우유 단백질과 셀룰로오스로 만든 식용 생분해성 섬유 | 펜실베이니아 주립대학교

펜실베이니아 주립대 연구진의 새로운 연구에 따르면, 식물에서 추출한 우유 단백질과 셀룰로스를 전기방사하여 얇은 섬유로 만들어 생분해성 및 식용 식품 포장재로 사용할 수 있다고 합니다. 사진 속 섬유는 우유 단백질과 셀룰로스의 비율을 다르게 하여 만든 다양한 섬유 조성을 보여줍니다. 출처: 펜실베이니아 주립대. 크리에이티브 커먼즈

2025년 6월 6일

제프 멀홀렘 지음

펜실베이니아주 유니버시티 파크 — 펜실베이니아 주립대 연구진이 최초로 개발한 기술 덕분에 식물에서 추출한 우유 단백질과 셀룰로오스가 지속가능성 분야의 차세대 주역이 될 가능성이 있습니다. 전기방사법은 전압을 이용하여 액체 용액을 원뿔 모양으로 만들고, 용액이 분사기에서 분사될 때 원뿔 모양이 늘어나 미세한 섬유로 변형되는 기술입니다. 연구팀은 우유 단백질인 카제인과 히프로멜로스라고도 알려진 식물 유래 화합물인 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 결합하여 사람 머리카락보다 1,000배 얇은 나노섬유를 만들었습니다. 이 섬유들을 가공하여 생분해성, 심지어 식용 식품 포장재와 같은 다양한 제품에 활용될 수 있는 매트를 개발했습니다.

"개념 증명 연구에서 저희는 카제인이 풍부한 독립형 전기방사 매트의 성공적인 제작을 입증했습니다."라고 농업과학대학 식품과학 교수이자 연구팀 공동 책임자인 페데리코 하트는 말했습니다. "단백질 기반 전기방사 나노섬유는 조직 공학, 상처 드레싱과 같은 생물의학 분야, 그리고 지속 가능한 식품 보존 및 안전 솔루션을 제공하는 식용 포장 분야에서의 잠재적 활용 가능성으로 인해 높은 수요가 있습니다."

현재 온라인에서 이용 가능하며 Journal of Colloid and Interface Science 9월호에 게재될 예정인 이 연구에서, 연구진은 히프로멜로스가 풍부한 카제인 조합이 셀룰로스 대 카제인 비율이 최대 1:4까지 전기방사 가능하다고 보고했습니다. 그러나 비드가 가장 적고, 두껍고, 불규칙적인 단면을 가지며, 표면적이 가장 넓어 매트에 포함하기에 가장 적합한 섬유는 셀룰로스 대 카제인 비율이 1:12인 용액에서 방사되었습니다.

연구자들은 또한 상대 습도가 100%일 때 섬유 매트가 수분과 쉽게 화학 반응을 일으켜 식품 포장재로 활용할 수 있는 투명한 필름으로 변형되는 새로운 발견을 했다고 밝혔습니다.

"카제인은 식품 및 비식품 용도 모두에서 오랫동안 사용되어 온 소재입니다."라고 연구팀 공동 책임자이자 식품 과학 명예교수인 그레고리 지글러는 말했습니다. 그는 이 단백질이 식품의 질감과 영양가를 향상시킬 뿐만 아니라 접착제, 페인트, 종이 코팅, 화장품, 의약품 생산에도 사용될 수 있다고 설명했습니다. "이번 연구는 나노섬유라는 새로운 형태를 제시함으로써 카제인의 유용성을 더욱 높였습니다."

하트는 이 연구가 카제인의 전기방사와 관련된 일련의 발표된 연구 중 가장 최근의 것이라고 언급했습니다. 이전에 이 연구팀은 카제인 단독 및 카제인과 홍조류에서 추출한 식품 첨가물인 카라기난을 혼합한 카제인의 전기방사를 평가했습니다. 카라기난은 다양한 식품에서 주로 증점제, 안정제, 유화제로 사용됩니다. 그러나 이 연구에서 생산된 매트는 약하고 부서지기 쉬운 나노섬유를 포함하고 있었습니다.

이 연구에서 연구진은 카제인에 히프로멜로스를 보충하는 아이디어를 시험했습니다. 히프로멜로스 보충이 단백질에 강도와 유연성을 제공할 수 있다는 가설이 세워졌는데, 그들의 가설은 옳았습니다.

"이 아이디어는 카제인을 기반으로 매트를 만드는 것이었는데, 이전에는 시도된 적이 없었습니다."라고 하르테는 말했습니다. "카제인만을 사용한 초기 연구는 매트의 기계적 특성을 개선해야 한다는 것을 분명히 보여주었습니다. 결국 히프로멜로오스를 첨가하기로 결정했습니다. 카제인과 셀룰로오스의 상호 작용이 매트의 기계적 특성을 최적화할 것이라고 생각했기 때문입니다."

하트는 향후 연구에서는 식용 카제인 나노섬유의 새로운 응용 분야인 식품 포장 및 여과 분야를 탐구할 것이라고 덧붙였다.

식품 과학 분야의 박사후 연구원인 디피카 샤르마가 이 연구의 첫 번째 저자였습니다.

이 연구는 National Dairy Council-Dairy Management Inc.에서 자금을 지원했습니다.

제프 멀홀렘

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