버려진 양파껍질에서 추출한 펙틴을 이용한 바이오매스 필름 제조 = Preparation of biomass films using pectin extracted from the wasted onion peels

국문 초록 (Abstract)

플라스틱의 생산량은 지속적으로 증가하고 있으나 사용 후 제대로 처리되지 않고 버려지는 경우가 많다. 버려진 플라스틱은 환경에 유출되어 미세플라스틱으로 분해된다. 미세플라스틱은 다양한 경로로 생물에 흡수되어 성장과 발달, 행동에 악영향을 준다. 생물에 영향이 적은 바이오 플라스틱이 해결책으로써 연구되기 시작했다. 그중 생물 유기체로 만들어지는 바이오매스 플라스틱은 식량과의 경쟁이 불가피하여 비가식 폐기물들을 이용하는 연구가 진행되어왔다. 본 연구에서는 버려지는 양파껍질에서 펙틴을 추출해 바이오매스 필름을 합성했다. 펙틴 사슬은 수소결합으로 안정화되어 있어 펙틴만을 단일소재로 합성된 펙틴 필름은 물에 쉽게 녹는다. 펙틴은 pH에 따라 수용액 상에서 음전하(COO- 작용기)를 가지기 때문에 이 문제를 해결하기 위하여 양전하를 가지는 키토산(NH3+ 작용기)을 첨가하여 정전기적 인력으로 결합하게 한 후 열에 의한 안정화를 거쳐 공유결합이 일어나게 했다. 그 결과, FT-IR과 13C ssNMR의 피크 변화를 통해 결합이 일어난 것을 확인할 수 있었고, SEM을 통해 네트워크 구조를 확인했다. pH가 달라져도 필름이 유지되는 것을 통해 공유결합이 형성된 것을 확인했다. 또한, DTG를 통해 열에 대한 안정성을 확인했다. 추가로 펙틴 + 키토산 (PTS) 필름은 다양한 음료와 물에 녹지 않는 것을 확인했다. 합성한 필름은 천연 성분만을 사용하였기 때문에 분해돼도 생물에 미치는 영향이 적다. 그러므로 플라스틱 산업이 지속가능한 발전으로 나아갈 하나의 대안이 될 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The production of plastics has been steadily increasing, but much of the resulting waste after use is discarded without proper treatment. Abandoned plastics slowly decompose or break down into nano or microplastics, which could be absorbed by living organisms through various routes. This can negatively affect the growth, development, and behavior of said organisms. It is imperative that development of eco-friend bioplastics are prioritized to help alleviate this problem. The natural materials including plants and crops are good candidates to be materialized for this purpose. Unfortunately, biomass plastics made from natural materials inevitably compete with food production. In this study, biomass films were synthesized by extracting pectin from discarded onion peels, which are non-edible waste. Pectin chains are stabilized by hydrogen bonds, so a pure pectin film is easily soluble in water. Since pectin has a negative charge (COO- functional group) in an aqueous solution depending on pH, positively charged chitosan (NH3+ functional group) was mixed with pectin to form electrostatic attractive forces. And then covalent bonds occurred through heat stabilization. By FT-IR and 13C solid state NMR, the morphology of the films was confirmed. By SEM images, network formations was confirmed. The pH and heat stability was confirmed. In addition, the film was not easily decomposed/dissolved in water and beverages. In conclusion, we were able to prepare the eco-friend bioplastic films using the wasted pectin and chitosan. This could provide an alternative method for developing a new material to substitute harmful plastics in use.

목차 (Table of Contents)

• 요약 ⅰ
• I. 서 론 1
• II. 이론적 고찰 3
• 1. 양파껍질의 성분 3
• 2. 펙틴 3
• 3. 키토산 4
• 4. 펙틴의 결합 5
• 5. 펙틴과 키토산의 결합 6
• III. 실험 장치 및 실험 방법 7
• 1. 시약 및 재료 7
• 2. 실험 방법 7
• IV. 실험 결과 및 고찰 10
• 1. 추출된 펙틴 확인 10
• 2. PTS 섬유 및 필름의 물성 확인 11
• V. 결 론 18
• 참고문헌 19
• 영문초록(Abstract) 23
• 감사의글 24