녹말은 그들이 가지고 있는 여러가지 단점들 때문에 식품산업에서 그 사용이 매우 제한적인데, 그것을 극복하기 위해 녹말을 변성 시키는 다양한 방법들이 연구되고 있다. 하지만 가장 일반적으로 사용되었던 화학적 변성 녹말은 최근 소비자들의 친환경적인 제품에 대한 선호도와 건강에 대한 관심이 높아지면서 지양되는 추세이다. 그래서 식품 회사들은 물리적 변성 녹말과 같은 Clean starch를 추구하고 있다. 팽윤, 동결, 건조는 일반적으로 식품 가공에 사용되는 처리 과정인데, 그들은 녹말의 물리화학적 특성을 변화시킬 수 있고, 결과적으로 물리적 변성 녹말을 만들 수 있을 것으로 기대된다. 그래서 본 연구의 목적은 팽윤, 동결, 건조 과정을 거쳐 물리적 변성 녹말을 제조하고 그들의 물리화학적 특성을 조사하는데 있다. 옥수수 녹말을 두 온도(30℃, 60℃)에서 팽윤 시킨 후, 두가지 동결 속도(급속 동결과 완만 동결)로 처리하였다. 위와 같은 방법으로 팽윤 정도와 동결 속도를 다르게 처리한 후, 열풍건조, 동결건조, 분무건조 세가지 방법을 통해 건조하여 물리화학적 특성들을 분석하였다. 광학·편광 현미경을 통해 형태학적 특성을 조사하였고, 시차주사열량법(DSC)과 신속점도측정기(RVA)를 이용해 열적 특성과 페이스팅 점도특성을 각각 조사하였다. 팽윤 직후 현미경 사진에서는 60℃ 팽윤처리구가 물을 흡수하며 팽창되어서 유의적으로 과립 크기가 커졌음을 확인하였지만, 모든 처리가 끝난 후 현미경 사진에서는 모든 처리구들에서 유의적인 차이를 보이지 않았다. 이는 동결·건조 되면서 물이 빠져나가 다시 녹말 과립이 수축되어 다시 원래의 크기로 돌아간 것으로 생각된다. 하지만 DSC 결과에서 팽윤·동결처리를 하였을 시 대조구보다 호화개시온도(To), 최대호화온도(Tp)가 낮아졌으며, 30도 팽윤처리구와 완만동결처리구에서 특히 유의적인 차이를 보였다. RVA 결과에서 최대 점도와 breakdown이 대조구보다 유의적으로 변하였으며, 특히 급속동결처리구와 30도 팽윤처리구에서 유의적인 변화를 보였다. 열풍건조와 분무건조는 대조구에 비해 큰 변화를 가져오지 못하였으며, 동결건조는 DSC나 RVA결과에서 큰 변화를 가져왔다. 그러므로 팽윤, 동결, 건조는 녹말의 물리화학적 특성을 변화 시킬 수 있고, 녹말의 변성 방법으로서의 이용가능성을 제시하였다.

전분입자의 수산기와 음이온성 올리고당의 카르복실기 사이의 에스테르(ester) 결합의 형성에 대한 반응촉매로서 마이크로웨이브 방전 저온플라즈마(microwave-discharged cold plasma, MWCP)의 가능성이 최근 보고되었다. 본 연구는 MWCP 처리에 의한 옥수수전분 입자들의 수산기와 음이온성 올릭고머의 카르복시기의 에스테르 유도체들 형성에 대한 MWCP의 친환경 반응촉매로서의 활용가능성을 조사하기 위해 옥수수전분과 음이온성 올리고머를 혼합하여 MWCP를 처리하고 이들의 용해도, 팽윤력 및 호화특성을 조사하였다. 옥수수전분은 pH 5.5으로 조정된 음이온성 검(λ-carrageenan, LC; Low-methoxy Pectin, LP; Sodium Alginate, SA; 효소 처리를 한 pectin, ELP) 가수분해물(단량체, 이량체 및 올리고머 혼합물)을 혼합하여 상온 (무처리) 및 80°C (선호화)에서 30분간 교반한 후 수분함량이 10% 이하가 될 때까지 50°C에서 건조하여 전분-음이온성 반응혼합물을 제조하였다. 제조된 반응혼합물들은 900 W 전력으로 마이크로웨이브를 발진시켜 N2 환경에서 형성된 MWCP 하에서 20분 동안 처리하였다. 처리된 반응혼합물은 용해도(총당 및 전분), 팽윤력, 호화특성을 분석하였다. 총당-용해도는 전분-음이온성 반응혼합물들 및 MWCP 처리군들 모두 옥수수전분에 비해 유의적으로 증가하였다. MWCP 처리군들 중 선호화된 혼합물의 처리군들의 용해도가 각각의 무처리 처리군들에 비해 높은 총당-용해도를 나타내었다. 반응혼합물들의 전분-용해도는 총당-용해도와 미미한 차이를 보였지만, MWCP 처리군들은 총당-용해도보다 유의적으로 낮은 전분-용해도를 나타내었다. 팽윤력은 무처리 반응혼합물이 무처리 MWCP 처리군들보다 유의적으로 높았으나, 선호화 반응혼합물은 선호화 MWCP 처리군들보다 유의적으로 낮았다. 호화특성의 경우 옥수수전분에 비해 MWCP 처리의 유무와 관계없이 전분-음이온성 가수분해물 혼합물들은 높은 호화온도를 나타냈다. 무처리 반응혼합물들은 이들 각각의 무처리 MWCP 처리군들과 호화온도에 의한 유의적인 차이를 보이지 않았으나, 선호화 반응혼합물들은 이들 각각의 선호화 MWCP 처리군들보다 유의적으로 낮은 호화온도를 나타내었다. 결과적으로 MWCP는 옥수수전분과 음이온성 검 가수분해물들 사이의 에스테르 결합 형성을 촉매하는 것으로 기대되며, 전분-음이온성 검 가수분해물들의 선호화 처리가 MWCP의 반응촉매로서의 역할을 용이하게 하는 것으로 생각된다.

전분입자의 수산기와 구연산의 카르복실기 사이의 에스테르(ester) 결합의 형성에 대한 반응촉매로서 마이크로웨이브 방전 저온플라즈마(microwave-discharged cold plasma, MWCP)의 가능성이 최근 보고되었다. 본 연구는 MWCP 처리에 의한 옥수수전분 입자들의 카르복실산, 인산 및 황산 에스테르 유도체들의 형성과 이들의 물리화학적 특성들의 조사를 통해 MWCP의 친환경 반응촉매로서의 활용가능성을 조사하고자 하였다. 옥수수전분은 pH 4-6으로 조정된 구연산용액, NaH2PO4-Na2HPO4 혼합용액, NaHSO4-Na2SO4 혼합용액들 각각과 혼합한 후 수분함량이 10% 이하가 될 때까지 50°C에서 건조하여 반응혼합물을 제조하였다. 제조된 반응혼합물들은 900 W 전력으로 마이크로웨이브를 발진시켜 N2 환경에서 형성된 MWCP 하에서 20분 동안 처리하였다. 처리된 반응혼합물은 50% 에탄올 수용액으로 3회 세척하여 옥수수전분과 반응하지 않은 반응물질들을 제거한 후 용해도, 팽윤력, 호화특성 및 노화도를 분석하였다. 용해도에 대한 MWCP처리의 영향은 전분-구연산 혼합물의 경우 pH 4에서 증가하였고, pH 6에서 감소하였으며, 전분-인산염 혼합물의 경우 pH 5에서 증가하였고, pH 6에서 감소하였다. 그러나 전분-황산염 혼합물의 용해도는 MWCP 처리에 대한 유의적 영향을 나타나지 않았다. 팽윤력은 전분-구연산 혼합물의 경우 pH 4와 pH 5에서 MWCP 처리에 의해 증가하였으나, 전분-인산염 및 전분-황산염 혼합물들에서는 pH 6에서만 유의적으로 증가하였다. 호화특성에 대한 MWCP 처리의 영향이 처리군들 사이에서 전반적으로 관찰되지 않았으나, pH 4와 5의 전분-인산염 혼합물들은 MWCP 처리에 의해 호화온도가 각각 증가 및 감소하였다. 노화도는 MWCP 처리를 통해 pH 4와 5의 전분-구연산 혼합물에서, pH 5와 6의 전분-인산염 혼합물에서, pH 4와 5의 전분-황산염 혼합물에서 감소하였다. 현재까지의 연구결과들에 기초할 때, MWCP 처리는 옥수수전분과 구연산, 인산염, 및 황산염 혼합물들의 물리적 및 열적 특성들에 대해 극적인 변화를 발생시키지는 않았다. 그럼에도 전분과 반응물질들 사이의 에스테르 결합 형성에 대한 반응촉매로서의 잠재력을 보유하고 있는 것으로 보이며, 전분과 반응물질 혼합물의 pH가 반응촉매로서의 MWCP의 기능에 영향을 미치는 것으로 생각된다.

낮은 농도와 높은 농도의 염 용액에서 Poly(styrene sulfonic acid)(PSSA) 겔의 팽윤도에 대한 이온 특성화 효과를 SO3-와 페닐 고리의 수소결합을 통하여 조사하였다. 낮은 농도에서 PSSA 수화 겔의 수축 정도는 SO3-와 물 사이의 수소 결합에 대한 음이온의 불안정화 영향 때문에 음이온에서는 SCN-〈Br-〈Cl-〈F-의 순서를 따랐다. 재 팽윤은 계에서 특별한 상호 작용이 있을 때 높은 농도에서 관찰되었다. 반면 양이온에서 PSSA 겔의 수축은 Li+〈Na+〈K+〈Ca+2 순서를 따랐다. Ca+2 이온에서의 큰 수축 효과는 이가 양이온(+2)에 의한 PSSA 겔의 물리적 가교 때문에 나타난 것으로 보인다. 양이온에서의 수축은 SO3-와 양이온 사이의 상호작용 정도에 비례하였다. PSSA의 팽윤에 대한 이온 특성화 효과는 SO3-와 페닐 고리의 수화 수소결합에 대한 이온의 영향 정도, 양이온과 π 전자의 상호작용, 소수성 상호작용, 그리고 분산력 등이 복합적으로 작용하여 나타난다고 볼 수 있다.

본 시험은 병재배 버섯종류별로 주로 사용하는 혼합배지에 대하여 수분함량을 달리하였을 때의 팽윤 정도와 입병량 조사를 수행하였다. 조사방법은 ①배지재료별로 구입시의 수분함량을 조사하였다. ②재료혼합비율에 따른 혼합재료의 건물무게(kg)와 함수량(ℓ)을 계산하였다. ③배지의 수분함량을 각각 60%, 63%, 65%, 67%, 70%로 조절하기 위하여 혼합재료의 건조무게에 대한 수분량을 계산하고 위②의 함수량을 공제하여 60%, 63%, 65%, 67%, 70%가 되도록 물을 보충하였다. ④입병작업시 혼합배지 제조에 소요는 1시간동안 위③의 배지를 실온에 두었다가 총부피(㎖), 1ℓ의 배지무게(g), 1ℓ의 건조무게(g), 팽윤계수를 구하였다. ⑤혼합배지 종류별로 16구자동입병기를 사용하여 850㎖ PP병에 입병하였을 때의 수분함량에 따른 병당 입병량과 배지의 건조중량, 수분량을 구하고 고상, 액상, 기상의 비율을 계산하였다. 본 시험에서 버섯 종류별 병재배용 혼합배지의 조성은 느타리는 미송톱밥+비트펄프+면실박 5:3:2 (v/v), 큰느타리는 미송톱밥+미강+밀기울+건비지 75:15:5:5 (v/v), 팽이버섯은 콘코브+미강+건비지+비트펄프 48:38:7:3 (w/w)의 비율로 하였다. 그 결과, 방법①에서 배지재료 구입 시의 수분함량은 미송톱밥 57.1%> 콘코브 11.9%, 면실박 11.6%, 밀기울 11.2%, 비트펄프 11.1%> 미강 10.7%> 건비지 9.7%이었다. 방법④에서 버섯종류별 배지 혼합재료들의 수분함량을 60%, 63%, 65%, 67%, 70%로 조절하였을 때 팽윤계수(%)는 느타리 배지가 각각 1.33, 1.33, 1.40, 1.43, 1.50; 큰느타리 배지가 1.02, 1.05, 1.04, 1.00, 1.00; 팽이버섯 배지가 1.63, 1.67, 1.60, 1.53, 1.53이었다. 이 배지를 방법⑤와 같이 입병하였을 때 850㎖ PP병당 입병량은 느타리 배지가 각각 495, 524, 554, 553, 595 g/850ml; 큰느타리 배지가 539, 625, 686, 695, 743 g/850ml; 팽이버섯 배지가 수분함량 60%, 63%, 65%에서 각각 647, 712, 752 g/850ml이었으며 67% 이상은 물이 병을 넘쳐흘러서 입병을 할 수가 없었다. 이때 배지의 건조무게는 느타리 배지가 각각 198.1, 193.7, 194.0, 182.8, 178.5 g; 큰느타리 배지가 215.7, 131.1, 239.9, 229.3, 223.0 g; 팽이버섯 배지가 수분함량 60%, 63%, 65%에서 각각 258.6, 263.4, 263.4 g이었으며, 850ml병당 들어간 물의 양은 느타리 배지가 각각 297, 329, 360, 371, 416 ml; 큰느타리 배지가 324, 393, 445, 465, 520 ml; 팽이버섯 배지가 수분함량 60%, 63%, 65%에서 각각 387, 448, 489 ml이었다. 이와 같은 결과는 배지재료의 팽윤정도나 수분흡수 정도에 따라서 병재배용 자동입병기로 작업시의 입병량이 달라짐을 알 수 있다. 또한 혼합배지의 종류와 수분함량에 따라서도 입병되는 배지의 건조무게와 물의 양에 차이가 많음을 알 수 있다. 따라서 배지재료의 종류나 혼합비율을 변경하고자 할 때는 재배실험을 통하여 배지의 입병량과 버섯의 수량 및 품질을 고려한 최적 수분함량을 결정하여야 할 것이다.

국산 칼슘 벤토나이트를 대상으로 온도가 팽윤압에 미치는 영향을 관찰하였다. 벤토나이트를 건조밀도 1.6 g/㎤으로 압축하고, 0.69 MPa의 일정한 수압으로 증류수를 공급하여 팽윤압을 측정하였다. 온도 영향 실험은 25℃, 30℃, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃에서 승온조건과 감온조건으로 수행하였다. 압축 벤토나이트가 물과 접촉하여 상온에서 5.3 MPa의 충분히 높은 팽윤압이 작용하는 것을 실험적으로 확인하였다. 팽윤압 은 온도가 높을수록 감소하는 것으로 나타났다. 승온조건과 감온조건에서의 온도에 따른 팽윤압 거동에 차이를 보이며, 승온조건에서 온도에 따른 변화가 심하게 나타났다. 향후 온도 조건 외에 벤토나이트의 압축 밀도 변화, 지하수 조성에 따라 팽윤압 특성이 어떻게 변화하는지에 대해 평가한다면, 앞으로 국내 고준위 폐기물 처분장의 개념 설계에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 본다.

Superporous Hydrogels (SPHs) have been extensively investigated for various biomedical applications due to their fast swelling and superabsorbent properties. In this study, glycol chitosan that is one of most abundant natural polymers was used as a cross-linking agent instead of bisacrylamide (BIS), which is a broadly used crosslinking agent for preparation of SPHs. Glycol chitosan was modified to have reactive vinyl groups by chemical conjugation with glycidyl methacrylate (GMA). The vinyl group-containing glycol chitosan (GC-GMA) was characterized by FT-IR and 1H-NMR measurements. SPHs have been prepared in various synthetic conditions to establish the optimum synthetic process for making superporous structure, where the inner pores are interconnected to each other to form a open channel structure. Various SPHs with different GC-GMA contents have been successfully prepared and have been observed to show faster swelling properties than other conventional SPHs. From the study on the swelling behavior of SPHs, the GC-GMA content is considered to be an important factor for controlling their swelling properties.

버섯 병재배의 경우 배지재료의 흡수성 및 팽윤 특성은 매 우 중요하다. 배지제조 시 팽윤계수가 높은 재료의 다량 사용 은 버섯 발생 및 생육 과정에서 배지의 수축과 건조로 인하여 버섯의 수량과 품질이 낮아지기 때문이다. 여태까지 버섯재 배용 배지의 특성을 파악하는데 있어서 pH, 양분함량, 탄소 원, 질소원, C/N율 등 화학성에 주로 관심을 가져왔으며, 배 지재료의 보수성, 최대함수율, 팽윤도 및 수축도 등 물리성에 대하여는 깊은 관심을 기울이지 않는다. 또한 배지재료는 각각 비중(부피에 대한 무게비율)에 차 이가 있으므로 배지를 제조하여 입병한 후에는 재료의 종류 및 혼합비율에 따라서 병내부의 공극량이 다르다. 배지제조 시 수분함량을 조절하게 되면 수분첨가량 만큼 공기량이 빠 져나가는 것이지만, 수분 흡수에 따른 재료의 팽윤 정도만큼 공기는 더 빠져 나가게 된다. 버섯균의 배양으로 배지가 분해 되는 과정에서 배지의 수축이 일어난다. 그리고 병뚜껑을 벗 긴 후 버섯의 발생 및 생육기간 동안에 배지수분이 증발되면 서 배지의 수축이 크게 진행된다. 이때 팽윤 및 수축계수가 높은 재료가 많이 쓰인 배지는 병내부에 공극이 너무 많아서 배지의 건조를 촉진하므로 버섯의 발생이 순조롭지 않게 되 고 수확량도 감소한다. 그러나 버섯의 균사생장 특성에 있어서 공중균사 형성이 잘되어 병과 배지 사이의 공간에 균피막 형성이 많은 느타리 버섯류는 그렇지 못한 팽이버섯에 비하여 훨씬 유리한 편이 다. 느타리버섯 병재배용 배지로서 일반적으로 사용하고 있 는 “532배지”(톱밥50+비트펄프30+면실박20)의 경우, 배 지재료별 최대함수량일 때 팽윤계수는 톱밥 1.4, 비트펄프 3.0, 면실박 2.0으로 팽윤계수가 2.0이상인 재료가 절반을 차 지하므로 버섯재배 과정에서 배지의 수축이 심하게 발생한 다. ‘532배지’는 면실박의 질소함량이 5%정도로 높아서(미 강은 2.5%정도) 지금까지 사용한 배지중 느타리버섯의 수량 과 품질이 가장 높다. 반면에 느타리에 비하여 균사피막의 형 성이 적은 큰느타리와 팽이버섯은 ‘532배지’에서 매우 불 리하다. 큰느타리의 경우 버섯은 발생하나 수량이 낮고, 팽이 버섯의 경우는 발생이 잘 안되고 버섯을 수확할 수가 없을 정 도이다. 따라서 팽이버섯과 큰느타리의 병재배 배지제조시 팽윤계 수가 높은 재료는 소량 사용하여 배지의 과도한 건조를 방지 하고, 최대함수율이 낮은 재료는 높은 재료에 보충적으로 함 께 사용하는 것이 좋을 것이다. 버섯 종류별 균사생장 특성과 배지재료의 팽윤 특성을 감안한 재료의 선택과 혼합비율의 결정은 매우 중요하며, 많은 반복 시험을 통하여 가능할 것으 로 본다. 이러한 배지개발 시험에 있어서 여기에 제시하는 배 지재료별 최대흡수율에 따른 팽윤계수가 참고자료로 활용이 되기를 기대한다.

고준위폐기물처분장의 완충재 물질로 사용되는 팽윤성 점토는 방벽재로서 그 기능을 제대로 발휘하기 위해 오랫동안 물리 화학적으로 안정해야 한다. 팽윤성 점토의 장기건전성 관련인 자들을 검토하고, 처분장 성능에 대한 각 인자의 중요성을 평가하였다. 검토결과, 붕괴 열에 의한 온도상승, 지하수 화학, 콘크리트에 의한 pH 증가, 유기물과 미생물, 방사선 조사 및 기계적 교란은 완충재물질로서 팽윤성 점토의 장기건전성에 중요한 인자임을 확인하였다. 본 연구는 고준위폐기물 처분장에서 팽윤성 점토의 완충재 설계를 위한 기초자료로 유용하게 활용될 것이다.