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Synthesis of Fully Dehydrated Partially Cs+-exchanged Zeolite Y (FAU, Si/Al = 1.56), |Cs45Na30|[Si117Al75O384]-FAU and Its Single-crystal Structure

  • Seo, Sung-Man;Kim, Ghyung-Hwa;Lee, Seok-Hee;Bae, Jun-Seok;Lim, Woo-Taik
    • Bulletin of the Korean Chemical Society
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    • 제30권6호
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    • pp.1285-1292
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    • 2009
  • Large single crystals of zeolite, |$Na_{75}$|[$Si_{117}Al_{75}O_{384}$]-FAU (Na-Y, Si/Al = 1.56), were synthesized from gels with composition of 3.58Si$O_2$ : 2.08NaAl$O_2$ : 7.59NaOH : 455$H_2$O : 5.06TEA : 2.23TCl. One of these, a colorless single-crystal was ion exchanged by allowing aqueous 0.02 M CsOH to flow past the crystal at 293 K for 3 days, followed by dehydration at 673 K and 1 ${\times}\;10^{-6}$ Torr for 2 days. The crystal structure of fully dehydrated partially $Cs^+$-exchanged zeolite Y, |$Cs_{45}Na_{30}$|[$Si_{117}Al_{75}O_{384}$]-FAU per unit cell (a = 24.9080(10) $\AA$) was determined by single-crystal X-ray diffraction technique in the cubic space group Fd $\overline{3}$ m at 294(1) K. The structure was refined using all intensities to the final error indices (using only the 877 reflections with $F_o\;>\;4{\sigma}(F_o))\;R_1$ = 0.0966 (Based on F) and $R_2\;=\;0.2641\;(Based\;on\;F^2$). About forty-five $Cs^+$ ions per unit cell are found at six different crystallographic sites. The 2 $Cs^+$ ions occupied at site I, at the centers of double 6-ring (D6Rs, Cs-O = 2.774(10) $\AA$ and O-Cs-O = 88.9(3) and 91.1(3)$^o$). Two $Cs^+$ ions are found at site I’ in the sodalite cavity; the $Cs^+$ ions were recessed 2.05 $\AA$ into the sodalite cavity from their 3-oxygen plane (Cs-O = 3.05(3) $\AA$ and O-Cs-O = 77.4(13)$^o$). Site-II’ positions (opposite single 6-rings in the sodalite cage) are occupied by 7 $Cs^+$ ions, each of which extends 2.04 $\AA$ into the sodalite cage from its 3-oxygen plane (Cs-O = 3.067(11) $\AA$ and O-Cs-O = 80.1(3)$^o$). The 26 $Cs^+$ ions are nearly three-quarters filled at site II in the supercage, being recessed 2.34 $\AA$ into the supercage (Cs-O = 3.273(8) $\AA$ and O-Cs-O = 74.3(3)$^o$). The 4 $Cs^+$ ions are found at site III deep in the supercage (Cs-O = 3.321(19) and 3.08(3) $\AA$), and 4 $Cs^+$ ions at another site III’ (Cs-O = 2.87(4) and 3.38(4) $\AA$). About 30 $Na^+$ ions per unit cell are found at one crystallographic site; The $Na^+$ ions are located at site I’ in the sodalite cavity opposite double 6-rings (Na-O = 2.578(11) $\AA$ and O-Na-O = 97.8(4)$^o$).

분무건조공정을 이용한 파인애플 착즙액 미세캡슐 분말의 물리화학적 특성 및 protease 활성 (Physicochemical properties and protease activities of microencapsulated pineapple juice powders by spray drying process)

  • 박혜미;채호용;홍주헌
    • 한국식품저장유통학회지
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    • 제22권1호
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    • pp.84-90
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    • 2015
  • 본 연구에서는 protease를 함유하고 있는 파인애플의 산업적 이용 증대 및 기능성식품 소재 개발을 목적으로 분무건조공정을 이용하여 파인애플 착즙액을 미세캡슐화 하였으며 미세캡슐 분말의 물리화학적 특성 및 protease 활성을 조사하였다. 파인애플 착즙액의 pH, 당도 및 protease 활성은 각각 pH 5.43, 12.80 및 4.82 unit/mL이었다. Protease 활성에 대한 최적 pH 및 온도는 각각 pH 7.0 및 $50^{\circ}C$에서 가장 높게 분석되었다. 파인애플 착즙액의 미세캡슐분말 제조는 말토덱스트린 및 알긴산을 피복물질로 사용하여 분무건조하였으며, 수분함량은 3.02~3.75%였다. 색도는 분무건조 미세캡슐 분말이 동결건조 분말에 비하여 L값 및 a값은 낮고 b값은 높은 경향을 나타내었는데 특히 말토덱스트린에 알긴산 3% 첨가시 선명한 노란색을 보여주었다. 입자크기는 동결건조 분말($501.57{\mu}m$)에 비하여 분무건조 미세캡슐 분말이 $42.58{\sim}53.32{\mu}m$로 유의적으로 작고 균일한 크기였으며, 입자모양은 전반적으로 구형의 형태를 보여주어 분말 흐름성이 양호할 것으로 판단되었다. 수분흡수지수는 말토덱스트린에 알긴산을 3% 첨가한 분무건조 미세캡슐 분말에서 0.41로 가장 낮은 지수를 나타내었으며 수분용해지수는 분무건조 미세캡슐 분말에서 98.22~99.76%로 나타나 동결건조 분말보다 우수하였다. 미세캡슐 분말의 protease 활성은 동결건조 분말(1,297.47 unit/g)이 분무건조 미세캡슐 분말(633.51~692.08 unit/g)보다 유의적으로 높은 활성을 나타내었으나, in vitro 인체 내 소화모델에 대한 protease 활성의 안정성은 분무건조 미세캡슐 분말에서만 g당 23.70~100.83 unit의 효소 활성이 나타나 위액과 장액의 pH 환경에서 안정성을 나타내는 것으로 확인되었다. 따라서 피복물질로 말토덱스트린 및 알긴산을 첨가하여 분무건조시 식품산업 활용 측면에서 가공적성이 향상된 미세캡슐 분말의 제조가 가능하고in vitro 인체 내 소화모델에 대한 protease 활성의 안정성이 우수하여 기능성 식품 소재 개발에 있어 산업적으로 적용 가능할 것으로 사료된다.

부분적으로 스트론튬이온으로 교환되고 탈수된, 제올라이트 X의 결정구조 (Crystal Structures of Dehydrated Partially $Sr^{2+}$-Exchanged Zeolite X, $Sr_{31}K_{30}Si_{100}A1_{92}O_{384}\;and\;Sr_{8.5}TI_{75}Si_{100}AI_{92}O_{384}$)

  • 김미정;김양;칼세프
    • 한국결정학회지
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    • 제8권1호
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    • pp.6-14
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    • 1997
  • 제올라이트 X에 $Sr^{2+}$$K^+$ 이온이 교환된 $Sr_{31}K_{30}-X$$Sr^{2+}$$Tl^+$ 이온이 교환된 $Sr_{8.5}Tl_{75}$의 결정구조를 공간군 Fd3로 $21(1)^{\circ}C$에서 단결정 X선 결정학적 방법으로 해석하였다. 각각의 결정은 $Sr(ClO_4)_2$와 (K 혹은 Tl)$NO_3$의 몰 비가 1 : 5인 용액을 사용해서 흐름 법으로 5일 동안 이온 교환시키고 $360^{\circ}C$에서 진공탈수 시켜 두 결정을 얻었다. 이들 결정은 회절강도가 $I>2{\sigma}(I)$인 293개와 351개의 회절반사를 사용하여 최종오차인자가 $R_1=0.072,\;R_w=0.057$$R_l= 0.058,\;R_w=0.044$까지 각각 정밀화하였다. $Sr_{31}K_{30}-X$결정에서 $Sr^{2+}$ 이온과 $K^+$ 이온은 모두 다섯 개의 서로 다른 결정학적 자리에 존재하였다. 단위세포당 16개의 $Sr^{2+}$ 이온은 결정학적 자리 I인 D6R의 중심에 각각 위치하고 D6R 모두를 채우고 있다. 나머지 15개의 $Sr^{2+}$ 이온과 17개의 $K^+$ 이온은 큰 동공 속에 있는 결정학적 자리II에 위치하고 세 개의 산소이온이 이루는 평면에서 각각 $0.45{\AA},\;1.06{\AA}$ 큰 동공속으로 이동하여 위치하고 골조산소와 결합거리는 각각 $2.45(1){\AA},\;2.64(1){\AA}$이다. 13개의 $K^+$ 이온은 두 개의 다른 결정학적자리 III'에 위치하며 인접한 산소와의 결합거리는 각각 $2.88(7){\AA}$$3.11(10){\AA}$이다. $Sr_{8.5}Tl_{75}-X$에서는 $Sr^{2+}$이온과 $Tl^+$ 이온이 역시 다섯 개의 서로 다른 결정학적 자리에 위치한다. 약 8.5개의 $Sr^{2+}$ 이온은 결정학적 자리 I에 있으며, 15개의 $Tl^+$ 이온은 D6R의 3회 전축상의 소다라이트내에 있는 결정학적 자리 I'에 있다. 이 $Tl^+$ 이온은 골조산소와의 결합거리가 $2.70(2){\AA}$이며 세 개의 산소가 이루는 평면에서 $1.68{\AA}$ 소다라이트내로 이동하여 위치한다. 32개의 $Tl^{+}$ 이온은 결정학적 자리 II에 존재하고 있으며 산소와의 결합거리를 $2.70(1){\AA}$을 유지하면서 큰 동공속으로 $1.48{\AA}$ 이동하여 위치한다. 약 18개의 $Tl^+$ 이온은 결정학적 자리III에, 또 다른 10개의 $Tl^+$ 이온은 결정학적 자리III'에 존재하고 골조 산소와 각각 $2.86(2){\AA},\;2.96(4){\AA}$의 결합거리를 이룬다.

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SD랫드에서 식용색소 적색2호의 4주간 경구투여에 따른 반복독성시험에 관한 연구 (Studies on the Repeated Toxicity Test of Food Red No.2 for 4 Weeks Oral Administration in SD Rat)

  • 유진곤;정지윤
    • 한국식품위생안전성학회지
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    • 제27권1호
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    • pp.42-49
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    • 2012
  • 우리나라에서 식품위생법이 처음 공표된 1962년에는 허용된 식용색소가 19종이었으나 독성 또는 안전성의 이유로 약 40년이 경과된 현재에는 9종이 허용 되고 있다. 또한 각국의 합성 착색료의 관리실태를 알아보면 미국은 착색료를 CFR (code of federal regulation)에서 별도 관리하고 있고, 유럽연합은 지침(european parliament and council directive 94/36/EC)으로 관리하고 있으며, 각 지침에는 사용가능한 첨가물의 목록과 번호 및 사용기준 등이 목록화되어 있다. 일본은 착색료로 사용을 허용하고 있는 품목의 경우 후생성 고시를 통해 관리하고 있다. 우리나라는 별도로 식품 첨가물 공전(2007)에서 9종의 산성 수용성이고 유기용매에는 거의 녹지 않는 타르색소 (녹색 제3호, 청색 제1호, 청색 제2호, 적색 제2호, 적색 제3호, 적색 제40호, 적색 제 102호, 황색 제4호 황색 제5호) 및 물에 잘 녹지 않도록 만든 알루미늄 레이크 (적색 제3호, 적색 제102호 제외) 7 종의 사용을 허용하고 있다. 현재 논란이 되고 있는 식용 타르색소의 동물실험에서 발암성이 발견된 이유로 미국 및 여러 국가들에서 사용이 금지된 식용색소 적색 제3호, 적색 제40호, 황색 제4호 및 청색 제1호가 있다. 뿐만 아니라 타르색소에 노출에 의해 황색 4호 +청색1호의 병용 조합 경우 해마 신경세포의 흥분 독성에 대한 감수성에 영향을 준다는 보고가 있다. 국내외에서 금지하는 타르색소와 그 이유는 적색1호는 간 장애, 간 종양 적색4호는 부신 위축, 방광염 적색5호는 간, 비장 장애 등색1호는 신장의 출혈, 비장 비대 등색2호는 간장, 심장 장애 황색2호는 빈혈, 복수증, 간장장애, 발암성 녹색1호는 장기간 섭취시 만성 독성유발 녹색2호는 종양 유발 자색1호는 종양유발 황색1호는 장관 궤양 신장 장애를 일으키는 이유로 금지하고 있다. 1950년 미국에서 발생한 인공색소 오렌지1호(FD&C orange NO.1)의 과용에 의한 어린이 집단 중독 사건을 계기로 타르색소의 독성에 대한 재 검토가 시작되어 우리나라를 비롯한 여러 나라에서 계속적으로 연구되고 있다. 그 결과 식용색소 적색2호는 1976년 미국에서 발암성이 있다는 이유로 식품에의 사용이 금지되었고 적색3호의 경우도 미국식품의약품안전청(FDA)에서 발암성 판정을 받은 바 있으며 FAO/WHO에서 권장하는 일일허용섭취량도 각 색소마다 차이가 있다. 우리나라에서의 식용색소 적색2호의 일일허용섭취량은 0~0.5 mg/kg/day로 적용하며 미국에서 사용 금지된 적색2호는 우리나라의 경우 어린이들이 좋아하는 식품 등에 빈번하게 사용되고 있음은 물론 타르색소를 다량 첨가하고도 명칭과 용도를 제대로 표시하지 않은 제품이 많아 소비자에게 식품 선택 시 정확한 정보를 제공하지 못하고 있었다. 따라서 어린이 선호 식품뿐만 아니라 항상 섭취하는 식품은 타르색소의 안전성을 파악하고 사용색소와 더불어 사용량을 규제하는 것이 바람직하며 홍보, 교육, 감시, 표시기준 관리 등으로 다각적인 관리가 이루어져야 할 것으로 사료 된다. 천연색소는 양도 적고 가격도 비싼데 비해 석유의 타르에서 합성된 타르색소는 안전성도 높다고 알려졌고, 가격이 저렴하기 때문에 구매 효과나 섭취의욕을 높이기 위해 타르색소가 사용된다. 식용색소 적색2호는 식품의 색상을 아름답게하여 제품의 가치를 높이기 위한 수단으로 가공 단계에서 다양하게 사용되고 있다. 따라서 식품 중에 첨가된 식용색소 적색2호에 대한 정확한 안전성과 독성을 알아보기 위하여 이 실험을 연구하게 되었으며 이에 본 연구에서는 시중에서 유통되는 사탕, 청량음료, 빙과, 껌 등에 주로 첨가된 식용 색소 적색2호를 SD 랫드를 이용해서 식용색소 적색2호를 지속적으로 다량 섭취하였을 때 SD 랫드에 미치는 영향을 연구함으로써 우리 몸에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 가공식품을 많이 먹는 우리 어린이와 비슷한 4 주령의 랫드를 임상 적용 용량의 최대 67배를 4주간 꾸준히 경구 투여 하였다. 그 결과 4주간 대조군과 시험군 간의 체중차이는 나타나지 않았으며, 사료섭취량도 별다른 점이 없었다. 투여 후 1일부터 변 증상이 관찰되었는데 이는 시험물질의 영향으로 점액성이 있는 적색변을 배설 하였으며 물이나 뇨가 묻게 되면 적색변과 반응하여 색이 변하게 되는 것을 알 수 있었다. 뇨검사 결과는 별다른 이상소견이 발견되지 않았으며 뇨에서는 시험물질이 흡수, 배설되지 않는다는 것을 알 수 있었다. 혈액학적 검사에서도 별다른 소견이 나타나지 않았으며 혈액생화학적 검사에서는 간 수치를 나타내는 ALT가 22.0 U/L, 21.3 U/L, 18.9 U/L, 17.6 U/L으로 대조군에서 저용량군, 중간용량군, 고용량군으로 갈수록 수치가 낮아지는 것을 알 수 있었으며 AST도 167.9 U/L, 141.4 U/L, 106.9 U/L, 90.4 U/L으로 대조군에서 저용량군, 중간용량군, 고용량군으로 갈수록 수치가 낮아지는 것을 볼 수 있었다. ALP도 383.6 U/L, 374.7 U/L, 350.9 U/L, 348.2 U/L으로 대조군에서 저용량군, 중간용량군, 고용량군으로 갈수록 수치가 낮아지는 것을 볼 수 있었다. 이 결과로 미루어 볼 때 4주간 반복투여를 통해서는 육안적으로나 수치상으로 별다른 소견이 나타나지 않았지만 아직 면역력이 약한 우리 어린이들이 주로 생활하는 학교나 학원주변에서 무분별하게 판매되고 있는 껌, 빙과류, 청량음료, 캔디류, 초콜릿류 등의 기호식품들을 다량 오래 섭취하게 된다면 큰 문제를 일으킬 수도 있을 것으로 사료되며 성인들도 장기간 다량 복용 시에는 식용색소 적색2호가 간에 손상을 입힐 것으로 사료된다. 장기 중량 및 병리 검사를 통해서는 4주간 사육된 랫드를 해부하여 얻은 각각의 장기 무게를 측정하고 육안적 검사와 병리검사를 실시한 결과 먼저 육안적으로 위와 장에서 시험물질로 인해 내부가 착색이 된 것을 알 수 있었다. 하지만 각각의 장기 중량을 측정한 결과도 대조군과 시험군간의 무게 차이는 별다른 차이를 발견하지 못하였다. 모든 결과를 종합해 볼 때 4주간 임상 적용 용량의 67배를 투여한 결과는 별다른 이상을 발견하지 못하였고 ALT, AST 수치가 점점 낮아지는 이러한 변화는 독성학적으로 의미 있다고 판단하기는 어렵다. 그러나 이러한 일부 변화에 대한 정확한 독성 규명과 식용색소 적색 2호의 안전성에 대한 확립을 위하여 향후 보완적인 장기독성 실험이나 발암성 시험이 진행되어야 할 것이며 정부 차원에서는 기호식품에 잠재적 독성을 가지고 있는 타르색소를 무분별하게 사용하는 기업에 대해 강력한 단속 및 규제를 해야 할 것이다. 기업들도 이러한 타르색소 대신 천연색소를 쓰도록 노력해야 할 것이며 또한 식품색소는 한 가지 타르색소의 사용보다는 한 가지 이상의 색소가 복합적으로 사용되고 있으므로, 현재 우리나라의 타르색소 기준을 개선하여 최대 사용 허용량에 대한 기준을 설정하는 것이 보다 적합한 것으로 판단되어진다.