Degradation Of $\kappa $-carrageenan-based film by microorganisms screened from carrageenan source and activated sludge of a carrageenan producing factory was investigated by measuring changes of pH, viscosity, total sugar and total organic carbon (TOC) of the medium containing $\kappa $-carrageenan as a carbon source. Initially fifteen strains of microorganism were isolated from carrageenan source and activated sludge and then three organisms among them were selected based on the ability of growing in the medium including 0.3% $\kappa $-carrageenan as a sole carbon source. They were identified as Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae and Aspergillus niger. As indices of biodegradability Of $\kappa $-carrageenan based film, the changes of pH, viscosity, total sugar, and TOC of the carrageenan film-based medium were tested by the cultivation of single or mixed strains of the identified organisms. Mixed culture showed the highest biodegradability, which resulted in the changes of pH from 6.5 to 3.0, viscosity from 164 cps to 15.6 cps, total sugar content from 2.35 g/l to 0.53 g/l and TOC from 5721 ppm to 232 ppm after 30 days of cultivation. The biodegradability determined as the reduction rate of TOC by pure cultures of Asp. niger, E. coli, Sacch. cerevisiae and mixed culture of the three organisms were 94%, 86%, 80% and 96%, respectively.
Carrageenan-based functional films were prepared by adding two different types of sulfur nanoparticles (SNP) synthesized from sodium thiosulfate (SNPSTS) and elemental sulfur (SNPES). The films were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction spectroscopy (XRD), and thermal gravimetric analysis (TGA). Also, film properties such as UV-visible light transmittance, water contact angle (WCA), water vapor permeability (WVP), mechanical properties, and antibacterial activity were evaluated. SNPs were uniformly dispersed in the carrageenan matrix to form flexible films. The addition of SNP significantly increased the film properties such as water vapor barrier and surface hydrophobicity but did not affect the mechanical properties. The carrageenan/SNP composite film showed some antibacterial activity against foodborne pathogenic bacteria, L. monocytogenes and E. coli.
${\kappa}$-카라기난과 키토산을 혼합하여 제조한 혼합 필름의 인장강도, 신장률, 수증기 투과도를 측정하였다. ${\kappa}$-카라기난과 키토산 고분자의 분자량은 light-scattering instrument를 이용하여 측정하였으며, ${\kappa}$-카라기난과 키토산의 분자량은 $5.1{\times}10^5,{\;}1.71{\times}10^5$로 각기 측정되었다. ${\kappa}$-카라기난과 키토산 필름의 인장강도는 각각 30.2 MPa, 3.2 MPa로 나타났으며, 혼합 필름은 21.0 MPa을 나타내었다. 혼합 필름의 인장강도는 환원제의 첨가$(1{\sim}3%)$에 영향을 받지 않는 것으로 나타났으며, 신장률은 각각의 단일 고분자 필름에 비해서 낮은것으로 나타났다. 혼합 필름의 수증기 투과도는 키토산 free 필름과 ${\kappa}$-카라기난 free 필름의 수증기투과도에 비하여 $1.4{\sim}2.5$배 낮은 것으로 나타났다. ${\kappa}$-카라기난과 키토산 혼합 필름은 ${\kappa}$-카라기난의 황산기$(SO_3^-)$와 키토산의 아미노기$(NH_3^+)$가 정전기적 결합에 의하여 형성되는 것으로 예상된다.
2% ${\kappa}-carrageenan$, 0.1% KCl, 0.75%, PEG, 및 0.75% glycerol을 사용하여 제조한 필름을 고등어육의 포장재로 사용 가능성을 시험하기 위하여 포장 후 수분 손실 및 지방 산화의 정도를 측정하였다. 고등어육을 carrageenan 필름으로 포장하여 $20^{\circ}C,\;10^{\circ}C,\;0^{\circ}C$, 및 $-15^{\circ}C$에 저장하였으며, 포장하지 않은 시료도 $0^{\circ}C$에 저장하면서, 무게 감소, PV, TBA가 등을 측정하였다. $20^{\circ}C,\;10^{\circ}C$, 및 $0^{\circ}C$에 저장한 포장 또는 비포장 시료는 저장 후 15일 이내에 60%의 무게 감소 현상을 보였으나, $-15^{\circ}C$에 저장한 시료는 25일 후에도 약 3% 정도만의 무게 감소가 있었다. 포장하지 않은 채 $0^{\circ}C$에 저장한 시료는 지방 산화가 꾸준히 증가하는 현상을 보였는데, PV는 20일만에 23 mequivalent peroxide (PO)/㎏, TBA가는 5일만에 $0.4\;{\mu}mole$ malonaldehyde (MA)/g에 도달한 반면, carrageenan 필름으로 진공 포장한 어육은 28일간의 저장기간 동안 저장 온도에 관계없이 PV 및 TBA가가 각각 2 mequivalent PO/kg 및 $0.4\;{\mu}mole\;MA/g$ 이하를 나타냈다.
카라기난필름과 카라기난 코팅종이의 유지투과도를 측정하였으며 현재 외식산업분야에서 널리 사용되고 있는 Polyethylene (PE) 코팅종이를 대체할 수 있는 가능성을 조사하였다. 카라기난필름과 카라기난 코팅종이의 유지투과도는 매우 낮은 것으로 나타났으며, 카라기난 중에서는 ${\kappa}$-카라기난의 유지투과도가 가장 낮았다. 카라기난이 $4{\sim}5\;kg/ream\;(278m^2)$ 정도 코팅된 종이의 유지투과도는 PE 코팅종이의 유지투과도와 비슷한 것으로 나타났으며, 카라기난 필름의 유지투과도는 카라기난 코팅종이의 10배정도 낮은 것으로 나타났다. 카라기난필름과 카라기난 코팅종이의 유지투과도는 시간에 따라 지수적으로 증가하는 것으로 나타났으며, 카라기난이 4kg/ream 이상 코팅된 종이는 유지투과도가 낮아 외식산업에서 유지함량이 많은 식품의 포장에 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
카라기난을 사용하여 제조한 생분해성 필름의 분말식품에 대한 응용성을 조사하기 위한 연구의 일환으로 3종의 두께(0.05, 0.08, 0.11 mm)로 제작된 카라기난 필름을 사용하여 5가지의 온도(20, 25, 30, 35, $4^{\circ}C$)와 3가지의 상대습도(50, 70, 90%RH) 조건에서 수증기투과율을 측정하여 카라기난 필름의 투습 특성을 조사하였다. 카라기난 필름의 수증기투과율은 PE 필름보다 2.3배 정도 높았으며, 투습계수는 PE 필름보다 45-230배 정도 높아 수증기투과도가 높음을 알 수 있었다. 카라기난 필름의 투습계수는 다른 친수성의 가식성 필름과 마찬가지로 필름의 두께가 증가할수록 직선적으로 증가하는 경향을 보였다. 카라기난 필름의 투습계수는 온도에 대한 의존성을 나타내지 않았으나, 수증기투과율은 온도에 대한 의존성을 나타냈다. 카라기난 필름의 수증기투과율의 활성화 에너지는 필름의 두께에 따라 7.898-12.872 kj/mol의 값을 보였다. 카라기난 필름의 수증기투과율은 활성화 에너지 값이 커짐에 따라 지수앞인자의 값도 증가하는 kinetic compensation 현상을 나타냈다.
This study was performed to examine the possibility of water extracts for several medicinal plants, such as Amomum tsao-ko, Alpinia oxyphylla, and Citrus unshiu, as an active packaging ingredient for prevention of lipid oxidation. Chicken breast meats were packed with medicinal plant extracts incorporated carrageenan based films and their physico-chemical and microbial properties during storage at $5^{\circ}C$ were investigated. In chicken meat samples packed with A. tsao-ko (TF) or A. oxyphylla (OF) extract incorporated carrageenan based films, pH value, thiobarbituric acid reactive substances (TBARS), and the population of total microbes were significantly lower than those of the negative control (film of no extract was incorporated, CF) after 5 d of storage (p<0.05). Especially, TBARS value of TF ($0.12{\pm}0.01$ mg malonaldehyde/kg meat) was significantly lower than chicken meat samples packed with positive control (ascorbic acid incorporated film, AF, $0.16{\pm}0.01$ mg malonaldehyde/kg meat) at 3 d of storage, and it means TF has enough antioxidative activity to prevent the lipid oxidation of chicken meat. However, there was no consistent effect on VBN values of chicken meats packed with medicinal plant extracts incorporated films during storage. Based on the obtained results, it is considered that A. tsao-ko extract has potential for being used as a natural antioxidant ingredient in active packaging areas.
염을 포함하고 있지 않은 카라기난 필름의 강도는 ${\kappa}$-카라기난 > ${\lambda}$-카라기난 > ${\iota}$-카라기난 순서로 나타났으며 ${\kappa}$-카라기난의 경우 인장강도는 22-32MPa로 기존의 플라스틱 필름인 폴리에틸렌(Polyethylene)필름의 인장강도(13-28MPa)와 견주어 볼 때 매우 높은 인장강도의 값을 갖고 있었으며 ${\iota}$-카라기난의 인장강도는 5-9MPa로 가장 낮은 인장강도를 나타내었다. 모든 카라기난 필름의 기계적 물성(인장강도와 늘어남)은 가연제의 농도에 영향을 받는 것으로 나타났으며 특히 ${\kappa}$-카라기난과 ${\iota}$-카라기난의 늘어남(%)은 가연제의 농도변화에 의해서 크게 증가하는 것으로 나타났다. 또한 카라기난 필름의 기계적 물성은 염의 종류와 농도에 의해 크게 영향을 받는 것으로 나타났으며, ${\kappa}$-카라기난 필름 중 Film-A (0.375 g plasticizer/g carrageenan)의 경우 0.1%(w/w) 칼륨염이 첨가되었을 때 인장강도가 45MPa 정도로 크게 증가되는 것으로 나타났으며 이 값은 기존의 개발된 생고분자 필름의 기계적 물성 중에서 가장 높은 값이다.
카라기난 기반 복합필름은 세 가지 다른 아연 염(zinc acetate, zinc chloride 및 zinc nitrate) 원료를 사용하여 합성한 ZnONPs를 카라기난에 첨가하여 solvent casting 방법으로 제작되었다. SEM 결과에 따르면, 사용된 아연 염의 종류에 따라 ZnONPs의 크기와 모양에 차이가 나타났지만, 모든 ZnONPs가 카라기난 복합필름 내에서 균일하게 분산되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 카라기난 기반 복합필름(Car-ZnONPs)의 두께는 아연 염의 종류와 관계없이 순수 카라기난 필름에 비해 증가하였다. 파단 연신율(EB)은 증가하였고, 인장강도(TS)는 유의적으로 감소하였으며, 탄성 계수(EM)는 유의적 차이를 나타내지 않았다. 이를 통해 복합필름의 기계적 특성인 TS와 EB는 첨가된 나노입자의 크기와 첨가량에 영향을 받는다는 것을 확인하였다. 또한, 모든 종류의 Car-ZnONPs 복합필름은 E. coli O157:H7 및 L. monocytogenes 에 대해 강한 항균 활성을 나타냈으며, 특히 zinc chloride로 합성된 Car-ZnONPsZC 필름이 가장 우수한 항균 성능을 나타냈다. 이는 zinc chloride에서 합성된 나노입자가 다른 아연 염에 비해 더 많은 아연 이온을 방출하기 때문으로 판단된다. 아연 염의 종류가 ZnONPs의 항균 능력에 영향을 미치며, 이러한 영향은 염의 종류에 따라 변화하는 ZnONPs의 크기, 형태 및 아연 이온 방출 정도에서 기인한다. 평가된 복합필름 중 Car- ZnONPsZC가 가장 높은 자외선 차단 특성을 보였으며, 파단 연신율도 순수 카라기난 필름에 비해 유의미하게 증가하여, 포장된 식품의 안전성을 유지하고 유통기한을 연장하는 데 활성 포장 필름으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
Locust bean gum을 이용하여 필름을 제조한 뒤, 투명도, 수증기투과도, 인장강도 및 신장율을 측정하였다. 투명도는 가식성 필름으로 적합하게 보였으며, 수증기투과도는 가소제의 종류 및 첨가량에 크게 영향을 받지 않았고, LBG 농도가 증가함에 따라 감소하였다. 건조온도를 20, 35, 50, 65, $80^{\circ}C$로 달리하였을 때 수증기투과도에 미치는 영향이 미약하게 관찰되었고, 상대습도가 0%에서 32, 58, 85% RH로 증가함에 따라 수증기투과도가 글리세롤 첨가의 경우 2배, 솔비톨 첨가의 경우 3배가 증가하여 저장성에 있어서는 글리세롤이 가소제로 적합하게 나타났다. 필름의 두께가 0.06에서 0.09, 0.12 mm로 증가함에 따라 직선적으로 증가하는 수증기투과곡선의 모습을 보였으나, 전반적으로 LBG 필름의 수증기투과도는 다른 가식성 필름에 비하여 낮게 측정되었다. 인장강도는 LBG 농도 증가에 따라 증가하였고, 가소제 농도 증가에 따라 감소하였으며, 글리세롤을 사용할 경우 더 크게 측정되었다. 반면, 신장율은 LBG 농도 증가에 따라 감소하고, 가소제 농도 증가에 따라 증가하였으며, 솔비톨을 사용할 경우 더 크게 측정되었으나, LBG 필름의 인장강도 및 신장률은 약하게 나타났다. LBG와 아가로오스, 카파-카라기난, 잔탄검을 혼합하여 복합필름을 제조한 결과 카파-카라기난과의 상승효과로서 인장강도와 신장률이 증가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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