[산ㆍ학ㆍ연 논단] 해양바이오 산업의 동향 및 전망

변희국(Hee-Guk Byun),김세권(Se-Kwon Kim) 한국식품영양과학회 2005 식품산업과 영양 Vol.10 No.2

Carboxymethylchitin 을 이용한 에멀젼의 제조 및 특성

변희국(Hee Guk Byun),박표잠(Pyo Jam Park),김세권(Se Kwon Kim) 한국키틴키토산학회 2001 한국키틴키토산학회지 Vol.6 No.3

본 연구에서는 키틴의 기능성을 개선하고자 화학적 합성법에 의해 카르복시메틸키틴을 합성하였으며, 카르복시메틸키틴으로 에멀젼을 제조할 때의 농도, 물과 대두유의 혼합비, pH 및 온도의 최적조건을 유화성으로서 측정하였다. 카르복시메틸키틴의 유화성은 젤라틴, 알부인 및 Tween-80보다 약 20%유화성이 높았다. 카르복시메틸키틴을 이용한 에멀젼의 최적제조조건은 농도 1%(w/v), 물과 대두유의 혼합비 50%, pH 8.0 및 온도 20℃ 였으며 , 이들 조건하에서 유화성은 86%였다. 또한 카르복시메릴키틴의 유화안정성은 젤라틴, 알부민 및 Tween-80보다 높게 나타났다. 이것은 각 유화액의 현미경 관찰에서 카르복시메틸키린으로 만든 유화입자의 크기가 ~10 ym 이하로 가장 작고 조밀성이 높은 것으로도 알 수 있었다. To improve the functional properties of chitin, carboxymethylchitin (CM-chitin) was synthesized by chemical modifications. Emulsifying activity of the CM-chitin was investigated in various conditions such as concentration, water-oil ratios, pH and temperature. The emulsifying activity of CM-chitin was 20% higher than that of gelatin, bovine serum albumin, and Tween-80 as commercial emulsifier. The emulsifying activity of CM-chitin solution was the highest at 1%, and was decreased with increasing concentration at above 1 % of CM-chitin. The optimum conditions of water-oil ratios, pH and temperature were 50% (w/v), pH 8.0 and 20℃, respectively. In these conditions, the emulsifying activity of CM-chitin solution was 86%. The emulsion stability of CM-chitin was higher than that of other commercial emulsifier. The emulsifier structure was observed with the characters of high density and small particles size (~ 10 ym).

학술발표 : 생물공학분야 / 포스터발표 ; Emulsifying Property of Carboxymethylchitin

변희국(Hee Guk Byun),박표잠(Pyo Jam Park),김세권(Se Kwon Kim) 한국국제경제학회 2001 한국국제경제학회 학술대회발표 논문집 Vol.2011 No.3

Phaeodactylum tricornutum으로부터 항산화성 물질의 분리 및 구조

김세권,변희국,백호철,박표잠,강옥주,김종배,KIM Se-Kwon,BYUN Hee-Guk,BAEK Ho-Chul,PARK Pyo-Jam,KANG Ok-Ju,KIM Jong-Bae 한국수산과학회 2001 한국수산과학회지 Vol.34 No.5

본 연구에서는 비교적 성장이 빠르고 배양이 용이한 황갈편조 식물문 중 규조강에 속하는 P. tricornutum으로부터 선정하여 항 산화성 물질을 분리$\cdot$정제하여 물질의 구조를 밝혔다. P. tricornutum의 각 유기용매 추출물의 항산화성은 chloroform획분이 가장 좋았으며, 이 획분을 시료로 하여 silica gel column chromatography, PTLC 및 HPLC를 사용하여 항산화성 물질을 분리$\cdot$정제하였다. Silica gel column을 사용하여 분리된 획분의 항산화성은 dichloromethane: methanol (5: 1)로 용출시킨 획분에서 가장 높았으며, 이 획분의 PTLC 획분은 항산화성이 $20\%$ 증가하였다. 최종 정제된 물질의 $IC_50$값은 $8.3{\mu}g/mL$으로 화학적으로 합성된 항산화제인 BHT 및 BHA보다는 낮았지만 천연 항산화제인 $\alpha-tocopherol$보다는 다소 높게 나타났으며, 이 물질의 화학적 구조는 carotenoid류인 zeaxanthin으로 동정되었다. The antioxidative activity of marine microalgae, Phaeodactylum tricornutum (P. tricornutum) of Bacillariophyceae, was determined by measuring radical scavenging effect on 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical. The chloroform fraction of P. tricornutum showed strong antioxidative activity, The potential antioxidative activity of factions extracted with mixture solution of organic solvents was detected in dichloromethane : methanol (2 : 1) fraction, This fraction was further purified by preparative thin layer chromatography (PTLC) and repeated reverse-phase HPLC. On the basis of chemical and spectoscopic evidence from results obtained by UV, FT-IR, EIMS and NMR, the compound purified from P. tricornutum was identified as zeaxanthin.

전기투석에 의한 참치 자숙액의 탈염특성

김세권,변희국,전유진,KIM Se-kwon,BYUN Hee-Guk,JEON You-Jin 한국수산과학회 1999 한국수산과학회지 Vol.32 No.1

The optimum conditions for selective .elimination of salt from tuna boiled extract (TBE) by electrodialysis were determined. The desalination conditions of TBE were determined at various pH's, concentrations and volumes of TBE. The ion-exchange membrane with a molecular weight cut off 100Da was used for desalting of TBE. The desalination times on $1\%$ and $10\%$ of TBE concentrations were 40 min and 240 min, respectively. The electrodialysis process could removed above $95\%$ of the initial salt content in $1\%$ and $10\%$ of TBE concentrations. The desalination of TBE at pH 4.0 was $14\%$ higher than that at pH 9.0 The amount of water transferred by the electrodialysis was determined. The electrodialysis process could remove above $90\%$ of the initial salt content in $5\%$ TBE for 80 min. The initial volume and the permeate did not have significant effects on desalination time and ratio. The key parameters for the desalination of TBE were pH and concentration of TBA. 우리나라 수산물 통조림의 생산량은 6만 3천톤 (1995)으로 이중에서 참치 통조림이 5만 1천톤으로 약 $81\%$를 차지하고 있다. 통조림 가공시 부산물인 자숙액은 단백질이나 정미성분과 같은 유용성분이 다량 함유되어 있음에도 불구하고 염의 농도가 높아 그 활용에 문제가 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 자숙액 중에 함유되어 있는 정미성분 및 단백질 등의 유용성분을 이용하고자 자숙액 중에 함유되어 있는 다량의 염을 제거하기 위하여 전기투석에 의한 최적 탈염조건을 구명하였다. 자숙액 중의 수분, 단백질, 회분 및 지방의 함량은 각각 $59.78\%,\;27.73\%,\;11.56\%$ 및 $1.00\%$였으며, 염은 $15.71\%$를 차지하였다. 전기투석에 의한 자숙액의 탈염에 필요한 이온교환막은 분자량 100Da 이상을 회수할 수 있는 AC-110-400과 300Da 이상을 회수할수 있는 AC-220-400을 상호 비교한 결과, 탈염율의 차이는 거의 없었으며, 단백질의 유실량이 적은 AC-110-400을 사용하는 것이 보다 효율적으로 나타났다. 자숙액의 탈염에 영향을 주는 인자들 중에서 자숙액의 농도는 $1\%$ (w/v) 용액에서 탈염시간은 40분이었으며, 농도가 증가함에 따라 탈염시간은 길어졌다. 자숙액의 염농도는 탈염초기에 급격하게 감소하였고, $10\%$ (w/v) 자숙액의 탈염시간 240분에서 $95\%$까지 탈염되었다. pH에 따른 자숙액의 탈염은 탈염초기에 거의 비슷한 경향으로 탈염이 진행되었지만 최종 탈염율에서 pH 9범위의 알칼리 영역보다 pH 4범위의 산성영역에서 $14\%$ 정도 탈염율이 높았다. $5\%$ (w/v) 자숙액 1$\ell$을 $90\%$이상 탈염하는데 소요되는 탈염시간은 80분이었으며, 2$\ell$에서는 180분이었다. 투과액의 부피와 종류는 자숙액의 최종 탈염시간 및 탈염율에 거의 영향을 주지않았다. 자숙액의 탈염은 주로 자숙액의 농도와 pH에 의해 큰 영향을 받았으며, $5\%$의 자숙액 1$\ell$, pH 5.9에서 전기투석기를 사용하여 효율적인 탈염이 가능하였다.

효소를 이용한 말쥐치의 탈피

김세권,변희국,최광덕,노호석,이원희,이응호,KIM Se-Kwon,BYUN Hee-Guk,CHOI Kwang-Duck,ROH Ho-Seok,LEE Won-Hee,LEE Eung-Ho 한국수산과학회 1993 한국수산과학회지 Vol.26 No.2

Collagenase existed in the internal organs of filefish Novoden modestrus was isolated with ammonium sulfate and was purified by ion exchange column chromatography with DEAE-Sephadex A-50 and gel filtration with Sephadex G-150. The activity of the purified enzyme was increased 92.4 folds than that of the crude one and the yield of the purified one was $10.9\%$. The optimum conditions showing the maximum activity of the crude enzyme to digest insoluble collagen(Type I) were $55^{\circ}C$ and pH 8.0, while those showing the maximum activity of the purified one were $55^{\circ}C$ and pH 7.75. However, the use of the crude enzyme for skinning of filefish was more profitable because the yield was 800 folds higher than that of the purified one and the cost was also able to economy. When hydrolysis for skinning of filefish was conducted with $0.3\%$(w/w) crude collagenase at $50^{\circ}C$ and pH 8.0 for 3hrs, there was some problem to cause a damage on muscle of the fish by heat. To solve such problem for the skinning, the hydrolysis at $18^{\circ}C$ for 4hrs with $0.3\%$ (w/w) crude enzyme after pretreated with 0.5M acetic acid for 10 min provided a good result for skinning of filefish.

어피젤라틴의 최적 추출조건 및 그 물성

김세권,변희국,이응호 ( Se Kwon Kim,Hee Guk Byun,Eung Ho Lee ) 한국공업화학회 1994 공업화학 Vol.5 No.3

수산물 가공공장에서 대량으로 폐기되고 있는 어피를 유용하게 산업적으로 이용하기 위하여 어피로부터 젤라틴 제조를 위한 추출조건에 대하여 검토하였다. 아울러 최적 조건하에서 제조한 어피젤라틴의 물리적 특성, 분자량 및 아미노산 조성 등을 시판 젤라틴의 그것들과 비교 검토하였다. 어피젤라틴의 추출조건은 침지용액인 수산화칼슘농도 1.0∼1.5%(w/v), 첨가수량 6∼7배, 온도 40∼50℃ 및 추출시간 5시간이었으며, 이 조건하에서 명태피로부터 추출된 젤라틴의 수율이 대구피 및 각시가자미피로부터 추출한 젤라틴의 수율보다 높았다. 어피젤라틴의 중금속 함량은 시판 젤라틴의 중금속 함량보다 적었으며, 어피젤라틴의 물성면에서 젤리강도, 전기전도도는 시판 젤라틴보다 낮았지만, 점도 및 등전점은 시판 젤라틴보다 높았다. 어피젤라틴의 아미노산 조성 중 glutamic acid, serine, threonine, methione 및 cysteine의 함량은 돈피 및 우피의 아미노산 함량에 비해 높았지만, proline 및 hydroxyproline의 함량은 낮았고, 그외의 아미노산 함량은 거의 비슷하였다. To effectively utilize fish skin wastes from marine manufactory, the optimal extraction conditions to prepare gelatin from fish skins of Alaska pollack, cod and yellowfin sole were investigated. In addition, the physical properties of the fish skin gelatins prepared under the optimal extraction conditions were compared with the commercial animal skin gelatin. The conditions for extraction of gelatins from fish skins were as follows ; The skins were limed with 1.0∼1.5%(w/v) calcium hydroxide solution. The fish skin gelatins were extracted with 6∼7 volumes of water(pH 6.0∼7.0) for 5hrs at 40∼50℃, and the yield of Alaska pollack skin gelatin extracted under the above conditions was higher than those of cod and yellowfin sole skins. The heavy metal contents, jelly strength and electric conductivities of fish skin gelatins were lower than those of a commercial gelatin(bovine skin), but the viscosity and isoelectric point were higher. The amount of amino acid in fish skin, such as gelatin, glutamic acid, serine, threonine, methionine and cysteine, were higher than those in pig and ox skin. However, the contents of hydroxyproline and proline were lower.

탈염된 참치 자숙액을 이용한 천연조미료 개발

김세권,변희국,전유진,주동식,김종배,KIM Se-Kwon,BYUN Hee-Guk,JEON You-Jin,JOO Dong-Sik,KIM Jong-Bae 한국수산과학회 1999 한국수산과학회지 Vol.32 No.1

탈염된 참치 자숙액 중에 함유되어 있는 정미성분 및 단백질등의 유용성분을 이용할 목적으로 막반응기 장치에서 자숙액을 효소로 가수분해하여 분자량별로 분획하였으며, 그 가수분해물의 정미성을 검색하여 천연 복합조미료 및 조미간장으로서 이용 가능성을 검토하였다. 참치 자숙액 및 그 가수분해물의 주요 분자량은 9,800Da (TBH-10K TBEH-10K), 3,000 Da (TBE-5K TBEH-5K 및 TBE-1K) 및 990Da (TBE-1K TBEH-1K)으로 나타났다. 핵산관련물질 중에서 ATP 및 ADP는 검출되지 않았으며, IMP의 함량이 23.75$\mu$mole/g 으로 가장 많았고, 다음으로 inosine이 9.07 $\mu$mole/g이 였다. 분자량별로 분획된 자숙액 분말엑기스 및 가수분해물의 구성아미노산조성은 차이가 없었으나 유리 아미노산 조성의 함량은 10K, 5K, 1K 순으로 증가하였다. 자숙액의 분말 엑기스중 TBEH-1K아미노산 함량은 glycine ($20.57\%$), glutamic acid ($13.26\%$), alanine ($9.38\%$), proline ($9.06\%$), aspartic acid ($7.35\%$)의 순으로 함량이 많았으며, 이들 아미노산 조성이 전체 아미노산의 약 $60\%$ 정도를 차지하고 있는 것으로 나타났다. 그리고 glycine, proline, alanine, serine의 함량은 약 $42\%$, 감칠맛과 신맛을 내는 아미노산 glutamic acid, aspartic acid의 함량은 $21\%$로 전체 아미노산의 $63\%$가 조미료 개발에 유용한 아미노산으로 이루어져 있었다. 자숙액 가수분해물 중 TBEH-1K는 양호한 맛과 관련된 아미노산들의 함량이 약 $62\%$ 였다. 여러 가지 시판효소로 참치 자숙액을 가수분해시킨 가수분해물들은 관능평가에서 큰 차이는 볼 수 없었지만 분자량별로 분획한것 중에서 TBEH-lK가 가장 높은 점수를 얻었다 복합조미료에 대한 관능평가에서 TBEH-1K는 SCS 및 BCS보다는 낮았지만 $5\%$ 유의수준내에서 관능적으로 유의차가 없었으며, ACS보다는 좋은 평가를 얻었다. 그리고 자숙액 및 그 가수분해물로 제조된 조미간장 원액의 관능평가에서 TBEH-1K가 가장 우수하였으며, TBEH-1K로 제조된 조미간장 원액과 양조간장을 50 : 50(v/v)로 혼합한 혼합간장은 현재 시판되고 있는 산분해 화학간장의 대체품으로 이용할 수 있을 것으로 판단되었다. The hydrolysate of desalinated tuna boiled extract (TBE) were prepared by continuous hydrolysis of TBE using a membrane reactor. TBE and tuna boiled extract hydrolysate (TBEH) were isolated depending on molecular weights. The major molecular weight distributions of TBEH-l0K, TBEH-5K and TBEH-lK were 9,800Da, 3,000Da and 990Da, respectively. The amounts of nucleotides and their related compounds of TBE were 3.47 $\mu$mole/g AMP, 23.75 $\mu$mole/g IMP, 9.07 $\mu$mole/g inosine and 1.89 $\mu$mole/g hypoxanthine. Total content of amino acids having desirable taste (glycine, glutamic acid, alanine, proline, aspartic acid, serine) was about $63\%$ of total amino acid from TBE and about $62\%$ from TBEH. The natural seasoninings were prepared with TBE and TBEH. From the results of sensory evaluations, complex seasoning containing TBEH-1K was almost equal to the shellfish complex seasoning obtained from the market. The mixed sauce which was made by mixing of $50\%$ TBEH sauce and $50\%$ fermented soy sauce was similar to the tradition soybean sauce in product quality and it showed the possibility to be used for the substitute product for acid hydrolyzed soysauce.

막반응기에서 참치 유문수 유래 단백질 분해효소를 이용한 참치 자숙액의 연속적 가수분해

김세권,변희국,전유진,KIM Se-Kwon,Byun Hee-Guk,Jeon You-Jin 한국수산과학회 1999 한국수산과학회지 Vol.32 No.2

참치 자숙액 중에 함유되어 단백질을 효율적으로 이용하고자 막반응기에서 연속적으로 효소적 가수분해를 수행하기 위한 최적 조건을 검토하였다. 회분식에서 TPCCE를 이용한 자숙액의 최적 가수분해조건은 pH 9.0, 반응온도는 $40^{\circ}C$, 기질인 자숙액에 대한 효소비 50(w/w) 및 기질농도 $1\%$ (w/v)였으며, 이 때 6시간의 반응시간에 의해 약$70\%$의 가수분해도를 나타내었다. 그리고 TPCCE를 이용하는 것이 시판 단백질 분해효소보다 효과적이었다. 막반응기에서 자숙액을 연속적으로 효소적 가수분해를 수행하기 위한 막반응기의 작동조건의 검토에서, 기질용액을 pH 9 및 $40^{\circ}C$로 조절한 후 자숙액의 반응시간에 따른 가수분해도는 3시간, $1\%$ (w/v) 자숙액에 대한 효소농도는 0,1 g/$\ell$, 자숙액 대 효소비는 100 (w/w), 그리고 기질농도는 $5\%$ (w/v)였으며, 이 때 가수분해도는 약 $60\%$를 나타내었다. The purpose of this study was to determine the optimum hydrolysis conditions for the production of enzymatic hydrolysate from tuna boiled extract (TBE) using membrane (molecular weight cut off 10,000Da) reator. The tuna pyloric caeca crude enzyme (TPCCE) was identified as the most suitable enzymes for the hydrolysis of TBE. The optimum hydrolysis conditions of TBE in the batch reactor were $40^{\circ}C$, pH 9 and substrate to TPCCE ratio 50 (w/w). For 6hr under the above conditions, $70\%$ of the total amount of initial TBE was hydrolysed. The optimum hydrolysis conditions of TBE in the membrane reactor were $40^{\circ}C$, pH 9, enzyme 0,1 g/$\ell$, volume 1$\ell$ and substrate to enzyme ratio 100(w/w). The degree of hydrolysis of TBE was above $60\%$ for 3 hr. The TBE hydrolysate were prepared with $5\%$ TBE solution under the optimum hydrolytic conditions in the membrane reactor

재순환 3단계 막반응기에서 연속적으로 생산된 어피 젤라틴 가수분해물의 가능성

김세권,변희국,전유진,안창범,조덕제,이응호 ( Se Kwon Kim,Hee Guk Byun,You Jin Jeon,Chang Bum Ahn,Duck Jae Cho,Eung Ho Lee ) 한국공업화학회 1995 공업화학 Vol.6 No.6

재순환 연속식 3단계 막(MWCO 10,000, MWCO 5,000 및 MWCO 1,000)반응기를 사용하여 제조된 각 단계별 명태피 젤라틴 가수분해물의 분자랑, 아미노산조성 및 기능성에 대하여 검토하였다. 3단계 막반응기에서 사용한 효소는 Alcalase(1단계), pronase E(2단계) 및 collagenase(3단계)였다. 1단계, 2단계 및 3단계 가수분해물의 분자량은 각각 4.8∼9.5 KDa, 3.4∼6.6 KDa 및 0.9∼1.9 KDa범위였다. 명태피 젤라틴 및 각 단계별 가수분해물의 아미노산 조성중 단맛과 관련이 있는 아미노산의 함량이 전체의 69∼71%에 달한 반면, 쓴맛을 내는 아미노산 함량은 21∼23%에 지나지 않았다. 3단계 가수분해물이 1단계 및 2단계 가수분해 물에 비해 단맛과 감칠맛이 더 좋았다. 1단계, 2단계 및 3단계 가수분해 물의 용해도는 모든 pH영역에서 100%였으며, 명태피 젤라틴은 유화성 및 포말성이 나타났지만, 각 단계별 가수분해물에서는 나타나지 않았다. 전기전도도와 완충능은 1단계 및 2단계 가수분해물에 비해 저분자 펩티드의 함량이 많은 3단계 가수분해물이 가장 높았으며, 각 단계별 가수분해물의 점도는 모든 pH영역에서 차이가 없었을 뿐만 아니라 각 가수분해물 상호간에도 거의 차이가 없었다. 등온흡습도는 1단계 및 2단계 가수분해물에 비해 3단계 가수분해물이 가장 높아 수분활성 저하제로서 이용이 가능할 것으로 생각된다. The molecular weight, the composition of amino acids and the functional properties of hydrolysates of Alaska pollack skin gelatin which were produced from a continuous three-step membrane reactor were investigated. The enzymes used were Alcalase in the first-step, pronase E in the second-step, and collagenase in the third-step. The molecular weights of the first-step enzyme hydrolysate(FSEH), the second-step enzyme hydrolysates(SSEH), and the third-step enzyme hydrolysates(TSEH) were in the range of 4.8∼9.5KDa, 3.4∼6.6KDa, and 0.9∼1.9KDa, respectively. 69∼71% of amino acids in the hydrolysates of Alaska pollack skin gelatin were responsible for the sweet taste, while 21∼23% of them were responsible for the bitter taste. Taste of the TSEH is sweeter and more favarable than those of the FSEH and SSEH. All of the hydrolysates were freely soluble in water regardless of the pH range. The foaming and emulsifying capacity did not occur in all hydrolysates(FSEH, SSEH, and TSEH), while the unmodified skin gelatin showed them. TSEH, which has higher composition in the low molecular weight peptide, has higher electrical conductivity and buffer capacity than FSEH and SSEH have. The viscosities of all hydrolysates did not depend on the pH but were similar. TSEH also shows the highest activity in the isothermal moisture absorption among other hydrolysates. It can be used to depress the water activity in moisture food.