톳으로부터 HPH를 이용해 식품에 적용 가능성이 있는 가식성 필름을 제작할 수 있었다. HPH 처리 압력의 증가는 필름의 강도와 깨짐성을 증가시켰고, 단면이 조밀하고 균일한 필름을 형성시켰다. HPH의 처리 횟수의 증가 또한 필름의 단면을 조밀하게 하였다. 개발된 톳 필름은 보고된 많은 다른 생고분자 필름들에 비해 상대적으로 강도, 깨짐성, 그리고 수분 저항력이 낮아 코팅 또는 롤을 비롯한 필름 형태로 건조 식품 또는 중간 수분 식품에 적용될 수 있는 가능성을 보여주었다.
톳으로부터 HPH를 이용해 식품에 적용 가능성이 있는 가식성 필름을 제작할 수 있었다. HPH 처리 압력의 증가는 필름의 강도와 깨짐성을 증가시켰고, 단면이 조밀하고 균일한 필름을 형성시켰다. HPH의 처리 횟수의 증가 또한 필름의 단면을 조밀하게 하였다. 개발된 톳 필름은 보고된 많은 다른 생고분자 필름들에 비해 상대적으로 강도, 깨짐성, 그리고 수분 저항력이 낮아 코팅 또는 롤을 비롯한 필름 형태로 건조 식품 또는 중간 수분 식품에 적용될 수 있는 가능성을 보여주었다.
Edible biopolymer films were developed from hijiki ($Hizikia$$fusiforme$), using a high-pressure homogenization (HPH). Effects of pressure and pass number of HPH on color, tensile, moisture barrier properties, flavor profiles, and microstructure of hijiki films were investigat...
Edible biopolymer films were developed from hijiki ($Hizikia$$fusiforme$), using a high-pressure homogenization (HPH). Effects of pressure and pass number of HPH on color, tensile, moisture barrier properties, flavor profiles, and microstructure of hijiki films were investigated. A hydrocolloid of hijiki was processed by HPH at 69, 103, or 152 MPa with 1, 2, or 3 passes. A hijiki-base film was formed by drying a film-forming solution which was prepared by mixing of the HPH-processed suspension with glycerol and Polysorbate 20. Tensile strength and elastic modulus increased with increasing HPH pressure. Uniformity of the films increased as the pressure of HPH with 1 pass increased and the number of pass increased at 152 MPa. Water vapor permeability ($2.1-3.3g{\cdot}mm/kPa{\cdot}h{\cdot}m^2$) and water solubility (0.4-1.0%), which are relatively low compared to those of many other edible films, show the potential that hijiki-base films are applied to the range of low to intermediate moisture food as wrapping or coating.
Edible biopolymer films were developed from hijiki ($Hizikia$$fusiforme$), using a high-pressure homogenization (HPH). Effects of pressure and pass number of HPH on color, tensile, moisture barrier properties, flavor profiles, and microstructure of hijiki films were investigated. A hydrocolloid of hijiki was processed by HPH at 69, 103, or 152 MPa with 1, 2, or 3 passes. A hijiki-base film was formed by drying a film-forming solution which was prepared by mixing of the HPH-processed suspension with glycerol and Polysorbate 20. Tensile strength and elastic modulus increased with increasing HPH pressure. Uniformity of the films increased as the pressure of HPH with 1 pass increased and the number of pass increased at 152 MPa. Water vapor permeability ($2.1-3.3g{\cdot}mm/kPa{\cdot}h{\cdot}m^2$) and water solubility (0.4-1.0%), which are relatively low compared to those of many other edible films, show the potential that hijiki-base films are applied to the range of low to intermediate moisture food as wrapping or coating.
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문제 정의
이로 인해 입자 크기가 작은 생고분자로 만들어진 필름의 경우 그렇지 않은 필름에 비해 상대적으로 필름의 강도와 조밀성이 높고, 수분 방벽 효과(moisture barrier property)가 높을 수 있다(19). 따라서 본 연구의 목적은 톳으로부터 HPH를 이용하여 롤(roll)이나 랩(wrap) 또는 코팅 형태로 식품에 사용할 수 있는 새로운 식품 소재로서의 가식성 필름을 개발하고, HPH 처리의 압력과 처리 횟수가 톳 필름의 색(Minolta L, a, b), 인장강도, 신장률, 모쥴러스(elastic modulus), 수증기 투과율, 물에 대한 용해도, 향 프로파일, 그리고 미세 구조에 미치는 영향에 대하여 연구하는 것이었다.
제안 방법
, Kawasaki, Japan)를 사용하여 측정하였다. 각 시료당 6번씩 측정하여 얻은 평균값을인장 특성과 수증기 투과율 결정에 사용하였다.
측정에 사용된 모든 필름 시료들은 50 mm×8 mm의 크기로 준비하여 측정 전 23±2oC, 상대습도 52±2%에서 48시간 동안 저장되 었다. 각각의 인장 특성은 tensile property tester(Withlab. Co., Ltd., Anyang, Korea)를 사용하여 측정된 값으로 계산되었다. 초기 그립(grip)간의 거리는 50 mm였고, cross head speed는 30 mm/ min 이었다.
건조된 필름을 플레이트에서 벗겨낸 후 magnesium nitrate(Samchun pure chemical Co., Ltd.) 포화용액이 들어있는 항습 상자(Tenney-10 Model TTUFR-40240, Tenney Engineering, Inc., Union, NJ, USA)에 넣어 상대습도(RH)가 52±2% 상태에서 보관하며 필름의 특성들을 측정하였다.
필름 특성 측정 실험은 2회 반복되었다. 미세구조 관찰을 제외한 필름의 인장강도, 신장률, 모쥴러스는 필름 종류에 따라 매 반복 시 5회 이상 측정되었고, 수증기 투과율과 용해도는 3회 이상 측정 되었다. 실험을 통해 얻은 데이터들은 PASW Statistics 18(IBM Co.
, Xenia, OH, USA)을 이용하여 상대습도를 3-8%로 평형화되었고, 23±2oC로 유지되었으며, 내부의 팬(fan)은 152 cm/min 속도로 측정 중 유지되었다. 상대습도는 Dicksonhydrometer(Model THDx, Dickson, Addison, IL, USA)를 이용하여 측정하였다. 수증기 투과율 값은 다음의 계산식에 따라 산출되었다.
색 좌표 값이 L=97.83, a= −0.47, b=2.24인 표준 백색판 위에 필름 시료를 놓고 시료의 중심을 포함한 총 네부분을 측정하였다.
톳 분말 14 g과 증류수 184 g이 혼합된 용액을 5,000 rpm에서 5분 동안 균질기(Ultra-Turrax Model T-25D, IKA Labortechnik, Staufen, Germany)를 이용해 선 균질화 하고, 69, 103, 또는 152 MPa에서 1, 2, 또는 3 pass로 HPH 처리 하였다.
필름 단면 미세 구조는 전자 주사 현미경(field emission-SEM, FE-SEM, S-4700, Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 관찰하였다. 필름을 가로 1 mm, 세로 3 mm로 자르고 표면을 carbon tape 위에 부착하여 백금으로 코팅한 후 관찰하였다.
필름 표면의 색은 색차계(Minolta Chroma Meter CR-200, Minolta Camera Co., Osaka, Japan)를 사용하여 C와 2o Observer를 이용해 Minolta L(lightness), a(redness), 그리고 b(yellowness) 값으로 측정하였다. 색 좌표 값이 L=97.
필름 단면 미세 구조는 전자 주사 현미경(field emission-SEM, FE-SEM, S-4700, Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 관찰하였다. 필름을 가로 1 mm, 세로 3 mm로 자르고 표면을 carbon tape 위에 부착하여 백금으로 코팅한 후 관찰하였다.
대상 데이터
, Ltd.(Seoul, Korea)에서 제공받았다.
HPH 장비 (D.O.S. Inc., Siheung, Korea)는 구동부(너비×직경×높이: 0.8 m× 0.65 m×0.25 m)와 유압 펌프부(너비×직경×높이: 0.7 m×0.6 m×1.2 m)로 구성되어 있었고, 구동부는 hydraulic cylindr, chaber, cooler, inlet reservoir, hydraulic programmable logic controller(PLC) control box로 이루어졌다.
C, 10시간)한 후, roll mill을 사용하여 분쇄하고, 체질(80 mesh)을 통해 얻어진 분말이었다. 본 연구에 사용된 톳 분말의 수분, 지방, 단백질, 회분, 그리고 탄수화물 함량은 각각 7.0 g/100 g, 0.8 g/100 g, 15.6 g/100 g, 17.8 g/100 g, 그리고 58.8 g/100 g이었다(Korea Food Research Institute, Sungnam, Korea). 유연제로 사용된 글리세롤은 Samchun Pure Chemical Co.
톳 분말은 가루나라(Garunara, Seoul, Korea)에서 구입하였는데, 이는 2010년 국내에서 수확된 톳을 열풍건조(90oC, 10시간)한 후, roll mill을 사용하여 분쇄하고, 체질(80 mesh)을 통해 얻어진 분말이었다. 본 연구에 사용된 톳 분말의 수분, 지방, 단백질, 회분, 그리고 탄수화물 함량은 각각 7.
톳 필름의 향 프로파일은 Hong 등(22)의 방법에 따라 질량분석기(Quadrapole Mass Spectrometer, Balzers Instruments, MarinEpagnier, Switzerland)가 연결된 전자코(SMart Nose300, SMart Nose, Marin-Epagnier, Switzerland)를 이용하여 분석하였다. 필름 시료 0.2 g을 사용했고, 시료 주입구 온도는 130oC, 질소(99.999%)의 이동속도는 230 mL/min이었다. 향 프로파일 비교를 위해 통계 분석 프로그램(Smart Nose, Marin-Epagnier, Switzerland)을 사용하여 이온화되어 얻어진 분자들 중 가장 차별성을 높게 갖는 20-30개 분자들에 대해 판별함수분석(discriminant function analysis, DFA)을 실행하였다.
필름의 두께는 0.001 mm의 정밀도를 갖는 micrometer(Digimatic micrometer Model CR-200, Mitutoyo Co., Kawasaki, Japan)를 사용하여 측정하였다. 각 시료당 6번씩 측정하여 얻은 평균값을인장 특성과 수증기 투과율 결정에 사용하였다.
데이터처리
미세구조 관찰을 제외한 필름의 인장강도, 신장률, 모쥴러스는 필름 종류에 따라 매 반복 시 5회 이상 측정되었고, 수증기 투과율과 용해도는 3회 이상 측정 되었다. 실험을 통해 얻은 데이터들은 PASW Statistics 18(IBM Co., Ver. 18.0.0, NY, USA)을 이용하여 일원 분산분석(one-way ANOVA)되었다. 유의차가 있는 경우 Duncan 다범위 검증(Duncan’s multiple range test)을 실시하였고, 유의차는 5% 수준에서 검증하였다.
유의차가 있는 경우 Duncan 다범위 검증(Duncan’s multiple range test)을 실시하였고, 유의차는 5% 수준에서 검증하였다.
999%)의 이동속도는 230 mL/min이었다. 향 프로파일 비교를 위해 통계 분석 프로그램(Smart Nose, Marin-Epagnier, Switzerland)을 사용하여 이온화되어 얻어진 분자들 중 가장 차별성을 높게 갖는 20-30개 분자들에 대해 판별함수분석(discriminant function analysis, DFA)을 실행하였다.
이론/모형
톳 필름의 향 프로파일은 Hong 등(22)의 방법에 따라 질량분석기(Quadrapole Mass Spectrometer, Balzers Instruments, MarinEpagnier, Switzerland)가 연결된 전자코(SMart Nose300, SMart Nose, Marin-Epagnier, Switzerland)를 이용하여 분석하였다. 필름 시료 0.
필름의 물에 대한 용해도는 Kang과 Min(16)의 방법에 따라 측정되었다. 용해도(%)는 물에 녹는 고형분의 무게를 초기 고형분의 무게로 나눈 값에 100을 곱해 구해졌다.
필름의 수증기 투과율은 American Society of Testing and Materilas(ASTM) E96-92를 이용한 Gravimetric Modified Cup 방법(21)을 이용해 측정하였다. Polymethylmethacrylate(PlexiglasTM)로 만들어진 원형 투습컵(외부 지름 8.
필름의 인장강도, 신장률(percentage elongation at break), 그리고 모쥴러스(elastic modulus)는 American Society of Testing and Materials(ASTM) 표준 방법 D882-01(20)을 이용해 측정하였다. 측정에 사용된 모든 필름 시료들은 50 mm×8 mm의 크기로 준비하여 측정 전 23±2oC, 상대습도 52±2%에서 48시간 동안 저장되 었다.
성능/효과
3). HPH 처리 압력과 횟수의 증가에 의해 제작되는 톳 필름의 향 프로파일이 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 이는 HPH 처리 압력과 횟수의 증가로 입자 크기가 작아지고, 이에 따라 표면적 대 부피비율이 커져서 향 성분이 더 많이 감지되었기 때문으로 생각되었다.
4). HPH 처리 압력이 152 MPa일 때 처리 횟수가 증가할수록 필름의 단면이 더 조밀해졌음을 또한 관찰할 수 있었다(Fig. 5). 유사한 결과가 고압 균질(처리 압력: 165 MPa, 처리 횟수: 1 pass, 10 pass)을 통해 제작된 microfibrillated cellulose 필름에서도 보여졌다(27).
HPH 처리 횟수가 1 pass일 때, 처리 압력이 69 MPa로 얻어진 필름과 103 또는 152 MPa로 만들어진 필름에 있어 향 프로파일이 달랐고(Fig. 3), HPH 처리 압력이 152 MPa이었을 때, 1 pass로 제작된 필름과 2 pass로 제작된 필름의 향 프로파일은 3 pass 로 제작된 필름의 향 프로파일과 차이가 있었다(Fig. 3). HPH 처리 압력과 횟수의 증가에 의해 제작되는 톳 필름의 향 프로파일이 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.
HPH의 처리 횟수의 증가 또한 필름의 단면을 조밀하게 하였다. 개발된 톳 필름은 보고된 많은 다른 생고분자 필름들에 비해 상대적으로 강도, 깨짐성, 그리고 수분 저항력이 낮아 코팅 또는 롤을 비롯한 필름 형태로 건조 식품 또는 중간 수분 식품에 적용될 수 있는 가능성을 보여주었다.
개발된 톳 필름의 수증기 투과율은 2.1-3.3 g · mm/kPa · h · m2이었고, HPH 처리 압력과 횟수는 수증기 투과율 값에 유의적인 영향을 주지 않았다(p>0.05).
05). 대추필름, zein 필름, 감자 껍질 기초 필름, 그리고 pullulan 필름 등 다른 가식성 필름의 용해도보다 낮았다(Table 2). 수증기 투과율과 용해도 결과를 보고 기존에 개발된 많은 다른 생고분자 가식성 필름에 비해 수분에 대한 저항력이 높다는 것을 알 수 있었다.
대추필름, zein 필름, 감자 껍질 기초 필름, 그리고 pullulan 필름 등 다른 가식성 필름의 용해도보다 낮았다(Table 2). 수증기 투과율과 용해도 결과를 보고 기존에 개발된 많은 다른 생고분자 가식성 필름에 비해 수분에 대한 저항력이 높다는 것을 알 수 있었다. 이로써 개발된 톳 필름은 다른 많은 생고분자 필름들에 비해 상대적으로 수분함량이 높은 식품에 적용 가능성이 있을 것으로 사료되었다.
22%로 pullulan 필름보다 높았다 (Table 2). 톳 필름은 다른 가식성 필름들의 인장 특성들과 비교했을 때 랩(wrap) 형태의 적용 보다는 코팅 또는 롤을 비롯한 필름 형태로서의 식품 적용이 더욱 적합한 것으로 판단되었다.
톳 필름의 수증기 투과율은 사과 껍질 기초 필름, 감자 껍질기초 필름, zein 필름, 그리고 silk fibron 필름보다는 낮았고, wheat gluten 필름, 대추 필름과는 비슷했으며 pullulan 필름의 수증기 투과율 보다는 높았다(Table 2).
톳 필름의 용해도는 0.4-1.0%로 HPH의 처리 압력과 횟수는 톳필름의 용해도에 유의적으로 영향을 주지 않았다(p>0.05).
필름 단면 미세 구조를 관찰한 결과 1 pass 처리를 통해 만들 어진 필름의 경우 처리 압력이 152 MPa이었을 때 69 MPa에서 보다 필름 단면의 기공의 수나 크기가 줄어들어 그 구조가 더 조밀하고 균일하였음을 알 수 있었다(Fig. 4). HPH 처리 압력이 152 MPa일 때 처리 횟수가 증가할수록 필름의 단면이 더 조밀해졌음을 또한 관찰할 수 있었다(Fig.
또한, 구조의 조밀성 증가는 처리 압력과 횟수를 달리해서 제작된 필름들의 향 프로파일 차이의 원인이 되었을 수 있었을 것이다. 하지만 본 연구에서 관찰된 HPH 처리에 의한 조밀성 증가는 수증기 투과율을 변화시킬 정도는 되지 않았음을 알 수 있었다.
후속연구
기존의 방법으로 가공한 해조류는 그형태와 크기에 제한이 있어 식품에 보조 재료로 사용되는 경우 대부분 잘게 썰어 건조를 시킨 것을 첨가하는 정도로 사용되어 왔다. 따라서 더 많은 해조류의 식품 적용을 위해 해조류로부터 해조류 고유의 형태와 크기에 제한 없이 여러 식품에 사용될 수 있는 식품 소재 개발이 요구된다.
수증기 투과율과 용해도 결과를 보고 기존에 개발된 많은 다른 생고분자 가식성 필름에 비해 수분에 대한 저항력이 높다는 것을 알 수 있었다. 이로써 개발된 톳 필름은 다른 많은 생고분자 필름들에 비해 상대적으로 수분함량이 높은 식품에 적용 가능성이 있을 것으로 사료되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
톳이란 무엇인가?
톳을 포함한 해조류는 일반적으로 육지 식물에서 발견되지 않은 생리 활성 물질을 많이 포함하고 있어 그 생리 활성에 대한 연구 결과가 많이 보고되어왔다(4-7). 톳(Hizikia fusiforme)은 주로 한국, 중국, 일본을 포함한 북서 태평양의 온대 해안 지역에서 자라는 갈색 해초로서(8), alginates, fucans, 그리고 laminarins와 같은 가용성 다당류를 많이 포함하고 있고(9,10), 항산화 및 항응고성을 가지고 있다(11,12).
식품 산업에서 가식성 필름은 어떤 역할을 하는가?
가식성 필름은 주로 천연 생고분자를 이용하여 제작되며, 식품 표면에서 산소, 수분, 향의 방출 및 유입을 막아주고, 외관을 좋게 하며, 물리적 충격으로부터 보호하는 역할을 한다(1,2). 생분 해가 되기 때문에 친환경적이고(2), 콩이나 야채와 같이 개별 포장이 어려운 제품의 포장으로도 적용이 가능하다(3).
고압 균질 처리로 입자의 크기가 작은 생고분자를 제조하는 방법은 무엇인가?
고압 균질(high-pressure homogenization, HPH) 처리된 생고분자 hydrocolloid를 사용해 필름을 제조하면 조밀하고 균일한 생고분자 필름이 형성된다고 보고된 바 있다(14-18). 고분자 분쇄 기술중 하나인 HPH 처리는 생고분자 hydrocolloid 내 생고분자들을 처리 chamber의 마이크로 채널 내에서 전단력과 압력을 가해 그들의 뭉침을 풀거나(deagglomeration), 연결을 끊음으로써(depolymerization) 크기를 작게 만들 수 있다(14-17). 생고분자 입자 크기가 감소하면 분자간 상호작용과 결합이 강화될 수 있다.
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