KR102599336B1 - 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름을 활용하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법 - Google Patents

나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름을 활용하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102599336B1
KR102599336B1 KR1020210074775A KR20210074775A KR102599336B1 KR 102599336 B1 KR102599336 B1 KR 102599336B1 KR 1020210074775 A KR1020210074775 A KR 1020210074775A KR 20210074775 A KR20210074775 A KR 20210074775A KR 102599336 B1 KR102599336 B1 KR 102599336B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bcp
film
nanocellulose
bromocresol purple
change
Prior art date
Application number
KR1020210074775A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220166012A (ko
Inventor
박병대
칸잔자데 후세인
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020210074775A priority Critical patent/KR102599336B1/ko
Publication of KR20220166012A publication Critical patent/KR20220166012A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102599336B1 publication Critical patent/KR102599336B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
    • G01N21/80—Indicating pH value
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/22—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators
    • G01N31/221—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators for investigating pH value
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/02—Food

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름을 활용한 식품용 pH 변화 비색 검출방법으로서, 상기 필름 중 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재 함량이 10 내지 15 중량 %일 때 pH 4 ~ 5 및 pH 7 ~ 8에서 식별 가능한 주요 색상 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 식품용 pH 변화 비색 검출 방법은 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름이 pH 4 ~ 5 이하의 산에서는 노란색으로, pH 7 ~ 8 이상의 염기에서는 보라색으로 변하는 색상의 주요 변화를 육안으로 식별할 수 있어 식품용 pH 변화 비색 검출에 유용할 수 있다.

Description

나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름을 활용하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법 {Colorimetric detection method of pH change for food using a film containing nanocellulose-bromocresol purple composite}
본 발명은 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름을 활용하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면을 개질한 나노셀룰로오스를 브로모크레졸퍼플과 화학적으로 결합시켜 필름을 제조하여 pH 4 ~ 5 및 pH 7 ~ 8의 범위에서 pH에 따른 색깔이 변하는 것을 활용한 식품용 pH 변화 비색 검출방법에 관한 것이다.
축산물이나 어패류, 유제품 등의 식품에 있어서는 신선도가 안전성과 직결되는 경우가 많으며, 이러한 식품의 신선도를 유지하기 위해서는 적정한 보관온도 유지와 유통기한 관리가 중요하다. 그러나 유통과정 중에 적정한 보관온도로 유지 및 관리가 이루어지지 않는 경우 포장지에 표기된 유통기한 전이라도 변질된 경우가 발생할 수 있으나, 현재까지는 대부분의 식품류가 포장지에 표시된 유통기한만을 의존하고 있는 상황이고, 소비자에게는 의심이 가는 식품의 맛이나 냄새 등의 관능검사에 의존하며 포장식품의 신선도를 외부에서 확인하며 선택하는 방법 이외에 별다른 대안이 없는 안타까운 현실이다. 최근 몇 년 사이에 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl radical (TEMPO) 매개 산화에 의해 제조된 셀룰로오스 나노섬유(CNF)는 생체나노물질 응용분야에서 인기를 얻고 있다. 다양한 염료, 형광염료 또는 발광물질도 CNF 기반 기능성물질의 개발을 위해 CNF 표면에 부착되었다. 예를 들어, fluorescein-5-isothiocyanate (FITC), rhodhamine B 이소티오시아네이트 (RBTIC), 또는 pyrene염료와 같은 다양한 염료를 사용하여 나노셀룰로오스 Fe3+ 이온감지를 위해 셀룰로오스에 아민 부착하였다. 그러나 pH 수준에 따라 CNF의 표면개질과 색변화에 대한 CNF 기반 복합재의 형성에 대해서는 매우 제한된 연구가 진행되고 있다. 최근 pH 발색반응용 셀룰로오스 나노섬유 복합재를 이용하여 식품의 부패를 육안으로 인식하는 식품 포장재 또는 pH 비색 검출용 센서를 개발해 해결하려는 시도가 있었지만, pH 5를 기준으로 색 변화를 인식해 특정 식품(우유)의 부패를 판단하는 점에서 여전히 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-2018-0102422
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재(e-CNC/a-BCP)를 포함한 필름을 활용한 pH 변화 비색 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 활용하여 산성 및 염기성 조건에서 색상 변화를 특징으로 하는 재사용이 가능한 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함하는 필름을 활용한 식품용 pH 변화 비색 검출방법에 관한 것으로 보다 바람직하게는 10 내지 15 중량 %의 나노셀룰로오스-브로모크레졸 복합재를 포함하는 필름을 제조하여 pH 4 ~ 5 및 pH 7 ~ 8의 범위에서 식별 가능한 주요 색상 변화를 특징으로 하는 검출방법을 제공한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재의 함량이 10 내지 15 중량 %일 때 pH 4 ~ 5 및 pH 7 ~ 8에서 색상 변화를 특징으로 하는 재사용이 가능한 필름을 제공한다.
본 발명에 따른, 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름은 산에서는 노란색으로, 염기에서는 보라색으로 변하는 특성을 가지며, pH 변화에 따라 색의 변화를 시각적으로 식별할 수 있어 식품용 pH 변화 비색 검출에 유용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브로모크레졸퍼플의 색 변화 원리를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재의 제조 반응 및 방법을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 BCP 및 a-BCP의 UV-Vis 흡수 스펙트럼과 BCP 및 a-BCP 용액에서의 주된 흡수 피크의 강도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재의 양을 달리하여 측정한 CA 필름의 가시적인 색상 변화를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 CA 필름의 총 색상 변화(ΔE)를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 10 중량 % 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 CA 필름의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재의 양을 달리해서 측정한 CA 필름의 밝기 변화를 도시한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 발명한다.
본 발명의 일측면에 따르면 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름을 활용한 식품용 pH 변화 비색 검출방법으로서, 상기 필름 중 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재 함량이 10 내지 15 중량 %일 때 pH 4 ~ 5 및/또는 pH 7 ~ 8에서 식별 가능한 주요 색상 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법을 제공한다.
상기 복합재는 표면 개질한 나노셀룰로오스와 pH 인디케이터를 결합하여 만들고, pH 변화에 따른 색상 변화를 나타내는 기능을 가진다. pH 인디케이터는 말라카이트(malachite), 브릴리언트 그린(brilliantgreen), 메틸 그린(methyl green), 메틸 바이올렛(methyl violet), 크리스탈 바이올렛(crystal violet), 에오신 B(eosin bluish), 에틸 바이올렛(ethyl violet), m-크레졸 퍼플(m-cresol purple), 티몰 블루(thymol blue), p-크실레놀 블루(p-xylenol blue), 2,2′,2˝,4,4′-펜타메톡시트리페닐카비놀(2, 2, 2˝,4,4′-pentamethoxy-triphenylcarbinol), 퀴날딘 레드(quinaldine red), 2,4-디니트로페놀(2,4-dinitrophenol), 메틸 옐로(methyl yellow), 브로모클로로페놀(bromochlorophenol), 브로모페놀 블루(bromophenol blue), 테트라브로 모페놀 블루(tetrabromophenol blue), 콩고레드(congo red), 메틸 오렌지(methyl orange), 브로모크레졸 그린(bromocresol green), 2,5-디니트로페놀(2,5-dinitrophenol), 메틸 레드(methyl red), 클로로페놀 레드 (chlorophenol red), 브로모크레졸 퍼플(bromocresol purple), 브로모페놀 레드(bromophenol red), 니트라진 옐로(nitrazine yellow), 브로모크실레놀 블루(bromoxylenol blue), BTB(bromothymol blue), 뉴트럴 레드 (neutral red), 페놀 레드(phenol red), 3-니트로페놀(3-nitrophenol), 1-나프톨프탈레인 (1-naphtholphthalein), 페놀프탈레인(phenolphthalein), 티몰프탈레인(thymolphthalein), 알리자린 옐로 GG(alizarin yellow GG), 트리페올린 O(tropaeolin O), 인디고 카르민(indigo carmine), 엡실론 블루(epsilon blue), 알칼리 블루(alkali blue) 및 티탄 옐로(titan yellow)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 본 발명에서는 브로모크레졸 퍼플(BCP)을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 브로모크레졸퍼플 염료의 색상 변화는 페놀성 하이드록실기의 양성자화와 탈양성자화에 의해 BCP의 구조 변형으로 인해 발생한다.
기존의 브레모크레졸그린(BCG)과 셀룰로오스 나노섬유를 결합시킨 복합재를 포함한 pH 변화 비색 검출용 필름은 pH 5를 기준으로 특정 식품(우유)의 신선도를 식별한다. 본 발명은 특정 식품에서 그치지 않으며, pH 4 ~ 5 및/또는 pH 7 ~ 8의 산염기 조건 모두에서 pH를 식별 가능하다. 적용할 수 있는 식품의 범위는 과일, 야채, 육류 및 생선 등의 신선식품, 김치, 고추장, 된장, 젓갈과 같은 발효식품 등 통상 우리가 식품이라고 부르는 것들이며, 본 발명의 pH 변화 비색 검출 방법이 적합하다. 브로모크레졸퍼플 자체는 산성 조건보다는 염기성 조건에서 색의 변화를 더욱 분명하게 나타내고, 산성 조건에서의 색 변화는 육안으로 쉽게 식별하기 어렵다. 그러나 본 발명은 이러한 점을 개선하여, pH 4 ~ 5 및/또는 pH 7 ~ 8에서 주요 색상 변화를 시각적으로 식별 가능한 pH 변화 비색 검출방법에 관한 내용이다. 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플의 함량을 증가시킬수록, 바람직하게는 10 내지 15 중량 %일 때, 산성 조건에서도 주요 색상 변화를 육안으로 식별 가능하다.
또한, 나노셀룰로오스- 브로모크레졸퍼플 복합재의 함량은 필름의 두께와 관련이 있고, 두께는 필름의 기계적 특성에 가장 중요하고 영향력있는 매개 변수 중 하나이다. 필름의 두께는 e-CNC/a-BCP 복합재의 양을 늘릴수록 증가하며, e-CNC/a-BCP 복합재를 포함하지 않는 필름은 0.107 mm 내지 0.147 mm 의 최소 두께, 15 중량 % e-CNC/a-BCP 복합재를 포함하는 필름은 0.135 mm 내지 0.155 mm 의 두께를 가진다. 이러한 두께 증가는 필름의 고체 함량 증가에 기인하며, 기계적 특성은 필름의 구조적 온전함과 염료 방출 속도를 제어하는 데 매우 중요하다. 필름의 색상 변화나 필름의 구조적 온전함을 전반적으로 고려했을 때, 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재의 함량이 10 내지 15 중량 % 인 것이 가장 바람직하다.
다음으로 필름에 포함된 복합재를 에스테르화된 나노셀룰로오스(e-CNC)와 활성화된 브로모크레졸퍼플(activated BCP)을 결합시켜 형성하는 단계를 제공할 수 있다.
분쇄된 재활용 MDF 섬유에서 c-CNC를 추출하여, NHS 및 EDC를 매개로 c-CNC를 에스테르화한다. 그 다음, BCP의 반응성을 높이기 위한 BCP 활성화 과정을 거쳐, 앞서 만든 에스테르화된 CNC (e-CNC)와 활성화시킨 BCP (a-BCP)를 반응시켜 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재(e-CNC/a-BCP)를 생성한다.
이 복합재를 CA 필름과 결합시켜 pH에 따른 필름의 색상 변화를 관찰할 수 있다. 색상 변화를 관찰하는 데 널리 사용되는 매개 변수는 총 색상 변화 (ΔE)이며, 색상 변화의 정도를 나타낸다. ΔE는 색차계 결과값인 L*, a*, b* 값을 이용하여 도출하며, 그 수학식은 다음과 같다.
L*는 명도, a* 및 b*는 색상과 채도를 표시하는 색도이며 색의 방향을 나타낸다. a* 값이 + 방향으로 커질수록 빨강색, - 방향으로 커질수록 녹색을 띠며, b*는 + 방향으로 커질수록 노랑색, -방향으로 커질수록 파랑색을 띤다. 수치가 클수록 색이 선명해지며, ΔE의 값이 3이상일 때 보통 일반인들이 색을 식별할 수 있기 때문에 ΔE는 육안으로 색상 변화를 식별 가능한 지를 판단하는 데 중요한 매개 변수이다. 본 발명에서 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플의 함량이 10 내지 15 중량 %일 때 pH 2 ~ 4 및/또는 pH 8 ~ 10에서 ΔE가 5보다 큰 값을 가지며, pH 4 ~ 5 및/또는 pH 7 ~ 8에서 주요 색 변화를 육안으로 식별 가능하다. pH 4 ~ 5 이하 산성에서는 노란색을 띠며, pH 7 ~ 8 이상 염기성에서는 보라색을 띤다.
본 발명의 다른 일측면에 따르면, 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재의 함량이 10 내지 15 중량 %일 때 pH 4 ~ 5 및/또는 pH 7 ~ 8에서 색상 변화를 특징으로 하는 재사용이 가능한 필름을 제공한다.
재사용 가능한 필름은 색상 가역성을 가지고, 여러 번의 사용에도 매번 색상의 변화가 비슷하다. 또한, 산성 및 알칼리성 완충액에 침지한 뒤에도 필름의 상태가 온전하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.
<실시예>
재료
이 실험에 사용된 재활용된 중밀도 섬유판(MDF) 섬유는 약 40.5 %의 셀룰로오스를 함유했으며 초기 프로젝트를 위해 준비되었다 (Hong, Rahandi Lubis, Park, Sohn, & Roh, 2020). 브로모크레졸퍼플 (BCP, 115-40-2), 염화시아누르 (C3Cl3N3, 108-77-0), 트리에틸 아민 ((C2H5)3N, 121-44-8), N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카르보디이미드염산염 (EDC, 25952-53-8), N-히드록시숙신이미드 (NHS, 6066-82-6), 셀룰로오스 아세테이트 (CA, 9004-35-7), 트리스(히드록시메틸)아미노메탄 (NH2C(CH2OH)3, 77-86-1), 글리신 (NH2CH 2COOH, 56-40-6), 일염기성 인산칼륨 (KH2PO4, 7778-77-0) 및 인산칼륨 이염기성 삼수화물 (K2HPO4·3H2O, 16788-57-1)은 Sigma-Aldrich에서 구입하였다. 과황산 암모늄 (APS, 7727-54-0), 염화칼륨 (KCl, 7447-40-7), 무수 구연산 (C6H8O7, 77-92-9), 구연산 나트륨 이수화물 (Na3C6H9O9, 6132-04-3), 수산화 나트륨 (NaOH, 1310-73-2), 염산 (HCl, 7647-01-0), 아세톤 (C3H6O, 67-64-1)은 대중 화학 공업에서 구입하였다. 모든 화학 물질은 분석용 등급이며 추가 정제없이 받은 그대로 사용되었다. 전도도가 6μS/cm인 탈이온수는 역삼투 시스템에서 얻어 모든 실험에 사용되었다.
실시예 1 - 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름의 제조
(1) 재활용된 중밀도 섬유판(medium density fiberboard; MDF)에서 나노셀룰로오스(c-CNC) 추출
산화 반응은 통상적인 방법에 따라 수행되었다. 분쇄된 재활용 MDF 섬유(10g)를 2M APS 용액 1L에 첨가하고, 반응 혼합물을 16시간 동안 기계적 교반 하에 70°C로 가열하였다. 증발을 최소화하기 위해 반응기를 알루미늄 호일로 덮은 후, 마지막으로 반응을 얼음통에서 급냉시키고 생성된 현탁액을 라보진 원심분리기를 사용하여 12,300g에서 10 분간 원심분리하였다. 초기 원심분리 후, 상층액을 침전물로부터 제거하여 탈이온수를 넣고, 불투명한 상층액이 pH 4에서 얻어질 때까지 원심분리 단계를 계속하였다. 이어서 생성된 현탁액을 고출력 초음파기 (소노 마셔 ULH-700S; 울소 하이테크 (주), 청원)으로 분산시켰다. 다시 원심분리 단계를 수행하고, 상층액을 pH 4에서 수집하여 1M NaOH 용액으로 pH를 8로 조정하였다. 마지막으로, 현탁액을 여과하고 밤새 -18°C에서 냉동시킨 다음 실온에서 진공 하에 동결 건조시켰다.
(2) NHS-에스테르 형성 및 표면 개질
상기 실시예1-(1)의 c-CNC 에스테르화 절차는 Masruchin, Park, and Lee(2018)가 설명한 방법론에 따라 일부 수정하여 수행되었다. 간단히 말해서, 0.68 중량 % c-CNC 현탁액 50mL를 기계식 교반기가 장착된 3구 플라스크에 부은 다음, 플라스크를 50°C의 수조로 옮겼다. 이 후 EDC (388mg, 2.02mmol)를 포함하는 수용액 2ml와 NHS (280mg, 2.43mmol)를 포함하는 수용액 2mL를 적가하였다. 그리고 0.5M NaOH 용액을 사용해 5.5 ~ 6.0 범위에서 반응 pH를 조정하였고, c-CNC 표면 활성화 및 반응성 중간물질 NHS-에스테르 형성을 위해 실온에서 30분 동안 유지하였다(도 2의 (a) 참조).
(3) 브로모크레졸 퍼플(BCP) 활성화
BCP의 반응성을 높이기 위해 순수 BCP의 황산염은 도 2의 (b)와 같이 나노셀룰로오스에 부착되기 전에 술포닐 클로라이드로 전환되었다. 이를 위해 먼저 4.65g의 BCP, 1.23g의 시아누르 클로라이드 및 0.67g의 트리에틸아민을 환류 응축기와 기계적 교반기가 장착된 3구 플라스크에서 90mL의 아세톤에 용해시켜, 생성된 용액을 3시간 동안 환류(~ 60°C)로 가열하였다. 교반 및 환류 후 혼합물을 주위 온도로 냉각하고 용매를 증발시켜 오렌지색 침전물을 얻었고, 이는 사용하기 전에 유리병에 넣고 밀봉하여 보관하였다.
(4) UV-Vis 흡수 분광법
10mm 경로 길이의 석영 셀이 장착되어있는 OPTIZEN 3220UV 분광 광도계 (MECASYS Co., Ltd., Daejeon, South Korea)를 사용하여 BCP 및 a-BCP 용액의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 얻었고, pH 값은 2.0 ~ 10.0인 다양한 완충액에서 300 ~ 700nm에서 측정되었다. 이 연구에 사용된 5가지 종류의 완충액은 다음과 같다: (1) pH 2.0 용 0.1M HCl-KCl 완충액; (2) pH 3.0-5.0 용 0.1 M 구연산염 완충액; (3) pH 6.0 및 7.0 용 0.1 M 인산칼륨 완충액; (4) pH 8.0 용 0.1 M Tris 완충액; 및 (5) pH 9.0 및 10.0 용 0.1 M 글리신-NaOH 완충액. 완충 용액의 pH는 InLab® Expert Pro-ISM pH 전극 (METTLER TOLEDO)으로 측정되었다.
(5) 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재(e-CNC/a-BCP) 제조
상기 실시예1-(2)의 NHS/EDC 매개 에스테르화된 나노셀룰로오스(e-CNC)와 상기 실시예1-(3)의 활성화된 BCP 5g을 50°C에서 12시간 동안 계속 반응시켰다. 생성물을 12,300g에서 10분 동안 원심분리하고 반응하지 않은 과잉 BCP를 제거하기 위해 여러 번 세척하였다. 그런 생성물을 -18°C에서 동결하고 실온에서 진공 하에서 동결 건조하여 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 생성하였다. 도 2의 (c)는 e-CNC와 a-BCP 간의 반응에 관한 것이며, 반응메커니즘은 도 2의 (c)에 기재하였다.
(6) 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함하는 필름 준비
이 필름은 아세톤을 용매로 사용하여 주조/증발 기술로 제조되었다. 먼저, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate;CA)를 아세톤 (5:100 w/v)에 용해시키고 용기의 뚜껑을 닫아 용매의 증발을 방지하였다. 아세톤에 CA를 완전히 용해시킨 후, 건조된 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재 0, 5, 10 및 15 중량 %를 CA 용액에 첨가하였다. 혼합물을 30분 동안 자기 교반으로 균질화한 다음 20kHz에서 5분 동안 초음파 처리하였다. 그 후, 최종 분산액을 페트리 접시에 담고 용매가 완전히 증발할 때까지 50°C의 진공 오븐에서 건조시켰다. 과량의 BCP를 제거하기 위해 CA 필름을 증류수로 세척하고 밤새 50°C 오븐에 두었다.
실시예 2 - 필름의 pH 비색 변화 검출 실험
(1) 필름의 비색 분석
실시예 1에 따라 제조된 필름의 색상 변화는 L *, a * 및 b *의 세 가지 매개 변수 측정을 기반으로 Minolta Chroma Meter (CR-400, Konica Minolta Sensing Inc., 도쿄, 일본)를 사용하여 pH 2.0 ~ 10.0 범위의 완충액에 30분 동안 담군 뒤 평가하였다. L * 값의 범위는 0에서 100까지이며 밝기를 나타내며(0 : 검정색 및 100 : 흰색), a * 및 b * 값은 각각 녹색에서 빨간색으로, 파란색에서 노란색으로의 색상 변화를 나타내었다. 그리고 흰색 표준 평판을 배경으로 사용하였다. 측정은 각 필름의 3개의 임의 지점에서 수행되었으며 평균값은 다음 수학식 1에 따라 총 색상 변화 (ΔE)를 계산하는 데 사용되었다. 여기서 L0 *, a0* 및 b0*는 pH 7에서 필름의 색상 매개 변수이고, L *,a * 및 b*는 서로 다른 pH 값에서 필름의 색상 매개 변수이다.
[수학식 1]
(2) 염료 침출 실험
CA 필름에서 a-BCP와 e-CNC 간의 상호작용을 평가하기 위해 침출 실험을 수행하였다. 10 중량 % 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재 (10mm×10mm)를 포함하는 CA 필름 조각을 pH 값이 2, 5, 7 및 10인 10mL의 완충액에 담그었다. 그 후 3 mL의 완충액을 주기적으로 시료로 채취한 후 OPTIZEN 3220UV 분광 광도계 (MECASYS Co., Ltd., 대전, 대한민국)를 사용하여 0.5, 1.5, 3, 6, 24 시간의 간격을 두고 측정하였다. 각 측정 후 용액은 초기 용액으로 반환되었다.
(3) 색상 가역성 실험
나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함하는 CA 필름의 색상 가역성은 Kuswandi, Asih, Pratoko, Kristiningrum 및 Moradi (2020)가 제공 한 방법에 따라 다음과 같이 약간 수정하여 평가하였다: 먼저 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재 (10mm×10mm)가 포함된 CA 필름 조각을 pH 2의 완충액 10mL에 30분 동안 담근 후 용액에서 꺼내어 사진을 촬영하였다. 다음으로 동일한 필름을 pH 10의 완충액 10ml에 30분간 담근 후 용액에서 꺼내어 다시 사진을 찍었다. 이 과정은 3번 반복되었고, 매번 필름 사진을 찍었다. 뿐만 아니라, 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함하는 CA 필름의 색상 가역성을 평가하기 위해 극단적인 pH 값 2 (산성) 및 10 (염기성)에서 Minolta Chroma Meter를 사용하여 필름의 색상 변화를 정량화하였다.
<결과 및 평가>
pH에 따른 BCP 염료의 색상 변화 및 구조적 변형 확인
pH 값이 2.0에서 10.0까지인 다른 완충액에서 BCP 및 a-BCP의 색상 변화를 관찰하였고, 그 결과 pH 2 ~ 4에서 BCP 용액은 노란색이었고 a-BCP 용액은 밝은 노란색이었다. pH가 5로 증가함에 따라 BCP와 a-BCP 용액의 색상이 각각 황색을 띤 주황색과 진한 노란색으로 바뀌었다. pH 6에서 BCP 용액은 빨간색으로, a-BCP 용액은 붉은 오렌지색으로 변하였다. 중성 pH 7에서 BCP 및 a-BCP 용액의 색상은 각각 자주색과 밝은 자주색으로 변하였다. 알칼리성 조건 하인 pH 8 ~ 10에서 BCP 용액의 색상은 보라색으로, a-BCP 용액은 밝은 보라색으로 나타났다. pH가 7에서 8로 이동할 때 a-BCP 용액과 비교하여 BCP 용액의 색 변화가 더 눈에 띄었다는 점은 주목할 가치가 있다. 도 1을 참조하면, 색상 변화는 페놀성 하이드록실기의 양성자화 및 탈양성자화의 결과로 BCP 및 a-BCP의 구조적 변형과 관련되어 있음을 알 수 있다.
이어서, BCP 및 a- BCP 용액의 UV-Vis 스펙트럼 관찰을 통해 구조적 변화를 확인하였다. 도 3은 2.0에서 10.0까지의 서로 다른 pH 값에서 BCP 및 a-BCP의 UV-Vis 흡수 스펙트럼과 다양한 pH의 BCP 및 a-BCP 용액에 대한 주요 흡수 피크의 강도를 도시한 것이다. BCP 및 a-BCP의 UV-Vis 흡수 스펙트럼은 pH 변화로 인한 흡광도 피크의 특징적인 변화를 나타낸다. 도 3의 (a)를 참조하면, BCP 용액의 pH가 2.0에서 10.0으로 증가함에 따라 430 nm에 위치한 스펙트럼의 최대 흡수 피크 (λmax)는 적색으로 더 긴 파장으로 이동했으며 새로운 λ max가 590 nm에서 나타났다. 이러한 변화는 BCP의 구조적 변형과 관련이 있음을 의미한다. 유사하게, a-BCP 용액의 pH가 2.0에서 10.0으로 증가함에 따라 λ max는 도 3의 (b)와 같이 420 nm에서 590 nm로 이동하였다. 산성 λ max는 순수 BCP 용액의 430 nm에서 a-BCP 용액의 420 nm로 10 nm의 단파장쪽이동(청색이동)을 보인 반면 알칼리성 λ max는 590 nm에서 일정하게 유지되었다. 도 3의 (c) 및 도 3의 (d)를 참조하면, 산성 및 알칼리성 λ max는 도면과 같이 순수한 BCP와 a-BCP에서 작은 할로크로믹한 차이를 나타내었다. 더욱이, BCP와 a-BCP 용액 모두에서 λ max는 산도와 알칼리도가 약화됨에 따라 점차 감소하였다. 산 해리 상수(pKa)의 값과 BCP 및 a-BCP 용액의 등흡광점은 서로 다른 pH 값에서 기록된 UV 스펙트럼 흡광도 데이터를 기반으로 얻었다. 도 3의 (c) 및 도 3의 (d)를 참조하면, BCP 및 a-BCP 용액의 pKa 값은 도면과 같이 두 곡선 사이의 교차점에서 pH에서 얻었으며, 순수 BCP 용액의 pKa 및 a-BCP 용액의 pKa는 각각 6.22 및 6.28의 값을 가졌다. 스펙트럼상 등흡광점은 489nm에서 나타났다. 등흡광점은 BCP의 두 가지 형태 (즉, 양성자화 및 탈양성자화 형태) 간의 산-염기 평형을 명확하게 보여준다. 이것은 BCP 염료의 색상 변화가 페놀성 하이드록실기의 양성자화와 탈양성자화의 결과임을 알 수 있다.
비색분석
도 4는 일 실시예에 따른 복합재의 양을 달리한 필름의 색상 변화를 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 노란색에서 보라색에 이르는 필름의 가시적인 색상 변화를 보여준다. 필름의 색상 변화는 산성에서 알칼리성 수성 용매에서 페놀성 하이드록실기의 양성자화 및 탈양성자화로 인해 BCP 화학 구조의 변형에 기인한 것이다. 또한, 10 및 15 중량 % 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함하는 CA 필름의 색상 변화가 더 분명하며, 이는 pH 변화에 더 민감하다는 것을 나타낸다. 일반적으로 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함하는 CA 필름은 pH 변화에 민감하며 육안으로 색상 변화를 명확하게 볼 수 있었다. 필름의 색상 변화는 L*, a* 및 b*를 측정하여 정량화하였으며, 실시예 2-(1)에 기재된 바와 같이 L*는 필름의 밝기, a* 및 b*는 각각 녹색에서 빨간색으로, 파란색에서 노란색으로의 색상 변화를 나타낸 것이다.
다양한 pH 완충액에 30분 담근 후 측정한 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름의 색차계 결과
필름 종류 pH L * a * b * ΔE
5 중량 % a-BCP를 포함한 CA 필름
 2 80.56 ± 0.64 a 11.48 ± 1.19 bcd 63.56 ± 3.71 ab 4.55 ± 1.11 b
3 77.01 ± 0.52 b 12.31 ± 0.71 abc 65.30 ± 2.73 a 5.29 ± 0.68 b
4 79.45 ± 0.25 ab 12.12 ± 1.27 abc 64.65 ± 3.86 ab 4.62 ± 1.76 b
5 79.50 ± 0.91 ab 9.05 ± 0.57 e 62.26 ± 1.92 abc 4.85 ± 0.33 b
6 78.74 ± 0.48 ab 13.61 ± 0.51 a 59.33 ± 2.62 bc 2.52 ± 0.48 ab
7 78.64 ± 0.94 ab 13.12 ± 1.15 ab 60.50 ± 2.79 abc 0 a
8 77.70 ± 1.75 b 9.74 ± 1.01 de 57.64 ± 2.77 c 5.12 ± 1.79 b
9 78.22 ± 2.63 ab 10.90 ± 1.24 cd 59.12 ± 4.31 bc 4.90 ± 1.23 b
10 59.99 ± 1.67 c 11.75 ± 0.98 abc 27.81 ± 1.65 d 37.71 ± 0.59 c
5 중량 % 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름 2 82.13 ± 1.87 a -4.14 ± 0.61 e 35.69 ± 1.30 ab 5.51 ± 1.34 bc
3 81.08 ± 0.95 a -3.50 ± 0.39 d 33.84 ± 1.60 bc 4.56 ± 0.95 b
4 79.48 ± 1.97 ab -2.46 ± 0.11 c 31.49 ± 2.06 c 4.73 ± 1.24 b
5 80.68 ± 1.02 ab -1.94 ± 0.26 b 32.78 ± 1.16 bc 4.32 ± 0.31 b
6 74.66 ± 1.95 cd -1.54 ± 0.38 ab 38.09 ± 1.81 a 4.34 ± 1.37 b
7 77.53 ± 2.11 bc -1.55 ± 0.14 ab 35.44 ± 1.23 ab 0 a
8 71.58 ± 2.62 de -1.64 ± 0.13 ab 31.73 ± 1.48 c 7.01 ± 1.01 bc
9 69.67 ± 1.94 ef -1.08 ± 0.17 a 33.85 ± 1.96 bc 8.23 ± 1.68 cd
10 67.89 ± 1.26 f -1.25 ± 0.03 a 34.87 ± 3.32 abc 10.00 ± 1.63 d
10 중량 % 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름 2 78.02 ± 1.53 a 3.74 ± 0.53 de 45.32 ± 1.83 a 11.75 ± 0.66 d
3 76.68 ± 0.83 a 3.92 ± 0.60 de 42.74 ± 2.04 ab 8.89 ± 1.05 c
4 73.95 ± 1.50 b 3.18 ± 0.14 e 39.28 ± 1.89 bc 4.52 ± 1.37 b
5 69.95 ± 1.73 c 4.80 ± 0.50 c 36.29 ± 3.89 cd 3.37 + 1.94 b
6 68.99 ± 1.19 c 3.61 ± 0.28 de 34.30 ± 2.25 de 3.41 ± 0.88 b
7 71.06 ± 1.75 bc 4.23 ± 0.18 cd 36.06 ± 2.79 cd 0 a
8 63.04 ± 1.65 d 4.45 ± 0.57 cd 31.97 ± 0.97 ef 9.06 ± 1.58 c
9 63.92 ± 1.83 d 6.45 ± 0.36 b 27.36 ± 1.65 fg 11.62 ± 0.95 d
10 53.73 ± 1.67 e 7.26 ± 0.64 a 29.32 ± 1.93 g 18.94 ± 1.05 e
15 중량 % 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름 2 71.27 ± 4.58 ab 4.11 ± 0.38 d 29.55 ± 5.73 ab 8.42 ± 2.32 de
3 72.09 ± 1.14 a 8.14 ± 0.62 b 30.29 ± 3.79 a 7.85 ± 1.36 cd
4 71.14 ± 2.21 ab 5.74 ± 0.67 c 27.03 ± 4.23 ab 5.98 ± 0.97 bcd
5 67.19 ± 1.62 bc 6.47 ± 0.62 bc 29.2 ± 3.22 ab 4.03 ± 2.53 bc
6 64.91 ± 2.29 c 7.37 ± 1.09 bc 28.18 ± 1.44 ab 3.55 ± 2.2 ab
7 66.75 ± 2.71 bc 6.19 ± 0.84 c 25.84 ± 1.08 ab 0 a
8 56.07 ± 0.98 d 7.24 ± 0.95 bc 22.93 ± 4.56 b 11.61 ± 2.41 ef
9 56.75 ± 0.72 d 7.21 ± 0.39 bc 16.63 ± 3.84 c 13.85 ± 1.68 f
10 40.82 ± 3.77 e 15.20 ± 1.66 a 13.82 ± 2.85 c 30.08 ± 3.74 g
참고: 동일한 알파벳은 확률(P=0.05)에서 Duncan 비교에서 통계적으로 차이가 없음
표 1은 pH에 따른 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름의 색차계 결과에 관한 것이다. 표 1을 참조하면, 필름의 L* 값은 pH가 증가함에 따라 감소하여 pH 2 및 pH 10에서 각각 최고 및 최저 L* 값이 관찰되었으며, 복합재의 양이 증가함에 따라 L* 값, 즉 필름의 밝기가 결과적으로 5 중량 % a-BCP를 포함한 CA 필름에 비해 감소하였다. 그리고 pH가 2.0에서 10.0으로 증가함에 따라 a* 값은 불규칙하였으나, b* 값은 모든 필름에서 더 낮은 b* 값을 가지는 것으로 확인되었으며 이는 pH가 증가함에 따라 노란색이 약화되었음을 나타낸다. 5 중량 % a-BCP를 포함하는 CA 필름에서 b* 값은 pH 2에서 9까지 점진적으로 감소하다가 pH 10에서 급격히 감소했고, 이러한 실험 결과는 pH 10에서 노란색이 급격히 약화되었음을 의미한다. 그리고 5 중량 % 의 복합재를 포함하는 CA 필름의 b*값은 불규칙한 변동을 보였고, 15 중량 %의 복합재를 포함하는 필름의 b*값은 pH가 2에서 7로 변해도 크게 변하지 않았지만 pH 8에서 10에서는 현저하게 변하는 것으로 관찰되었다. 반대로, 복합재의 양이 증가함에 따라 필름의 b* 값이 감소하여 15 중량 %의 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함하는 필름에서 가장 낮은 b* 값이 발견되었다.
색상 변화를 관찰하는 데 널리 사용되는 또 다른 매개 변수는 총 색상 변화(ΔE)이며, 수학식 1에 기재된 바와 같이 세 가지 매개 변수 L*, a* 및 b* 값을 이용하여 총 색상 변화 값을 도출한다. 도 5는 2 ~ 10 범위의 pH 값에서 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함하는 CA 필름의 총 색상 변화(ΔE)를 도시한 것이다. 필름의 ΔE 값은 색상 변화의 정도를 표현하기 위해 pH 7을 기준으로 사용하여 계산되었으며, 필름의 ΔE 값이 5보다 크면 (ΔE > 5) 색상 변화를 시각적으로 식별할 수 있었고, ΔE < 5에서는 식별할 수 없었다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)를 참조하면, 5 중량 % a-BCP를 포함하는 필름 및 5 중량 % e-CNC/a-BCP 복합재를 포함한 필름은 각각 pH 10 및 pH 8 ~ 10에서 ΔE 값이 5보다 크게 나타났고, 주요 색상의 변화를 시각적으로 식별할 수 있었다. 그러나, 5 중량 % a-BCP를 포함하는 필름 및 5 중량 % e-CNC/a-BCP 복합재를 포함한 필름은 산성 조건에서는 ΔE 값이 5보다 작아서 주요 색상 변화를 육안으로 식별하기 어려웠다. 하지만, 복합재의 함량을 증가시켜 실험해 본 결과, 염기성 조건 뿐만 아니라 산성 조건에서도 주요 색상 변화를 식별할 수 있었다. 도 5의 (c) 및 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 10 중량 % e-CNC/a-BCP 복합재 및 15 중량 % e-CNC/a-BCP 복합재를 포함한 필름은 pH 8 ~ 10에서 뿐만 아니라 각각 pH 2 ~ 3 및 pH 2 ~ 4에서 ΔE 값이 5보다 크게 나타났고, 이는 산성조건에서도 색상의 변화를 시각적으로 식별할 수 있음을 의미한다.
또한, 알칼리성 pH에서 ΔE값은 산성 pH에서보다 높았으며 모든 필름의 최대 ΔE값은 pH 8 ~ 10에서 얻어졌다. 이러한 결과는 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함하는 CA 필름이 pH 변화 비색 검출에 사용할 가능성이 있음을 보여주준다. 이러한 결과는 도 4에서 보여주는 필름의 모습과 다소 일치하였다.
염료침출분석
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름의 흡수 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)를 참조하면, 산성 완충 용액 (pH 2 및 5)에 침지된 필름의 UV 스펙트럼은 다른 시간 간격에서 염료의 특징적인 피크를 나타내지 않았으며, 실제로 pH 2와 5에서 최대 24 시간 동안 방출이 발생하지 않았다. 따라서 이러한 필름은 산성 환경과 산 침출에 민감하지 않다는 결론을 내릴 수 있다. 도 6의 (c)를 참조하면, 필름이 중성 pH 완충 용액 pH 7에 노출되었을 때 24시간 내에 무시해도 될 정도의 염료 방출이 발생하였다. 반면에 pH 10에서 필름의 염료 방출은 매우 빠르게 발생하였다. 1.5 시간 후에 침지된 필름의 UV 스펙트럼에서 염료의 특징적인 피크가 590nm에서 나타났으며 시간이 지남에 따라 강도가 점차 증가하였다. 도 6의 (d)에서 기재된 바와 같이 24 시간 동안 pH 10에서 눈에 띄는 염료 방출이 발생했으며 590nm에서 강한 피크가 나타났다. 이 분석 결과, 필름은 강산성 조건에서 우수한 침출 저항성과 알칼리성 조건에서 약한 저항성을 나타냈다. 따라서 높은 pH 값에서 염료 방출이 증가한 것은 생성된 필름이 알칼리성 매체에 민감하다는 것을 나타낸다. 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름에서 염료의 방출 속도는 염료 용해도, 중합체를 통한 염료 확산 속도, 중합체 팽창률, 중합체 구조의 온전함, 필름 용해도, 필름과 염료 간의 호환성, 실험에 사용되는 용액 유형과 같은 여러 요인에 따라 달라짐을 확인할 수 있었다.
색상 가역성
산성 완충액에 필름을 담그면 색이 노란색이 되었고, 이후 염기성 완충액에 담그면 색이 보라색이나 자주색으로 변하였다. 이 사이클은 세 번 반복되었으며 매번 색상 변화가 비슷하였다.
pH 2와 10의 완충액에 담근 후 측정한 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름의 색차계 결과
필름 종류 pH L* a* b*
5 중량 % a-BCP를 포함한CA 필름
 2 80.40 ± 0.85 a 11.40 ± 1.22 a 63.70 ± 1.97 a
10 59.57 ± 1.00 b 7.58 ± 0.84 b 45.03 ± 2.15 b
2 79.84 ± 0.42 a 11.35 ± 1.67 a 66.97 ± 1.18 a
10 60.16 ± 1.41 b 7.37 ± 0.61 b 43.92 ± 1.49 b
2 81.27 ± 0.86 a 10.73 ± 0.89 a 65.99 ± 2.37 a
10 61.26 ± 1.43 b 7.18 ± 0.45 b 39.95 ± 1.35 c
5 중량 % 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름 2 80.64 ± 0.49 a -1.62 ± 0.11 a 62.16 ± 1.41 b
10 74.86 ± 0.95 b -3.36 ± 0.11 b 50.59 ± 1.52 c
2 81.24 ± 0.99 a -1.35 ± 0.12 a 64.66 ± 1.04 b
10 75.65 ± 1.15 b -3.19 ± 0.52 b 48.67 ± 1.36 c
2 80.98 ± 0.17 a -0.98 ± 0.06 a 67.78 ± 1.27 a
10 75.53 ± 0.99 b -3.52 ± 0.81 b 50.71 ± 2.28 c
10 중량 % 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름 2 76.15 ± 0.57 b 11.44 ± 0.80 a 69.89 ± 2.38 a
10 67.95 ± 1.46 de 5.99 ± 0.72 c 49.76 ± 2.67 c
2 74.56 ± 0.88 c 10.87 ± 0.48 ab 70.67 ± 2.19 a
10 66.98 ± 0.77 e 6.91 ± 0.67 c 53.99 ± 2.28 b
2 78.13 ± 0.41 a 10.28 ± 0.36 b 68.30 ± 1.65 a
10 69.19 ± 0.60 d 5.84 ± 0.44 c 51.68 ± 1.96 bc
15 중량 % 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름 2 71.38 ± 1.52 a 26.34 ± 0.62 a 48.64 ± 1.63 a
10 61.69 ± 1.22 b 21.31 ± 1.44 b 41.98 ± 1.66 b
2 69.71 ± 0.88 a 26.14 ± 1.30 a 52.42 ± 2.10 a
10 60.46 ± 0.63 b 20.16 + 0.49 bc 43.51 ± 3.07 b
2 70.04 ± 1.63 a 25.40 ± 0.67 a 51.77 ± 2.30 a
10 59.92 ± 1.07 b 19.41 ± 0.45 c 37.15 ± 2.18 c
참고: 동일한 알파벳은 확률(P=0.05)에서 Duncan 비교에서 통계적으로 차이가 없음
표 2는 극단적인 pH에서 반복적인 침지에 따른 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름의 색차계 결과에 관한 것이다. CA 필름의 색상 가역성을 평가하는 데 색도계 측정에서 얻은 데이터를 사용하였으며, 표 2에 기재된 바와 같이 산성 및 염기성 완충액 모두에서 CA 필름 (L *, a * 및 b *)의 색상 매개 변수에 관한 수치가 초기 수준과 비교해 약간의 차이가 있었다. 이는 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함하는 CA 필름의 우수한 색상 안정성과 가역성을 확인한 것이다. 예를 들어 pH 2 및 10에서 서로 다른 양의 복합재를 포함하는 CA 필름의 밝기 (L *) 변화를 측정한 결과값은 도 7에 기술하고 있다. 노란색에서 보라색으로, 보라색에서 노란색으로의 색상 변화는 산성 및 알칼리성 완충액에 다른 침지 과정동안 반복될 수 있으며, 이는 특정 조건에서 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 CA필름의 가역성과 재사용성을 보여준다. 또한, 산성 및 염기성 완충액에 3회 침지한 후에도 필름의 온전한 상태가 유지되었다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 에스테르화된 나노셀룰로오스(e-CNC)와 활성화된 브로모크레졸퍼플(activated BCP)을 결합하여 형성된 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재(e-CNC/a-BCP)를 포함한 필름에서,
    상기 필름 중 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재(e-CNC/a-BCP) 함량이 10 내지 15 중량 %이고,
    상기 필름을 식품의 신선도를 식별하기 위하여 사용할 때 산성 조건인 pH 4 ~ 5와 알칼리성 조건인 pH 7 ~ 8에서 시각적으로 식별가능하도록 색상이 변화되는 것을 특징으로 하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재의 함량이 10 내지 15 중량 %일 때 pH 2 ~ 4 및 pH 8 ~ 10에서 하기 수학식 1에서의 ΔE가 5보다 큰 것을 특징으로 하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법:
    [수학식 1]

    상기 수학식 1에서,
    L0 *, a0 * 및 b0 *는 각각 pH 7에서의 필름의 밝기, 색상과 채도를 표시하는 방향값이고,
    L *, a * 및 b *는 서로 다른 pH 에서의 필름의 밝기, 색상과 채도를 표시하는 방향값이다.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 pH 변화는 pH 4 ~ 5 이하 산성에서 노란색을 띠며, pH 7 ~ 8 이상 염기성에서 보라색을 띠는 것을 특징으로 하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법.





  4. 삭제
  5. 삭제
KR1020210074775A 2021-06-09 2021-06-09 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름을 활용하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법 KR102599336B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210074775A KR102599336B1 (ko) 2021-06-09 2021-06-09 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름을 활용하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210074775A KR102599336B1 (ko) 2021-06-09 2021-06-09 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름을 활용하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220166012A KR20220166012A (ko) 2022-12-16
KR102599336B1 true KR102599336B1 (ko) 2023-11-06

Family

ID=84534985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210074775A KR102599336B1 (ko) 2021-06-09 2021-06-09 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름을 활용하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102599336B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102011803B1 (ko) * 2018-08-30 2019-08-19 경북대학교 산학협력단 pH 발색반응용 셀룰로오스 나노섬유 복합재 및 이의 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101738761B1 (ko) * 2015-07-28 2017-06-09 성균관대학교산학협력단 검출 감도가 향상된 유해물질 검지용 필름 및 이의 제조방법
KR101910014B1 (ko) * 2016-10-05 2018-10-19 연세대학교 원주산학협력단 식품의 신선도 감지용 인디케이터 및 이의 제조방법, 이를 이용한 식품의 신선도 판별방법
KR102316326B1 (ko) 2017-03-07 2021-10-22 엘지전자 주식회사 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치
KR102292697B1 (ko) * 2019-11-26 2021-08-24 한국생산기술연구원 포름알데히드 감지용 변색 필름

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102011803B1 (ko) * 2018-08-30 2019-08-19 경북대학교 산학협력단 pH 발색반응용 셀룰로오스 나노섬유 복합재 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220166012A (ko) 2022-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nguyen et al. Polydiacetylene-based sensors to detect food spoilage at low temperatures
Schaude et al. Developing a sensor layer for the optical detection of amines during food spoilage
CN110618116B (zh) 一种可视化检测肉类新鲜度智能指示标签的制备方法及应用
Stich et al. A dual luminescent sensor material for simultaneous imaging of pressure and temperature on surfaces
Klimant et al. Oxygen-sensitive luminescent materials based on silicone-soluble ruthenium diimine complexes
AU2010308169A1 (en) Intelligent pigments and plastics
Liu et al. On-package ratiometric fluorescent sensing label based on AIE polymers for real-time and visual detection of fish freshness
Hemmateenejad et al. Antioxidant activity assay based on the inhibition of oxidation and photobleaching of L-cysteine-capped CdTe quantum dots
Lee et al. A colorimetric alginate-catechol hydrogel suitable as a spreadable pH indicator
WO2012080704A1 (en) Indicator, application thereof and related products
CH712036A2 (de) Verfahren zum Anzeigen des Kohlendioxids eines frisch geschnittenen klimakterischen Obsts oder Gemüses.
Oun et al. pH-sensitive smart indicators based on cellulose and different natural pigments for tracing kimchi ripening stages
KR102599336B1 (ko) 나노셀룰로오스-브로모크레졸퍼플 복합재를 포함한 필름을 활용하는 식품용 pH 변화 비색 검출방법
KR101451330B1 (ko) 겔 형성 천연 고분자를 이용한 내수성 산소 지시계 및 이의 제조방법
Agunos et al. Anthocyanin colorimetric strip for volatile amine determination
Stewart et al. A review of one-step fluorescent cyanoacrylate techniques
Zhu et al. Designing and developing biodegradable intelligent package used for monitoring spoilage seafood using aggregation-induced emission indicator
CA2259928C (en) Color composition comprising an agent containing pyrogallol entities, a salt of iron (ii) and an organic acid
Zakaria et al. Alginate/dye composite film-based colorimetric sensor for ammonia sensing: Chicken spoilage
JPH07503539A (ja) 食品変質検出法
Qi et al. Fabrication of a solid sensor based on a phenazine derivative film for enhancing the sensing properties of biogenic amine and applying for monitoring shrimp freshness
KR102531210B1 (ko) 셀룰로스 마이크로섬유 및 적무색소 추출물을 유효성분으로 포함하는 식품 신선도 확인용 식품 포장재 조성물
CN114656440A (zh) 一种用于海水鱼鱼肉新鲜度指示的近红外发射荧光探针及其制备的双通道指示卡和应用
Arghavani et al. Anthocyanin‐loaded bacterial cellulose nanofiber as a green sensor for monitoring the selective naked eye and visual detection of Al (III) Ions
Galus et al. Assessment of the Possibility of Using Edible Alginate Films as Colorimetric PH Indicators in Intelligent Food Packaging®

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant