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문제 정의
- 본 연구에서는 대나무의 유효 성분 및 섬유소 이용 연구의 일환으로 대나무 식이섬유를 이용한 식용 대나무 종이 제조에 대한 기초 연구를 실시하였으며, 이를 위하여 죽순 및 어린 대나무의 섬유소 이용을 위한 국내산 맹종죽, 솜대 및 왕대의 섬유소 물성 및 화학 조성분 분석을 실시하였다. 죽순 및 발순 후 20일생과 50일생의 대나무를 증자처리한 후 해리하여 제조한 섬유의 형태학적 특성 및 크기, 그리고 화학 조성분의 함량 차이를 비교 검토하였다.
제안 방법
- 각 죽종의 죽순, 발순 후 20일생과 50일생의 시료의 함수율을 측정하여 전건기준 건물량을 계산하였다. 20일생과 50일생 시료는 대나무로 형성되어 있어 그대로건물량을 조사하였지만 죽순의 경우는 죽순과 껍질로 형성(Fig. 1)되어 있기 때문에 껍질을 제거한 순수한 죽순의 건물량으로 측정하였다.
- 각 시료로부터 분리된 섬유는 디지털 실체현미경(P-400R, Nikon, Japan)을 이용하여 ×2.0 및 ×5.0 배율로 관찰하여 섬유장과 섬유 폭을 측정하였다.
- 각 죽종의 죽순, 발순 후 20일생과 50일생의 시료의 함수율을 측정하여 전건기준 건물량을 계산하였다. 20일생과 50일생 시료는 대나무로 형성되어 있어 그대로건물량을 조사하였지만 죽순의 경우는 죽순과 껍질로 형성(Fig.
- 대나무의 유효 성분 이용 연구의 일환으로 국내산 주요 죽종인 맹종죽, 솜대, 왕대를 대상으로 죽순, 발순 후 20일생, 50일생의 대나무를 증자처리하여 대나무 섬유를 제조하고, 제조된 섬유의 형태학적 관찰 및 화학 조성분 변화에 대하여 비교 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 맹종죽, 솜대, 왕대의 죽순과 20일생, 50일생 대나무에서 분리된 섬유의 크기를 평가하기 위하여 섬유장과 섬유 폭을 측정하였으며, 그 결과는 Table 2와 같다.
- 각 시료를 일정 크기로 절단한 후 100℃ 끓는 물에서 20분간 증자처리 하였다. 본 처리방법은 죽순을 식용으로 하기 위한 일반적인 처리방법으로 향후 식이섬유를 이용한 식용 대나무 종이의 제조 연구를 위하여 증자처리 시 화학약품의 첨가를 배제하였다.
- 분리된 섬유의 유래를 확인하기 위하여 대나무 조직을 횡단면과 접선단면에서 15∼30 ㎛의 절편으로 제작하여 광학현미경(E200, Nikon, Japan)으로 관찰하였다.
- 대나무에 존재하는 화학 조성분은 탄수화물, 리그닌, 추출성분, 무기성분 등이다. 이 성분 중 탄수화물을 이용하기 위하여 본 연구의 전 보5)에서는 국내에 자생하는 대나무 중 경제적 가치가 높은 맹종죽, 왕대, 솜대의 화학 조성분을 죽령별로 분석하였다. 맹종죽, 솜대, 왕대에 존재하는 구성 당 성분은 fucose, arabinose, rhamnose, galactose, glucose, xylose, mannose로 glucose의 함량이 가장 높고 다음은 xylose로 나타났으며, 그 외의 당 함량은 약 3% 이하로 소량 함유되어 있는 것으로 확인되었다.
- 죽순 및 20일생, 50일생 대나무의 조직에서 섬유가 분리되는 과정을 쉽게 이해하기 위하여 대나무 조직을 광학현미경으로 관찰하였다. 그 결과를 Fig.
- 본 연구에서는 대나무의 유효 성분 및 섬유소 이용 연구의 일환으로 대나무 식이섬유를 이용한 식용 대나무 종이 제조에 대한 기초 연구를 실시하였으며, 이를 위하여 죽순 및 어린 대나무의 섬유소 이용을 위한 국내산 맹종죽, 솜대 및 왕대의 섬유소 물성 및 화학 조성분 분석을 실시하였다. 죽순 및 발순 후 20일생과 50일생의 대나무를 증자처리한 후 해리하여 제조한 섬유의 형태학적 특성 및 크기, 그리고 화학 조성분의 함량 차이를 비교 검토하였다.
- 증자처리를 마친 시료는 표준 해리기(Disintegrator, PTI, Austria)를 이용하여 죽순은 2분, 20일생은 4분, 50일생은 8분 동안 해리하였다. 각 시료로부터 분리된 섬유는 디지털 실체현미경(P-400R, Nikon, Japan)을 이용하여 ×2.
- 화학 조성분 분석을 위하여 각 시료의 추출물, 리그닌 및 탄수화물의 함량을 정량분석 하였다. 탄수화물 분석은 단당의 조성 및 함량의 차이를 비교 분석하였으며, 이를 위하여 각 시료를 대상으로 72%(w/w) 황산(H2SO4)으로 산 가수분해를 실시하였다.
- 맹종죽, 솜대, 왕대에 존재하는 구성 당 성분은 fucose, arabinose, rhamnose, galactose, glucose, xylose, mannose로 glucose의 함량이 가장 높고 다음은 xylose로 나타났으며, 그 외의 당 함량은 약 3% 이하로 소량 함유되어 있는 것으로 확인되었다. 탄수화물 이외에 리그닌과 추출물의 함량도 분석되었으며, 이를 통해 죽순으로부터 생장하는 과정 중의 대나무의 화학 조성분 변화과정에 대하여 검토하였다. 국내산 유용 대나무 종들은 화학 조성분에 있어 종간 차이가 크지 않은 것으로 나타났으나, 생장 초기 단계인 죽순과 발순 후 50일생 간에는 그 함량 차이가 큰 것으로 확인되었다.
- 화학 조성분 분석을 위하여 각 시료의 추출물, 리그닌 및 탄수화물의 함량을 정량분석 하였다. 탄수화물 분석은 단당의 조성 및 함량의 차이를 비교 분석하였으며, 이를 위하여 각 시료를 대상으로 72%(w/w) 황산(H2SO4)으로 산 가수분해를 실시하였다.
대상 데이터
- 국립산림과학원 남부산림연구소 시험림 내 죽림에 생육하는 맹종죽(Phyllostachys pubescens Mazel:Moso bamboo), 솜대(P. nigra var. henonis Stapf ex. Rendle: Henon bamboo), 왕대(P. bambusoides Sieb. et Zucc.: Timber bamboo)의 죽순(길이 30cm 이내), 발순 후 각 20일, 50일생의 대나무를 채취하여 공시재료로 사용하였다.
성능/효과
- 1. 죽종별 건물량은 큰 차이 없이 비슷한 양을 나타냈지만, 죽령별 건물량은 죽순과 20일생에서 약 9∼12%에 불과하던 것이 50일생이 되면 약 34%로 크게 증가되었다.
- 2. 죽순과 20일생 대나무로부터 제조된 섬유의 형태는 후생목부를 중심으로 해리된 섬유와 유세포가 분리된 섬유이며, 섬유의 폭은 약 250∼310 ㎛, 길이는 약 3000∼3500 ㎛로 분석되었다.
- 3. 50일생 대나무로부터 제조된 섬유의 형태는 후생목부를 중심으로 원형상태이며, 섬유의 폭은 약 210∼250 ㎛, 길이는 약 2700∼8000 ㎛로 분석되었다.
- 4. 각 죽종 및 죽령별로 제조된 섬유의 형태는 후생목부를 중심으로 분리된 섬유와 유세포 만으로 형성된 섬유, 섬유 해리 시 발생되는 미세섬유로 크게 분류할 수 있었다.
- 5. 맹종죽, 솜대, 왕대의 죽순 및 20일생과 50일생 대나무에서 섬유를 분리하기 위한 증자처리는 탄수화물, 추출성분 및 리그닌의 분해에 큰 영향을 미치지 않았다.
- 탄수화물 이외에 리그닌과 추출물의 함량도 분석되었으며, 이를 통해 죽순으로부터 생장하는 과정 중의 대나무의 화학 조성분 변화과정에 대하여 검토하였다. 국내산 유용 대나무 종들은 화학 조성분에 있어 종간 차이가 크지 않은 것으로 나타났으나, 생장 초기 단계인 죽순과 발순 후 50일생 간에는 그 함량 차이가 큰 것으로 확인되었다. 발순 후 50일 이후로는 그 차이가 일정한 것으로 확인되었으며, 따라서 발순 후 50일 이전의 유효성분 이용이 가능하다는 결과를 얻었다.
- 20일생 대나무의 경우, 죽순의 건물량과 비교해 거의 차이가 없었으며, 다만 왕대의 건물량이 1%정도 증가하였다. 그러나, 생장을 계속하여 50일생이 되면 건물량이 크게 증가하여 약 34%가 되며, 증가 폭은 맹종죽이 가장 큰 것으로 나타났다.
- 전보5)의 결과와 비교해서 시험대상 죽종 모두에서 증자처리 후 분리된 섬유의 추출물 및 리그닌의 함량 변화는 실험오차 범위 내에서 거의 변화가 없는 것으로 나타났다. 다만, 솜대 및 왕대의 죽순의 추출물 함량이 증자 처리에 의해 약 2% 정도 감소된 것으로 나타났다.
- 죽순을 싸고 있는 껍질의 양은 시험대상 죽종 중에서 맹종죽이 가장 많았으며, 솜대와 왕대는 껍질의 양이 상대적으로 적은 것으로 나타났다. 따라서, 순수한 죽순의 건물량은 솜대와 왕대가 맹종죽보다 각각 1.5%와 1.7% 높게 측정되었다.
- 이 성분 중 탄수화물을 이용하기 위하여 본 연구의 전 보5)에서는 국내에 자생하는 대나무 중 경제적 가치가 높은 맹종죽, 왕대, 솜대의 화학 조성분을 죽령별로 분석하였다. 맹종죽, 솜대, 왕대에 존재하는 구성 당 성분은 fucose, arabinose, rhamnose, galactose, glucose, xylose, mannose로 glucose의 함량이 가장 높고 다음은 xylose로 나타났으며, 그 외의 당 함량은 약 3% 이하로 소량 함유되어 있는 것으로 확인되었다. 탄수화물 이외에 리그닌과 추출물의 함량도 분석되었으며, 이를 통해 죽순으로부터 생장하는 과정 중의 대나무의 화학 조성분 변화과정에 대하여 검토하였다.
- 01%로 동일한 결과를 얻었다. 미처리 20일생은 61.84%인데 증자처리 후 분리된 섬유는 60.59%, 미처리 50일생은 66.49%인데 증자처리 후 분리된 섬유는 69.53%로 측정되었다. 본 결과는 증자처리에 의해 탄수화물 분해는 거의 일어나지 않는다는 것을 의미하며, 증자처리에 의한 맹종죽의 죽령별 시료의 단당 조성 및 함량 분석결과 역시 전보5)의 미처리 시료의 결과와 비교해 크게 변화된 것이 없었다.
- 국내산 유용 대나무 종들은 화학 조성분에 있어 종간 차이가 크지 않은 것으로 나타났으나, 생장 초기 단계인 죽순과 발순 후 50일생 간에는 그 함량 차이가 큰 것으로 확인되었다. 발순 후 50일 이후로는 그 차이가 일정한 것으로 확인되었으며, 따라서 발순 후 50일 이전의 유효성분 이용이 가능하다는 결과를 얻었다.
- 53%로 측정되었다. 본 결과는 증자처리에 의해 탄수화물 분해는 거의 일어나지 않는다는 것을 의미하며, 증자처리에 의한 맹종죽의 죽령별 시료의 단당 조성 및 함량 분석결과 역시 전보5)의 미처리 시료의 결과와 비교해 크게 변화된 것이 없었다.
- 시험대상 죽종의 죽순 및 20일생과 50일생 대나무로 부터 분리된 섬유의 추출물 및 리그닌의 함량 변화는 거의 일어나지 않았으며, 증자처리에 의한 함량 변화는 일어나지 않는 것으로 사료된다.
- 조직으로부터 분리되는 섬유의 전체적인 크기는 죽 종에 따라서는 큰 차이가 없었으나, 생육기간에 따라서는 크게 상이한 것으로 확인되었다. 이는 대나무가 발죽되면서 후생목부와 유세포가 먼저 형성되고, 유세포의 발달과 더불어 후생목부 주위에 유관속초와 그 외의 세포가 발달되어 50일생이면 조직이 완전하게 완성되기 때문에 생육시기별 조직이 상이한 것에 기인5)하는 것으로 사료된다.
- 죽순 및 20일생으로부터 분리된 섬유의 길이는 약 3000∼3500 ㎛, 폭은 약 250∼310 ㎛의 분포를 보였으며, 50일생은 섬유장이 약 2700∼8000 ㎛, 섬유 폭이 약 210∼250 ㎛의 분포를 나타냈다.
- 죽순을 싸고 있는 껍질의 양은 시험대상 죽종 중에서 맹종죽이 가장 많았으며, 솜대와 왕대는 껍질의 양이 상대적으로 적은 것으로 나타났다. 따라서, 순수한 죽순의 건물량은 솜대와 왕대가 맹종죽보다 각각 1.
- 죽종 별로 섬유의 형태를 비교하면 맹종죽과 왕대의 섬유는 표면이 매끄러운 상태인데 반하여 솜대의 경우는 표면에 유세포(← 표시)가 붙어 있는 것이 관찰되었다.
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