초록 ▼

PHB[poly(3-hydroxy butyric acid)]는 자연적으로 완전 분해되는 생분해성 물질이다. 그러나 PHB는 딱딱하고 쉽게 부러지는 단점을 가지고 있어 사용상에 제한이 되어 왔다. PHB는 기능기가 적어 화학적인 변형이 어려우므로, PHB 필름의 물성 개선을 위해서는 유연성이 좋은 다른 고분자물질과 혼합하는 방법이 유리하다. 그러므로 본 연구에서는 PHB의 물성이 개선된 새로운 기능성 생분해 필름을 개발하기 위하여 PHB와 chitosan의 혼합 필름을 제조하고 이들의 기계적 특성, 기체 투과도, 유지 투과도 등을 분

PHB[poly(3-hydroxy butyric acid)]는 자연적으로 완전 분해되는 생분해성 물질이다. 그러나 PHB는 딱딱하고 쉽게 부러지는 단점을 가지고 있어 사용상에 제한이 되어 왔다. PHB는 기능기가 적어 화학적인 변형이 어려우므로, PHB 필름의 물성 개선을 위해서는 유연성이 좋은 다른 고분자물질과 혼합하는 방법이 유리하다. 그러므로 본 연구에서는 PHB의 물성이 개선된 새로운 기능성 생분해 필름을 개발하기 위하여 PHB와 chitosan의 혼합 필름을 제조하고 이들의 기계적 특성, 기체 투과도, 유지 투과도 등을 분석하였으며, 필름의 생분해도와 항균성을 평가하였고, 이들 필름을 식품포장에 적용하여 PHB/chitosan 필름의 식품포장재로서의 적합성을 평가하였다.
본 연구의 1차년도에는 PHB와 chitosan을 이용한 생분해성 필름을 제조하고 필름의 물리적 특성을 평가하기 위해서 필름의 기계적 특성을 분석하며, 필름의 색도 및 투명도를 분석하고, 필름의 X-ray 회절도 분석 및 필름의 SEM 분석을 수행하였다. 2차년도에는 PHB/chitosan 필름의 barrier properties를 측정하기 위해 필름의 수분 투과도, 산소투과도, 유지 투과도를 측정하였다. 또한 PHB/chitosan 필름의 biodegradability를 측정하였다. 3차년도에는 식품 부패성, 식중독성 미생물에 대한 필름의 항균성을 측정하였고, PHB/chitosan 필름으로 포장된 식빵의 저장 중 이화학적 특성의 변화와 관능적 특성, 기계적 특성, 미생물적 특성의 변화를 평가하였다.
PHB 필름에 chitosan이 첨가됨으로써 필름의 인장강도와 신장률이 증가하였으며, PEG는 필름의 신장률을 증가시켰다. 필름의 색도 측정에서는 chitosan 함량이 증가할수록 L값은 낮았으며, 필름의 투명도는 증가되었다. 또한 PEG는 필름의 투명도를 증가시켰다. 필름의 X-ray 회절도 측정 결과 chitosan의 비율이 높을수록 상대결정화도는 감소하였다. 시차주사전자현미경으로 필름을 관찰한 결과 PHB의 비율이 높을수록 입자의 크기가 증가하였고 PEG 첨가시 PHB의 입자가 더 작고 조밀하게 분포하였다. 따라서 순수 PHB 필름보다 chitosan이 첨가된 PHB/chitosan 블렌드 필름의 기계적 특성이 향상된 것으로 나타났으며, 필름의 색도, 투명도, 결정화도, 입자의 분포도에서도 chitosan이 첨가된 필름이 더 좋은 것으로 나타났다. 한편 chitosan 필름도 PHB가 첨가됨으로써 열안정성이 높아졌다. 수분 투과도와 산소 투과도는 chitosan의 함량이 증가할수록 낮아졌다. 유지 투과도에서는 PHB와 PHB-P를 제외한 필름들이 24시간 동안 유지를 통과시키지 않는 것으로 나타나 유지에 대한 차단성이 매우 우수한 것으로 나타났다. PHB/chitosan 블렌드 필름의 생분해도 실험에서는 PHB의 비율이 높은 필름일수록 배양 중 소모된 산소량이 더 많아 필름이 더욱 빠르게 생분해되고 있음을 알 수 있었다. Diffusion assay를 이용하여 필름의 항균성을 검색한 결과 chitosan이 필름에 항균성을 부여하는 것으로 나타났다. 식빵 저장실험에서는 chitosan 함량이 많은 필름으로 포장한 식빵의 수분함량이 높았으며, 필름 종류에 따른 식빵 색도의 유의적인 차이는 거의 나타나지 않았다. 지질산패도 측정에서는 저장기간 중 PHB 필름과 PHB(H) 필름으로 포장한 식빵의 TBA 값이 많이 증가하였다. 식빵 물성의 기계적인 측정과 관능적인 평가에서는 PHB(M), PHB(L), chitosan 필름으로 포장한 식빵이 PHB, PHB(H) 필름으로 포장한 식빵보다 우수한 특성을 갖는 것으로 분석되었다. 따라서 이들 연구결과로부터 PHB/chitosan 필름은 식품포장재로서 필요한 조건들을 갖추고 있어 앞으로 생분해성 식품포장재로서의 사용 가능성을 충분히 가지고 있는 것으로 평가되었다.

Abstract ▼

Synthetic polymers are rarely degraded in nature and cause environmental pollution. PHB has some problems of application to the food system because it is brittle and stiff. This property restricts the use of PHB. Because PHB has a poor site for chemical modification, blending of PHB with flexible po

Synthetic polymers are rarely degraded in nature and cause environmental pollution. PHB has some problems of application to the food system because it is brittle and stiff. This property restricts the use of PHB. Because PHB has a poor site for chemical modification, blending of PHB with flexible polymers can overcome these undesirable properties. Therefore, we have prepared the blend films of PHB with chitosan, analyzed the mechanical properties, barrier properties, and biodegradability of PHB/chitosan films. We also determined the antimicrobial activity of PHB/chitosan films and evaluated food packaging potential of the films.
In the first year, we prepared the blend films of PHB with chitosan, analyzed the mechanical properties and measured color and transparency of the films. We also analyzed X-ray diffraction patterns and examined the surface on the films using SEM. In the second year, we measured the barrier properties against water vapor, oxygen and lipid, and determined biodegradability of PHB/chitosan films. In the third year, we evaluated the antimicrobial activities of the films against some food hazardous microorganisms and food packaging potential of the films by the storage test of white breads.
Tensile strength and percent elongation of the films increased with the increase of chitosan ratio of the films. In the color of films, L values generally decreased with the increase of chitosan ratio but transparency of the films increased. The degree of crystallinity of PHB/chitosan films by X-ray diffraction decreased with increasing chitosan concentration. It was observed that the particle sizes on the films with high ratio of PHB were large by a scanning electron microscope. Therefore, it was demonstrated that mechanical properties of the PHB/chitosan films were improved when compared to PHB film. Water vapor permeability and oxygen permeability of the films were decreased by the addition of chitosan. All the films except PHB and PHB-P films did not permeate beef tallow for 24 hours, which means that the films have very good barrier property against lipid. The consumed oxygen for PHB film was greater than that for chitosan film during incubation on the biodegradability determination of the films. This result implies that PHB film was degraded faster than chitosan film. Chitosan film showed the antimicrobial activity through the diffusion assay. The white breads packaged with chitosan film had the highest oisture content but there was no significant difference among the white breads packaged with different films during storage. TBA values of the white breads with PHB and PHB(H) increased during storage. The white breads packaged with PHB(M), PHB(L), and chitosan were superior to those with PHB and PHB(H) in the textural and sensory characteristics. Conclusionally, it is evaluated that PHB/chitosan films have the good potential for food packaging material.

목차 Contents

• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...11
• 3. 결과 및 고찰...18
• 4. 결론...45
• 5. 인용문헌...47