단감의 호흡에 미치는 산소, 이산화탄소 가스조성과 저장온도의 영향을 조사하기 위하여 비경쟁억제 효소반응속도식$(R=V_m[O_2]/(K_m+(1+[CO_2]/K_i)[O_2]))$과, Arrhenius 식(R=A exp(-E/$(R^*T)$)을 각각 모델로 하였다. 호흡 data는 0, 5, $20^{\circ}C$에서 폐쇄계방법으로 수집하였다. 0, $5^{\circ}C$에서 $K_m$은 0.1%이하, $K_i$는 100%이상이었고, $20^{\circ}C$에서 산소소비와 이산화탄소 발생의 $K_m$은 각각 10.72%와 3.25%로 크게 증가하였고, $K_i$는 각각 59.6%와 44.6%로 크게 감소하였다. 활성화에너지는 산소농도가 낮아지고 이산화탄소 농도가 높아질수록 감소하였고, 산소소비의 활성화에너지가 이산화탄소 발생의 활성화에너지보다 낮았다. 이는 이산화탄소 발생 호흡량이 산소소비 호흡량에 비해 온도의 영향을 많이 받고, 산소감소와 이산화탄소 증가에 따른 호흡량 감소 효과는 저온에 비해 고온에서 커지는 경향이었다. 이는 산소소비와 이산화탄소 발생의 $K_m$과 $K_i$값 비교에 의한 예측과 일치하는 결과이다. 이상의 간을 근거로 하여 각 온도별 MA포장 내 공기조성 변화의 예측하였고, 또한 실제 실험으로 조사된 값은 일치하였다. 따라서 단감의 최적 MA 포장조건설정에 있어서 효소반응속도론에 근거한 호흡모델이 타당한 것으로 판단되었다.
‘부유’단감은 국내에서는 일반화되어 있는 PE필름 밀봉 저장방식으로 과실의 호흡에 의해 산소농도의 감소와 이산화탄소의 증가로 호흡이 억제되고 이에 따라 노화가 지연됨으로 과실의 저장수명을 증가시키는 방식이며, 최적저장온도는 -0.5~$0^{\circ}C$라고 보고되고 있다. 이에 본 실험에서는 상온유통을 고려하여 2$0^{\circ}C$에서 0.03mm, 0.05mm LDPE필름으로 포장한 경우와 무포장한 경우를 비교하여, 중량, 수소이온농도, 가용성고형분, 경도를 측정하고 이를 외관품질검사 결과와 종합적으로 검토하였으며, 또한 환경기체조성의 범위를 설정하기 위하여 산소농도(1~5%), 이산화탄소농도(5~15%)를 독립변수로 중심합성계획법(central composite design)에 의해 3단계로 부호화하였고 산소소비농도, 이산화탄소 발생속도, pH 당도, 경도를 종속(반응)변수로 결과를 이용하여 독립변수와 종속변수간의 함수관계를 규명하며, 독립변수들의 값의 변화에 따라서 반응량(종속변수)이 어떻게 달라지는 가를 예측하며, 독립변수가 종속변수인 반응량을 최적화(Optimize) 하는가와 어떤 실험계획법을 쓰면 가장 좋은 정도를 얻을 수 있는지를 규명하고자 한다.
본 연구는 국내산 만생종 자두 품종인 '추희'의 저장성을 향상시키고 저온장해 현상을 감소시키고자 자체 개발된 이동식 CA 장치를 이용하여 최적의 산소 및 이산화탄소 조성을 구명하고자 수행되었다. 상업적 수확시기에 일괄 수확된 자두를 $1^{\circ}C$에서 3% 산소 + 1, 3, 5, 7% 이산화탄소 농도로 조성된 CA chamber에 각각 저장하면서 저장기간별 품질변화, 호흡 및 에틸렌 발생, 저온장해와 부패율 발생을 조사하였다. CA 저장은 일반 저온 저장구에 비해 과실의 호흡량과 에틸렌 발생량은 감소시켜 과실의 품질저하 속도를 늦추었으며 관능평가 결과도 좋게 나타났다. 특히 저온장해 발생률은 CA 처리구에서 일반 저온 저장구에 비해 낮게 나타났다. 하지만 7% 이상의 이산화탄소 농도는 오히려 자두 '추희'의 저온장해 및 부패율을 높이는 결과를 초래하였다. CA 조성 중 3% 산소 + 5% 이산화탄소 조건이 과피 색도와 경도를 유지하고 과육 스폰지화와 내부갈변 등 저온장해 발생을 지연시키는 데 가장 효과적이었다. 본 연구결과 자두 '추희'의 최적 CA 조건은 3% 산소 + 5% 이산화탄소로 $1^{\circ}C$에서 약 50-60일 동안 저장이 가능하였다.
유정란의 부화과정 동안 소모되는 산소와 배출되는 이산화탄소의 양을 기체질량분석기를 사용하여 측정하였다. 20 일에 걸친 유정란과 무정란의 인공부화 과정 동안 기체 시료를 채취하기 위해 밀폐된 구조의 시료 챔버를 제작하였다. 2~4 일 간격으로 시료 챔버 안에 유정란을 1 시간 동안 방치한 후, 실린지를 이용해 밀폐된 시료 챔버로부터 2 mL의 기체 시료를 채취한 후 기체질량분석기를 사용하여 분석하였다. 인공부화를 시작한 후 약 10 일 후부터 닭 배아의 산소 소모량과 이산화탄소 배출량이 급격히 증가하였다. 20 일 후에는 시간당 23 mL의 산소를 소모하고 16 mL의 이산화탄소를 배출하였다. 전체 부화 기간 동안 산소의 농도는 4.3 mol% 감소하였고 이산화탄소의 농도는 3.1 mole% 증가하여 소모된 산소의 몰수와 배출된 이산화탄소의 몰수가 같지 않았다. 한편, 동일한 기간 동안 질소의 농도는 약 1.3 mol% 증가하였으며 그 증가된 농도는 소모된 산소와 배출된 이산화탄소의 농도변화량의 차이와 비슷한 값을 보였다. 따라서 질소의 몰분율 증가는 소모된 산소와 배출된 이산화탄소 간의 몰분율 차이에 의한 것임을 알 수 있었다. 본 연구에서는 기체의 조성 변화량을 정확히 측정하여 유정란의 부화과정 중 호흡현상을 설명할 수 있었다.
복숭아는 다른 과일에 비해 조직이 연약하고 저장성이 매우 낮은 여름철 과일이므로 선별, 포장 및 유통과정에 세심한 주의가 필요하다. 따라서 출하.유통시 선도를 유지시켜 유통기한을 연장시킨다면 경제적 효과가 클 것이다. 국내에서 일반화되어 있는 PE필름 밀봉 저장방식은 과실의 호흡에 의해 산소농도의 감소와 이산화탄소의 증가로 호흡이 억제되고, 이에 따라 노화가 지연됨으로 과실의 저장수명을 증가시키는 방식이며, PE필름내 기체조성에 영향을 미치는 요소는 필름의 두께와 저장온도이고 저장온도가 필름의 두께, 즉 MA효과보다 과실연화에 더 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 이는 필름의 두께가 얇을수록 봉지 내 산소농도가 높아져 호흡대사를 촉진하기 때문인 것으로 이해된다. 과육의 연화가 시작되면서 이취를 유발하는 아세트알데히드와 에탄올의 축적이 증가한다고 보고되고 있고 이는 저장고 내 고농도의 이산화탄소 처리 시에 나타난다. 따라서 본 실험에서는 상온 2$0^{\circ}C$에서 복숭아를 0.05mm LDPE필름으로 포장하여 경도, 당도, pH를 측정하였으며 $O_2$(1, 3, 5%), $CO_2$(5, 10, 15%)를 9구분으로 환경기체를 조성하고 중심합성계획법에 의해 반응 표면분석(RSM)을 하였고 갈변도검사 결과와 함께 종합적으로 복숭아저장에 필요한 최적조건을 규명하고자 하였다.
풋고추를 수확한 다음 신선도를 유지할 수 있도록 하기 위하여 산소와 이산화탄소의 투과도가 서로 다른 LDPE, SM250, CPP 및 MPD의 4가지 포장재를 사용하여 풋고추를 포장한 다음 1$0^{\circ}C$에서 저장하면서 품질특성을 측정하였다. LDPE로 포장한 시험구는 일반적으로 고추의 저장에 적합하다고 알려진 산소 농도 3-5%, 이산화탄소 농도 5% 이하의 공기 조성을 유지하였으며, 무게, ascorbic acid 함량 및 총균수에 있어서도 다른 포장재료에 비하여 우수한 특성을 나타내어 풋고추의 신선도를 유지하는 데에 적합한 플라스틱 포장재로 생각되었다.
생버섯의 환경기체조절저장을 위한 적정 기체조성을 예측하기 위하여 팽이버섯과 느타리 버섯을 대상으로 호흡특성치를 측정 및 모델링한 결과 두 버섯의 호흡속도는 환경기체조성에 영향을 받는 것으로 나타났다. 버섯의 산소소비속도와 이산화탄소발생속도를 반응표면분석한 결과 느타리버섯의 이산화탄소발생속도를 제외하고는 $R^2$=0.9이상의 높은 상관관계를 나타내었다. 반응표면 분석결과를 이용하여 두 버섯의 적정 기체조성은 팽이버섯의 경우 1~2.5% $O_2$와 10.5-11.5% $CO_2$, 느타리 버섯의 경우에는 2.5~4.5% $O_2$와 11.5~13%$CO_2$가 적정 기체조성 것으로 예측되었으며 일반적인 생버섯의 저장기체조건에 포함되는 농도였다. 따라서 예측된 조건에서 생버섯의 환경기체조절 저장이 가능 할 것으로 판단되었다.
고상반응법을 이용하여 $SrCo_{0.8}Fe_{0.1}Nb_{0.1}O_{3-{\delta}}$ 조성의 산화물을 합성하였으며, 합성된 분말은 압축 성형 후 $1250^{\circ}C$에서 소결하여 치밀한 세라믹 분리막을 제조하였다. XRD 분석을 통해 단일상의 페롭스카이트 구조를 확인하였다. 산소 분압이 0.21 atm, 측정 온도가 $800{\sim}950^{\circ}C$인 조건하에서 산소투과를 분석한 결과 온도가 증가할수록 산소투과량은 증가하였고, $950^{\circ}C$에서 $1.839mL/min{\cdot}cm^2$로 최대값을 나타내었다. 니오븀(Nb)을 포함한 세라믹 분리막의 상안정성 및 이산화탄소 내성을 확인하기 위하여 $900^{\circ}C$에서 이산화탄소가 500 ppm이 포함된 혼합공기를 이용하여 장기투과 실험을 수행하였다. 이산화탄소에 노출된 $SrCo_{0.8}Fe_{0.1}Nb_{0.1}O_{3-{\delta}}$의 상안정성은 XRD와 TG로 분석하였다. 분석 결과, 이산화탄소에 노출된 $SrCo_{0.8}Fe_{0.1}Nb_{0.1}O_{3-{\delta}}$ 조성의 경우 약 8%의 $SrCO_3$가 생성되었으나, 이 수준의 $SrCO_3$ 생성량은 분리막의 산소투과도에 큰 영향을 주지 않는 것을 확인하였다.
신선농산물의 호흡에 영향을 미치는 인자를 들면 품목의 종류, 품종, 숙도, 저장온도, 산소농도, 이산화탄소 농도 등이다. 산소농도와 이산화탄소농도는 신선 농산물의 호흡속도에 영향을 주는 외적인 요인으로 분류되며 이들 인자들은 제어하기가 용이하며 모델링을 통하여 함수관계를 도출할 수도 있다. 따라서 환경기체조성을 변화시킨 상태에서 측정된 신선농산물의 호흡속도자료는 포장 및 저장을 위한 중요한 물성특성치로 이용된다. (중략)
Bioreactor을 좀더 효율적으로 운전하기 위하여 여러 가지 gas 성분의 조성을 on-line으로 자동제어 및 분석할 수 있는 시스템을 연구하였으며, 이 시스템을 이용하여 각 gas 성분이 식물세포에 미치는 영향을 여러 관점에서 비교 ${\cdot}$ 분석하였다. 실험결과, 산소는 exponential phase을 증가시켰으며, 이산화탄소와 ethylene은 lag phase을 줄여주는 결과를 보였다. 이산화탄소는 2차대사물질인 aloin의 생산량을 증대시켰으며, 다당의 경우를 보면 현저한 생산량의 차이(약 1.8배)를 나타내었다. Ethylene을 주입한 샘플에서는 glucose 소비속도가 매우 빨랐으며, aloin의 생산량을 높여주는 결과를 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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