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[스크랩] 논문/도축혈액으로부터의 새로운 ...개발(2/3)

대추방맹이 2014. 6. 30. 10:10

제 3 장 Serum protein의 특성, 처리공정 및 활용기술 개발분야

 

제 1 절 서 언

 

환경오염에 대한 관심이 높아지면서 수질 오염에 관한 연구가 다방면에서 진행

되고 있는데 축산 폐기물 중 하나인 도축된 동물의 혈액은 도축되는 동물의 수를

고려할 때 상수원 오염 등 그 처리 문제가 대단히 심각하다. 특히 현재 대부분이 물

에 희석되어 배출되고 있어 수질 오염등의 심각한 환경오염을 발생 시킬 수 있다.

따라서 본 연구는 이러한 문제점을 인식하여 폐기되는 도축 혈액을 재활용하여 새

로운 소재로 이용하고자 실행되었다.

동물의 혈액은 고대 aztec 인디언 시대부터 천연 접착제 원료로써 이용되어 왔

으며 현재까지 몇몇 특정 분야에서 혈분접착제가 이용되고 있다. 혈분접착제의 주

성분은 혈액 중의 s erum protein으로 특히 s erum albumin이 주요성분으로 알려져

있어 albumin 접착제라고도 한다. 따라서 본 연구는 도축 혈액으로부터 s erum

protein을 분리하여 목재 접착제로 실용화하기 위한 혈분의 제조를 주된 목적으로

하고 이와 병행하여 s erum protein에 대한 기초 연구를 진행하였다.

혈분접착제는 혈분의 건조 방법에 따라 접착력에 영향을 받게 되는데 특히 1차

년도에는 건조 방법에 따른 혈분의 s olubility는 직접적으로 영향을 미친다. 또한 그

원료가 되는 혈액 성분에 따라 성능이 달라진다. 따라서 1차년도 연구에서는 먼저

소, 돼지의 도축 혈액으로부터 serum protein의 적절한 분리 방법 및 건조 방법 등

접착제로서의 사용을 위한 전처리 방법을 개발하기 위한 실험 및 s erum protein의

성분등을 연구하였다.

2차년도 연구과제의 연구개발목표는 serum protein의 종류에 따른 접착성 및

HCHO와의 상호 작용 규명이다. 구체적인 연구내용으로는 serum protein의 종류에 따

른 접착성 연구, 용해도 및 변성도와 접착력과의 상관성, protein- HCHO 상호작용 및

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기능 연구이다. 즉, 제조된 s erum protein의 종류 따른 접착성 연구 결과를 얻어

g lue 제조시 경제성, 효율성 등을 고려할때 어떤 유형의 pig plasma protein이 바람직

한 유형이라고 결정하는 등 접착성 연구를 수행하고 또한 NaOH 처리에 의한 s erum

protein의 partial hydrolys is 결과 g lue 제조 공정시 용해도, 변성도와 접착성과의 비

교연구를 통한 protein의 구조- 기능적 성질 관계에 대한 이해 증진 등 상관성 규명을

연구한다. 그리고 protein- HCHO 포착성 연구를 위해 이들의 상호작용 따른 FT - IR,

CD, spectrofluorometer 이용한 protein의 conformational change 연구를 통하여

protein- HCHO 상호작용을 규명하고자 하였다.

따라서 3차년도 연구는 도축혈액으로부터 serum protein을 분리하여 목재접착제로

실용화하기 위한 혈분의 제조를 주된 목적으로 하고 이와 병행하여 도축혈액의 사료

화 방안 및 전량의 아미노산화 하는 재활용방안에 대하여 연구를 진행하였다.

본 연구에서 T CA를 첨가한 s erum protein의 최적분리 조건과 이에 관련한 최적

건조조건 및 증자혈액의 최적 건조조건 그리고, 도축혈액의 재활용으로서 사료화방안

과 아미노산화 방안에 관한 연구를 보고하는 바이다.

 

제 2 절 재료 및 방법

 

1. 재료 및 시약

 

혈액은 시중 도축장의 소와 돼지의 도축 혈액을 사용하였다. 본 연구에서 사

용한 시약은 모두 1급 이상 시약이었다.

가. 시약

60% HClO4, 45% NaOH, 4% Boric acid, Zn powder, 0.4N 중크롬산칼리황산

혼합용액 0.2N 황산제일철암모늄용액, Diphenylamine, EDTA, 85% H3PO4, 표준용

액(칼리,칼슘,마그네슘), 2% Na2CO3, 0.1M NaOH, 1% CuSO4 5H2O, 2% 타르타르산

나트륨칼륨, BSA(bovin serum albumin)용액, TCA, Folin시약, 1N Acetic

acid(pH2.31), H2SO4(1:2), methyl orange, n- hexane, 무수황산나트륨, ether(diethyl

ether, anhydrous), 1.25% H2SO4, 1.25% NaOH, 95% alcohol, 30%H2O2, 6N HCl,

1.68% Na2SO3, Sodium citrate buffer(pH2.2), phenol, formic acid.

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. 초자

des iccator , mes s cy linder, 100ml v olumetr ic flas k , Kjeldah l flas k,

Kjeldahl분해장치, filter paper, g las s fu nn el, bu rett e, pipett e, pipett e filler,

Erlenmey er flas k, s eparat e fu nn el, was hin g bot tle, cru de fiber beak er,

Berzeliu s beaker, crude fiber condens er. 2000ml rou nd flas k. g las s beaker ,

petridis h.

. 기구

Chemical balance (Ohaus), dry oven, shaker, pH meter, heating mantle,

magnetic stirrer, sand bath, water bath, incubator, electric muffle furnace(800℃),

soxhlet extractor, ice bath, vacuum freeze dry system(SAMWON),

evaporator(BUCHI Rotavapor R- 124), Uv/vis Spectrophotometer(Hewlett packard

8452A), Atomic absorption spectrophotometer(Baird Atomic Ltd. Alpha- 4), Amino

acid analyzer(LKB Biochem Ltd. LKB 4150 Alpha), Spray dryer(Ohkaward Kakohki

Co. Ltd.).

2. 실험방법

가. 1차년도 연구수행방법

1) 혈액에서의 s erum의 분리

도축 혈액은 채혈 즉시 항응고제로서 EDT A 2g /L를 첨가하여 응고를 방

지하였다. 이 도축 혈액을 7000rpm - 9000rpm에서 30 - 40분간 원심 분리

하여 상등액인 s erum을 분리하였다. s erum은 즉시 처리하거나 - 20℃에 저장

하였다.

2) serum protein의 화학적 분리

Acid 침전법에 의해 분리하였다.

돼지의 blood s erum에 각각 다른 농도의 T CA용액과 HCl을 s erum : acid =

4 : 1로 가하여 s erum protein을 침전시키고 그 양을 비교하였다.

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3) s erum protein의 분획 및 분석

소와 돼지의 blood s erum을 각각 분리하여 ammonium s ulfate fraction

(20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%) 과 SDS- PAGE법으로 분석하였다.

4) 혈분의 제조

Blood s erum을 바닥이 넓은 용기에 넣어 동결건조기와 정온 건조기에서

건조 하였다. 건조 후 밀폐하여 냉장 보관하였다.

5) solubility 측정

Lowry법에 의하여 용해도를 측정하였다. 먼저 각각 다른 방법으로 건조

된 혈분을 20mM phos phate buffer에 과량녹여서 4000rpm, 20min 원심 분리

하여 상등액을 취하고 적당한 농도로 희석하여 s ample을 준비하였다.

s ample에 reag ent A 15ml, reag ent B 0.75ml, reag ent C 0.75ml 을 넣고

상온에서 15min incubate시킨 후 2N- Folin- phenol Reag ent에 10배량의 물

을 넣어 희석한 용액 3ml 을 넣고 즉시 v ortex ing하고 45분간 incubate한

후 540nm에서 absorbance를 측정하여 protein 농도로서 solubility를 측정하

였다.

나. 2차년도 연구수행방법

1) Pig plasma 의 건조방법에 따른 pH 및 viscos ity 측정

건조방법에 따른 혈분접착제의 특성을 비교하기 위하여 다음과 같은 방법으로

건조하였다.

가) blood plasma 의 동결 건조

나) blood plasma 의 57℃∼60℃에서 열풍건조

다) blood plasma 에 8.5% T CA 용액을 1 : 1로 가하여 plasma protein을 침

전시킨후 이 침전물의 동결건조

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각각의 pig plasma protein dried powder 1g을 증류수 20ml에 녹인후 pH를 측정

하고 Brookfield viscometer와 UL- adaptor를 사용하여 viscos ity를 측정하였다.

2) Glue의 제조와 v iscos ity 측정

가) T CA ppt f.d glue 제조

물 67g

혈분 10g

목분 2.8g

50% NaOH 1.7g

소포제 0.5 ∼ 0.1

5min vortex ing

소석회 0.625g

물 2g

5min vortex ing

물유리 4.4g

물 18.16g

5min v ortexing

나) F.D g lue 제조

물(80℃) 25g

혈분 10g

목분 2.25g

소포제 0.25g

10min vortex ing

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물(35 ∼ 38℃) 38.75g

소포제 0.25g

2min vortex ing

소석회 0.875g

물(35 ∼ 38℃) 1.75g

2min vortex ing

물유리 4.375g

물(35 ∼ 38℃) 5g

5min v ortexing

다) H.D g lue 제조

물 87g

혈분 10g

목분 2.8g

50% NaOH 1.3g

소포제 0.5 ∼ 0.1g

5min vortex ing

소석회 1.25g

물 4g

2min vortex ing

물유리 4.4g

물 18.16g

5min v ortexing

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3) NaOH 처리에 따른 plasma dried powder의 용해도 측정

가) Pig와 cow로부터 얻어진 T CA ppt FD powder와 HD powder를 각각 증류

수 50ml에 과량 첨가하여 30분간 s tirring .

나) 각각의 s olution에 대하여 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5% NaOH를 첨가하여

5분이상 v ortexing .

다) 4000rpm에서 20분간 원심분리하고 상등액을 취하여 용해도 측정.

라) 용해도는 280nm에서의 absorbance와 Bradford' s method로 단백질을 정량함

으로써 측정하였다. s tandard로는 serum albumin을 사용하였으며,

Bradford' s method 수행시에는 Bio- rad 사의 시약(sample : 시약 = 1.6 :

0.4)을 사용하였다.

4) NaOH 처리에 의한 v iscos ity 측정

Pig와 cow의 FD powder에 여러농도의 NaOH를 첨가한후 시간에 따른

v iscos ity 변화를 측정하였다.

가) FD powder 1g을 증류수 16ml에 넣고 v ortexing .

나) 의 용액을 3500rpm에서 20분간 원심분리

다) 상등액 16ml을 취하고, 각각 12.5%, 25%, 37.5%, 50% NaOH 4ml를 처리하

여 10초간 vortexing (NaOH의 최종농도는 각각 2.5%, 5%, 7.5%, 10%.)

라) NaOH처리한 s ample은 즉시 UL- adaptor에 넣고 6rpm, s pindle No. 0번으

로 Brookfield vis cometer를 사용하여 30분 마다 4시간 동안 vis cos ity변화

를 측정.

5) SDS- PAGE

SDS- PAGE는 Laemmli의 방법에 의해 수행하였다.

6) Serum protein - HCHO 상호작용 연구

가) Fluores cence spectroscopy s tudy

단백질 용액을 50 mM borate buffer (pH 8.0)에 0.1 M HCHO solution을

첨가하여 실온에서 cros s linking reaction 을 시킨후 280 nm에서 ex cited 시

켜 emis s ion spectrum을 측정하였는데 HCHO 용액과 cros s - linking에 의한

단백질의 3차구조변화를 시험하기 위하여 다음과 같은 조건에 따라

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spectrofluorometer (SLM 4800S)를 이용하여 fluorecence를 측정하였고 얻

어진 s pectrum 의 relative intens ity를 비교하였다.

Ex itat ion Wav elen g th 280 nm

Path len g th 1mm

S can Wav elen g th 300- 400 nm

EX. res olu s ion 8

EM. res olu tion 8

) FT IR s tudy

50mM 붕산염 완충용액 (sodium borate buffer, pH 8.0) 각각의 단백질

2% 농도로 용해한 microfilter ( 0.45 pore s ize, Whatman Co.)

이용하여 여과하고 이것의 여액을 0.01M HCHO 용액과 부피대비 1:1로 혼

합하여 상온에서 30분간 교반하면서 반응시켰다. 그리고 단백질- HCHO 반

응액을 교반시킨 T HF에 조금씩 떨어뜨리면서 반응을 정지시킨후 4000 rpm

에서 10분간 원심분리 하였고 얻어진 침전단백질을 acetone 으로 세척하였

다. 그리고 이것을 speed v accum dryer 로 건조한후 IR용 KBr에 소정의 농

도로 준비하였으며, 대조구로써 0.01M HCHO 용액대신 50mM 붕산염 완충

용액을 부피대비 1:1로 첨가하였다. FT IR (Bomem MB 100) 의 사용조건은

transmis s ion resolution 4 cm-1, scan number 16 이었다.

다) CD s tudy

0.01M NaOH 용액에 각각의 단백질을 0.02% 농도로 용해한 후 4000

rpm에서 15분간 원심분리하였고 이것의 상등액을 취하여 1M HCHO 용액

과 부피대비 10:1로 5분간 반응시킨후 이것을 즉시 - 20℃로 옮겨서 반응을

정지하였으며 대조구로써 1M HCHO 용액대신 0.01M NaOH 용액을 부피대

비 10:1로 첨가하였다. HCHO 용액과 cros s - linking에 의한 단백질의 2차구

조변화를 시험하기 위하여 다음과 같은 조건에 따라 spectropolarimeter

(JASCO J- 715)를 이용하여 CD연구를 수행하였으며 얻어진 spectrum의

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ellipticity 를 비교하였다.

S ca n Wa v elen g th 190- 250 nm

Pa th len g th 1mm

S en s it iv ity 20 mdeg

Res pon s e 2 s ec

S t ep r es olut ion 0.2nm/ s ec

S ca n s peed 50nm/min

다. 3차년도 연구수행방법

1) 혈액에서 serum protein의 분리

도축혈액을 1000 ∼ 10000 rpm의 회전속도에서 시간별로 원심분리하였다.

2) Serum protein의 화학적 분리

TCA 및 HCl을 첨가하여 침전 시켜 분리하였다.

3) 혈액의 이화학적 분석법

혈액의 이화학적 분석방법은 T otal nitrogen (Kjeldahl법), 유기물및 total carbon

(T yurin법), protein (Lowry법, 표준단백질: bovin serum albumin ), potas s ium

(원자흡광분석법), sodium (원자흡광분석법), calcium (원자흡광분석법)의 분석

은 AOAC방법에 준하여 분석하였다.

4) 사료성분 분석법

Crude protein(Kjeldahl method), Crude fat(Soxhlet extraction method), Crude

fiber 의 분석은 AOAC 방법에 준하여 실시하였으며 Amino acid 분석은 Amino

acid analyzer(분석조건- column: Ultrapac11 cation exchange resin 200nm, flow

rate: buffer40ml/hr ninhydrin 25ml/hr, buffer change: pH3.2 to 4.25 between

alanine and cys tine, pH4.25 to 10.0 after phenylalanine column temp : 50℃

reaction temp:80℃ chart speed: 5mm/min, analyzing time: 90min) 이용하여

분석하였다. 건조혈액의 In vitro digestibility시험은 사료분석법에 준하여 실시하

였다.

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제 3 절 결과 및 고찰

 

1. 1차년도 연구결과

 

가. S erum protein의 분리 정제

1) 혈액에서의 serum의 분리

도축혈액은 채혈 즉시 항응고제로서 EDT A 2g /L를 첨가하여 응고를

방지한 후 7000rpm- 9000rpm에서 30- 40분간 원심 분리하여 상등액인

serum을 분리하였다. 도축혈액에서 얻어진 s erum양은 T able 1과 같다.

일반적으로 전체 도축 혈액의 50% 정도의 s erum을 얻는 것으로 나타났

다.

T able 1. 채혈량 및 s e rum의 분리량

채혈일자 도축혈액 종류 채혈량 원심분리 속도 및 시간 serum 양

95. 1. 10 Pig 3L 8000rpm/30min 1750 ml

95. 1. 17 Cow 3L 9000rpm/ 30- 40min 1270 ml

95. 1. 24 Pig 2.5L 9000rpm/30min 1300 ml

95. 2. 6 Cow 3L 8000rpm/25min 1100 ml

95. 2. 27 Cow 2L 8000rpm/25min 1000 ml

95. 5. 8 Pig 2.2L 7000rpm/30min 1000 ml

95, 5. 16 Cow 2.2L 7000rpm/30min 1250 ml

95. 5. 29 Pig 9.5L 7000rpm/40min 4800 ml

95. 6. 7 Pig 10L 7000rpm/40min 5400 ml

95. 7. 20 Pig 3L 7000rpm/40min 1500 ml

95. 7. 26 Pig 3L 7000rpm/40min 1300 ml

95. 8. 22 Pig 2L 7000rpm/40min 1000 ml

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2) serum protein의 분리

도축된 혈액의 s erum으로부터 s erum protein을 분리하기위한 최적 조건 및

방법을 확립하기 위하여 돼지의 blood serum에 각각 다른 농도의 T CA용액과

HCl용액을 첨가하였으며 v olume ratio는 s erum : acid = 4 : 1 로 가하여

s erum protein 을 침전시켰다.

얻어진 침전물 1g을 취하여 dd H2O 5ml 에 분산시켜 pH를 측정하고

12000rpm, 10min 조건하에서 원심분리한 후 상등액을 취하여 280nm에서

abs orbance를 측정하여 각각의 용해도 분석을 하였다. 여러 T CA 및 산농도

조건에서의 침전량, pH 및 abs orbance 를 T able 2 에 나타내었다. T able 2에

따르면 T CA와 HCl의 농도에 따른 침전량의 경우 가장 높은 final

concentration인 10% T CA, 2.26 N HCl 을 가하였을때의 침전량은 오히려 6%

T CA, 1.2N HCl 보다 더 적게 나타났다. 따라서 가장 적합한 T CA와 HCl의

조건은 최종pH, 용해도, 침전물의 양을 고려할 때 T CA는 최종 농도 2%, 그리

고 HCl은 최종농도 0.6N 일때 가장 적합하다고 사료된다.

T able 2. T CA와 HCl에 의한 s erum prote in의 침전량

 

3) T CA에 의한 serum albumin의 침전

도축혈액으로부터 T CA침전에 의해 분리된 serum protein의 특성을 조사하

기 위해 SDS - PAGE를 했다 (F ig 1). Pig blood s erum에 8.5% T CA 침전 처

리한 결과 T CA에 의해 침전되는 major fraction은 albumin인 것으로 나타났으

며 이는 혈분 접착제의 주성분이 albumin인 것을 시사한다.

Fig ure 1. T CA 침전에 의해 분리된 s erum prote in의 SDS - PAGE

(1. Marke r 2. pig blood s erum 3. cow blood s erum 4. pig 8.5% T CA

ppt 5. cow f.d pow de r 6. pig f.d pow de r 7. bov ine s erum albumin)

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나. 혈액 종류에 따른 혈액 조성성분 비교

1) 소와 돼지의 blood serum의 SDS- PAGE에 의한 비교

혈액 종류에 따른 혈액 조성 성분을 비교하기 위하여 소와 돼지의 도축혈

액으로부터 분리한 s erum protein의 SDS - PAGE를 분석 비교하였다.(F ig . 2)

소와 돼지의 serum protein의 주성분은 albumin ( Mw 66000 )이었으며

돼지의 경우 albumin band 의 윗 부분에 s ing le thick band ( Mw 72000 )

가 보였고 아래부분에 소의 경우에는 없는 band (Mw 44000)가 보였다.

소의 경우는 serum protein의 분포에 있어 분자량이 다소 큰 fr action이 존

재하며 또한 돼지의 경우와 비교해 볼 때 분자량 20000 정도에서 뚜렷한

band가 보였다. 결론적으로 소와 돼지는 serum protein 의 양 및 종류에

있어 어느 정도의 차이는 있으나 비교적 유사한 pattern을 갖는 것으로 사료

된다. 이것은 소와 돼지의 혈분 접착제의 특성에 있어 약간의 차이는 인정되

나 커다란 차이가 없으리라는 것을 간접적으로 시사한다.

Fig ure 2. pig blood s erum과 Cow blood s erum의 SDS - PAGE

( 1. Maker 2. cow s e rum(×100) 3. pig s e rum(×100)

4. cow s erum(×200) 5. pig s erum(×200) )

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2) Blood serum ammonium sulfate fractionation

도축혈액으로부터 분리된 s erum protein fractionation 정제를 위한 기초

구로서 대표적인 단백질 침전제인 ammonium s ulfate 이용하여 다음과 같이

fractionation 했다. 소와 돼지의 blood s erum protein 각각 20%, 30%, 40%,

50%, 60%, 70% 다른 ammonium s ulfate 농도에 따라 침전시킨후 단백질을

SDS- PAGE (12.5% gel) 분석하였다.( Fig 3, 4 )

pig cow blood ammonium sulfate fractionation 에서 유사한 경향을 보여

별다른 차이가 없었으며 20% 까지는 albumin 거의 침전되지 않았고 20- 30%

농도에서부터 albumin이 침전되었으나 그 양이 적었고 pig의 경우 50- 60%, cow의

경우 60- 70% 농도에서 가장 많은 양의 albumin이 fractionation 되었다. 따라서

albumin 분리 정제를 위한 최적 ammonium sulfate fractionatio 조건은 본 연구

결과를 참조하여 이루어지는 것이 바람직하다고 사료된다.

Figure 3. Pig s erum ammonium s ulfate fraction

( 1. Marker 2. 20% A.S ppt, 3. 30% A.S ppt, 4. 40% A.S ppt,

5. 50% A.S ppt, 6. 60% A.S ppt, 7. 70% A.S ppt )

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Figure 4. Cow s erum ammonium s ulfate fraction

( 1. Marker 2. 20%A.S ppt 3. 30% A.S ppt, 4. 40% A.S ppt,

5. 50% A.S ppt, 6. 60% A.S ppt, 7. 70% A.S ppt, )

3) 건조방법에 따른 혈분의 특성 비교

가) 혈분의 건조

건조 방법에 따른 혈분 접착제의 특성을 비교하기 위하여 먼저 혈분은 다음

과 같은 방법으로 건조하였는데

① blood serum의 동결 건조

② blood serum의 57℃- 60℃에서 열풍 건조

③ blood s erum에 8.5% T CA 용액을 1 : 1로 가하여 blood s erum을 침전시킨

후 이 침전물의 건조 등의 세가지 방법을 이용하였다.

나) 혈분의 용해도 측정

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위에 기술된 방법으로 건조된 혈분 접착제들의 특성을 연구하기 위하여 중요

한 인자중의 하나인 용해도를 측정하였다 (T able 3).

T able 3. Dried s erum powder 의 s olubility

건조방법

혈액종류

F reeze drying hot air drying(50。C)

T CA ppt freeze

drying

pig 145mg/ml 2mg/ml 5.1mg /ml

cow 109mg/ml 5.7mg /ml 1mg/ml

T able 3에서 보는 바와 같이 건조 방법 중 동결 건조한 혈분이 가장 s olubility

가 높고 T CA 침전물 동결건조 혈분의 경우는 solubility가 현저히 낮은 것으로 나

타났다. 혈액 종류에 따른 s olubility는 pig가 cow보다 높게 나타났으며 전반적으

로 s olubility는 pig f.d > cow f.d > pig h.d > cow h.d > pig T CA ppt f.d >

cow T CA ppt f.d 순으로 나타낼 수 있다. 이와 같은 결과는 s erum protein의 변

성과 관계되는 것으로 건조시 높은 온도에 노출되지 않은 것은 s olubility가 높고

높은 온도에 노출된 것은 열변성되어 s olubility가 낮으며 또한 이러한 열변성보다

T CA에 의한 변성 정도가 훨씬 더 컸다고 사료되며 이러한 용해도의 차이는 결국

혈분접착제 특성에 커다란 영향을 끼치리라고 판단된다. 그러나 혈분접착제 제조

는 단순히 혈장단백질의 용해도에 국한되는 것이 아니라 wood flour , CaO,

s odium s ilicate, NaOH 등 여러 보조제가 첨가되며 실제로 접착력에 있어서는 적

정 hy drolys is가 가장 중요한 바 v is cos ity측정 등을 통해 가장 적합한 접착제 제

조 방법이 모색되어야 한다. 따라서 drying cos t등 경제성 및 접착특성 등을 모

두 고려할 때 침전된 혈장단백질을 이용한 적정 접착제 제조 방법이 가장 현실적

인 방법중의 하나가 될수 있다고 사료된다.

 

2. 2차년도 연구수행결과

 

가. Serum protein의 종류에 따른 접착력과의 상관성 조사

1) Pig plasma의 건조방법에 따른 pH 및 vis cos ity 측정

Pig plasma를 각각의 건조방법에 따라 건조한후 혈분을 증류수에 녹여서 각각

의 pH와 점도를 측정하였다. 점도는 Brookfield viscometer로 측정하였는데 pH

와 점도 모두 Hot- air dried (HD)가 높게 나타났으며 pH에 있어서 freeze

dried(FD)와 HD powder가 알칼리성이었고 T CA precipitate(ppt) FD는 산성을

나타냈다. 점도는 HD가 가장 높았으며 T CA ppt FD, FD순으로 낮게 나타났다

(T able 4). pH는 s olution상태에서의 blood plasma protein의 s olubility에 직접적

인 영향을 주는 요인이며 점도는 접착력을 나타내는 객관적인 기준임을 고려할

때 접착제 제조시 본 data를 참조하여 접착제 제조방법을 검토할 수 있으리라

사료된다. 그러나 실제 접착제 제조는 단순한 protein solution에 기초하는 것이

아닌 NaOH에의한 partial hydrolys is라는 점을 고려할 때 본 결과는 단지 기초

적인 plasma protein 제조 조건 검토로서만 참조되어야 한다.

T able 4. pH and viscos ity of various pig plasma s olutions

Sample

Freeze drying Hot- air drying T CA precipitate- freeze drying

pH 8.89 9.60 2.45

Viscos ity (cp) 1.43 10.2 5.08

2) Glue 제조와 vis cos ity 측정

여러 종류의 serum protein 사용하여 g lue 제조한 시간에 따른 vis cos ity

변화를 측정함으로써 serum protein의 종류와 접착성과의 상관성 분석 및

shelf- life를 비교·연구하였다. 본 연구의 주 target이 되는 돼지 도축 혈액인 pig

plasma의 건조방법에따라 제조된 혈분을 이용하여 glue를 제조하였는데 g lue는 혈

분외에 목분과 NaOH, Ca(OH)2, 물유리를 주성분으로 하여 제조하였으며 교반은

5,000rpm이하로 하였다. Glue제조 직후부터 시간에 따른 점도 변화를 측정한 결과

- 116 -

(F ig ure 5- 7) T CA ppt- FD glue는 v iscos ity 10,000cp전후를 유지하면서 완만하게

상승하다가 1.5시간 이후 급상승하였다. 반면 pig plasma HD glue는 g lue자체가

균일하지 못하여 점도가 불규칙하게 변화하였으며 다른 g lue에비해 점도가 매우

높게 나타났다. 또한 FD g lue는 T CA ppt- FD와 같은 경향을 보였는데 FD g lue가

15,000cp∼20,000cp의 점도를 3시간 정도 유지하여 T CA ppt FD glue (10,000cp이

하)에 비해 다소 높은 viscos ity를 보였고 shelf- life는 plasma FD glue가 2배 정도

더 길었다. 점도가 너무 낮으면 접착력이 떨어지며 40,000cp∼50,000cp이상으로

상승하면 도포할 수 없어 g lue로서 사용할 수 없다는 점을 감안할 때 본 연구 결

과에 따르면 pig plasma FD g lue가 다소 비교 우위에 있으나 실용화하기에는

shelf- life가 너무 짧고 FD cos t가 문제되는 바 경제성을 고려했을 때 같은 pattern

을 보인 T CA ppt FD g lue가 보다 적합할 것으로 사료된다.

3) Amino acid 분석

본 연구의 주 target인 도축 돼지 혈액단백질의 아미노산 조성을 알고 접착력과

의 상관성을 규명하는데 참조하고자 pig plasma의 Amino acid 분석을 하였다

(T able 5). Pig plasma FD의 경우 Proline과 Glycine, T hreonine, Leucine 등의

amino acid가 많았고 T ryptophan이 가장 적었으며 T CA ppt FD의 경우 Proline이

plasma FD보다 반정도로 줄었으며 Glu는 오히려 2배정도 증가하였다. 그러나 일

반적인 경향에 있어 두 가지 달리 준비된 단백질의 amino acid 조성에 있어 차이

는 아주 크다고 할 수는 없다고 사료된다.

- 117 -

T able 5. Amino acid analys is of pig plasma protein

나. Serum protein의 용해도 및 변성도와 접착력과의 비교 연구

1) NaOH처리에 따른 plasma dry powder의 용해도 변화

Pig와 cow로부터 얻어진 T CA ppt FD powder와 HD powder를 각각 증류수

50ml에 과량 첨가하여 30min, s tirring하여 녹인 후 각 s olution에 대하여 0.1%,

0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5% NaOH처리를 실행하고 5분 이상 v ortexing 한 후

4,000rpm, 20min centrifug e하여 상등액을 취하여 용해도를 측정하였다. NaOH처리

한 각 sample의 용해도는 280nm에서의 absorbance와 Bradford' s method로 단백질

을 정량 함으로써 측정하였다. 280nm에서의 abs orbance는 정제된 serum albumin을

s tandard로 하였고, Bradford' s method도 erum albumin을 s tandard 물질로 하여 정

량 하였다.

Pig와 cow의 T CA ppt와 HD sample에 NaOH량을 달리 첨가하여 용해도를 측정

한 결과 T CA ppt s ample의 경우 NaOH농도를 0.1%에서 0.5%까지 단계적으로 증

가시켰을 때 pig와 cow 모두 용해도가 현저히 증가하였고 pig의 경우 cow보다 증

가 경향이 크게 나타났다 (Fig ure 8- 9, T able 6- 7). HD sample의 경우는 T CA

ppt의 경우와는 다소 다른 경향을 보였는데 이는 건조방법 차이에 기인하는 것으로

sample의 homogeneity에 문제가 있다고 판단되며 타 건조 방법과 비교하여 가장

열악한 혈분 제조 방법으로 사료된다 (Figue 10- 11, T able 8- 9).

T able 6. Solubility of T CA ppt sample by measuring abs orbance at 280nm

Unit : mg /ml

NaOH%

Sample

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Pig 8.357 14.571 42.500 58.785 67.142

Cow 12.428 20.571 41.928 50.714 60.928

- 119 -

T able 7. Solubility of T CA ppt s ample by Bradford' s method

Unit : mg /ml

NaOH%

Sample 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Pig 4.147 8.443 24.034 32.272 37.840

Cow 9.863 14.409 26.988 32.102 36.875

T able 8. Solubility of HD sample by measuring abs orbance at 280nm

Unit : mg/ml

NaOH%

Sample 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Pig 16.457 12.342 14.257 11.514 12.228

Cow 5.942 8.185 23.342 15.728 8.742

T able 9. Solubility of HD sample by Bradford' s method

Unit : mg/ml

NaOH%

Sample

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Pig 0.850 1.222 2.818 2.935 1.588

Cow 0.554 0.634 0.529 0.275 0.345

2) NaOH에 의한 Blood plasma protein 변성도의 SDS- PAGE 연구

NaOH에 의한 가수분해 정도를 SDS- PAGE를 이용하여 분석, 분자량을 추정한

결과 pig와 cow는 대체로 유사한 경향을 보였으나 NaOH 농도 차이에 의해 band

pattern이 상이하게 나타났으며 (Figure 12- 14) 특히 10% NaOH 처리한 경우에는

모든 단백질이 degraded되어 g el상에 나타나지 않는 등 hydrolys is가 완전히 진행되

었음을 보여주었다.

3) NaOH 처리에 의한 vis cos ity 변화

Alkaline hydrolys is 정도에 따른 접착력과의 상관성 연구를 위해 pig와 cow의

FD s ample에 여러 농도의 NaOH를 첨가한 후 시간에 따른 viscos ity 변화를 측정

하였다. Sample 처리는 16ml dis tilled water에 FD powder 1g을 넣어 vortex ing하

- 120 -

여 dis solve하고 centrifuge (3,500rpm, 20min)한 후, 상등액 16ml을 취해서 NaOH

4ml를 첨가하여 vortex ing을 10 sec 하였다. NaOH 처리한 sample은 vortex ing한

후 곧바로 UL- adaptor에 넣고 6 rpm, spindle No. 0번으로 하여 Brookfield

viscos ity를 사용하여 vis cos ity를 측정하였다. 각각의 sample을 30분마다 4시간씩

viscos ity변화를 측정한 결과 모든 sample에서 시간이 지남에 따라 viscos ity가 감

소하는 경향을 보였으며 2.5% NaOH 처리한 cow FD를 제외한 다른 sample들은

NaOH처리 농도가 낮아지면서 4시간 후의 v iscos ity 값이 낮게 나타났다 (T able 10,

Figure 15- 22). 또한 pig와 cow FD는 거의 같은 경향을 보였고 대체적으로 cow

FD의 경우가 pig FD보다 약간 높은 viscos ity를 나타냈다. NaOH처리 농도 차이

에 따라 vis cos ity는 그 감소 정도의 차이를 나타냈는데 2.5% NaOH 처리구는 높은

NaOH 농도 처리구에 비해 급격한 vis cos ity 감소를 보였으며 10% NaOH 농도 처

리구의 경우 감소 정도가 비교적 완만하게 나타났다. 접착제의 강도와 s helf- life를

고려하면 10% NaOH의 경우가 바람직할 것으로 사료되며 실제 접착제의 제조에

있어 plasma protein powder외의 다른 성분과의 상관관계에 의한 접착력의 변화가

나타날 수 있으므로 각각의 제조방법에 따라 NaOH처리 량의 적정성을 가져야 할

것으로 사료된다.

- 121 -

T able 10. Viscos ity change of pig and cow FD samples treated by various

NaOH concentrations

 

. Serum protein - HCHO 상호작용 연구

Serum protein HCHO 포착성을 연구하기 위하여 HCHO 의해

cros s - linked protein conformational chang e 연구하기 위하여 circular

dichroism, FT IR, spectrofluorometer 이용하여 연구하였다. conformational

chang e 등이 관찰되는 s erum protein HCHO 포착성의 결과로서 protein

secondary s tructure, tertiary s tructure 변화가 측정되었다.

1) F luorescence s pectros copy s tudy

단백질 용액을 50 mM borate buffer (pH 8.0) 0.1 M HCHO s olution

가하여 실온에서 cros s linking reaction 시킨후 280 nm에서 ex cited 시켜

emis s ion spectrum 측정한 결과는 F ig ure 23- 24 나타나있다. 같은 조건에서

측정된 fluores cence intens ity cros s linked protein 경우는 증가하는 경향과

울러 fluorescence intens ity amximum waveleng th shift됨을 보였다. 따라서

HCHO cros s linking 의해 protein tertiary s tructure 변화, 특히 T rp res idue

- 122 -

주변 local env ironment 차이에 의한 것으로 사료된다.

2) FT IR s tudy

Protein HCHO 반응하여 intermolecular cros s linking amino g roup 중심

으로 이루어졌을 FT IR spectrum (F ig ure 25- 28)에서는 NH s treching 해당

되는 3400, 3300, 3100 cm-1 wav e number에서의 변화가 이루어지는데 HCHO

cros s linkinged 된 것은 cow, pig 모두 3400 cm-1 에서 broad하고 2개의 peak에서

s ing le peak로 변화되는 것이 관찰되었다. 결론적으로 protein과 HCHO의

cros s linking에 의한 blood g lue의 HCHO 포착성은 이와같은 protein의

conformational change를 통하여 입증되었다.

3) CD s tudy

HCHO cros s linked protein의 secondary s tructure의 변화를 측정하기위하여

수행된 CD s tudy는 명백한 secondary s tructure의 변화에 의해 far- uv CD

spectrum의 변화를 보여주는데 (Figure 29- 30) cros s linking에 의해 ellipticity

value뿐만아니라 neg ative minimum ellipticity value 역시 s hift되는 것을 보여주

었다.

 

3. 3차년도 연구수행결과

 

가. 혈액에서의 serum protein의 분리공정 및 최적조건

T able 11. 혈액내 serum protein의 함량

혈액 혈구 s erum

s erum

protein

건조무게( g ) 284.8 76.3 52.25 28.4

수분함량(%) 86 84 89 78

백분율(%) 100 50.1 49.9 9.9

도축혈액에서의 serum은 약 50%정도, serum protein의 함량의 경우 약 10%정도 차

지하는 것으로 나타났으며, s erum protein의 분리과정중 각각의 수율은 T able 11

과 같았다.

serum protein의 분리공정중 각각의 최적조건을 설정하기 위하여, 우선 혈액으로부터

serum의 분리, 침전제를 이용한 serum에서의 serum protein의 분리를 각각 나누어 분리의

최적조건을 설정하였다.

1) 혈액으로부터 Serum의 분리

도축혈액으로부터 serum의 최적 분리조건을 설정하기 위하여 혈액 1000ml를 대상으로 원

심분리 하였으며, 원심분리시 회전속도와 운전시간에 따른 처리효울을 검토하였다.

Fig. 31 원심분리의 회전속도와 운전시간에 따른 s erum양의 변화.

- 147 -

Fig. 31에서와 같이 회전속도와 운전시간이 증가할수록 이에 비례하여 serum

의 양이 증가하는 경향을 나타냈다. 3,000rpm이상의 회전속도에서는 초기 10분

까지 총serum양의 60%이상 분리되었고 그 후 분리속도가 점차 감소하였으며,

2,000rpm이하에서는 분리속도가 현저히 떨어져 최종 40분 운전시간까지도 총

serum양의 60%이하의 분리효율을 나타냈다. 회전속도가 10,000rpm의 경우 초기

10분 동안에 혈액내의 거의 모든 s erum이 분리되었고, 운전시간 20분 이상에서

는 5,000rpm 이상에서 회전속도에 관게없이 공히 일정한 분리효율을 나타냈으며,

5,000rpm의 경우 30분 동안에 모든 serum이 분리되었다. 따라서 안전율을 고려

할 때 처리하는 혈액의 양에 따라 10,000rpm이상에서 15분과 5,000rpm이상에서

30분의 운전조건으로 처리하는 것이 바람직하였다.

2) Serum으로부터 serum protein의 분리

도축혈액의 serum으로부터 serum protein을 분리하기위한 최적 조건 및 방법을

확립하기 위하여 분리한 s erum에 각기 다른 농도의 T CA용액과 HCl용액을 첨가

하여 s erum protein을 침전시켜 그 양을 확인하였다.

T CA 및 HCl의 처리에 따른 serum protein의 침전은 T able 12에서와 같이 가

장 높은 최종 농도인 10% T CA, 2.26 N HCl을 가하였을 때의 침전량은 오히려

6% T CA, 1.2N HCl의 처리보다 더 적게 나타났다. 따라서 가장 적합한 T CA와

HCl의 조건은 최종 pH, 용해도, 침전물의 양을 고려할 때 T CA는 최종 농도 6%,

그리고 HCl은 최종농도 1.2N일 때 가장 적합하였다.

- 148 -

T able 12. T CA 와 HCl의 처리에 의한 serum protein의 침전량

첨가한 ac id의 농도 첨가량 최종 농도

precipitate

w e ig ht( g )

pH

T CA 50% 10 ml 10 % 14.61 1.45

T CA 30% 10 ml 6 % 16.54 1.70

T CA 10% 10 ml 2 % 15.62 2.67

T CA 5% 10 ml 1 % 8.38 3.27

HCl 11.3N 10 ml 2.26 N 16.05 1.05

HCl 6N 10 ml 1.2 N 16.68 1.20

HCl 3N 10 ml 0.6 N 13.67 1.38

HCl 1N 10 ml 0.2 N 1.34 2.83

- 149 -

3) 도축혈액으로부터의 serum protein의 분리공정도

1)과 2)의 결과에 따라 도축혈액으로부터 serum protein의 분리 공정도를 다음과 같이 간략

히 나타낼 수 있다.

도축혈액

EDTA

(혈액응고 방지제 2g/L)

원심분리

(5,000rpm 이상 30분)

TCA or HCl

건조

Fig. 32. 도축혈액으로부터 serum protein의 분리 공정도.

- 150 -

나. Serum protein의 건조처리방법

serum protein의 건조 방법으로서 상온(28℃)에서의 건조방법과 열풍건조(50℃,

80℃,100℃) 그리고, 감압동결건조(0℃, - 50℃, - 80℃)의 방법으로 나누어 그 건조

특성 및, 최적 건조조건을 살펴보았다.

열풍건조 및 감압동결건조에 있어서 큰 차이를 나타내지 않았으며, 모두 2시간

이내에 항량에 도달하였고, 열풍건조의 경우 그 성상이 짙은갈색으로 변화되었으

며 부피의 감소경향이 나타난 반면, 감압동결건조의 경우 옅은 갈색과 함께 부피

의 감소량은 변화가 없었다.

Fig. 33은 열풍건조방법에 따른 건조특성을 보여주고있는데 상온(control)에서의

건조는 6시간이내에서 별다른 건조효과가 없었고, 80℃나 100℃에서 1시간 정도

에 거의 모든 수분이 증발되어 항량에 이르게 되었으며 50℃의 조건하에서는 1시

간 건조시 38%로 약간 적은 효율을 보였고 2시간 건조시 약 21%로 항량을 유지

하였다. 감압동결건조의 경우 0℃, - 50℃, - 80℃의 온도에 따른 별다른 차이를 보

이지 않고 2시간 건조후 항량에 도달하였다.

따라서, 열풍건조는 80℃에서 1시간 건조시키는 것이 효율적이라고 판단되고,

감압동결건조의 경우에는 0℃에서 2시간 처리하는 것이 최적이라고 판단되었다.

또한 열풍건조 및 감압동결건조에 따른 큰 성분변화가 없는 것으로 보아 열풍건

조방법이 보다 더 효율적이었다.

F ig . 33. 시간 및 온도에 따른 serum protein의 열풍건조 처리효율.

- 151 -

Fig. 34. 시간 및 온도에 따른 serum protein의 감압동결건조 처리효율.

다. 증자혈액의 건조처리방법

증자혈액의 수분함량은 일반적으로 85- 90%정도로 혈분시료를 F resh,

Steaming, Steaming & crush 등으로 나누어 105℃의 dry oven에 넣어 수분이

완전 제거되는데 필료로 하는 시간과 각각 성분들의 변화 추이를 조사해 본 결과

Steaming & crush, Steaming, Fres h의 순으로 빨리 수분이 제거되었으며 각 성

분들은 주목할 만한 차이를 보이지 않았다. 열풍건조의 경우 건조 혈액의 성상

은 검은색으로 변화되었고 부피의 감소있었던 반면, 감압동결건조의 경우에는 처

음의 갈색을 유지하였으며 부피의 감소는 이루어지지 않았다.

마쇄정도에 따른 효율을 알아보기 위하여 증자혈액의 직경을 0.5cm, 1cm, 2cm,

3cm, 4cm, 5cm, 10cm로 각각 마쇄하여 건조효율을 살펴본 결과 직경 2cm이하의

크기에서는 거의 동일한 건조효율의 결과를 나타냈으며, 이후 직경이 증가할수록

건조효율이 상당히 감소하였다. 80℃ 열풍건조처리에 있어서도 직경이 3cm이하의

크기에서는 그 크기에 따라 건조효율이 다소 감소하였고, 주목할만 한 차이는 보

이지 않았으나 그 이후의 크기에서는 효율이 상당히 감소하였다.

따라서, 증자혈액을 열풍건조처리 할 경우 그 직경을 3cm이하로 마쇄하는 것이

효과적이었다.

- 152 -

F ig . 35. 증자혈액의 직경에 따른 열풍건조(80℃)효율.

감압동결건조의 경우 또한, 직경이 작은 순서에 따라 그 건조효율이 높았다. 그

직경이 5cm와 10cm의 경우 3시간 이후에도 항량에 도달하지 못하고 각각 29%와

49%에 이르렀으며, 직경 3cm이하의 크기에서는 거의 동일한 건조효율의 결과로

서 건조 30분까지 90% 이상의 급격한 처리효율을 보이다가 1시간 이내에 항량도

달을 나타냈다. 이후 직경이 증가할수록 건조효율이 상당히 감소하여 4cm 직경의

경우 2시간 이후에 항량에 도달하였다.

따라서, 증자혈액을 감압동결건조처리를 할 경우 그 직경을 3cm이하로 마쇄하

는 것이 효과적이었으며 열풍건조와 비교해볼 때 그 직경이 3cm이하의 경우에는

커다란 차이를 보이지 않았으나 동일한 조건에서는 일반적으로 열풍건조처리가

더 효과적인 것으로 판단되었다.

- 153 -

Fig. 36. 증자혈액의 직경에 따른 감압동결건조(0℃)효율.

라. 건조혈분의 재활용 방안

본 연구팀은 새로운 도축혈액의 이용방안을 모색하고 연속적인 처리공정을 확립하기

위해 혈분중에 남아있는 모든 단백질을 분해하여 아미노산을 구축하여 고부가가치화 하

는 방안과, 폭쇄한 목재를 이용 이를 혈분에 침지 건조시켜 사료화하는 방안에 대하여

검토하였다.

1) 도축혈액의 전량 아미노산화 방안

혈액 전량을 아미노산화 하기 위하여 HCl을 이용 환류추출을 하였다. 환류 추

출물을 아미노산 분석을 해 본 결과 T able 13과 Fig. 37에서와 같이 Leu, His ,

Ala등의 아미노산이 가장 많이 존재하는 것으로 나타났다.

- 154 -

T able 13. 혈액내의 Amino acids 함량

- 155 -

Fig. 37. 혈액내의 Amino acids 함량.

또한 연속공정이 가능한 처리를 위해 각각의 여과 공정을 식품여과 공정으로

응용되고 있는 Ultrafiltration (Modified plate and frame module)을 이용하여 대

용량과 연속처리를 가능케 하였다. 결과적으로 혈분을 6N HCl로 환류냉각시키고

여과를 위해 중화시킨후 UF membrane을 통과시켜 정제하고 시료중에 남아있는

물을 제거하여 전체 고형분의 양을 증가시켜 현재 식품공업에서 많이 응용되고

있는 s pray dryer로 건조 농축시키는 공정이 가장 효율적이고 합리적이라고 판단

되었다.

- 156 -

T able 14. 혈액의 HCl 분해에 있어서 최적 조건 및 성분변화

또한, table 14에서와 같이 분해시 첨가되는 6N HCl의 양과 분해 시간에 의한

조건을 확립하기 위해 시료량의 3배 4배, 5배의 6N HCl을 첨가하고 각각 4, 6,

12, 24시간 동안 분해 하여 total nitrog en의 함량을 비교해 본 결과 3배의 경우

분해장치의 기벽에 붙는 시료의 양이 너무 많아 68%의 낮은 T - N 수율을 보였으

며 4배의 경우 86%, 5배는 약 90%의 수율을 보이면서 가장 안정적이었다. 또한

분해시간에 의한 수율은 4시간의 경우는 공히 평균 수율보다 낯은 수치를 나타냈

으며 6시간부터 24시간 까지는 T - N의 수율에 큰 차이를 나타내지 않아 분해과정

에 있어서의 조건은 5배량의 6N HCl을 사용하여 6시간 동안 분해하는 것이 가장

적합한 조건이라는 결론을 낼수 있었다.

- 157 -

생혈분

105℃로 가온(응고)

잘게 절단

Round flask에 옮김

6N HCl 첨가

6시간 환류추출

중성으로 pH 조절 pH 2로 조절

여과 (GF/C) 여과 (GF /C)

Ultrafiltration

(M.W 100,000)

양이온 교환수지

통과

105℃로 24시간 가온

알칼리 buffer로

용리

소량의 물첨가 용리액 농축

Fig. 38. 혈액으로부터 amino acid추출을 위한 공정도.

- 158 -

Fig. 39. Amino acid s tandard chromatogram

- 159 -

Fig. 40. 분해한 도축혈액의 Amino acid chromatogram

- 160 -

2) 사료화 방안

폭쇄한 목재를 건조시키지 않은 도축혈분에 침지시킨후 열풍건조시켜 이를 사

료화 하는 방안을 검토하였다.

T able 14와 15는 폭쇄한 목재와 혈액에 있는 주된 사료성분으로써 각 성분 함

량으로 볼 때 혈분의 재활용면에 있어서 도축혈액에 침지시킨후 열풍건조 시켰을

때 충분한 사료의 가치가 있다고 판단되어 이를 사료분석법에 준하여 사료성분들

을 시험하였다.

T able 14. 폭쇄한 목재(아카시아, 은사시)의 성분함량

목 재

water

contents

흡수율 T - C T - N Cellulose

Hemi-

Cellulos e

lignin

%

폭쇄한 아카시아 6.4 520 53.5 0.092 58.3 20.1 31.9

폭쇄한 은사시 8..7 690 48.8 0.071 59.0 21.8 34.6

Table 15. 혈액의 성분함량

Crude protein Crude fiber Crude fat K Na Cu Mg

%(Dry. weig ht) mg / l(Wet. weight)

84.7 2.1 0.6 2,723 11,450 34.5 148.5

폭쇄한 목재의 혈액침지는 건조무게로서 아카시아와 은사시 500g을 도축혈액

3000ml에 6시간 침지시킨후 2mm채에 걸러 여분의 혈액을 제거하고 2시간동안

80℃ 열풍건조처리하였다. 침지후의 성상은 두 목재 모두 검은색으로 변화 했

으며, 무게 변화에 있어서는 아카시아의 경우 초기 500g에서 최종 건조산물로서

620g 으로 약 120g의 건조혈분(혈액 570ml)이 흡수되었고, 은사시의 경우 초기

500g에서 690g으로 190g의 건조혈분(혈액 953ml)이 흡수되었다. 최종산물의 사료

성분 함량은 table 16과 같았다.

- 161 -

T able 16. 도축혈액에 침지시킨 목재의 사료성분 함량.

목 재

Crude

protein

Crude fat Cellulose

Hemi-

Cellulose

lig nin T - C T - N K

%(Dry weig ht)

폭쇄한 아카시아 16.7 0.15 44.3 18.0 22.3 45.3 12.9 0.015

폭쇄한 은사시 18.4 0.11 49.1 19.3 21.6 43.6 15.3 0.012

T able 17. 혈액 침지목재의 In vitro d ig e s tibility.

은사시 아카시아 혈분 혈액침지은사시 혈액침지아카시아

%

64.1 43.4 91.6 74.2 60.9

또한, 목재별로 I n v itro d ig e s tibility 시험을 하여 아래의 T able 17과 같은 결

과를 얻었다. 건조혈분의 경우 91%로 대부분이 소화되었고 목재에 있어서는 은사시

가 64%, 아카시아가 43%로서 보다 높은 소화율을 보였다. 이는 목재의 팽화정도에

기인한 것으로 사료화한 침지 목재의 경우에도 이와 비슷한 경향으로 은사시의 소화

율이 14%정도 더 좋은 것으로 나타났다. 이와 같은 결과들로써 충분히 사료의 가치

가 있는 것으로 판단되었다.

 

제 4 절 결 론

 

1차년도의 경우 도축혈액으로부터의 혈장단백질의 분리 및 혈분의 제조에 관

해서 다음과 같은 결론을 얻었다.

 

1. 도축혈액에서 얻어진 serum양은 일반적으로 전체 도축 혈액의 50% 정도

의 s erum을 얻는 것으로 나타났다.

 

2. 가장 적합한 T CA와 HCl의 조건은 최종pH, 용해도, 침전물의 양을 고려할

때 T CA는 최종 농도 2%, 그리고 HCl은 최종농도 0.6N 일때 가장 적합하

다고 사료된다.

 

3. 도축혈액으로부터 T CA침전에 의해 분리된 serum protein의 특성을 조사하

기 위해 SDS- PAGE를 한 결과 Pig blood s erum에 8.5% T CA 침전 처리

한 결과 T CA 에 의해 침전되는 major fr action은 albumin인 것으로 나타

났으며 이는 혈분 접착제의 주성분이 albumin인 것을 시사한다.

 

4. 소와 돼지는 serum protein 의 양 및 종류에 있어 어느 정도의 차이는 있

으나 비교적 유사한 pattern을 갖는 것으로 사료된다. 이것은 소와 돼지의

혈분 접착제의 특성에 있어 약간의 차이는 인정되나 커다란 차이가 없으리

라는 것을 간접적으로 시사한다.

 

5. pig와 cow blood 는 ammonium sulfate fractionation 에서 유사한 경향을

보여 별다른 차이가 없었으며 20% 까지는 albumin이 거의 침전되지 않았

고 20- 30% 농도에서부터 albumin이 침전되었으나 그 양이 적었고 pig의 경

우 50- 60%, cow의 경우 60- 70% 농도에서 가장 많은 양의 albumin이

fractionation 되었다. 따라서 albumin 분리 정제를 위한 최적 ammonium

s ulfate fractionatio 조건은 본 연구 결과를 참조하여 이루어지는 것이 바람

직하다.

 

6. 건조 방법에 따른 혈분 접착제의 특성을 비교하기 위하여 1) blood serum

의 동결 건조, 2) blood serum의 57℃ - 60℃에서 열풍 건조, 3) blood

s erum에 8.5% T CA 용액을 1 : 1로 가하여 blood s erum을 침전시킨후 이

침전물의 건조 등의 세가지 방법을 이용하였고 기술된 방법으로 건조된 혈

분 접착제들의 특성을 연구하기 위하여 중요한 인자중의 하나인 용해도를

측정하였다.

 

2차년도 연구과제의 연구개발목표는 serum protein의 종류에 따른 접착성 및

HCHO와의 상호 작용 규명인데 다음과 같은 결과를 얻었다.

 

1. Serum protein의 종류에 따른 접착력과의 상관성 조사를 하기 위해 Pig

plasma를 각각의 건조방법에 따라 건조한후 pH와 점도를 측정하였는데 pH와

점도 모두 Hot- air dried (HD)가 높게 나타났으며 pH에 있어서 freeze

dried(FD)와 HD powder가 알칼리성이었고 T CA precipitate(ppt) FD는 산성

을 나타냈다. 점도는 HD가 가장 높았으며 T CA ppt FD, FD순으로 낮게 나타

났다.

 

2. 여러 종류의 serum protein를 사용하여 glue를 제조한 후 시간에 따른

viscos ity 변화를 g lue제조 직후부터 시간에 따른 점도 변화를 측정한 결과

T CA ppt- FD glue는 vis cos ity 10,000cp전후를 유지하면서 완만하게 상승하다

가 1.5시간 이후 급상승한 반면 pig plasma HD g lue는 g lue자체가 균일하지 못

하여 점도가 불규칙하게 변화하였으며 다른 glue에 비해 점도가 매우 높게 나

타났으며 또한 FD g lue는 T CA ppt- FD와 같은 경향을 보였다. 본 연구 결과

에 따르면 pig plasma FD glue가 다소 비교 우위에 있으나 실용화하기에는

shelf- life가 너무 짧고 FD cos t가 문제되는 바 경제성을 고려했을 때 같은

pattern을 보인 T CA ppt FD glue가 보다 적합할 것으로 사료된다.

 

3. Serum protein의 용해도 및 변성도와 접착력과의 비교 연구를 위해 Pig와 cow

의 T CA ppt와 HD sample에 NaOH량을 달리 첨가하여 용해도를 측정한 결과

T CA ppt sample의 경우 NaOH농도를 0.1%에서 0.5%까지 단계적으로 증가시

켰을 때 pig와 cow 모두 용해도가 현저히 증가하였고 pig의 경우 cow보다 증

가 경향이 크게 나타났다

 

4. NaOH에 의한 Blood plasma protein 가수분해 정도를 SDS- PAGE를 이용하

여 분석, 분자량을 추정한 결과 pig와 cow는 대체로 유사한 경향을 보였으나

NaOH 농도 차이에 의해 band pattern이 상이하게 나타났다.

 

5. Alkaline hydrolys is 정도에 따른 접착력과의 상관성 연구를 위해 pig와 cow의

FD sample에 여러 농도의 NaOH를 첨가한 후 시간에 따른 viscos ity 변화를 측

정한 결과 모든 s ample에서 시간이 지남에 따라 viscos ity가 감소하는 경향을

보였으며 2.5% NaOH 처리한 cow FD를 제외한 다른 sample들은 NaOH처리

농도가 낮아지면서 4시간 후의 viscos ity 값이 낮게 나타났다. 접착제의 강도와

shelf- life를 고려하면 10% NaOH의 경우가 바람직할 것으로 사료되며 실제 접

착제의 제조에 있어 plasma protein powder외의 다른 성분과의 상관관계에 의

한 접착력의 변화가 나타날 수 있으므로 각각의 제조방법에 따라 NaOH처리량

의 적정성을 가져야 할 것으로 사료된다.

 

6. Serum protein의 HCHO의 포착성을 연구하기 위하여 HCHO에 의해

cros s - linked protein의 conformational change를 circular dichroism, FT IR,

spectrofluorometer을 이용하여 연구하였는데 protein의 conformational change

등이 관찰되는 등 s erum protein의 HCHO 포착성의 결과로서 protein의

secondary s tructure, tertiary s tructure의 변화 등이 측정되었다.

 

3차년도의 경우 도축혈액으로부터 접착제의 원료가 되는 serum protein의 최적분

리조건을 설정하기 위하여 혈액으로부터 serum 분리에 있어서 최적 원심분리조건을

설정하였고, 또한 serum protein의 분리에서 침전제로서 TCA와 HCl의 양을 설정하

였다. 그 외에 serum protein 과 증자혈액의 건조방법에 있어서 열풍건조와 감압동결

건조 방법을 통한 처리효율을 조사하였으며, 아울러 도축혈액의 재활용 방안으로써

전 혈액을 HCl로 분해하여 아미노산화 하는 방안과 폭쇄한 목재를 혈액에 침지시킨

후 건조하여 사료화하는 방안에 대하여 검토하였다. 중요한 결과는 다음과 같다.

 

1. 도축혈액중 수분함량은 약 80%정도를 차지하였고, serum의 양은 52.3% , serum

protein의 양은 28% 정도로 조사 되었다.

 

2. 혈액으로부터 serum의 분리에 있어서 최적 원심분리조건은 안전율을 고려할 때

10,000 rpm에서      15분, 5,000 rpm 이상에서는 30분으로 운전하는 것이 바람직하였

다.

 

3. Serum protein의 분리에 있어서는 침전제를 처리했을 때 TCA는 최종농도 2%,

그리고 HCl은 최종농도 0.6N일 때 가장 효과적이었다.

 

4. Serum protein을 0, - 50, - 80℃에서 감압동결건조 처리한 결과 온도가 다른 처

리구 사이에 큰 차이를 보이지 않고, 모두 2시간 이내에 항량에 도달하였다. 따라

서 감압동결건조처리시에는 0℃에서 처리하는 것이 효율적이었다.

 

5. Serum protein을 50, 80, 100℃의 온도에서 열풍건조시에는 80, 100℃에서 1

시간 이내에 항량에 도달 하였고, 50℃의 경우 38%에 이르러 약간 적은

효율을 보인결과 80℃에서 1시간 운전하는 것이 효과적인 운전조건이었

다. 또한 감압동결건조와 열풍건조를 비교해볼 때, 열풍건조가 더욱효과

적이라고 판단되었다.

 

6. 증자혈액의 건조처리에 있어서는 Serum protein의 결과와 비슷한 결과가 조사되

었으며, 운전조건으로는 감압동결건조의 경우 0℃에서, 열풍건조의 경우 80℃

에서, 증자혈액의 직경을 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 10cm 로 각각 마쇄하여 처

리한 결과 3cm이하의 직경에서는 별다른 차이 없이 1시간 이내에 항량

에 도달하였다. 그 이상의 직경에서는 크기가 증가할수록 효율이 급격히

떨어졌다.

 

7. 전혈액을 아미노산화 하기위한 공정의 최적 조건으로는 분해혈액의 5배량이 되는

6N HCl을 사용하 여 6시간 분해하는 것이 가장 적합한 조건이었다.

 

8. 도축혈액의 또다른 재활용 방안으로서 폭쇄한 목재를 침지후 건조시켜 사료성분

및 소화율을 시험한 결과 충분한 사료의 효용가치가 있을 것으로 판단 되었다.

 

제 5 절 참고문헌

 

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제 4 장 도축현황 및 환경평가 분야

 

제 1 절 서 언

 

1994년 국내 쇠고기 생산량은 약 147,000 M/T 이며 돼지고기 생산량은 614,000

M/T 이나 되었다.1) 소 1두(평균 체중 375 - 400 kg) 도살시 6- 7L 정도가 또 돼지(평

균 체중 80- 100 kg)의 경우 2.2 - 2.4 L의 혈액성분이 폐수로 혼입된다고 하였으나2)

본 연구에서는 소 450 kg과 돼지 110 kg을 기준으로 하였을 때 소는 약 8L, 돼지는

약 3.0L의 방혈량이 하천오염의 원인이 될 수 있다고 생각되므로 소 도살시 약

2600m3, 돼지 도살시 16,700m3의 혈액이 수질오염의 원인 물질화 되어질 것으로 판단

되었다. 그러나 방혈량 이외에도 소 1두당 16 - 17L, 그리고 돼지 1두당 2 - 2.5L씩

회수할 수 있으므로2) 이 양을 합하면 년간 약 38,000 m3의 혈액이 회수될 수 있다.

따라서 이렇게 많은 량을 목재용 천연접착제의 원료로 전량 이용하는 것은 불가능

하므로 본 연구의 목적은 도축혈액의 활용방안을 제시하는데 있다. 그러나 도축혈액

을 재활용하는 방안만을 연구하는 것이 아니라 BOD로 약 165,000 mg /L이나 되며 각

종 영양소가 풍부하고 고단백을 함유하고 있는 도축혈액을 수거할 수 있는 도축시설

의 현황과 이들 시설이 1일간 배출하는 방류수의 수질을 평가하고 또 도축혈액 성분

이 급속히 부패, 분해되므로서 나타낼 수 있는 문제점을 확인하기 위해 방류수 하류

의 하천수질을 조사하였다.

더우기 가축의 혈액은 종류별로 다소의 차이는 있으나, 전술한 바와 같이 단백질

함량이 높고 질소성분이 많아2) 사료화나 유기질 비료화의 원료로서 이용이 가능할 것

으로 판단되었으며, 또한 돼지 혈분을 주제로 하여 유기질 비료를 제조하여 품질평

가를 시도하였고 사료가치 평가를 위해 일반성분과 건조방법에 따른 아미노산 조성과

소화율 등을 조사하여 얻어진 결과를 보고하고자 한다.

제 2 절 연구 방법

연구는 크게 3부분으로 나누어 수행하였다. 연구 1은 전국의 도축장 현황 및 폐

수방출량을 조사하였고 연구 2에서는 일부 도축장 폐수의 원수와 충청지역의 도축장

- 169 -

방류수 수질 및 일부 도축장 방류수가 유입되는 하천의 수질을 조사하였으며, 연구 3

에서는 도축혈액의 이용방안에 관한 연구로 유기성 퇴비화와 사료화의 관점에서 검토

되었다.

 

1. 재 료

 

< 혈 액>

실험에 사용된 혈액은 대전광역시 오정동 대양식품으로부터 구입한 후 가열처리

하여 사용하였다.

< 시 약>

60% HClO4, 45% NaOH, 4% Boric acid, Zn powder, 0.4N 중크롬산칼리황산 혼

합용액 0.2N 황산제일철암모늄용액, Diphenylamine, 85% H3PO4, Ammonium

paramolybdate- v anadate용액, 표준용액(인산,칼리,칼슘,마그네슘), 2% Na2CO3, 0.1M

NaOH, 1% CuSO4 5H2O, 2% 타르타르산나트륨칼륨, BSA(bovin serum albumin)용

액, Folin시약, 1N Acetic acid(pH2.31), s tandard buffer soln(pH 4.01,pH 7.00),

MnSO4용액, KI- NaN3용액, c.H2SO4, 0.025N Na2S2O3, s tarch indicator soln, 0.025N

KMnO4, H2SO4(1:2), methyl orang e, n- hex ane, 무수황산나트륨, ether(diethyl ether,

anhydrous ), 1.25% H2SO4, 1.25% NaOH, 95% alcohol, 30%H2O2, 6N HCl, 1.68%

Na2SO3, Sodium citrate buffer(pH2.2), phenol, formic acid.

< 초 자>

des iccator, mes s cylinder, 100ml volumetric flask, Kjeldahl flask, Kjeldahl분해장

치, filter paper, g las s funnel, burette, pipette, pipette filler, erlenmeyer flask, BOD

bottle, COD bottle, separate funnel, washing bottle, crude fiber beaker, Berzelius

beaker, crude fiber condenser.

< >

Chemical balance (Ohaus ), dry ov en, shaker, pH meter, s tirrer- magnetic bar,

- 170 -

s and bath, water bath, incubator, electric muffle furnace(800℃), s ox hlet ex tractor,

ice bath, vacuum freeze dry sys tem(SAMWON), ev aporator(BUCHI Rotavapor

R- 124), Spectrophotometer(Hewlett packard 8452A), Atomic abs orption

s pectrophotometer(Baird Atomic Ltd. Alpha- 4), Amino acid analyzer(LKB Biochem

Ltd. LKB 4150 Alpha)

2. 방 법

< 건조혈액 및 퇴비분석법>

건조혈액의      이화학적 성분 분석방법은 T otal nitrog en (Kjeldahl법), 유기물및 total

carbon (T yurin법), protein (Lowry법7), 표준단백질: bovin serum albumin ), P2O5

(vanado molybeden산법), CEC (1N acetic acid침출법), potas s ium (원자흡광분석법),

s odium (원자흡광분석법), calcium (원자흡광분석법), pH (1:10법)으로 토양분석법(식

물체분석)3) 에 준하였다.

< 도축장 수질분석법>

pH, DO, BOD, COD, SS, n- hex ane 추출물 등의 수질분석은 환경오염 공정시험법

2) 에 준하여 실시하였다.

< 건조혈액의 사료성분 분석법>

Crude protein(Kjeldahl method), Crude fat(Sox hlet ex traction method), Crude

fiber 의 분석은 AOAC 방법4) 에 준하여 실시하였으며 Amino acid 분석은 Amino

acid analyzer(분석조건- column: Ultrapac11 cation ex chang e res in 200nm, flow rate:

buffer40ml/ hr ninhydrin 25ml/hr, buffer chang e: pH3.2 to 4.25 between alanine and

cys tine, pH4.25 to 10.0 after phenylalanine column temp : 50℃ reaction temp:80℃

chart speed: 5mm/min, analyzing time: 90min) 이용하여 분석8)하였다. 건조혈액의

In vitro peps in 단백질소화율시험은 사료분석법11) 준하여 실시하였다.

- 171 -

 

제 3 절 결과 및 고찰

 

연구 1. 도축시설 현황 및 처리현황 조사

 

전국의 축산물 작업장 현황은 1995년 1월 5일 기준으로 조사된 결과는 표1과 같다.

표 1. 전국의 축산물 작업장 현황

소 계 65 50 18 11 86 55 9

계 115 115 64

( ) 육가공장 부설 도축장임.

표 1에서 보면 전국의 도축장은 65개, 간이도축장 50개로 이중 관영 도축장은 18

개, 축협이 운영하는 도축장 11개, 그리고 민영도축장이 86개이며, 도계장은 모두 민

영으로 도계장 55개소와 간이도계장 9개소 등 총 64개인 것으로 조사되었다.

- 172 -

대부분의 도축장은 선지용으로 사용되는 일부를 제외하고는 발생하는 혈액을 폐수와

함께 처리하고 있으며 도살과정에서 발생하는 위장 및 내장내의 미분해 사료분과 분

변 및 털이나 기름성분 등의 폐기물들이 완전히 분리되지 않고 폐수로 유입되고 있어

환경위생학적 측면에서 매우 문제점이 클 것으로 판단되었다.

표 2에는 국내 주요한 도축장의 1일 도축처리능력과 1994년도 평균 도축량을 보여

주고 있다. 1994년의 경우를 보면 소는 처리능력의 약 19.2%만이 도축되었고, 돼지는

약 56.4% 정도가 도축된 것으로 나타났다. 이는 소고기의 수입량이 증가하면서 나타

난 결과라고 보이며 처리능력의 50% 이상의 소를 도축한 도축장은 대구의 신흥산업,

수원의 신원 그리고 평택의 대신산업 등에 불과하며, 돼지의 경우는 축협 서울공판장

만 처리능력 보다 더 많은 약 116%를 도축하였고 서울의 협진식품이 100% 도축두수

를 나타냈을 뿐 대부분의 도축장에서 처리능력에 미달되는 수의 돼지를 도축한 것으

로 나타났다. 한편 이들 도축시설의 1일 폐수 발생량과 방류량은 표3과 같다. 표3의

내용은 각 도축시설에서 신고한 내용이므로 실제 발생량이나 방류량과는 차이가 있을

것으로 생각된다. 대체로 소와 같은 동물은 1두당 1.2 - 1.5m3, 돼지 등은 0.4 -

0.5m3 정도의 물이 소요된다고 알려져 있으므로3) 표2의 결과에서 볼 때 서울지역은 3

개의 도축장에서 소 22두와 돼지 5,981두를 매일 같이 도축하므로 물을 최소로 사용

하는 경우에 소는 약 266m2 그리고 돼지는 약 2,392 m3가 소요되어 합계 2,658 m3 가

발생되는 것으로 추산되나 실제적인 방류량은 약 47% 수준인 1250 m3 이므로 서울지

역에서는 소 1마리 도축시 0.6 m3 와 돼지 1마리 도축시 0.2 m3의 물을 사용한 것으

로 볼 수 있다. 따라서 도축시 물 사용량을 정확히 조사하여 설치되어 있는 폐수처

리 시설 용량과의 부합되는지를 평가하여야 할 것으로 생각된다. 아울러 간이도축장

이나 도계장의 경우에는 방류수량이 없거나 매우 적은 것으로 조사되었는데 전반적인

도축과정과 폐수처리에 관련된 종합적인 검토가 필요하다고 본다.

- 173 -

표 2. 주요 도축장별 도축량 현황

도축장명 소 재 지

처리능력

(두/일)

94 도축

(두/일)

소 돼 지 소 돼 지

축협중앙회 서울공판장

우성농역(주)

협진식품(주)

동원산업(주)

태강산업(주)

(주)신흥산업

대신산업

삼호축산

삼국산업

대양식품(주)

(주)진로종합식품

신원(주)

초원식품(주)

(주)협신식품

대신산업(주)

신영축산(주)

(주)우석식품

대원기업

횡성산업

영광산업(주)

(주)미원농장

우성식품(주)

(주)국일기업

전주도축장

군산도축장

나주축산물공판장

(주)동양축산

(주)황악산업

(주)신영산업

진일산업

유성산업

제주축협축산물공판장

서울 송파구 가락동 600

서울 성동구 마장동 766- 8

서울 구로구 독산동 1007- 13

부산 북구 모라동 270- 3

부산 북구 학장동 571- 3

대구 서구 서대구 공업단지 2차지구

인천 서구 가좌동 477- 4

광주 북구 양산동 409- 5

광주 광산구 문수동 50- 2

대전 동구 오정동 705- 64

대전 대덕구 대화동 1- 8

수원시 권선구 오목천동 788

성남시 분당구 야탑동 1376

안양시 만안구 박달동 692- 9

평택시 지제동 233

이천군 부발읍 아미리 660- 1

김포군 김포읍 풍무리 661- 8

강원도 원주시 단계동 716- 12

강원도횡성군 횡성읍 조곡리 355- 1

충북 청주시 송절동 89

충북 음성군 삼성면 청룡리 575- 1

충남 천안시 청당동 379- 1

충남 공주시 의당면 수촌리 614

전주시 팔복동 2가 166- 4

전북 군산시 구암동 63

전남 나주시 운곡동 산 80

전남 보성군 벌교읍 장좌리

경북 김천시 평화동 101- 1

경북 경산 대평동 370

경남 진해시 남문동 902

경남 고성군 고성읍 율대리 226

북제주군 애월읍 어음리 2533

표 3. 도축장 소재지별 도축량과 폐수발생량 현황

(단위 ; m3)

소재지 구 분

1 일 폐 수

발생량 방류량

표 4. 단위체중당 혈액량 및 방혈량

* 방혈량은 전체 혈액중 소는 8.0L, 돼지는 3.0L로 계산하였슴.

Source ; T he Merck Veterinary Manual s ixth Ed.

발생되는 방혈량중 폐수로 유입되어 환경오염을 유발할 수 있는 1일 혈액량은 1일

평균 도축두수인 소 3,441두와 돼지 33,961두를 기준으로 하면 표 4에 의하여 소는 약

27.5 m3 그리고 돼지는 약 101.9 m3 으로 추산된다. 이것은 연간 약 46,574 m3이며

BOD 부하량으로 환산하면 약 7685 M/T 이나 되는 많은 량이다.

도축장에는 활성오니법에 의한 폐수처리시설이 되어 있으나 도축장 별로 도축규모에

따라 차이가 많은 것으로 나타났다. 방혈되는 혈액을 수집할 수 있는 시설은 전무한

수준으로 많은 양의 혈액성분과 기타 내장 등 오염물질이 세척수와 함께 혼입되어 폐

수처리 시설로 유입되므로 폐수처리의 효율을 낮추는 결과를 가져오고 있다.

따라서 도축량과 폐수발생량과의 관계(표2)를 보면 소는 돼지 도살과정에서 폐수로

유입될 수 있는 혈액은 약 60배 정도 희석되어 약 3,000mg /kg수준이 되므로

300mg/ kg 이하로 유지하기 위해서는 10배의 희석수가 필요할 것으로 추산된다.

도축장에서 사용되는 수량은 도축장 마다 다를 수 있으나 도축두수에 맞는 폐수를

처리하는데 충분한 시설이 완비되어 있는지 등을 조사하여 합리적인 대책을 세워야만

방류되는 도축혈액으로 인해 오염되는 하천을 되살릴 수 있는 기본 여건이 조성될 것

으로 본다.

단위 체중당 혈액량 도체 평균 혈액량 방 혈 량*

돼지

67- 78 ml/kg

55 ml/ kg

70 ml/ kg

30- 35 l/450kg

6.1 l/ 110kg

0.12 l/1.8kg

7 - 8L/마리

2.5 - 3.0L/마리

0.06L/마리

- 176 -

 

연구 2. 도축장의 방류수 및 하천수의 수질평가

 

도축장은 작업공정의 특수성 때문에 폐수중에 다량의 혈액이 함유되므로 혈중 단

백질의 함량이 높기 때문에 BOD가 높으며 또 내장 제거 과정중에서 유입될 수 있는

사료성분중의 일부와 분변성분이 함유되므로 섬유질을 포함한 고형물들에서 연유되는

부유물질도 다량 들어 있다. 따라서 도축장의 배출시설은 수질환경보전법 시행규칙

제5조(별표- 3)에 의거 식료품제조시설로 규정되어 있으며 폐수 배출시설은 20 m3 이

상으로 되어있다.

표 5에는 충청지역의 도축장 및 도계장에서의 방류수 수질분석 결과를 보여주고 있

다. 표 5의 자료는 95년 3- 7월의 자료로서 도축장에서 자가 측정된 결과이다.

pH는 평균값으로 모든 경우가 방류수질 기준인 pH 6.5- 8.5이었으나 도축장 B는 4월

에 pH 8.8까지 올라가는 등 다른 도축시설에 비해 전반적으로 높은 pH를 보여주고

있는데 이는 폐수처리방법과 관련이 있는 것으로 보인다. 유기물 함량은 COD의 경

우 평균 26.2- 160.7 mg/L 수준으로 또 BOD는 18.7 - 150.4 mg /L 범위로서 대부분이

방류수질 기준인 150 mg /L 이하로 나타났다. 또한 부유물질(SS)는 12.0 - 260.4

mg /L이었고 유지성분의 척도인 n- hex ane 추출물은 0.5- 16.4 mg /L로 낮은 수준을 보

였다. 그러나 BOD나 COD의 값이 방류수질 기준인 150 mg /L를 넘거나 육박하는 도

축장이 많다는 것은 폐수처리 시설관리와 방류수질의 엄격한 기준적용 등이 필요하다

고 본다.

- 177 -

표 5. 충청지역 도축 및 도계장의 방류수 수질 분석표

도축장에서 발생하는 폐수는 각 공정에 따라 일정한 수량 및 수질이 배출되지만

오염도는 상당히 높으며 혈액특유의 색이 짙고 시각적으로 심한 혐오감을 주므로 취

급하기 어려운 폐수중의 하나이다. 도축장의 폐수는 화학적으로는 일반가정하수와 유

사한 성질을 가지지만 농도는 상당히 높을 뿐만 아니라 혈액과 혼합되므로 이상한 색

과 냄새를 가진 폐수로 되며, 폐수성분이 대부분 유기물(단백질성분) , 용해성물질, 그

리스, 위장내용물에서 유래하는 섬유질의 부유물질이 많기 때문에 성질은 환원성으로

급속히 부패하여 악취를 발생한다. 도축장 폐수의 수질은 pH 6.2 - 7.5, BOD 800 -

2000, SS 1200- 1600, n- hexane 100 - 150 mg /L의 정도를 나타내며 도살되는 동물

혈액의 BOD는 165000 mg/L이고 쉽게 응고하고 급속하게 부패 . 분해하는 성질이 있

다.

한편 이런 문제점을 파악하기 위한 한가지 방법으로 도축장과 도계장을 각각 1개소

씩 선정하여 원수와 처리수 수질을 비교하므로써 처리효율을 평가한 결과는 표 6과

같다.

표 6. 도축 및 도계장의 원수 및 처리수 수질

표6에서 볼 때 도축장이나 도계장의 원수수질은 매우 유사하였으며 처리효율도 유

사하였다. 물론 원수의 수질은 도축량이나 원수 채수시간에 따라 일정하지는 않겠지

만 원수를 유입조에서 채취하였음을 밝혀둔다.

COD의 처리효율은 평균 90.5%로 나타났으며 BOD의 경우에는 처리효율이 평균

채취장소 구 분

분석항목(mg /L)

pH COD BOD SS n- hex ane

도축장

원수

 

91.6%로 나타났다. 또한 SS 의 제거율은 도축장의 경우 88.6%, 도계장의 경우에는

89.2%이었고, n- hex ane 추출물의 제거율은 도축장 폐수의 경우 79.5% 이었으며 도계

장 폐수는 78.8%로 나타났다. 이런 결과로 미루어 볼 때 도축장의 폐수처리시설은

비교적 운영이 잘되는 것으로 평가할 수 있으나 좀더 효율이 높은 처리방법으로 개선

하는 노력이 필요하다고 보며, 또한 도축시설에 대한 폐수처리효율에 관해서도 주기

적인 평가가 있었으면 한다.

도축장의 폐수는 그 특수한 작업공정으로 일반 유기성폐수와 비교되는 특징을 가지

는데 첫째, 도살작업대의 폐수는 다량의 혈액을 함유하고 있기 때문에 강한 선혈색을

띠고 단백질 물질에 기인한 BOD가 매우 높다. 둘째, 내장 제거(내장세척, 위장내용

물의 제거)의 작업에서는 위장내용물의 회수를 실행함에도 불구하고 상당한 미소화물

과 분뇨성분이 폐수중으로 혼입되기 때문에 섬유질을 주체로 한 부유물질이 많고 토

사류가 혼입되어 종합 폐수에는 침전성 물질이 상당히 많이 함유된다. 따라서 이러

한 특성을 고려하여 폐수처리시 도살계획과 물의 사용계획을 명시해두는 것이 중요하

며 BOD, SS 성분의 농도가 높으므로 폭기조에 유입하기 전에 계획농도까지 낮추어

처리효율을 높혀야 한다. 또한 SS성분은 가능한 한 폭기조 유입전에 제거하도록 고

려하는 것이 좋으며 SS성분이 분해되어 BOD로 변화 가능성이 있어 BOD가 높아지

므로 이러한 점도 고려하여야 한다.

따라서 이와 같은 방류수가 배출되는 하천의 수질은 어떤 영향을 받을 것인지를 평

가하기 위하여 각 3회씩 수질분석을 실시한 결과는 표 7과 같다.

- 181 -

표 7. 하천수중 수질분석

표 7에서 볼 때 도축장의 경우는 3월에 비해 7월에 BOD가 개선된 것으로 나타났

으며, 도계장은 큰 변화가 없는 것으로 보였는데 이는 강우에 의한 수량증가와도 관

계가 있는 것으로 볼수 있다. 대체로 표 6의 결과로 미루어 볼 때 하천으로 유입되

면 SS가 아주 낮아지는 것으로 나타났는데 이는 부유물질이 침전되거나 분해되므로

써 나타나는 결과로 추정된다. 이상의 표 5- 7의 결과에서 보면 도축시설의 폐수처리

효율은 도축장 별로 차이가 있는 것으로 판정되므로 효율이 낮은 시설들은 폐수처리

장의 개선을 통한 처리효율 향상을 위해 노력하여야 할 것으로 판단된다. 또한 주기

적인 폐수처리시설의 점검을 통해 최적의 처리조건을 유지시키도록 힘써야 할 것으로

보며, 아울러 폐수속으로 혈액이나 기타 수질오염 가능성이 큰 물질의 혼입을 막을

수 있는 도축설비가 필요하다는 점을 강조하고자 한다.

 

연구 3. 도축혈액의 활용방안

 

도축혈액은 고단백으로 질소성분이 풍부하므로 유기질 비료제조시 질소원으로 사

용할 수 있으며, 또한 직접 특수용도의 사료첨가 제조의 개발이 가능하다고 본다.

 

가. 유기성 퇴비의 제조

도축혈액(돼지)을 유기성 퇴비의 원료로 사용하기 위해 혈분과 톱밥 등 원료의 비

료가치를 평가한 결과는 표 8과 같다.

돼지혈액을 가열처리하여 응고시킨 후 이를 파쇄하고 가열건조하여 시료로 사용하였

다. 건조혈분중 질소함량은 평균 8.9%로 매우 높았으며 이에 따라 C/N율도 2.7%나

되었다. 탄소원으로 이용한 톱밥은 미송톱밥으로 C/N율도      약 100% 정도 이었고, 질

석은 퇴비의 부재료로 이용하였다.

표 8. 원료별 비료가치

표8에서 나타난 결과를 토대로 하여 혈분퇴비를 제조하였으며 퇴비화 과정에서 최

적의 수분조건인 60%를 기준으로 하여 퇴비를 제조하였으며 (A와 B), 또 이 문제점

을 파악하여 C/N율 기준으로 퇴비를 제조하여 (C와 D) 비교하였다. 각기 조제된 퇴

비의 조성은 표9와 같다.

표 9 . 혈분퇴비의 조성

A와 B는 톱밥과 질석의 함유비율을 달리하여 혈분퇴비를 조제하였으나 C/N율이

너무 낮아 C와 D는 돼지혈분을 가지고 혈분과 톱밥비율을 1:5로 맞추어 C/N율을 비

교적 높게 하여 혈분퇴비를 조제하였다. A와 B에 비하여 C와 D의 유기물 함량이 높

은 것은 탄소원인 톱밥이 많이 첨가되었기 때문이며 C/N율이 A와 B보다 높고 이상

적인 C/N율인 20 가까이 된 것으로 보아 A와 B보다는 퇴비발효조건이 적합한 것으

로 판단되었다.

질석은 혈분퇴비화 발효과정중 비교적 영향이 적었으나, 보조제로서 톱밥과 혼합하

여 사용한다면 수분조절제로서의 기능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 한편

본 시험에서 사용한 질석은 톱밥에 비하여 가격이 저렴하므로, 구입하기 어렵고 고가

인 톱밥의 기능인 수분조절제로서의 이용가능성이 있을 것으로 판단되었다.

 

나. 혈분사료로의 이용

혈분사료화를 위해서는 건조과정이 필수적이다. 따라서 혈분 건조방법을 상온, 가

온건조 및 감압동결건조의 방법으로 나누어 건조특성을 검토한 결과는 그림1, 2와 같

다. 그림 1과 2에서 볼 때 상온건조는 포함되어 있지 않은데, 이는 상온에서 건조할

때 장시간이 소요되므로 6시간 이내의 건조시간에는 별 변화가 없었기 때문이다.

그림1에는 소 혈액의 건조특성을 보여주고 있는데 80℃나 100℃의 열풍건조는 1시

간 정도에 거의 수분이 증발되어 항량에 이르게 되며, 동결건조의 경우에는 약 2시간

이 경과한 후에 항량에 도달하는 것으로 볼 수 있다. 또 동결건조시료는 짧은 시간

에도 공기중의 수분을 흡수할 수 있으므로 가열 건조시료 보다 다소 높은 중량을 보

이고 있다.

그림2에는 돼지혈액의 건조특성을 보여주고 있는데 이 경우도 그림 1과 유사한 경

향이었다. 실험결과 소혈액은 약 72.2%의 수분을, 그리고 돼지 혈액은 약 83.3%의

수분을 함유하고 있는 것으로 조사되었다.

한편 건조혈액의 성상은 dry ov en에서 건조한 혈액이 검은색으로 변화되었으며 부

피의 감소경향이 나타난 반면 vacuum freeze dryer에서 건조한 혈액은 처음의 갈색을

유지했으며 부피의 감소량은 변화가 없었다. 또한 dry oven에서 건조한 혈액이

v acuum freeze dryer 에서 건조한 혈액보다 견고한 성상을 나타내었다.

그리고 무엇보다도 건조방법에 따른 사료성분의 변화가 있었는지를 평가하는 것이

중요하므로 조단백, 조섬유 및 조지방을 조사한 결과를 표 10에 수록하였다.

조단백의 경우 돼지 혈액이 소혈액 보다 다소 높았고, 조섬유 역시 돼지혈액이 높았

으나 조지방은 유사한 수준이었다. 실온에서 보다는 가온건조나 동결건조와 같이 단

시간내에 건조시켰을 경우 조단백의 함량이 높은 것으로 나타났는데 이는 실온에서의

건조는 미생물에 의한 분해 등으로 인한 결과가 아닌가 생각된다.

표 10 . 도축혈액의 건조방법에 따른 사료가치 평가

(%)

표10의 결과로 볼 때 조단백질 함량의 차이는 없을지라도 건조과정중에서 아미노산

의 조성변화가 있을지도 모르므로 건조방법에 따른 아미노산 함량 및 조성을 조사하

였으며 그 결과는 표11에 수록하였으며 아미노산 표준물질(그림3)과 - 80℃ 에서 동결

건조된 소혈액의 분석결과(그림4)를 예로서 수록하였다.

건조방법

분석항목

돼지혈액 소 혈 액

실 온 80℃ - 80℃ 실 온 80℃ - 80℃

Crude protein 83.2 88.9 88.9 81.1 82.2 82.3

Crude fiber 1.9 2.7 2.5 1.5 1.8 1.5

Crude fat 0.3 0.4 0.3 0.4 0.3 0.4

- 185 -

- 186 -

표 11 . 도축혈액의 건조방법에 따른 아미노산 함량 및 조성

Amino acid M.W Factor

s tandard

돼지혈액 소혈액

실 온 80℃ - 80℃ 실 온 80℃ - 80℃

nM % nM % nM % nM % nM % nM %

Aspartic acid 133.10 1.458 x106 13.5 9.0 15.3 10.2 15.2 10.1 13.2 8.8 10.7 7.1 12.7 8.5

T hrenine 119.12 1.409 x106 6.0 3.6 6.2 3.7 6.6 3.9 8.3 4.9 6.3 3.8 8.0 4.8

Serine 105.09 1.420 x106 8.4 4.4 9.7 5.1 9.7 5.8 9.8 5.1 7.8 4.1 10.0 5.6

Glutamic acid 147.13 1.511 x106 12.6 9.3 14.1 10.4 14.5 10.7 13.4 9.9 10.4 7.7 13.3 9.8

Proline 115.13 1.339 x105 - - 0.7 0.4 0.9 0.5 1.3 0.7 - - - -

Glycine 75.07 8.975 x107 7.9 3.0 9.3 3.5 9.2 3.5 7.1 2.7 6.2 2.3 7.3 2.7

Alanine 89.09 1.458 x106 15.8 7.0 18.0 8.0 18.3 3.7 15.2 6.8 13.3 5.9 16.2 7.2

Valine 117.15 1.422 x106 14.2 8.3 15.6 9.1 16.1 9.4 13.2 7.7 12.2 7.1 14.1 8.3

Methionine 181.20 1.274 x106 0.9 0.8 1.2 1.1 2.0 1.8 2.7 2.4 1.7 1.5 3.2 2.9

Isoleucine 131.17 1.339 x106 1.9 1.2 1.9 1.2 2.2 1.4 1.4 0.9 1.4 0.9 2.0 1.3

Leucine 131.17 1.321 x106 19.1 12.5 19.0 12.5 19.7 12.9 14.6 9.6 13.8 9.1 16.4 4.2

T yros ine 181.19 1.289 x106 2.5 2.3 2.7 2.5 3.2 2.9 2.9 2.6 2.6 2.4 3.5 3.2

Phenylalanine 165.19 1.299 x106 7.0 5.8 7.9 6.5 8.6 7.1 7.5 6.2 6.6 5.5 8.3 6.9

His tidine 155.16 1.661 x106 8.9 6.9 10.6 8.2 10.4 8.1 7.7 6.0 6.5 5.0 7.7 6.0

Lys ine 146.19 1.407 x106 11.0 8.0 12.3 9.0 12.4 9.1 11.2 8.2 9.8 7.2 11.3 8.3

Arginine 174.20 2.031 x106 4.7 4.1 9.6 8.4 4.8 4.2 4.3 3.7 3.0 2.6 4.4 3.8

- 187 -

- 188 -

표 11에서 볼 때 각 처리간의 아미노산 조성은 크게 다르지 않은 것으로 볼 수 있

으며 Lys ine의 경우 돼지혈액은 실온 보다 가열건조나 동결건조가 다소 높았으며 소

혈액의 경우는 동결건조가 가열건조 보다 높은 것으로 나타났으며 Leucine은 소혈액

을 동결건조하였을 경우가 훨씬 높은 것으로 나타났다. 따라서 큰 차이는 없는 것으

로 나타났으나, 동결건조할 경우 아미노산의 분해가 가장 적은 것으로 평가되었다.

그림5는 건조방법에 따른 소와 돼지의 건조혈액 중 총 아미노산 함량을 비교한 결

과로서 냉동건조가 다른 건조방법에 비해 다소 효과적인 것으로 나타났다.

한편 이와 같이 건조방법을 달리하였을 때 소화율에는 어떠한 차이가 있을 것인지를

비교한 결과는 표12와 같다.

표 12. 건조방법에 따른 0.1N HCl에 의한 건조혈액의 용해율

(%)

Shaking

time(hr)

건조방법

1 2 4

실온

소 혈 액 33.9 34.0 34.1

돼지혈액 33.3 33.4 33.5

80℃

소 혈 액 19.2 21.8 23.7

돼지혈액 17.6 19.4 21.6

- 80℃

소 혈 액 20.2 21.7 21.7

돼지혈액 19.2 20.6 20.7

표 12는 0.1N HCl에 대한 건조혈액의 용해율을 실험한 결과로서 - 80℃ 에서 동결

건조한 소, 돼지혈액의 용해율이 80℃ 와 실온에서 건조한 혈액보다 비교적 높게 나

타났다.

- 189 -

표 13. 건조혈액의 In vitro- peps in 단백질 소화율

(%)

구 분

소 혈 액 돼지혈액

실온 80℃ - 80℃ 실온 80℃ - 80℃

소 화 율 98.12 98.09 98.15 98.67 98.60 98.82

한편 건조혈액의 In vitro- peps in 단백질 소화율을 조사한 결과는 표13과 같다. 표

13에서 볼때 건조방법에 따른 소화율의 차이는 거의 없었고, 소와 돼지의 건조혈액

공히 98% 이상의 높은 소화율을 나타내었다. 따라서 건조혈액의 사료화는 여러측면

에서 충분한 검토가 이루어져야 겠지만, 소화율 면에서 볼 때 건조혈액의 사료화는

적합하며 송아지나 자돈사료로서의 개발가치가 높다고 평가되었다.

- 190 -

- 191 -

 

제 4 절 결 론

 

도축혈액이 환경에 미치는 영향을 파악하고 도축혈액을 활용하는 방안을 강구하고

자 본 연구를 실시하였다. 도축장시설 현황 및 폐수방류량 그리고 일부 도축시설의

방류수질 및 하천수질을 조사하였고, 아울러 활용방안으로 유기성퇴비와 사료화를 검

토하였으며 중요한 결과는 아래와 같다.

 

1. 1995년 현재 전국의 도축장 시설은 도축장 65개소, 간이도축장 50개소, 도계장 55

개소와 간이계장 9개소로 총 179개소로 조사되었다.

2. 대부분의 도축장은 1994년도 처리능력에 못 미치는 수준의 도축을 행하였으며 소

는 평균 19.2%, 돼지는 평균 56.4% 정도의 가동율을 나타냈다.

3. 도축시 사용되는 물의 양과 도축두수를 감안하는 경우 폐수처리시설이 부족한 도

축장이 많을것으로 판단되었다.

4. 1994년 기준 도축혈액의 방혈량은 소가 1일 27.5 m3, 돼지가 1일 101.9 m3 로 추산

되므로 년간 46,574m3이며 BOD 부하량은 약 7,685M/T 으로 추정되었다.

5. 충남북 지역의 도축시설은 대부분 방류수질 기준을 평균적으로는 준수하고 있으나

일부 도축장의 경우 시기별로는 방류수질기준 이상으로 배출한다는 것이 도축장의

자가 측정 결과 밝혀졌다.

6. 도축장과 도계장의 원수에 대한 폐수처리 시설의 처리효율은 대체로 BOD 제거율

91.6%, SS 제거율 89.0% 수준으로 평가되었다.

7. 도축시설 하류의 하천수 수질은 비교적 오염도가 높았으므로 방류수 수질기준의

강화와 정기적인 점검이 요구되었다.

8. 도축혈액은 질소성분이 많아 C/N율이 낮기 때문에 적합한 부재료를 첨가하여 C/N

율을 조절해 준다면 유기질 비료자원으로서 충분한 가치가 있을 것으로 판단되었

다.

9. 건조혈액의 조단백, 조지방, 조섬유의 함량 및 아미노산 조성을 조사한 결과 건조

방법간에 뚜렷한 차이는 없는 것으로 나타났으나 동결건조한 혈액의 사료화 성분

함량이 비교적 높게 나타났다.

10 건조혈액은 단백질 함량이 높고 98% 이상의 높은 소화율을 보여 사료로서의 활용

가치가 높은것으로 평가되었다.

 

제 5 절 참고 문헌

 

1. 農林水産主要統計, 1995, 農林水産部

2. 옥삼복, 도축장 폐수처리, 1995, 월간 공해대책 4월호, 39- 41

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4. 농촌진흥청, 토양화학분석법, 1989

5. As sociation of Official Analytical Chemis ts , 1990, 15th Ed

6. 김우권외, 가축생리학 제2판, 아카데미서적

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