초록 ▼

Ⅰ. 제 목 근형질 칼슘 이온 농도 조절에 의한 식육의 연화 연구 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 중요성 현재 우리나라 식육계의 가장 큰 문제 중의 하나가 식육의 연도이다. 칼슘의 주사제의 활용은 가축의 사양시 들어가는 많은 비용들을 절약할 수 있으며, 고급육 개발의 획기적인 계기가 될 것이다. 현재 우리나라의 소비의 불건전성을 막고, 향 후 현장, 산업계, 학계가 유기적으로 고급식육의 생산을 위하여 연계하여 국민 식생활 개선과 건강증진이 이 연구 과제의 수요한 수행목적이다. Ⅲ. 연구개발 내용 및 범위 1.

Ⅰ. 제 목 근형질 칼슘 이온 농도 조절에 의한 식육의 연화 연구 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 중요성 현재 우리나라 식육계의 가장 큰 문제 중의 하나가 식육의 연도이다. 칼슘의 주사제의 활용은 가축의 사양시 들어가는 많은 비용들을 절약할 수 있으며, 고급육 개발의 획기적인 계기가 될 것이다. 현재 우리나라의 소비의 불건전성을 막고, 향 후 현장, 산업계, 학계가 유기적으로 고급식육의 생산을 위하여 연계하여 국민 식생활 개선과 건강증진이 이 연구 과제의 수요한 수행목적이다. Ⅲ. 연구개발 내용 및 범위 1. 값싼 칼슘내포 Liposome의 제조확립 가. 칼슘내포 Liposome의 개발 1) Phospholipid의 조성 2) Solvent의 종류 3) 온도 범위 및 압력 범위 4) pH의 조절범위 나. Reverse phase evaporation 방법에 의한 Large unilameller vesicle(LUV)의 형성시험 다. Egg phospholipid를 이용한 LUV제조법 확립 1) Ca 농도의 조절 2) LUV의 형성 비율 조사 3) Liposome의 harvest법 2. 칼슘의 투여 및 근육이행에 관한 동물시험 가. 실험동물에 대한 칼슘내포 Liposome의 혈관주사(주사량 조절, 쇼크방지) 1) 토끼 에 대한 투여 실험 2) 칼슘의 농도별 효과 3) 칼슘의 투여방법 4) 처리별 연화 효과 검증 나. ICE-AES에 의한 사후 근육내 칼슘농도 측정 3. 육질의 연화효과 검증 가. 칼슘투여 유무에 따른 근원섬유 소편화율에 의한 Z-선 구조의 취약화 비교검토 나. SDS-PAGE에 의한 근원섬유 단백질의 분해정도 비교검토 4. 칼슘투여법에 의해 생산된 가축의 실용성 검토 가. 동물 투여 시 안전성 조사 1) 우육의 섭취 기호성 조사 2) 화학적 성분의 변화유무 3) 경제적 타당성 검토 4) Ca투여한 우육의 품질 특성 나. 상품화관련 경제적 타탕성 조사 1) 제제의 용량 2) 실용적 투여법 검토 Ⅳ. 연구 개발 결과 및 활용에 대한 건의 본 연구는 liposome을 이용하여 Ca2+ 이행방법을 연구하며, ICP분석에 의한 근육내 칼슘의 농도 변화 유무를 분석하였고, 근원섬유 소편화율에 의한 Z-선 구조의 취약화 정도, 전기영동(SDS-PAGE)에 의한 근원섬유 단백질인 nebulin, connectin의 단백질 분해정도 및 소실율 등을 분석하였다. 1. Liposome의 조제 및 특성 농도에 따른 liposome 형성 시 칼슘의 captured 정도는 1M일 때 60.28%, 2M일 때 49.29%, 3M일 때 50.02%, 4M일 때 54.37%로 나타났다. 1M 와 2M일 때 liposome의 크기가 균일하고 그 수도 많은데 3M이나 4M의 경우 Ca2+의 포집효율이 떨어진다. Ca2+포집효율과 포집량을 볼 때 2M의 calcium in PBS를 이용하여 liposome을 만드는 것이 알맞다. 2.투여칼슘의 근육이행 측정 토끼의 실험의 경우 근육의 칼슘농도에 변화는 대조구에 비하여 칼슘내포 Liposome을 혈관 투여하였을 때 농도변화가 큰 것으로 나타났다. 이는 도축 전 칼슘의 혈관투여에 의하여 근육이 함유하는 칼슘량의 절대량이 증가한 것을 나타내며 이에 따라 도축 후 근소포체로부터 근형질에의 칼슘유출이 빠르게 진행되고 식육의 숙성을 촉진할 수 있는 근형질의 칼슘이온 농도 10-4M에 달하는 시간이 단축될 수 있다는 것을 나타낸다. 면양의 경우 근육의 칼슘농도에 변화는 대조구에 비하여 칼슘내포 Liposome을 혈관 투여하였을 때 농도변화가 큰 것으로 나타났다. 이는 도축 전 칼슘의 혈관투여에 의하여 근육이 함유하는 칼슘량의 절대량이 증가한 것을 나타내며 이에 따라 도축 후 근소포체로부터 근형질에의 칼슘유출이 빠르게 진행되고 식육의 숙성을 촉진할 수 있는 근형질의 칼슘이온 농도 4 ppm에 달하는 시간이 단축될 수 있다는 것을 나타낸다 4. 근원섬유의 소편화율 가. 토끼의 도축 전 Ca2+함유 Liposome의 혈관 투여가 食肉의 軟化에 미치는 영향 1) 토끼의 경우 도축 전 칼슘의 혈관투여에 의하여 근원섬유의 소편화가 빠르게 진행되는 것을 알 수 있었다. 대조구에 있어 2일, 6일, 10일 경과 시 각각 2.56%, 12.27%, 33.56%로 완만히 상승하는 반면 도축 하루 전에 칼슘내포 liposome을 혈관 투여한 경우에 있어서는 각각 3.10%, 16.18%, 49.60%로 대조구보다 훨씬 빠른 근원섬유의 소편화가 이루어짐을 알 수 있었다. 염소의 경우 소편화율을 측정한 결과 도축 전 칼슘의 혈관투여에 의하여 근원섬유의 소편화가 빠르게 진행되는 것을 알 수 있었다. 대조구에 있어 2일, 6일, 10일 경과 시 각각 10.93%, 20.66%, 28.77%로 완만히 상승하는 반면 처리구는 각각 15.85%, 25.29%, 40.93%로 대조구보다 훨씬 빠른 근원섬유의 소편화가 이루어짐을 알 수 있었다. 이러한 결과는 근소포체로부터 근형질에의 칼슘유출이 빠르게 진행되었고 상승한 근형질의 칼슘이온에 작용으로 Z-line이 약화되어 근원섬유 조제시의 물리적인 충격에 쉽게 절단된 것을 의미한다. 2) SDS-PAGE에 의한 근원섬유 단백질의 분해정도 비교검토 토끼 실험의 경우 Connectin의 경우 완전분해에 소요되는 기간이 대조구가 2～3일 이상 소요되는 반면 칼슘혈관 투여 시 0～1일 사이에 완전히 분해되었고, Nebulin의 경우에는 대조구가 8일 이상 소요되는 반면 칼슘혈관 투여 시에는 2～3일 사이에 완전분해가 이루어 졌다. 염소의 경우 대조구와 처리구간의 단백질인 Connectin과 nebulin의 분해 pattern에 있어 상당한 차이를 나타내었다. Connectin의 완전분해에 소요되는 기간이 대조구가 8일 이상 소요되는 반면 칼슘혈관 투여 시 3～4일 사이에 완전히 분해되었고, Nebulin의 경우에는 대조구가 3～4일 이상 소요되는 반면 칼슘혈관 투여 시에는 0～1일 사이에 완전분해가 이루어 졌다 Nebulin의 경우 2일경에 소멸이 시작하여 3-4일경에 사라짐을 알 수 있었다. α-cconnectin의 경우 1일차에 완전히 소멸하였다. 5. 대동물(소)의 적용 시 연구 결과 본 연구는 도축 전 한우에 Ca2+ liposome을 주사하였을 때의 식육의 연화에 미치는 영향에 대해 조사하려 하였으며, 더 나아가 Ca2+ liposome의 혈관투여가 식육의 물리화학적 특성에 미치는 영향에 대해 알아보기 위해 실시하였다. (1) 육색의 비교시 육색의 경우 CIE L*, a*, b*가 대조구와 비슷한 경향을 보였으며, 25ml 칼슘 처리구가 대조구 및 50ml 처리구보다 유의적으로 낮은 육색 L* 값을 나타내었고, 50ml 칼슘처리구가 저장 13, 17일에 가장 높은 적색도a* value값을 나타내었다. (2) pH의 비교시 pH의 경우 저장기간에 따라 비슷하게 변화하였으며, 저장기간별로 25ml 처리구가 저장 3일을 제외하고는 가장 낮은 수치를 나타내었다. (3) TBA 및 VBN의 비교시 TBA의 경우 저장기간이 증가할수록 모든 시험구가 증가하였으며, 25ml 칼슘처리구가 유의적으로 낮은 수치를 나타내었다. VBN의 경우 저장 초기에 대조구가 가장 낮은 VBN가를 나타냈으나, 저장 후반기에는 50ml 칼슘처리구가 가장 높은 VBN수치를 나타내었다. 이는 칼슘처리구가 변성을 촉진한다고 판단된다. (4) 전단력의 비교시 전단력의 경우 저장기간이 증가할수록 낮은 전단력가를 보였으며, 처리구가 저장 9, 13, 17일에는 유의적으로 낮은 값을 나타내었다. 칼슘 50ml 처리구의 경우 저장 3일차에 가장 높은 전단력가를 나타내었으나, 5일, 9일, 13일, 17일에 유의적으로 낮은 값을 나타내었다(P<0.0001). (5) 관능검사에 의한 비교시 육의 관능검사의 경우 저장 7일차의 신선육의 경우 유의적인 차이가 없었으며, 조리육의 경우 연도 면에서 50ml칼슘을 처리군이 유의적으로 높은 값을 나타내?구가 대조구보다 점수를 나타내었다. 전체적으로 50ml처리군이 가장 좋게 평가되었다. (6) 소편화도에 의한 비교시 소편화도를 보면 저장 처리군의 α-connectin 및 β-connectin 이 3-4일에 분해 되었으며, Nebulin의 경우 저장 3일차에 소실되었다. Ⅴ연구 개발결과의 활용결과 및 계획 가. 식육에 slice 등의 물리적 손상을 가하지 않고 연화시키는 획기적인 방법개발 나. 식육의 숙성실 공간 배제 및 저온유지에 필요한 에너지 절감효과 기대 다. 칼슘이온 상승제의 상품화(ampoule 형식의 주사제) 라. 국내외 특허에 따른 기술료 창출

Abstract ▼

1.Title Tenderization of Meat by the Control of Calcium Ion Concentration in the Sarcoplasm II. Objective and Importance 1. The Objective of Research When skeletal muscles are utilized for meat, the most important and distinct change observed is tenderization of muscle. This phenomenon can be

1.Title Tenderization of Meat by the Control of Calcium Ion Concentration in the Sarcoplasm II. Objective and Importance 1. The Objective of Research When skeletal muscles are utilized for meat, the most important and distinct change observed is tenderization of muscle. This phenomenon can be explained by slow releasing of calcium ions from sarcoplasmic reticulum to sarcoplasm finally reaching 1,000 times as high in slaughtered muscles as in alive ones. Abnormally high concentrations of calcium ions in the sarcoplasm results in weakened myofibrils structure. This study is done to shorten meat tenderization period by artificial treatments applied just before slaughter for the purpose of saving expenditure in producing quality meat. 2. The Importance of Research Although the quality of animal muscle are poor in flavor, water holding capacity, and tenderness just after slaughter, it is getting improved and finally suitable for meat though aging process. As mentioned earlier, tenderization of meat is caused by high concentrations of calcium ions in the sarcoplasm which, in turn, weakens Z-line, rigid connection of actin-myosin, connectin filament, and nebulin filament. It is generally accepted that aging process at 2～4℃ for 5～10 days is essential for meat of high quality. However, it is common in domestic meat industry to deliver slaughtered meat without having enough aging process for the reason of saving money needed for space as well as energy for the process. Therefore, it is necessary to develope the technology which can retrench expenditure in producing high quality meat by omitting aging process. III. Contents and Scope of research and development 1. Preparing calcium-in liposome 1) A test on formation of large unilamellar visicle(LUV) by reverse phase evaporation. 2) A test on entrapping calcium ions in LUV 2. An animal test on calcium intaking and their transferring into muscles 1) Intravenous injection of calcium-in liposome to a blood vessel of rabbit considering injection amount and shock prevention. 2) Determination in calcium concentrations in muscles by ICP-AES after death. 3. Verification of muscle softening effect 1) The effect of presence of calcium on muscle softening(rate of fragmentation in myofibrils) 2) SDS-PAGE analysis for degree of myofibrils protein degradation IV. Result of the research and application suggestion 1. Liposome, which was formed by dissolving phosphatidyl choline(PC) in ether followed by calcium injection, contained 60% of injected calcium and its size ranged 0.25～1.8㎛ that was suitable for passing a capillary 2. When calcium transferring rates into muscle were compared, calcium-in liposome injected group showed more than 17% increases in calcium concentrations in muscles after calcium treatments. 3. The fragmentation rate of myofibrils in control group were relatively slow showing 2.56%, 12.27%, and 33.56% after 2, 6, 10 days of slaughter, respectively. However, the fragmentation rates of myofibrils in calcium-in liposome injected group were much rapid showing 3.10%, 16.18%, and 49.60% at the same period of time. 4. There were significant differences in SDS-PAGE patterns of connectin and nebulin in muscle among two groups. For total degradation of connectin, the control group needed more than 8 days while calcium-in liposome treated groups needed 3～4 days, respectively, In the case of nebulin, control group needed 2days while calcium-in liposome treated groups needed 0～1 days for total hydrolysis. 5. Beef physicochemical, sensory characteristics and tenderization of calcium-in liposome injected beef before slaughter. 25ml calcium-in liposome injected beef were lower lightness values than the other samples during storage significantly(P<0.05).All kinds of samples were increased during storage in pH, TBA and VBN values significantly. Control were lowest at 3 day but as the values were more quickly increased than calcium-in liposome injected groups. and 50ml treatment groups were highest VBN values at 17 day. In all groups Shear force values were decreased during storage. expecially, calcium-in liposome injected groups were more decreased than the control groups significantly(P<0.0001). After 7 days, in the sensory test of fresh meat, there were no significant difference in color, aroma and acceptability. However, in the sensory test o cooked meat 50ml calcium-in liposome injected groups were showed highest score. After 14 days, all calcium-in liposome injected groups were higher scores than control group in color and acceptability for the fresh meat sensory test and color, aroma, flavor, juiciness, tenderness and acceptability for the cooked meat. The fragmentation rate of myofibrils in control group were relatively slow showing However, the fragmentation rates of myofibrils in calcium-in liposome injected group were rapid showing at the same period of time. There were significant differences in SDS-PAGE patterns of connectin and nebulin in muscle among two groups. For total degradation of connectin, the control group needed more than 6-7 days while calcium-in liposome treated groups needed 3-4 days, respectively, In the case of nebulin, control group needed 6～7 days while calcium-in liposome treated groups needed 3～4 days for total hydrolysis.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...19
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...21
• 제1절. 칼슘이온에 의한 식육연화의 이론적 배경...21
• 제 3 장 연구수행 내용 및 결과...24
• 제 1절 .1차년도...24
• 1. 실험동물 및 재료...24
• 2.칼슘내포 Liposome의 조제...24
• 3. Calcium 농도에 따른 인지질막 소포내의 칼슘 Entrap측정...26
• 4. 칼슘의 투여 및 근육이행에 관한 동물시험...26
• 5. 근원섬유 소편화율 측정...27
• 6. SDS-PAGE에 의한 근원섬유 단백질의 분해정도 측정...27
• 제 2절 2차년도...28
• 1.실험동물 및 재료...28
• 2.실험 방법...28
• 1) 육색( Meat Color) 측정...28
• 2) pH 측정...29
• 3) 지방 산패도(TBA,Thiobarbituric Acid Reactive Substance) 측정...29
• 4) 단백질 변패도(VBN, Volatile Basic Nitrogen) 측정...29
• 5) 가열감량(Cooking Loss) 측정...30
• 6) 전단력(Shear Force) 측정...30
• 7) 관능검사...31
• 8) 소편화율 측정...31
• (1) 칼슘내포 liposome의 제조...31
• (2) 근원섬유 소편화율 측정...32
• 9) SDS-PAGE에 의한 근원섬유 단백질의 분해정도 측정...32
• 10) 통계처리...32
• 제 3 장. 결과 및 고찰...34
• 제 1 절 1 차년도...34
• 1. 토끼의 도축 전 Ca2+함유 Liposome의 혈관 투여가 食肉의 軟化에 미치는 영향...34
• 1) Liposome의 조제 및 특성...34
• 2) 투여칼슘의 근육이행 측정...37
• 3) 근원섬유의 소편화율...39
• 4) SDS-PAGE에 의한 근원섬유 단백질의 분해정도 비교검토...43
• 2. 염소의 도축 전 Ca2+함유 Liposome의 혈관 투여가 食肉의 軟化에 미치는 영향...46
• 1) 칼슘농도변화...46
• 2) 육질의 연화효과...47
• (1) 근원섬유의 소편화율 비교...47
• (2) SDS-PAGE에 의한 근원섬유 단백질의 분해정도 비교검토...47
• 제 2 절 2차년도...50
• 1. 한우의 도축 전 Ca2+함유 Liposome의 혈관 투여가 食肉의 軟化에 미치는 영향...50
• 1) 육색의 비교...51
• (1) 백색도 L* value의 비교...51
• (2) 적색도 a* value의 비교...53
• (3) 황색도 b* value의 비교...55
• 2) 육의 pH의 비교...58
• 3) 육의 지방산패도(TBARS)의 비교...60
• 4) 육의 단백질 변패도(VBN)의 비교...62
• 5) 육의 가열감량(Cooking loss)의 비교...64
• 6) 육의 전단력가(Shear Force)의 비교...66
• 7) 한우육의 관능검사...67
• (1) 저장 7일차의 신선육 관능검사...67
• (2) 저장 7일차의 조리육 관능검사...68
• (3) 저장 14일차의 신선육 관능검사...69
• (4) 저장 14일차의 조리육 관능검사...70
• (5) QDA(정량적 묘사분석)에 의한 관능적 품질특성 분석...72
• 8) 육의 특성간 상관관계(Correlation; R2) 비교...74
• 9) 소편화율 측정...76
• 10) SDS-PAGE에 의한 근원섬유 단백질의 분해정도 비교검토...77
• 11) 육의 조직 촬영 및 소편화도...81
• 제 3 절 결론...90
• 제 4 장 참고 문헌...91