Preparation of Whey Powder-Based Biopolymer Films

유청분말을 이용한 생고분자 필름의 제조

Whey powder, a by-product of milk industry, was utilized to produce biopolymer film with the combination of film matrix supporting material, sodium caseinate. Biopolymer films were prepared from whey powder-sodium caseinate mixtures at several mixing ratios. The effects of pH, plasticizers and cross-linkers on tensile strength (TS) and elongation (E) of films were investigated. The films could be formed by use of whey powder up to 70%. As the whey powder content was increased, TS of the film decreased while E increased. Films containing more than 70% of whey powder could not be formed due to the stickiness of lactose in whey powder. The optimum pH of the film solution was found to be 10. Among the plasticizers tested, sorbitol was found to be the most effective plasticizer while glycerol was inadequate for the film. Tensile strengths of films containing $30{\sim}40%$ whey powder were higher than 10 MPa with relatively high E, when the films were plasticized with 30% (w/w) and 40% sorbitol. TSs of the relatively weak films containing $50{\sim}60%$ whey powders were improved by the addition of small amount of sodium citrate for 30% sorbitol plasticized films, and by the addition of sodium chloride for 40% sorbitol plasticized films. It was concluded that up to 70% of whey powder could be utilized to produce biopolymer films by adding sorbitol and cross linkers at pH 10.

본 연구는 산업 부산물인 유청분말과 필름 matrix를 보조하는 sodium caseinate를 혼합 이용하여 생고분자 필름을 제조하기 위한 필름용액의 최적 pH를 결정하였으며, 각기 다른 혼합비의 유청분말-sodium caseinate 혼합물로 제조한 생고분자필름의 기계적 성질에 미치는 가소제의 영향을 조사하고, 유청분말의 혼합비율을 높게 하였을 때 나타나는 낮은 필름의 기계적 성질을 가교제를 첨가하여 개선함으로써 최대한 유청분말을 이용할 수 있는 혼합비율과 제조조건을 결정하였다. 필름제조 결과, 유청분말과 sodium caseinate의 혼합비율이 70 : 30까지 필름으로써의 기계적 기능을 부여했으며, 그 이상의 유청분말 함량에서는 유청분말 중의 높은 lactose의 함량에 기인한 끈적거리는 현상이 나타나 기계적 성질에 대한 실험을 할 수 없었다. pH에 따른 필름의 성상은 필름의 pH가 5.0이하이었을 때에는 필름용액이 겔화되어 유리판에 부을 수가 없었으며, pH 6.0과 7.0일 경우에는 필름용액 중 원료 단백질이 완전히 용해되지 않아 입자가 존재하였다. 필름용액의 pH를 10.0으로 조절하였을 때 최대 인장강도(TS)와 최대 신장률(E)이 각각 15.2 MPa과 191.8%를 보여 가장 필름형성에 적합한 pH로 나타났다. 가소제로서 glycerol의 사용은 부적합한 것으로 나타났으며, 가소제로서 sorbitol을 필름원료 혼합물의 30%와 40%로 첨가하였을 때 제조된 필름의 최대 인장강도는 각각 10.8 MPa자 6.6 MPa로, 또한 최대 신장률은 각각 96.5%와 149.7%로 나타나 가장 필름형성에 적합한 것으로 나타났다. 필름의 기계적 성질에 미치는 가교제의 영향은 가소제로써 sorbitol 30%를 사용하였을 때에는 sodium citrate가, 가소제로써 sorbitol 40%를 사용하였을 때는 sodium chloride가 가장 많은 영향을 주는 것으로 나타났다. 결론적으로 본 연구에서는 필름용액의 pH를 10.0으로 조절하고 가소제와 가교제를 첨가함으로써 혼합원료 중 유청분말의 비율을 70%까지 사용하여 양호한 기계적 성질을 지닌 생고분자 필름을 제조할 수 있었다.