• 지구물리와물리탐사
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• 제9권1호
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• pp.1-9
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• 2006

포획된 $CO_2$ 의 지질학적 저장은 기후 보호를 위한 온실가스 방출 감소의 새로운 방법이나, 유체의 땅속 주입과 관련된 기존의 확립된 기술에 근거하고 있다. 이 기술에 대해 관심있는 지층 구조는 현재 가행 중이거나 고갈된 석유, 가스층, 그리고 심부 염수 대수층이다. 저장 능력에 대한 예측은 지층구조내에서 $CO_2$의 거동 모델들에 의해 좌우되는데, 이들 모델들은 정제되고 입증될 필요가 있고 모니터링 방법들도 개발되고 증명될 필요가 있다. 이 필요성들은 모니터링 되어지는 시범이나 연구 프로젝트를 통해 충족될 수 있다. 현재 $CO_2$ 저장을 시범해 보이는 상업적 프로젝트에는 Sleipner, Weyburn, ORC, In Salah가 있으며, 연구 프로젝트로는 West Pearl Queen, Nagaoka, Frio가 있다. 이 논문에서는 모니터링 되는 주입 프로젝트들 중 몇 개에 대해 서술한다. $CO_2$ 저장에 사용되는 저류층들과 관련된 모니터링 기술들을 간단히 살펴본다. 모델들을 증명하고 기술들을 개발하기 위해 이용되는 작은 규모의 연구프로젝트들이 기후 변화 완화에 이 기술들의 실행 가능성을 확립하는 큰 규모의 모니터링되는 주입들에 유용한지에 대해서는 논란거리이다.

• 자원환경지질
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• 제46권3호
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• pp.221-234
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• 2013

국내 이산화탄소 지중저장 후보지인 포항분지의 심부 대수층 구성하고 있는 사암과 이암을 대상으로 초임계$CO_2$ 반응에 의한 암석의 지화학적/광물학적 풍화를 규명하는 실험을 실시하였다. 고압셀 장치를 사용하여 실험실 규모의 $CO_2$ 지중저장 조건을 모사하였으며, 시추한 포항분지 암석이 미고결 상태임을 감안하여 암석시료는 입자상으로 분쇄하여 시료 30 g과 지하수 100 ml를 고압셀(200 ml 용량)에 넣고 100 bar, $50^{\circ}C$ 조건에서 총 60일 동안 반응시켜, 초임계$CO_2$ 주입 시 포항분지 심부 사암층과 이암층 내에서 발생하는 초임계$CO_2$-암석-지하수반응을 재현하였다. 반응 후 10일, 30일, 60일 간격으로 시료를 회수하여 암석의 지화학적 풍화 정도를 정량화하기 위한 XRD(X-Ray Diffractometer), BET(Brunauer-Emmett-Teller) 분석을 실시하였고, 암석 슬랩($15mm{\times}40mm{\times}5mm$)을 같은 지중 조건에서 반응시켜 반응시간에 따른 지하수시료의 용존 이온 농도 변화를 ICP/OES로 분석하였다. XRD 분석결과, 초임계$CO_2$-암석-지하수반응에 의해 사암과 이암을 구성하는 광물 중 사장석과 정장석(기질의 장석류 포함)의 비율이 가장 크게 감소한 것으로 나타났다. 사암의 경우 점토광물인 일라이트, 스멕타이트, 황철석 비율이 증가하였으며, 이암의 경우 일라이트, 카오리나이트, 칼슘을 함유한 불소인회석 비율이 증가하였다. 반응시간에 따른 지하수 이온 농도 분석결과, 사암과 이암에서 방해석과 장석류의 용해가 가장 활발히 일어나 지하수 내 $Ca^{2+}$, $Na^+$농도가 증가하였다. $K^+$, $Si^{4+}$, $Mg^{2+}$ 같은 이온들의 농도는 반응시간 동안 증가와 감소를 반복하였는데, 이는 암석의 용해와 2차 광물의 침전이 함께 일어나고 있음을 의미한다. 사암과 이암 입자의 비표면적은 반응 60일 후까지 각각 $27.3m^2/g$과 $19.6m^2/g$에서 $28.6m^2/g$과 $26.6m^2/g$으로 증가하였으며, 미세공극의 평균 크기는 각각 $72.6{\AA}$, $96.7{\AA}$에서 $68.4{\AA}$과 $75.8{\AA}$으로 지속적으로 감소하여, 초임계$CO_2$-암석-지하수반응에 의해 입자 표면이 용해되면서 미세 공극들이 추가로 형성되어 비표면적이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 포항분지 사암에 $CO_2$를 지중 주입하는 경우, 암석의 용해 및 침전반응에 의한 대상암석의 물성변화가 지중저장의 효율성과 안정성에 큰 영향을 미칠 수 있다는 것을 입증하였다.

• 자원환경지질
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• 제50권4호
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• pp.303-311
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• 2017

본 연구에서는 국내 $CO_2$ 지중저장 후보지인 장기분지에서 덮개암층으로 대표되는 이암과 응회암 코아에 대하여, 초임계이산화탄소(supercritical $CO_2$; $scCO_2$) 초기 주입압력을 측정하고 90일 동안 지화학 반응 실험 결과에 근거하여 두 암석의 $scCO_2$ 차폐능(sealing capacity)을 평가하였다. 장기분지 $CO_2$ 주입 예정부지 주변에서 수행한 대심도시추코아 중 깊이 800 m 이상 되는 이암과 응회암 코아를 대상으로 $scCO_2$ 초기 주입압력을 측정하였다. 스테인레스 강철로 제작한 고압셀(100 mL 용량)을 이용하여 지중저장 조건(100 bar, $50^{\circ}C$)에서 $scCO_2$-지하수-암석 반응을 실시하여 반응 전/후 광물 변화를 관찰하여 덮개암의 지화학적 안정성을 평가하였다. 덮개암에 대한 초기 $scCO_2$ 주입압력을 측정하기 위하여 원통형 스테인레스강철 고압셀 내부에 암석 코아를 고정시키고, 코아 상부와 하부의 압력 차이(100 - 300 bar)를 이용하여 증류수로 포화시킨 후, 고압셀 외부에 부착된 압력계를 이용하여 코아 내에 포화된 공극수압을 100 bar로 유지시켰다. 지중저장 현장에서 덮개암 내부로 $scCO_2$가 이동하는 경계조건을 모사하기 위하여 고압셀 출구를 $scCO_2$와 증류수로 채워진 대형 고압탱크(5 L 용량; 100 bar, $50^{\circ}C$ 유지)에 연결시켜, 고압셀에 고정된 암석 코아 공극 내로 침투하는 경우 지중저장 조건 하에서 일정량의 $scCO_2$가 코아를 통과할 수 있도록 하였다. 셀 입구에서는 코아의 공극수압인 100 bar보다 높게 유지시켜 $scCO_2$를 주입하되, 주입이 지속적으로 진행되기 시작하는 최소 주입압력($100bar+{\Delta}p$)을 암석에 대한 주입압력으로 측정하였다. 90일 반응 후 응회암과 이암의 큰 광물학적 변화는 없는 것으로 나타나 두 암석 모두 $scCO_2$ 주입 시 지화학적으로 안정한 것으로 나타났다. 응회암의 경우 공극수압과 $scCO_2$ 주입압력 차이(${\Delta}p$)가 15 bar에서 $scCO_2$의 내부 침투가 시작되어 20 bar 이후부터는 지속적인 $scCO_2$ 주입이 이루어졌다. 이암의 경우에는 ${\Delta}p$를 150 bar까지 증가시켜도 $scCO_2$가 주입되지 않아 응회암보다 $scCO_2$ 차폐효과가 약 10 배 높은 것으로 나타나, 장기분지에 $CO_2$ 주입 시 응회암보다는 이암층이 덮개암 역할을 할 것으로 판단되었다.

• 자원환경지질
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• 제54권1호
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• pp.69-76
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• 2021

이 연구에서는 포항분지 영일층군 덮개암 시료의 광물학적 특성을 파악하고, 이산화탄소 주입으로 인해 발생할 수 있는 물-암석-가스의 상호작용을 지화학 모델링을 이용하여 규명하였다. 이를 위하여 XRD, MICP, BET 분석을 실시하여 덮개암의 광물암석학적 및 공극 특성을 파악하였고, 광물학적 연구 결과와 공극수의 물리화학적 변수 자료들을 이용하여 이산화탄소 주입 후 단기간 변화와 장기간 영향을 파악하기 위하여 두 단계의 지화학 모델링(The Geochemist's Workbench 14.0.1)을 수행하였다. 연구 결과, 포항분지 영일층군의 덮개암은 석영, 알바이트, K-장석으로 주로 구성되어 있고, 소량의 백운모, 황철석, 방해석, 카올리나이트, 몬모릴로나이트로 이루어져 있다. 지화학 모델링 결과, 이산화탄소의 주입 후 덮개암은 방해석의 용해로 인해 공극률이 증가하고 알바이트와 K-장석의 용해 결과 도소나이트와 은미정질 실리카(칼세도니)가 침전되었다. 주입이 완료된 두 번째 단계에서는 방해석과 알바이트의 용해 결과 도소나이트와 은미정질 실리카(칼세도니)의 침전이 일어나며, 이 반응으로 인해 pH는 증가하였다. 또한 덮개암에서 이산화탄소를 포획할 수 있는 광물은 도소나이트 임을 알 수 있었다. 이러한 연구 결과는 장기간의 이산화탄소 지중 저장에 있어 광물 포획의 효율성을 정량적으로 평가하는 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 지질공학
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• 제14권3호
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• pp.259-272
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• 2004

이 연구는 임해지역 지하원유비축기지 주변에서의 지하수 수리화학적 변화를 관측하여 원유저장 후 운영에 따른 저장공동의 기밀성 확보에 수질화학적 영향을 평가하고자 한다. 연구지역의 모암은 편마암이지만 바다와 호수를 끼고 있어 지하수의 화학조성은 모암의 영향보다 해수의 혼합, 수벽공 주입수, 그라우팅 재료의 용해와 같은 외적인 요소에 의해 상당한 영향을 받은 것으로 보인다. 4차례에 걸친 지하수의 수질분석 결과 측정시 기와 관측정에 따라서 큰 수질변화를 보인다. 전반적 인 지하수의 특성은 알카리성의 높은 전기전도도 값을 보이고, 일부 관측정 지하수는 고알카리성과 고염분의 특성을 보인다. 지하수의 화학적 유형은 Na-Cl형 > Ca-Cl 형 > $Ca-HCO_3(CO_3)$형의 순으로 우세한 경향을 보인다. 열역학적 평형관계를 계산해 본 결과 대부분의 지하수가 탄산염광물에 대해서는 침전성 환경을 앨바이트에 대해서는 용해성 환경을 보인다. 그러나 단열의 충전효과가 큰 점토광물의 침전은 거의 확인되지 않아 암반 단열의 밀봉효과와 그로 인한 기밀성 확보에는 큰 효과가 없을 것으로 보인다. 총유기탄소량 (TOC)은 원유저장 후 약간의 증가하는 경향을 보인다. 관측정 지하수의 $EpCO_2$ 함량은 0$\~$41.3의 범위를 보여 원유에 혼합으로 발생될 수 있는 높은 이산화탄소의 압력은 현재로서는 거의 무시할 수 있다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제17권2호
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• pp.153-165
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• 2014

이산화탄소 포집 및 저장기술(CCS: Carbon dioxide Capture and Storage)은 이산화탄소($CO_2$: Carbon dioxide)를 저감하여 기후변화에 대응하는 방법의 하나로 인식되고 있다. 국내에서는 해양지중저장을 통해 $CO_2$의 영구적인 격리를 목표로 연구를 진행하고 있다. 하지만, 이론적으로 안전한 해저 지층구조에 이산화탄소를 저장한다하더라도 CCS 사업과정 또는 중장기적인 지질학적 구조 변형으로 인해 저장된 $CO_2$가 해양환경으로 누출 될 가능성이 존재하기 때문에 CCS 사업 추진과정에서 환경 및 생태계 안전에 대하여 많은 관심을 기울여야한다. 만약에 $CO_2$의 누출이 발생할 경우 일차적으로 해수 및 해양퇴적물 내 공극수의 pH를 낮추게 될 것이며, 이로 인해 해양 생물은 부정적인 영향을 받을 수 있다. 따라서 해양생태계를 보호하고 안전한 해양지중저장을 위해서는 이산화탄소에 노출된 해양생물의 영향 정도를 파악하고, 정량적인 생태위해성평가를 통해 합리적인 생태영향기준을 마련하는 것이 CCS 기술의 실용화를 위해서 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 이러한 배경하에서 본 연구에서는 누출된 $CO_2$로부터 해양생태계 보호를 위한 생태영향기준 마련을 위해 $CO_2$ 노출에 따른 생물영향 자료를 기반으로 종민감도분포(SSD: Species Sensitivity Distribution)를 이용해 해양생물보호를 위한 pH 변화수준(${\delta}pH$)을 추정하여 정량적 생태위해성평가 기반의 잠정기준을 도출하였다. 정량적 생태위해성평가를 위한 생물영향자료는 미생물, 갑각류, 극피동물, 연체동물, 환형동물, 어류 등 다양한 해양생물에 대한 $CO_2$ 노출영향 평가연구자료를 비교 분석하여 확보하였다. 해양생물에 대한 $CO_2$ 노출영향 pH 범위는 6.61~8.22 이었으며, 수집된 자료로부터 무영향관찰농도(NOEC: No Observed Effect Concentrations)를 추정하고 종민감도분포를 이용하여 상위 95%의 생물종을 보호할 수 있는 ${\delta}pH$ 0.137을 추정하였다. 추정된 ${\delta}pH$는 불확실성을 고려하여 평가계수(assessment factor)를 이용하여 보정하거나, 보정없이 생태영향기준(pH 변화수준)으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 다만 본 연구에 활용된 생물영향자료가 국내 서식생물 또는 $CO_2$ 저장후보지의 지역 특이적인 생물에 대한 자료가 충분하지 않아 명확한 안전수준으로 활용되기에는 제한될 수 있을 것으로 판단된다. 추후 생물영양단계 및 지역특이적으로 서식하는 생물에 대한 충분한 생물영향자료의 보강을 통해 이러한 단점을 보완할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국농림기상학회지
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• 제16권3호
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• pp.169-180
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• 2014

산림토양의 화학적 풍화작용은 대기 중 $CO_2$의 농도를 지질학적 연대에 걸쳐 줄이는 기작일 뿐만 아니라 수목의 생장에 필요한 많은 영양소를 얻게해주는 중요한 반응이다. 대기 중 $CO_2$의 농도 증가($eCO_2$)가 산림의 탄소 저장 능력에 미치는 영향에 대한 연구는 1990년대부터 상부 개방형 온실(Open top chamber) 실험과 FACE(Free air $CO_2$ enrichment) 실험을 통해 활발히 이루어졌으나 $eCO_2$가 산림토양의 풍화작용에 미치는 영향에 대한 연구는 그 중요성에도 불구하고 상대적으로 드물다. 이 총설에서는 대기 중 $CO_2$의 증가가 산림토양의 화학적 풍화작용에 미치는 영향에 대한 기존의 연구 결과를 정리하고 앞으로 필요한 연구에 대해 제언한다. 산림토양의 풍화작용이 $eCO_2$ 하에서 어떻게 변화할 지에 대해 과거에 비해 진전된 연구 결과가 최근 보고되었으나 거대한 부피를 가진 산림 토양이 미래의 $eCO_2$ 대기 하에서 어떻게 반응할 지는 여전히 명확하지 않다. 연구 대상지의 실험군 처리 전 자료를 세밀히 분석하고, 열대 지방에서 극지에 이르는 넓은 지역을 포괄하는 산림토양의 풍화작용에 대한 연구를 진행하면 지구의 생명체를 지속시키는 동력인 토양이 기후변화 하에서 어떻게 변화할 지에 대한 중요한 정보를 얻을 수 있을 것이다.

• 자원환경지질
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• 제44권2호
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• pp.123-133
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• 2011

이산화탄소 지중저장지에서 초임계이산화탄소(supercritical $CO_2$)-광물-염수 반응에 의한 광물의 지화학적 변화를 규명하는 실내 실험을 실시하였다. 초임계$CO_2$로 존재하는 지중저장 온도/압력조건(100 bar와 $50^{\circ}C$)을 재현한 스테인레스 셀(용량 110 ml) 내부에 100 ml의 염수를 주입하였다. 염수는 부산 해안가 지하 800 m 깊이 지하수 채수정에서 채수한 염수를 사용하였으며, 실험 대상 광물로는 $CO_2$와 반응이 잘 일어나는 것으로 보고된 Ca, Fe, Mg 성분이 풍부한 Ca-사장석, 각섬석, 감람석 시료를 사용하였다. 각 광물 시료를 슬랩($10\;mm{\times}10\;mm$)으로 제작하여 표면을 폴리싱한 후 염수가 담긴 고압셀 내부 하부에 고정시키고 초임계 $CO_2$를 주입한 후 30일 동안 반응시켰다. 실험 전 광물 표면을 반사현미경과 SPM을 사용하여 영상화하였으며, 표면 당 3 지점을 임의로 선택하여 주변 면적 ($20\;{\mu}m{\times}20\;{\mu}m$)의 표면거칠기값(SRV: surface roughness value)을 구하였다. 반응 후 일정 시간 간격으로 고압셀 내 광물 표면에 대하여 SPM 분석과 표면거칠기값 계산을 반복하여 초임계 $CO_2$-광물-염수 반응에 의해 변화된 광물 표변을 정량화 하였으며, 염수에 용해된 양이온 종류와 농도를 분석하고, 광물 표면에 형성된 2차 광물 분석을 위해 SEM/EDS 분석을 실시하였다. Ca-사장석의 경우 초임계 $CO_2$가 용해된 염수와 반응하여 광물 표면의 평균 SRV는 30일 동안 2.77 nm에서 20.87 nm로 증가하여 지화학반응에 의하여 상당한 광물 표면 풍화가 발생하였음을 알 수 있었다. 각성석과 감람석의 경우에는 평균 SRV가 2.54 nm와 0.77 nm에서 각각 8.31 nm와 11.03 nm로 증가하였다. 반응에 의해 염수에 용해된 이온은 Ca-사장석의 경우 $Ca^{2+}$, $Na^+$, $Fe^{2+}$, $Si^{4+}$, $K^+$, $Mg^{2+}$ 순이었으며, 각섬석의 경우에는 $Si^{4+}$, $Ca^{2+}$, $Fe^{2+}$, $Mg^{2+}$ 순으로 나타났다. 각섬석과 감람석 광물 표면에는 만상에 의해 철(또는 마그네슘)-(수)산화물이 2차 광물로 형성됨을 SEM/EDS 분석결과로 알 수 있었다. 실험 결과로부터 $Ca^{2+}$, $Fe^{2+}$, $Mg^{2+}$이 풍부한 광물의 경우 $CO_2$ 지중저장 시 초임계 $CO_2$-광물-염수 반응에 의해 짧은 시간 내에 심한 풍화작용을 일으켜 광물의 물성 변화를 일으킬 수 있음을 입증하였다.

• 지질공학
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• 제20권1호
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• pp.1-12
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• 2010

본 연구에서는 인천 해안 LPG공동의 수리화학적 안정성을 평가하기 위해 공동 유출수 및 주변 지하수에 대한 수리지구화학적 및 미생물학적 특성을 평가하였다. 수질특성을 파악하기 위하여 2007년 2월, 5월, 8월, 10월에 걸쳐 시료채취 및 수질분석을 실시하였다. 프로판공동 지하수의 경우 pH는 8.1~12.4의 높은 값을 보였으며 이는 공동건설 및 관측정설치에 사용된 시멘트 그라우팅 물질의 용해영향으로 사료된다. 전기전도도는 시료채취 시기별로 큰 차이를 보였으며, 음의 산화환원전위는 유출수 및 지하수가 환원환경에 있음을 지시하였다. 수질분석결과 유출수 및 지하수의 수질유형은 모두 Na-Cl type으로 나타났으며 이는 해수의 영향으로 판단된다. 호기성세균, 혐기성세균, 점액질세균, 황산환원세균 모두 500 CFU/mL 미만으로 낮은 값을 보였으며 급격한 미생물 성장은 관찰되지 않았다. 현재로선 공동 운영에 지장을 주는 특이적 수리화학적 현상이 발견되지는 않았으나 지속적인 모니터링이 필요하다.

• 수산해양교육연구
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• 제23권3호
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• pp.410-424
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• 2011

품질이 보다 우수한 토마토 홍합 통조림을 제조하기 위하여, 최적조미조건을 관능검사를 통하여 설정하였으며, 홍합을 자숙한 후 301-3호관에 충전 밀봉하여 $118^{\circ}C$ 에서 Fo값이 8-12분이 되도록 토마토 홍합통조림을 제조하여 각 살균 조건별 시료에 대하여 내용물의 이화학적 성질의 변화 및 관능적 변화를 조사하였으며, 아울러 Fo 값이 8분인 토마토 홍합을 90일간 저장하연서 저장 중 품질변화에 대하여 살펴보았다. 1. Fo값 8, 10, 12 인 토마토홍합 통조림을 제조하여 각 살균 조건별로 가열처리에 의한 토마토 홍합 통조림의 품질차이를 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다. 즉, 살균조건별 pH의 변화는 거의 없었으며, VBN은 열처리 정도에 따라 상당량 증가하였다. 시료 홍합 통조림의 정미성분 중 유리아미노산은 Fo 값이 증가할수록 약간씩 증가하였다. 총아미노산과 유리아미노산의 주요 아미노산은 glutamic acid 및 aspartic acid 이었다. 엑스분 중의 주요 무기질 성분은 Na, K, P 및 Mg이었으며 Fo값이 증가할수록 상당량 감소하였다. 조직감 면에서는 고온에서의 열처리로 인한 조직의 변화보다는 가열 및 가압에 따든 수분의 유출로 인해 조직이 단단해지는 것으로 나타났다. 각 살균 조건별로 관능검사를 실시한 결과 색조, 냄새, 맛 및 조직감 등 시료간의 관능검사 점수가 차이가 나지 않았고, panel member 들이 관능적 차이를 구별하기 힘들다는 의견이 지배적이었다. 따라서 살균원가가 가장 저렴하고 상업적 살균 조건에도 만족되는 Fo 값 8분인 제품을 생산하는 것이 바람직하다고 판단되었다. 2. Fo 값 8분으로 제조한 토마토 홍합통조림의 저장 중 품질변화를 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다. 즉, 수분 (78.7~79.9%), 조단백질 (14.9~15.6%), 조지방(2.3~2.6%) 및 조회분(2.1~2.3%) 함량은 저장기간에 따른 변화가 거의 없었다. 또한 휘발성 염기질소 함량도 10.9~11.7mg/100g 으로 큰 차이는 보이지 않았다. 명도(L값 32.3~37.5)의 경우 저장 중 차이는 거의 없었으나, 적색 (a값, 18.3~6.5) 및 황색도(b값, 18.0~17.0)의 경우 저장기간이 길어질수록 점차 감소하였다. 한편, 육 색깔의 갈변도(${\Delta}E$값, 66.6~64.2)는 저장기간에 따른 차이는 거의 없었다. 지질의 산화정도를 알 수 있는 TBA값은 제조 직후 0.099에서 저장 90일에 0.123으로 증가하였다. 저장 중 토마토 홍합 통조림의 아미노 질소의 함량은 미미하나마 증가하였다. 유리아미노산의 총량은 저장 90일이 920.1mg/100g 으로 가장 높았으며, 주요 유리아미노산은 glutamic acid, taurine asparagine glycine 등 이었다. 토마토 홍합의 무기이온성분은 Na 및 K가 가장 많았으며, 다음이 P, Mg 및 Ca의 순 이었다. 관능검사에서 색/ 냄새 및 조직감의 평가에서는 저장기간에 따른 차이가 거의 없었으나, 맛 및 종합평가에서는 90일 저장한 토마토 홍합 통조림이 그 값이 가장 높았다.