※ 본 활동은 전라북도 차세대 인재과학 인재 활동의 일원으로 참여한 것입니다. ※이번 포스팅에서 드릴 말씀은 지난 9월 7일~8일 1박 2일간 참여한 국립종자원 국제종자생명교육센터의 ‘제1회 성분분석 활용과정’ 교육입니다.
국제종자생명교육센터 경상북도 김천시 혁신8로 145
제가 분석학 수업을 수강하지 않았기 때문에 이번 교육 프로그램에서 조지방, 조단백 분석법과 그 원리에 대해 배우기 위해 참여하게 되었습니다.
Chapter 1. 조지방분석법 (Soxhlet method)첫째 날 수업은 조지방 분석법에 대해 배웠습니다.포스코리아, 코리아사이언스에서 강사님이 오셔서 강의를 진행해주셨습니다.이 방식은 농식품 분야에서 가장 기본적으로 사용하는 분석법인 ‘Soxhlet method’입니다.식품이나 농산물에 포함된 지방은 에테르, 헥산, 아세톤, 알코올, 클로로포름 등의 유기 용매에 용해됩니다.이 유기용매는 지방 외에도 유리지방산, 레시틴, 콜레스테롤, 왁스색소 등의 지방질 물질도 함께 용출시킵니다.이렇게 유기용매로 얻은 지방은 순수 지방이 아니기 때문에 ‘조지방(Crude Fat)’이라고 합니다.이러한 조지방은 용매추출물(Solvent Extraction)이라고 하며, 이 용매추출물을 산 가수분해(Hydrolysis)하면 총지방(Total fat, 산 가수분해지방)이라고 합니다.Soxhlet 직접 추출만으로는 모든 지방 성분이 추출되지 않기 때문에 Hydrolysis 과정이 추가로 필요합니다.탄수화물, 단백질 등이 지방을 둘러싸는 경우 식물세포, Starch-membrane에 감싸인 경우, 부유성 콜로이드가 지방을 둘러싸는 경우(우유, 치즈, 크림 등) 유제품, 곡류, 빵, 계란류, 생선, 육류, 두부 등의 경우 Hydrolysis 과정을 통해 염산을 이용하여 지질의 공유결합과 이온결합을 끊는 것입니다.Soxhley method는 분말로 만든 시료에 유기 용매인 ether(석유 에테르, 디에틸 에테르 등)를 접촉시켜 여기에 용해되는 물질을 추출한 후 ether를 휘발시켜 시료의 중량 감소 또는 ether 수집 용기의 중량 증가로 지방 함량을 정량합니다.조지방 함량은 아래와 같이 계산합니다.$조지방\%\=\frac{추출\후Receving\Flask\무게\-추출\전Receiving\Flask\무게}{시료무게\left(g\right)}\times \100$조지방%=추출후RecevingFlask무게-추출전ReceivingFlask무게(g)×100조지방 함량은 아래와 같이 계산합니다.$조지방\%\=\frac{추출\후Receving\Flask\무게\-추출\전Receiving\Flask\무게}{시료무게\left(g\right)}\times \100$조지방%=추출후RecevingFlask무게-추출전ReceivingFlask무게(g)×100조지방 분석은 시료 전처리/분쇄→용매추출→결과산출 순으로 이루어집니다.특히 Soxtec 원리와 추출 과정은 가열추출(Boiling) → 내보낸 추출(Rinsing) → 용매회수(Recovery) 순으로 이루어집니다.가열 추출 단계(Boiling Step)에서는 시료를 용매에 담근 상태에서 중탕합니다.용해성 물질의 신속한 추출을 위해 이 단계가 필요합니다.가열 추출 단계(Boiling Step)에서는 시료를 용매에 담근 상태에서 중탕합니다.용해성 물질의 신속한 추출을 위해 이 단계가 필요합니다.냉추출 단계(Rinsing Step)에서는 시료를 끓는 용매에서 들어 올립니다.이때 응축된 용매가 떨어지면서 시료의 용해성 물질을 씻어내게 됩니다.냉추출 단계(Rinsing Step)에서는 시료를 끓는 용매에서 들어 올립니다.이때 응축된 용매가 떨어지면서 시료의 용해성 물질을 씻어내게 됩니다.용매 회수 단계(Solvent Recovery)에서는 응축된 용매가 수집 용기에 모아집니다.용매 회수 단계(Solvent Recovery)에서는 응축된 용매가 수집 용기에 모아집니다.이렇게 조지방을 추출할 때는 시료 전처리를 어떻게 할 것인지, 용매 종류를 어떻게 사용할 것인지, 환류 속도를 어떻게 설정할 것인지에 따라 추출 결과값에 영향을 줍니다.이렇게 조지방을 추출할 때는 시료 전처리를 어떻게 할 것인지, 용매 종류를 어떻게 사용할 것인지, 환류 속도를 어떻게 설정할 것인지에 따라 추출 결과값에 영향을 줍니다.이렇게 조지방을 추출할 때는 시료 전처리를 어떻게 할 것인지, 용매 종류를 어떻게 사용할 것인지, 환류 속도를 어떻게 설정할 것인지에 따라 추출 결과값에 영향을 줍니다.시료 전처리를 할 때 잘게 분쇄할수록 추출률이 높아집니다.또한 분석값을 비교할 때는 같은 용매를 사용해야 합니다.같은 시료라도 용매에 따라 추출률이 달라지기 때문입니다.시료 전처리를 할 때 잘게 분쇄할수록 추출률이 높아집니다.또한 분석값을 비교할 때는 같은 용매를 사용해야 합니다.같은 시료라도 용매에 따라 추출률이 달라지기 때문입니다.이런 과정을 자동으로 다 진행해주는 기구들을 세팅해놓고 맛있는 점심 겸 휴식에 Go~Go~이런 과정을 자동으로 다 진행해주는 기구들을 세팅해놓고 맛있는 점심 겸 휴식에 Go~Go~아래와 같이 각각 가열 추출, 내보낸 추출, 용매 회수를 어느 온도에서, 어느 정도 시간 동안 진행하는지 간편하게 확인할 수 있었습니다.시료 전처리 시 건조과정이 반드시 필요합니다.만약 건조하지 않다면 105℃에서 2시간 동안 건조하는 과정을 거쳐야 합니다.다음은 추출된 조지방의 모습입니다.추출된 조지방을 용기와 함께 데시케이터에 넣어 흡수된 수분, 용기 표면에 묻은 수분 등을 날려버리는 과정을 거칩니다.그리고 각각 용기의 무게를 측정하여 용기 앞뒤 무게 차이를 통해 조지방 함량을 분석합니다.추출된 조지방을 용기와 함께 데시케이터에 넣어 흡수된 수분, 용기 표면에 묻은 수분 등을 날려버리는 과정을 거칩니다.그리고 각각 용기의 무게를 측정하여 용기 앞뒤 무게 차이를 통해 조지방 함량을 분석합니다.조지방 분석 결과 Rep. 샘플설명 W1(샘플중량, g) W2(공비커중량, g) W3(추출중량, g) 추출라벨몰터(%) 1산나1물 1.026044.151044.310015.502(W3-W2)/W1*100(0.904044.476044.615015.38 Calcaultion Extractable malter)조지방 분석 결과 Rep. 샘플설명 W1(샘플중량, g) W2(공비커중량, g) W3(추출중량, g) 추출라벨몰터(%) 1산나1물 1.026044.151044.310015.502(W3-W2)/W1*100(0.904044.476044.615015.38 Calcaultion Extractable malter)조지방 분석 결과 Rep. 샘플설명 W1(샘플중량, g) W2(공비커중량, g) W3(추출중량, g) 추출라벨몰터(%) 1산나1물 1.026044.151044.310015.502(W3-W2)/W1*100(0.904044.476044.615015.38 Calcaultion Extractable malter)조지방 분석 결과 Rep. 샘플설명 W1(샘플중량, g) W2(공비커중량, g) W3(추출중량, g) 추출라벨몰터(%) 1산나1물 1.026044.151044.310015.502(W3-W2)/W1*100(0.904044.476044.615015.38 Calcaultion Extractable malter)Chapter 2. 조단백질분석법 (Kjeldahl method & Dumas method)두 번째 시간에는 조단백질 분석법에 대해서 배웠습니다.식품 중 질소화합물은 단백질과 비단백질 질소(아미노산류, 아미드류, 푸딩 염기류, 크레아틴류 등)로 이루어져 있습니다.이러한 질소화합물에 일정 계수를 곱하여 산출한 단백질을 조단백질(Crude Protein)이라고 합니다.두 번째 시간에는 조단백질 분석법에 대해서 배웠습니다.식품 중 질소화합물은 단백질과 비단백질 질소(아미노산류, 아미드류, 푸딩 염기류, 크레아틴류 등)로 이루어져 있습니다.이러한 질소화합물에 일정 계수를 곱하여 산출한 단백질을 조단백질(Crude Protein)이라고 합니다.순수 단백질이 아닌 조단백질을 산출하고 분석하는 이유는 순단백질 정제에 많은 자원과 기술이 요구되어 비효율적이기 때문이며, 이런 맥락에서 국제적으로 식품을 분석할 때 표준으로 사용하는 것이 조단백질이라고 합니다.조 단백질 분석 법은 여러가지 방법이 개발되어 사용되고 있습니다.우리는 그 중에서도 켈 달(Johan Kojeldahl)분석 방법으로 조 단백질 분석 원리를 배웠습니다.켈 달 분석 법은 총 3단계로 이루어집니다.1. 분해 과정(Digestion Step)Sample+H2SO4→(NH4)2SO4+SO2+CO+H2O2. 증류 과정(Distillation Step)(NH4)2SO4+2NaOH→ 2NH3+Na2SO4+2H2O3. 적정 과정(Titration Step)NH3+H3BO2+H2ONH4BO2+HCl→ NH4BO2최초 분해 과정에서 사용하는 촉매제는 반응 속도를 높이고 K2SO4는 끓는점을 높이는 역할을 합니다.만약 맥주, 우유, 폐수 등 수분 함량이 높은 시료의 경우 분해 온도를 단계적으로 올려야 합니다.(100℃에서 1차 수분 증발, 200℃에서 2차 수분 증발) 증류 과정에서는 NH4+에 DDH2O(70ml), NaOH(40%, 50~60ml), Steam 순으로 넣은 후 3~5min 증류시킵니다.마지막 적정 과정에서는 암모늄 함량을 계산할 수 있도록 농도를 알고 있는 염산과 황산을 사용합니다.초기 포집 액체의 색깔은 짙은 적색(Initial color)입니다.암모니아 포집 때는 녹색(Plus NH3)로 바뀌면서 적정 과정 중에는 투명한 색(Intermediate)을 띠고 마지막 종말 점(Final point)에 이르자 옅은 핑크색에 이릅니다.NH3+H3BO3→ NH4BO2( 강한 알칼리성)+H2ONH4BO2+HCl→ NH4Cl+HBO2마지막으로 단백질 함량을 계산할 때는 다음과 같은 식을 사용합니다. $단백질\left(\%\right)\=\\frac{\left(시료_{ml}-Blank_{ml}\right)\times N\times F\times 14.007\times 100}{시료. 무게_{mg}}$단백질(%)=(시료 ml-Blankml)×N×F× 14.007×100시료 중량 mg시료 ml = 본 시험에 사용된 적정액 ml Blankml = Blank에 사용된 적정액 mlN = 적정액의 노르말 농도(일반적으로 0.1N) F = 질소 단백질 환산 계수(일반적으로 6.25) 14.007 = 질소의 원자량 이때 사용하는 질소-단백질 환산 계수는 단순히 6.25로 정해져 있는 것이 아니라 각 식품의 주요 단백질의 질소 함량에 따라 질소 단백질 환산 계수가 다릅니다.WHO/FAO추천 질소-단백질 환산계수 호밀 5.83 땅콩, 브라질산 호두 5.46 소맥 6.31 코코넛, 밤 5.30 보리, 귀리, 조 5.83 콩 5.71 밀가루 5.70 아몬드 5.18 쌀 5.95 참깨, 홍화씨, 해바라기씨 5.30WHO/FAO추천 질소-단백질 환산계수 호밀 5.83 땅콩, 브라질산 호두 5.46 소맥 6.31 코코넛, 밤 5.30 보리, 귀리, 조 5.83 콩 5.71 밀가루 5.70 아몬드 5.18 쌀 5.95 참깨, 홍화씨, 해바라기씨 5.30WHO/FAO추천 질소-단백질 환산계수 호밀 5.83 땅콩, 브라질산 호두 5.46 소맥 6.31 코코넛, 밤 5.30 보리, 귀리, 조 5.83 콩 5.71 밀가루 5.70 아몬드 5.18 쌀 5.95 참깨, 홍화씨, 해바라기씨 5.30위와 같은 과정을 통해 조단백질을 분석할 수 있는데 분해, 증류, 적정한 과정을 한 번에 처리해주는 실험기구를 통해 실습도 직접 해봤습니다.이번 실습에서는 ‘콩’을 가지고 실습을 진행했습니다.이미 파우더 형태로 가공된 형태로 계량만 하고 기구에 안착시키면 실습은 완료되었습니다.조직 단백질을 분석하는 위 방법은 ‘켈달 분석법(Kjeldahl method)’이라고 하는데, 다른 방법으로 ‘듀머스 분석법(Dumas method)’을 이용한 기구에서 실습을 하였습니다.이 방식의 조단백질 분석법은 총질소 측정법으로 NO3, NH4 등의 질소(질산태, 암모니아태)를 분석할 경우 켈달 방식으로 분석해야 합니다.이 Dumas method는 연소법이라고도 합니다.화공 법(Dumas method)의 원리-순수 산소 환경 상태로 시료를 연소한 뒤 발생하는 연소 가스를 분석하는 방식.-헬륨은 연소 반응기에서 생성된 가스(NOx, CO2, H2O)을 다양한 필터 트랩을 통해서 열 전도 검출기(TCD)에 이송하기 위한 운반 가스(carrier gas)로 사용된다.- 갑작스러운 연소 가스 열 전도율의 변화는 TCD에 의해서 신호 정점으로 등록된다.-TCD신호(면적 또는 상단의 높이)는 연소한 시료의 질소 물량에 해당한다.-신호 피크는 시료의 질소 물량에 해당하는 표준 물질(EDTA)보정 곡선(Calibration curve)로 계산된다.시료+O2→ CO2+H2O+NxYy+기타 산화물 CO2+H2O+NxOy+Cu→ CO2+H2O+N2→ N2연소법(Dumas method) 원리-순수 산소 환경 상태에서 시료를 연소한 후 발생하는 연소가스를 분석하는 방식.-헬륨은 연소 반응기에서 생성된 가스(NOx, CO2, H2O)를 다양한 필터, 트랩을 통해 열전도 검출기(TCD)로 이송하기 위한 운반가스(carrier gas)로 사용된다.- 급격한 연소가스 열전도율 변화는 TCD에 의해 신호 피크로 등록된다.-TCD 신호(면적 또는 상단 높이)는 연소된 시료의 질소량에 해당한다.- 신호 피크는 시료의 질소량에 해당하며 표준물질(EDTA) 보정곡선(Calibration curve)에서 계산된다.시료 + O2 → CO2 + H2O + NxYy + 기타 산화물 CO2 + H2O + NxOy + Cu → CO2 + H2O + N2 → N2연소법(Dumas method) 원리-순수 산소 환경 상태에서 시료를 연소한 후 발생하는 연소가스를 분석하는 방식.-헬륨은 연소 반응기에서 생성된 가스(NOx, CO2, H2O)를 다양한 필터, 트랩을 통해 열전도 검출기(TCD)로 이송하기 위한 운반가스(carrier gas)로 사용된다.- 급격한 연소가스 열전도율 변화는 TCD에 의해 신호 피크로 등록된다.-TCD 신호(면적 또는 상단 높이)는 연소된 시료의 질소량에 해당한다.- 신호 피크는 시료의 질소량에 해당하며 표준물질(EDTA) 보정곡선(Calibration curve)에서 계산된다.시료 + O2 → CO2 + H2O + NxYy + 기타 산화물 CO2 + H2O + NxOy + Cu → CO2 + H2O + N2 → N2켈달법과 듀마스법의 주요 차이점은 다음과 같습니다.켈달법 듀마스법 습식화학분석법 기반 연소방법 기반 약 90분소요약 3~5분소요보다 많은 시료를 사용할 수 있으므로 단백질 농도가 매우 높거나 낮은 복잡한 시료 타입에 적합.일부 시료 타입에서 약간 높은 단백질 수치에 의해 질소 회수율에 약간의 차이가 발생.세계적으로 식품, 농산물, 사료 분야 공식 표준 분석법, 단순 시료 유형의 경우 사용하면 효율적.대부분의 실험실에서는 두 가지 솔루션이 필요합니다.켈달법 듀마스법 습식화학분석법 기반 연소방법 기반 약 90분소요약 3~5분소요보다 많은 시료를 사용할 수 있으므로 단백질 농도가 매우 높거나 낮은 복잡한 시료 타입에 적합.일부 시료 타입에서 약간 높은 단백질 수치에 의해 질소 회수율에 약간의 차이가 발생.세계적으로 식품, 농산물, 사료 분야 공식 표준 분석법, 단순 시료 유형의 경우 사용하면 효율적.대부분의 실험실에서는 두 가지 솔루션이 필요합니다.켈달법 듀마스법 습식화학분석법 기반 연소방법 기반 약 90분소요약 3~5분소요보다 많은 시료를 사용할 수 있으므로 단백질 농도가 매우 높거나 낮은 복잡한 시료 타입에 적합.일부 시료 타입에서 약간 높은 단백질 수치에 의해 질소 회수율에 약간의 차이가 발생.세계적으로 식품, 농산물, 사료 분야 공식 표준 분석법, 단순 시료 유형의 경우 사용하면 효율적.대부분의 실험실에서는 두 가지 솔루션이 필요합니다.맛있는 저녁 식사와 함께 첫날 일정을 마쳤습니다.맛있는 저녁 식사와 함께 첫날 일정을 마쳤습니다.이번 포스팅에서는 ‘성분 분석 활용 과정’ 1일차에 배운 조지방, 조단백질 분석 과정에 대해 포스팅하였습니다.다음 포스팅에서는 이번 포스팅에 이어 2일차 내용을 포스팅하고자 합니다.다른 문의사항 있으시면 언제든 편하게 댓글 남겨주시면 가능한 답변 드리겠습니다.감사합니다, 검은 고양이였습니다.이번 포스팅에서는 ‘성분 분석 활용 과정’ 1일차에 배운 조지방, 조단백질 분석 과정에 대해 포스팅하였습니다.다음 포스팅에서는 이번 포스팅에 이어 2일차 내용을 포스팅하고자 합니다.다른 문의사항 있으시면 언제든 편하게 댓글 남겨주시면 가능한 답변 드리겠습니다.감사합니다, 검은 고양이였습니다.감냥이 이야기를 다른 곳에서도 볼 수 있어요.https://www.instagram.com/gach_47/고훈(@gach_47)•Instagram 사진 및 동영상 팔로워 4,350명, 팔로잉 3,229명, 게시물 239개 – 고훈(@gach_47)님의 인스타그램 사진 및 동영상 보기 www.instagram.com국립종자원 국제종자생명교육센터 공식 홈페이지 접속 https://hrd.seed.go.kr/국제종자생명교육센터 – 국립종자원 국제종자생명교육센터 – 국립종자원 hrd.seed.go.kr국제종자생명교육센터 – 국립종자원 국제종자생명교육센터 – 국립종자원 hrd.seed.go.kr국제종자생명교육센터 – 국립종자원 국제종자생명교육센터 – 국립종자원 hrd.seed.go.kr