든 실험군에서 대부분의 아미노산 함량이 하측부위보다 상측부위에 많이 함유하고 있었으며, 지역과 계절에 따라 일부 아미노산 함량이 차이를 보였지만 수심에 따른 아미노산의 함량은 관찰되지 않았다.
4) 지방산 함량은 부위에 따라 많고 적은 지방산들이 있었고, 불포화지방산들이 하측부위보다 상측부위에 많이 함유하고 있었고 포화지방산은 하측부위에 많이 함유하고 있었다. 그러나 다시마 양식 수심에 따른 이러한 조성들의 변화는 나타나지 않았다.
5) 다시마의 원소 조성에서 N 원소는 상측부위가 많이 함유하고 있었으며 C는 실험군에 따라 다소 다른 경향을 띠었다.
Fucose의 함량은 모든 시료 군에서 기장산이 완도산보다 높은 함량을 보였다(p<0.05).
계절과 지역에 따른 일반성분의 함량 차이는 부위별 차이에 비해 유의적 차이를 나타내지 않았다(p>0.05).
기장 다시마의 대조구와 수심 3 m 다시마의 아미노산 함량을 비교할 때 대조군이 대부분의 다시마 부위에서 높은 아미노산 함량의 결과를 보였다(p<0.05).
기장과 완도에서 수심 0.5 m(대조군)와 3 m에서 양식한 다시마를 상·중·하로 나누어 분석한 결과 조단백질 함량은 상측 부분이 하측부분 보다 유의적으로 높게 나타났다 (p상=하 순서로 유의적인 함량 차이를 보였다(p<0.05).
5 m) 완도 다시마는 3월보다 4월의 아미노산 함량이 낮게 나타났으나 기장의 같은 실험구에서는 이러한 경향은 보이지 않았다(Table 6). 대조구 완도 다시마의 하측 부위는 대조구 기장 다시마 보다 낮은 아미노산의 함량을 보였으나, 수심 3 m 완도 다시마의 하측 부위는 같은 군의 기장 다시마와 유사한 아미노산 함량을 나타내었다. 기장 다시마의 대조구와 수심 3 m 다시마의 아미노산 함량을 비교할 때 대조군이 대부분의 다시마 부위에서 높은 아미노산 함량의 결과를 보였다(p<0.
그러나 이러한 경향은 Khotimchenko and Kulikova[12]의 연구에서는 나타나지 않았다. 대조구에서 기장과 완도의 지방산 조성은 약간 다르게 나타났으며 같은 지역에서 채취시기에 다른 차이는 지방산에 따라 다른 함량을 보였다. 수심에 따른 지방산 함량은 지역과 채취시기 별로 다른 함유량을 보였으나 다시마의 일반적 조성 함량에 크게 벗어나지 않는 것을 볼 수 있다.
대조구와 3 m 수심에서 양식한 다시마 간의 각 구성당의 함량은 차이는 부위별, 지역별, 채취시기별에 따라 유의적으로 함량 차이 나타났다(p<0.05).
모든 실험구의 다시마에서 glutamic acid, aspartic acid, leucine, alanine, valine 등 아미노산은 상>중>하 순서로 감소하는 경향을 보여 총 아미노산 함량도 같은 경향을 띠었다(p<0.05).
05). 원소 함량은 0.48~0.04%의 함량을 나타내고 있었으며 부위별 함량 차이는 보이나 함량 차이에 대한 경향성은 보이지 않았다. 수심에 따른 원소의 차이는 원소에 따라 다소 나타났으나 큰 차이는 보이지 않았다.
[13]은 다시마의 일반성분 분석에서 조단백질 및 조회분의 함량이 다른 연구와 비교할 때 다른 결과가 나타났다고 하였다. 이러한 결과는 다시마 채취 지역과 시기가 다른 이유에서도 이러한 결과가 나타날 수 있지만 다시마 조체의 전부를 시료로 사용하지 않고 일부분을 사용함으로서 나타날 수 도 있음을 본 연구에서 보여준다. 계절과 지역에 따른 일반성분의 함량 차이는 부위별 차이에 비해 유의적 차이를 나타내지 않았다(p>0.
해조 단백질의 구성아미노산은 일반적으로 alanine, aspartic acid, glycine, proline과 같은 중성 및 산성아미노산이 많은 것으로 알려져 있으나[11] 다시마는 glycine과 proline함량이 대체로 낮게 함유하고 있었다. 함황아미노산 cystine과 cysteine은 검출되지 않았으며, methionine은 적은 함유량을 보였다(Table 6, 7). 또한, histidine과 tyrosine은 methionine과 유사한 함유량을 보였다(Table 6).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
해조류를 원료로 하는 바이오에너지 생산기술은 국내 실정에 매우 적합하며 경쟁력 있는 기술이라고 판단하는 이유는 무엇인가?
해조류는 비식량계 바이오매스로써 경작지 잠식으로 인한 식량생산 감소 및 식량 수급 불균형 문제를 야기하지 않으며, 육상바이오매스 자원에 비해 단위면적 당 생산 수율이 높아, 해조류를 원료로 하는 바이오에너지 생산기술은 국내 실정에 매우 적합하며 경쟁력 있는 기술이라고 판단되어 진다. 더불어 해조류는 목질계 원료에서 반드시 제거해야 하는 리그닌 성분이 없어 바이오에너지 생산 공정이 간편하다는 장점을 지닌다[1].
해조류의 바이오에너지 생산 공정이 간편한 이유는 무엇인가?
해조류는 비식량계 바이오매스로써 경작지 잠식으로 인한 식량생산 감소 및 식량 수급 불균형 문제를 야기하지 않으며, 육상바이오매스 자원에 비해 단위면적 당 생산 수율이 높아, 해조류를 원료로 하는 바이오에너지 생산기술은 국내 실정에 매우 적합하며 경쟁력 있는 기술이라고 판단되어 진다. 더불어 해조류는 목질계 원료에서 반드시 제거해야 하는 리그닌 성분이 없어 바이오에너지 생산 공정이 간편하다는 장점을 지닌다[1].
다시마 부위에 따른 지방산 함량 경향은 어떠한가?
모든 실험군에서 대부분의 아미노산이 다시마의 상측부위에 많이 함유하고 있었으며, 지역과 계절에 따라 일부 실험군 간에 아미노산 함량이 차이를 보였지만 수심에 따른 아미노산의 함량은 관찰되지 않았다. 지방산 함량은 부위에 따라 많고 적은 지방산들이 있었고 불포화지방산들이 하측부위보다 상측부위에 많이 함유하고 있었다. 반면 포화지방산은 하측부위에 많이 함유하고 있었다.
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