정자의 동결보존을 위한 새로운 기술개발 목적은 동결과정에서 최소한의 손상으로, 응해 후 최대한 높은 활력도의 정자를 얻는 것이다 정자가 난자와 수정하기 위해서는 적당한 생존성과 운동성을 유지해야 하는데, 가장 일반적인 방법으로는 정자의 진진 운동성과 첨체의 정상 여부 및 형태 검사방법 등이 있다 본 연구는 사람 정액을 동결보존 할 때 semi-programmable freezer를 이용한 완만동결 방법과, 액체질소의 vapor를 이용한 급속동결 방법이 응해 후 정자의 운동양상과 생존율 및 형태에 미치는 영향을 알아보기 위해 실시하였다. 동결-응해 후 정자의 MOT, VCL, VSL, VAP는 각각 급속 동결방법에서 47.40$\pm$20.06%, 38.12$\pm$15.58 $\mu$m/s, 28.19$\pm$14.10 $\mu$m/s, 33.64$\pm$15.15 $\mu$m/s로 완만 동결방법인 43.39$\pm$18.79%, 33.91$\pm$13.50 $\mu$m/s, 19.98$\pm$10.88 $\mu$m/s, 24.60$\pm$11.72 $\mu$m/s보다 유의적으로 높았으나(p<0.05), LIN은 완만동결 방법이 34.64$\pm$11.36으로 급속동결 방법인 28.83$\pm$10.35보다 더 좋은 성적을 나타내었다(p<0.05). 고 활력정자를 나타내는 HYP 역시 급속동결 방법에서 2.77$\pm$2.71%로 완만동결 방법의 1.33$\pm$1.57%보다 유의적으로 높게 나타났다(p<0.05). 그러나 정자의 운동양태를 나타내는 MAD, WOB, DNC, DNM에 있어서는 완만동결 방법이 급속동결 방법에 비해 조금 더 좋은 성적을 보였으나 유의적인 차이는 없었다. 동결-응해 후 정자의 생존율 및 정상형태의 정자는 완만동결 방법이 각각 62$\pm$2.1%, 44$\pm$8.3%, 급속동결 방법은 60$\pm$2.2%, 46$\pm$7.7%로 유의적인 차이가 없이 비슷한 결과를 보였다. 따라서 사람 정액의 동결 보존 시 많은 시간과 고가의 장비가 필요한 완만동결 방법보다는 짧을시간동안 액체 질소만으로 간단히 시행할 수 있는 급속동결 방법이 더 효과적이라고 사료된다.
본 연구는 생선회 맛의 관능적 품질향상 및 생선회로서의 품질수명을 연장시키기 위하여 우리나라에서 고급횟감으로 널리 소비되고 있는 넙치를 시료로 하여 동결속도 및 해동방법에 따른 근육의 물리화학적 및 조직학적 변화를 살펴보았다. 1. 넙치를 chunk 형태로 급속동격 (액체질소동결) 및 완만동결 ($-15^{\circ}C$ 동결하였을때 최대 빙결정생성대의 통과시간은 각각 10분이내와 110분이었다. 해동방법에 다른 해동소요시간은 $25^{\circ}C$ 수도수. $15^{\circ}C$ 수도수 $10^{\circ}C$ 수도수. $25^{\circ}C$ 공기. $5^{\circ}C$ 수도수. $0^{\circ}C$ 수도수 순으로 짧았다. 2. 근육의 파괴강도는 급속동결하여 급속해동한 것이 완만동결하여 완만해동한 것에 비하여 높았으며. 조리형태에 따른 파괴강도는 급속동결한 것은 조리형태에 따라 큰 차이를 나타내지 않았으나, 완만동결한 것은 slice형태로 처리한 것이 높은 값을 나타내었다. 4. ATP의 잔존량은 동결속도에 큰 영향을 받지 않았으며, 급속해동한 것이 완만해동한 것에 비하여 높은 경향을 나타내었다. 그리고 IMP가 동결-해동후의 ATP관련화합물의 대부분을 차지하고 있었다. 5. 근육의 표본조직을 광학현미경 (LM)으로 관찰한 결과 즉살직후에는 근섬유간의 간격이 관찰되지 않았으며. 급속동결하여 해동방법을 달리한 근육에 있어서도 근섬유간의 간격이 거의 관찰되지 않았다. 그러나 완만동결하여 해동한 것은 근섬유간의 간격이 현저하게 관찰되었다.
동결건조 쌀죽의 품질특성에 미치는 동결속도의 영향을 조사하기 위하여 쌀죽을 -20, -40, -70$^{\circ}C$의 동결 온도에서 동결시킨 후 동결건조시킨 제품을 제조하여 이들 제품의 미세구조, 물리적 강도, 조직감 및 재수화율을 조사하였다. 전자주사현미경을 통한 이들 제품의 미세구조를 관찰한 결과 완만동결(-20$^{\circ}C$)시킨 것이 급속동결(-70$^{\circ}C$)에 비해 공극의 크기가 크고 그 수가 적었다. 반면에 급속동결시킨 제품은 보다 조직이 치밀하고 물리적인 강도가 유의적(p<0.05)으로 큰 값을 나타냈다. 수화복원율은 -20$^{\circ}C$에서 동결시킨 제품이 -40, -70$^{\circ}C$에서 동결시킨 제품보다 높았다. 따라서 품질이 우수하고 사용이 간편한 동결건조 쌀죽을 제조하기 위해서는 최적의 동결 온도의 선택이 필수적임을 알 수 있었다.
절임 배추와 숙성된 김치의 동결저장 가능성을 조사하였다. 생배추의 조직은 급속침지동결이나 예비건조하면 완만공기동결이나 건조하지 않은 것에 비해 우수하였다. 절임 배추는 생배추에 비해 동결손상이 적었고 급속동결이나 예비건조에 의해 조직이 개선되지 않아 조직특성은 숙성된 김치와 비슷하였다. 김치는 동결시 동결하지 않은 것에 비해 약간 질겼으나 전체적인 품질에서는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 동결저장시 절임배추는 3개월후 약간의 핑크색을 띄었으나 김치는 6개월 저장동안 이런 현상이 나타나지 않았고 품질도 거의 변화가 없었다.
급속동결 전처리가 유기이온교환 수지의 분쇄에 미치는 효과를 연구하였다. 습윤상태의 이온교환 수지를 고체탄산 또는 액체질소를 이용하여 급속동결하면 이온교환 수지의 내부구조가 물리적으로 파괴되며 일단 파괴된 수지는 다시 실온이 되어도 원래의 상태로 회복되지 않음을 발견하였다. 따라서 급속동결한 수지는 실온에서도 분쇄가 매우 용이하며 이 효과는 양이온교환 수지가 음이온교환 수지에 비하여 더 크게 나타났다. 아울러 음이온교환 수지의 경우, 급속동결 전처리 효과 뿐만 아니라 이온종류 역시 분쇄에 큰 영향을 미침을 관찰할 수 있었다.
식품동결에 의한 품질손상에 있어 크게 영향을 미치는 인자 중의 하나가 체적변화에 의한 조직 파괴이므로 식육 및 과채류의 냉동시 내부압력에 따른 조직파괴를 방지하기 위한 기초연구로 다양한 동결방법에 따른 내부압력 변화에 대하여 조사한 결과, 급속 및 완만동결시 우육의 내부압력 변화 경향은 동결 직전에 급격히 상승한 후 동결 초기부터 최대빙결정생성대를 통과하는 동안은 급격히 감소하다가 다시 온도가 내려감에 따라 압력변화는 증가와 감소를 반복하여 상승하는 경향을 보여 주었고, 동결시의 내부압력 크기는 약 8~10 psig 수준이며, 내부압력의 변화 경향은 정지공기식보다 침지식에서 약 1 psig 정도 크게 나타났다. 냉동냉장시에 일어나는 내부압력의 상하변화는 돈육의 품온차가 ${\pm}1^{\circ}C$일 때, 시료중량에 따라 1.84~2.32 psig 정도의 내부압력 차가 반복적으로 발생됨을 알 수 있었다. 또한, 돈육의 해동시 내부압력은 해동 개시 후 급격히 상승하여 5분 이내에 최고압력에 도달한 이후에는 서서히 하강하였으며, 해동시에 발생한 내부압력의 값은 동결시의 내부압력 값보다도 대부분 크게 나타났다. 또한, 균온처리한 우육의 동결시 내부압력 값은 약 1~4 psig 수준으로 균온처리하지 않은 우육에 비하여 매우 적게 나타났으며, 동결소요시간도 약 10~20% 정도 짧게 나타났다. 그리고 균온처리 및 다양한 동결방법에 따른 동결식육의 조직과 냉동냉장 중의 품질변화를 비교 검토한 결과, 동결방법에 따른 드립손실율은 우육의 경우 정지공기식으로 처리한 시료는 타 처리구에 비해 계속 높게 나타났으며, 돈육은 우육에 비해 상대적으로 드립손실량이 적게 나타났으나 송풍식으로 처리한 시료에서 저장 40일째, 7.39%로 가장 높게 나타났다. 동결 우육 및 돈육의 pH변화는 뚜렷한 차이를 나타내지 않았으며, VBN 및 TBA값에 있어서는 균온 처리한 시료가 완만 및 급속동결 처리한 타 시료에 비해 저장 200일까지 가장 변화가 없었다. 동결저장온도의 상하변동에 있어서는 온도변동 횟수가 증가할수록 pH 및 수분함량은 뚜렷한 변화가 없었으나 드립손실율, VBN 및 TBA값은 온도 변동횟수가 증가할수록 서서히 증가하는 경향을 보여 주었다.
동결 닭 PGCs의 생식계열 키메라를 이용한 생체에의 복원을 실용화 하기 위해서는, 닭 PGCs의 동결보존기술의 향상에 의해 동결 및 융해 후의 많은 생존세포를 확보 하는 것과, 생식계열 키메라의 제작효율을 높이는 것이 반드시 필요하다. 닭 PGCs는 배양 5.5일령의 닭 원시생식선으로부터 채취하고, ACS 방법에 의해서 순수 닭 PGCs를 분리했다. 닭 PGCs의 동결보존실험결과 다음의 4종류의 동결방법을 각각 비교 검토했다. 1. 플라스틱 스트로에 의한 완만동결법 (SF), 동결보호물질은 2M 에틸렌 글리콜 (EG), 2. 스트로에 의한 급속동결법 (RF), 8M EG + 7% PVP, 3. 동결용 Cryotube에 의한 SF, 2M EG, 4. 튜브에 의한 SF, 10% DMSO. 동결 및 융해 후의 PGCs의 생존율은 각각 76.4%, 70.6%, 80.5%, 78.1%로 관찰되었다.
홍조류 김속 해조 5종(모무늬돌김, 방사무늬김, 참김, 긴잎돌김, 잇바디돌김)의 사상체를 2단계 냉각법으로 액체질소 중에서 동결보존을 시행하였다. 시료를 여러 가지 동해보호제에 현탁시킨 후 프로그램 냉각기로 4시간에 걸쳐 -4$0^{\circ}C$까지 천천히 동결시켰다. 일차 완만동결 종결 후 즉시 동결용 튜브를 액체질소 중에 수용하여 급속동결 시켰다. 해동시에는 4$0^{\circ}C$의 항온수조에서 대부분의 얼음 결정을 급격히 해동시킨 후 냉각수내에서 완전히 해동시켰다. 생존률은 김 속 해조에서는 neutral red로 염색하여 산정하였으며 50% 해수에 10% DMSO와 0.5M sorbitol 혼합액을 동해보호제로 사용하였을 때의 생존율이 54.6~70.9%였다.
동결속도를 달리하여 제조한 2종의 동결건조 분말고추장 재수화 현탁액의 리올리지 특성을 원료고추장을 대조구로 온도 $25{\sim}60^{\circ}C$, 고형물 함량 $47{\sim}56^{\circ}C$, 전단속도 $0.1965{\sim}1.9650\;sec^{-1}$의 범위에서 Brookfield 단 원통 회전점도계로 측정하였다. 급속동결 분말고추장 및 완만동결 분말고추장의 재수화 현탁액과 원료고추장은 모두 항복치를 지닌 의가소성을 나타내고. 전단초기 20분까지 Tiu의 모델에 따라 2차 반응속도식으로 붕괴되는 thixotropic거동을 보여주였으며. 분말고추장 현탁액의 구조붕괴 속도가 원료고추장 보다 빨랐다. 평형구조변수는 전단속도에 크게 영향받지 않았으며 그 값은 세가지 시료 모두 비슷하였다. 급속동결분말고추장 및 완만동결 분말고추장의 재수화 현탁액과 원료고추장의 곁보기점도의 온도 의존성은 Arrhenius식과 일치하였으며. 활성화 에너지의 값은 가각 2.21, 2.18, $2.32\;Kcal/g{\cdot}mole $이었다. 세가지 시료의 점조도지수는 온도의 증가에 따라 감소하었으며, 고형물 함량의 증가에 따라 증가하였으나, 유동거동지수는 온두 및 고형물 함량에 거의 영향을 받지 않았다. 급속동결 분말고추장과 완만동결 분말고추장의 러올로지 성질은 큰 차이가 없었다.
동치미를 동결하면 미생물의 사멸, 및 성장과 효소의 작용이 정지되어 더 이상 발효가 진행되지 않아 산패 및 조직의 연화를 방지할 수 있으므로 동결 저장은 동치미의 효과적인 저장 방법이다. 그러나 일반적인 동결 방법과 해동 방법으로는 동결 및 해동 공정시 품질의 변화가 발생하는 문제점이 있기 때문에 액체질소를 이용한 급속 동결 및 915MHz microwave을 이용한 급속 해동 공정을 실시하였다. 동치미를 제조한 후 발효 적숙기인 pH 3.8에서 동결하였는데 동치미 무와 액을 함께 동결할 경우 동치미 무의 hardness가 크게 감소하기 때문에 무와 액을 각각 분리하여 동결시켰다. 동치미 무의 size는 $2{\times}2{\times}6cm$이 품질의 변화를 최소화할 수 있는 크기이었고, 동치미 액은 $5{\times}5{\times}10cm$로 설정하였다. 동치미 무의 경우 액체질소로 동결하고 915 MHz microwave로 해동하였을 때 조직의 hardness에 기여하는 pectinesterase activity가 가장 높았고, 조직의 연화에 작용하는 polygalacturonase activity가 가장 낮아서 hardness가 가장 좋았으며 색도의 변화도 가장 적었다. 동치미 액의 경우 $-70^{\circ}C$에서 동결하고 915 MHz microwave로 해동하였을 때 pH와 산도의 변화가 적었으며 미생물이 가장 많이 사멸되었다. 따라서 급속 동결 및 급속 해동을 이용한 저장방법은 동치미의 장기 저장 시 효과적인 방법으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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