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멜라민

관련기술2016.06.26 12:59

멜라민 (melamine)

내용

   

1. 멜라민의 구조와 성질

2. 멜라민(melamine)을 식품에 넣은 이유

3. 단백질의 구조

4. 단백질의 분석 방법

5. 멜라민의 분석 방법

6. 멜라민 수지

7. 요소 (urea) 의 식품 및 사룡용으로 사용 가능성과 효과

8. 주의

(1) 멜라민과 멜라닌 (melanine)은 다름.

(2) 멜라민과 멜라토닌(melatonin)은 다름

9. 멜라민의 체내 대사와 영향

10. 참고 문헌

11. 더 읽을 거리

   

1. 멜라민(melamine)의 구조, 성질 및 합성

   

1A. 구조

   

멜라민의 화학 구조는 그림 1과 같습니다.

   

   

그림 1. 멜라민의 구조

1B. 물성:

   

화학식: C3H6N6 (탄소 28.57%; 수소 4.80%; 질소 66.64%)

분자량: 126.13

밀도: 1.57 g/cm3

녹는점: 345 oC에서 분해

용해도: 물에는 아주 조금만 녹음

   

1C. 멜라민의 합성:

   

멜라민은 요소 (urea)를 가열하여 만듭니다 (식 1).

여기서 말하는 요소는 질소 비료에 쓰이는 요소와 같은 것입니다.

   

식 1

   

   

2. 멜라민을 식품에 넣은 이유:

   

사람이나 동물들은 생명 유지를 위해 단백질이 포함된 식품이나 사료가 필요합니다. 그리고

단백질이 식품이나 사료에 영양분이 많이 들어있는 것이 좋습니다. 단백질은 육류나 어류 등

우리가 '고기'로 알고 있는 식품, 그리고 우유로 만든 제품, 두부 등에도 많이 들어있습니다.

   

우유를 물로 묽히면 (경제적 유혹 등으로), 당연히 단백질 등 우유의 성분이 줄어들고, 우유 검사에서

통과하지 못할 것입니다. 우유 또는 우유제품을 분석하는 것 중의 한 가지는 단백질 함량 검사입니다.

단백질 함량을 검사하는 일차적인 방법은 질소를 분석해서 단백질을 함량을 환산하는 것입니다.

   

멜라민은 질소 성분이 많으므로 (다른 이유도 여러 가지 있겠지만..) 멜라민을 넣어서 식품에

질소 성분이 많아지도록 한 것입니다.

   

그렇다면, 단백질 함량 분석을 왜 질소 함량을 분석해서 하느냐가 의문일 것입니다. 이것은

단백질이 질소 원자를 포함하고 있기 때문입니다. 단백질에 질소 원자가 어떤 형태로 들어있는가를

알기 위해서는 단백질의 화학 구조를 먼저 알 필요가 있습니다. 아래 3항에서 설명합니다.

   

   

3. 단백질의 구조와 성질

   

단백질 함량을 분석하는데, 질소 함량을 분석해서 환산하는 이유는 단백질 구조를 먼저 이해할

필요가 있어서 아래에 간단히 설명합니다.

   

단백질은 아미노산이 화학결합으로 연결된 화합물입니다. 아미노산의 일반적인 구소식은 아래

그림 2에 있습니다. 아미노산에는 아미노 기 (-NH2)와 카복시산 기 (-COOH)가 있고. Ri 의

구조에 따라서 여러 가지 다른 아미노산이 됩니다.

   

   

그림 2. 아미노산의 일반 구조. 아미노산에는 아미노 기 (-NH2)와 카복시산 기 (-COOH)가 있다. Ri 의 구조에 따라서 여러 가지 다른 아미노산이 된다.

이 아미노산의 아미노기와 카복시기가 물 분자를 잃고 결합을 하면 식 2와 같이 됩니다. 다이아마이드

(또는 다이펩타이드)라고 합니다. 여기서 -CONH-기가 보이는데, 이것을 아마이드 기

(또는 펩타이드 기)라고 합니다.

   

   

식 2

아미노산 사이에서 식 2와 같은 반응이 계속 일어나서 아미노산이 계속 결합이 될 수 있습니다.

그림 3은 아미노산이 4개 연결된 구조가 표시되어 있습니다. 여기서 R1, R2, R3... 등은 같아도 되고

달라도 됩니다.

   

그림 3. 아미노산이 4개 결합된 구조

   

그림 4는 아미노산이 6개 결합된 식을 보여 줍니다.

   

   

그림 4. 아미노산이 6개 결합된 구조.

   

일반적으로 여러개의 아미노산이 결합된 폴리펩타이드의 식이 그림 5에 보여줍니다. 그림 5에서

꺽쇠 괄호, [ ] 속은 폴리펩타이드의 일반적인 반복단위를 나타냅니다.

   

   

그림 5. 아미노산이 많이 경합된 단백질(폴리펩타이드)의 구조. 꺽쇠 괄호, [ ] 속에 기본 반복 단위를 나타낸다.

   

그래서 단백질 또는 폴리펩타이드의 일반식은 그림 6처럼 반복단위로 표현합니다. 이 반복단위 속에는

질소 원자가 하나 포함되어 있습니다. 그래서 질소 분석을 하면 단백질의 함량을 알 수 있다는 것입니다.

   

   

   

그림 6. 일반적으로 간단히 표시되는 단백질 또는 폴리 펩타이드의 구조. 여기서 기본 반복 단위 중에 질소 원자가 한개가 포함되어있음을 보여준다.

   

   

그림 7. A와 B는 같은 구조임. 표현만 순서를 바꾸어 한 것임.

(A)

(B)

  

   

   

   

4. 단백질의 분석 방법

   

4A. 단백질 중의 질소 함량 계산

식품이나 사료 중에 들어있는 단백질을 분석하는 일차적인 방법은 식품이나 사료 중에

들어 있는 질소, N의 함량을 분석하면 됩니다. 왜냐하면 위에서 단백질의 구조를 보면, 단백질의

기본 단위인 아미노산 한 단위마다 질소 원자가 하나씩 포함되어 있기 때문입니다. (다른 원소를

분석하면 되지 않느냐고요? 그렇다면, 어떤 원소를 택하면 좋겠습니까? 그리고 한번 고려해

보십시오. 질소 원소를 분석하는 것이 제일 쉽고 타당하다는 결론에 도달하게 될 것입니다).

   

4B. 질소 함량과 단백질 함량과의 관계

평균 아미노산 당 질소의 함량을 무게로 계산하면 약 16%가 됩니다. 단백질에도 그대로

적용되므로 단백질에는 약 16%의 질소가 포함되어 있습니다 (식품에 따라서 약간씩 다르고

그 범위는 12-19% 정도입니다). 그래서 단백질에 들어 있는 질소의 함량을 계산하고, 질소가

단백질의 약 16%이므로 전체 단백질 량은 질소의 함량에 6.25 (=100/16)를 곱하면 단백질의

함량이 됩니다.

   

단백질의 종류와 질소 조성의 변화 - 단백질의 조성은 또한 식품의 종류에 따라서 달라지고

(아미노산의 종류가 다르고 그 비율이 다르기 때문) 따라서 질소의 함량도 16%에서 달라지기도

합니다.

   

일반적으로 6.25를 질소 계수 (nitrogen conversion factor) 라고 하는데, 이 질소 계수는

식품의 종류, 예를 들면 우유제품, 콩 제품, 육류 제품에 따라서 다른 질소 계수를 사용해야

합니다 (우유 제품, 6.38; 콩 제품, 5.71, 쌀 5. 95 등). 그 이유는 각 식품에 들어있는 단백질의

조성이, 즉 아미노산의 조성이 다르기 때문입니다.

   

   

4C. 식품이나 사료 중의 질소 함량 분석

자, 이제 식품이나 사료 중의 질소 성분을 어떻게 분석하는가가 문제입니다. 식품이나

사료 중에 질소를 포함하는 성분은 단백질 이외에도 알카로이드, 글루코사이드, 암모니아 등

여러 종류의 질소 화합물이 있습니다. 그래서 질소를 분석해서 얻은 단백질 함량을 조단백질

(粗단백질, crude portein)이라고 합니다. 조단백질에 대해서는 나중에 더 얘기하기로 하고,

식품에서 질소 성분을 분석하는 문제로 돌아갑시다.

식품 속의 질소 함량을 분석하는 원리는, 식품 속의 질소 성분을 암모니아 (NH3, ammonia) 로

변환시켜서 암모니아의 양을 정량하고, 이것에서부터 질소의 함량 그리고 단백질의 함량을

계산하는 것입니다.

   

식품속의 질소 성분을 암모니아로 변환시키고 이것을 정량하는 방법은 켈달 질소 정량법을

사용합니다 (J. Kjeldahl- 덴마크).

   

실제 실험에서는 몇 단계로 반응을 하고 실험해야 합니다. 켈달의 질소 정량법은 첫째 시료를

진한 황산과 가열하여서 시료 중의 질소 원소를 모두 암모니아로 변환시킵니다. 변환된

암모니아는 황산과 반응해서 황산암모늄 [(NH4)2SO4]으로 됩니다 (식 3).

   

   

식 3

   

두 번째, 이렇게 생긴 생성물에서 암모니아 성분만 분리시키려고 가성소다 (NaOH)수를 넣어서

암모니아를 발생시킵니다 (식4).

   

   

식 4

세 번째, 발생한 암모니아를 황산으로 적정을 합니다 (식 5). 이때 암모니아는 모두 황산

암모늄염으로 변환됩니다. 이때 약간 과량의 황산을 사용합니다.

   

식 5

과량의 황산은 다시 표준 가성소다액으로 적정해서 과량으로 들어간 황산의 양을 계산합니다 (식 6).

   

식 6

   

이렇게 해서 질소의 양을 계산하고, 여기서 단백질의 함량을 환산하게 됩니다.

   

   

5. 멜라민의 분석 방법

   

   

   

6. 멜라민 수지

멜라민 수지는 멜라민과 폼알데하이드 (HCHO, 포름알데하이드, formaldehyde)와 반응시켜서

만든 열경화성 합성 수지입니다 (식 7). (열에 강하고 해가 없는 것으로 알려져서 다양하게

사용됩니다.

   

   

식 7

   

7. 요소 (urea) 의 식품 및 사료용으로 사용 가능성과 효과

   

요소는 천천히 가수분해 되어서 암모니아와 탄산가스로 분해됩니다 (식 8). 그래서 요소를

질소 비료로 사용하는 것입니다. 멜라민은 잘 분해하지 않지만, 식품에 요소를 넣으면 요소는

쉽게 가수분해가 일어나서, 식품의 냄새 등이 쉽게 변할 것 같습니다.

   

식 8

   

   

8. 주의

(1) 멜라민과 멜라닌 (melanine)은 다름.

(2) 멜라민과 멜라토닌(melatonin)은 다름

   

   

9. 멜라민의 체내 대사와 영향

   

멜라민이 인체 또는 동물의 체내에 들어가서 일어나는 생리 작용 및 부작용은 의사협회나

관련 의학 분야 또는 생리학 전문가에게 문의하는 것이 더 확실하고 좋을 것 같습니다.

   

LD50 등 수치는 있으나 지금 일어난 현상들을 보면 별로 의미가 없습니다.

   

   

10. 참고 문헌

   

출처: <http://www.chemistryculture.org/ChemStory/chemstory-dictionary/melamine/melamine-2008-11-13-do.htm>

   

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