모둠원: 김가은, 송유주

1. 탐구동기 및 선행연구 분석

   +탐구동기

   여러 연구 결과를 통해 멜라닌이 자외선으로부터 피부를 보호하고 알레르기의 원인물질인 알레르겐과의 결합을 방해한다는 사실을 알게 되었다. 또 이런 멜라닌의 장점을 이용한 '슈포 멜라닌' 크림이 피부 치유 속도를 약 2배 빠르게 한다는 연구 결과도 존재한다. 그럼에도 불구하고 국내에선 이와 관련한 학술자료가 나오지 않고 오히려 멜라닌이 색소침착을 일으키므로 멜라닌을 억제하기 위한 연구자료가 활발한 상황이다. 따라서 멜라닌의 의료용, 치료용으로서의 가능성에 대한 궁금증을 가지게 되어 연구를 진행하게 되었다.

   
   

   항산화작용으로 피부 치유 속도를 높일 수 있다는 사실과 자외선이 피부 상처에 악영향을 미친다는 사실을 알게되었다. 따라서 오징어 먹물에서 멜라닌을 추출해 항산화능과 자외선 차단 능력을 연구했다. 이때 연고 첨가제로 쓰일 수 있을 지 알기 위해 물벼룩 독성 실험, 착색 실험을 진행했다.

   
   

   +선행연구 분석

   연근에서 추출한 분말이 피부 재생에 미치는 영향에 대한 연구

   -구절초의 과실착색 효과와 활용에 대한 연구

   -자외선 차단제의 활성산소 생성 부작용 개선 방안에 대한 탐구

   -항산화 활성이 증진된 일라이트 추출물의 제조방법 및 용도

   주로 피부노화를 일으키는 활성산소 제거에 대한 연구와 피부재생에 대한 선행연구를 분석했다.

   
   

2. 탐구 계획

   오징어 먹물로 연구의 성능을 높일수있을까?=>오징어 먹물을 통한 시료제작=>

   -DPPH Assay 실험을 통한 항산화능 검증 => 상처부위의산소를 제거할수있는지 항산화능 검증

   -UV 측정을 통한 흡광도 층정=> 자외선을 흡수하는 정도 측정

   -물벼룩 독성 실험=> 연고는 신체에 닿는 물질인 만큼 인체에 무해해야 하기 위해 독성 실험

   -착색 실험=> 신체에 상처가 생겼을떄 멜라닌색소로 인한 착색 우려

3. 탐구과정 및 결과

   1) 시료 추출 : 오징어 먹물로부터 멜라닌 단백질을 추출함.

   가. 오징어 먹물의 단백질을 제거하기위해 오징어먹물 가루와 1%의 수산화나트륨을 혼합하여 교반시켜, 먹물 속 멜라닌을 침전시킴

   나. 침전물과 함께 오징어 먹물을 코니칼 튜브에 옮겨담아 원심분리를 진행함.

   자외선 차단 실험과 항산화능 검증에 사용할 멜라닌 추출물은 멜라닌 성분을 추출하기 위해 증류수와 혼합한 후, 환류 추출을 진행함. 환류 추출은 딤로스 냉각기로 냉각하며 증류함. 추출된 용액은 여과필터를 이용해 3번 여과시켰으며 그 후에도 simple filter 여과를 이용해 용액이 투명해질 때까지 14~16번 진행함.

   2) 항산화 실험 : DPPH assay

   가. 영점 조절을 위한 증류수와 대조군으로 사용한 비타민 C와 멜라닌 추출물, 추출 상충액에 DPPH 용액을 넣어 암실에서 반응시킨 후, 517nm의 파장대에서 흡광도를 측정해 라디칼 소거 활성을 백분율로 산출함.

   결과 : 멜라닌 추출물 : 58.8%, 추출상충액 : 61.85%,비타민 C:96.47%

   3) 독성 실험 : 아무것도 넣지 않은 시료와 멜라닌 추출물, 추출 상충액을 넣은 코니칼 튜브에 물벼룩을 넣어 시간을 정해 생사를 확인함.

   결과 : 세 경우 모두에서 물벼룩이 살아있던 것 확인.

   4) 자외선 차단 실험

   가. 영점조절을 위한 증류수와 추출상충액, 멜라닌 추출물을 농도에 따라 다르게 맞춰 260nm의 흡광도 값을 도출해 자외선 차단을 확인함.

   결과 : 희석시키지 않은 멜라닌 추출물의 흡광도가 높은 것으로 보아, 멜라닌 추출물과 추출상충액에서 자외선을 흡수할 수 있다는 것을 확인함.

   5) 착색 실험

   가. 유동파라핀을 이용해 연고와 비슷한 제형을 제작함.

   나. 돼지껍데기에 상처를 내 추출 시료의 혼합율을 다르게 한 유동파라핀을 발라 방치하고 세척하여 착색 변화를 비교확인한다.

   결과 : 첨가하는 분말 추출 시료의 양이 많을수록 착색 정도가 심해지는 것을 확인함.

4. 탐구결론 및 활용점

   -결론

   +항산화 실험: 활성 산소 제거 능력을 알아보기 위해 DPPH Assay로 흡광도를 분석하고 대조군의 라디칼 소거 활성 정도를 계산해보았는데 증류수를 이용항 추출했을떄 추출 액과 멜라닌 추출물 모두 50% 넘겨 오징어 먹물 속 멜라닌이 높은 항산화 기능을 가지고 있는것을 확인함

   +독성실험: 추출 상층액과 멜라닌 추출물을 넣은 튜브에 넣은 물벼룩이 살아있다는 것을 확인했다.

   +자외선 차단: 멜라닌 추출물과 추출 상층액 모두 260nm~400nm 대 파장을 관찰하였는데 시료들의 농도가 높아질수록 높은 흡광도를 보였다.

   +착색 실험: 0.1g과 0.5g에서 착색차이가 있다는것을 보아 첨가하는 분말 추출 시료의 양이 많을수록 착색 정도가 심해지는 것을 알수있었다. 물로만 세척했을떄는 남아있었지만 손세정제로 세척하면 착색이 남아있다고 보기 어려웠다.

   
   

   -활용점: 연고의 성능 증가 ,연고 첨가제

   
   

모둠원: 이진우, 백재훈

1. 탐구동기 및 선행연구분석 (김진호)

2. 가설설정 및 예상결론 (김진호)

3. 탐구계획 (백재훈)

4. 탐구과정 및 결과 (백재훈)

5. 탐구결론 및 활용점 (이진우)

연구 목표

도로 속의 위험 요소들로부터 운전자들의 도로 안전을 보장하고

사고를 예방하기

자동화 솔루션 시스템

1. 드론이 상공에서 주기적으로 넓은 지역의 도로 표면을 촬영

2. 촬영된 영상을 *YOLO아키텍처(You Only Look Once) 기반 모델로 분석

3.장애물이 있는 위치를 실시간으로 지도에 표시, 경고

4. 일정 크기 이상의 균열이나 블랙아이스가 발견될 시 관리자와 운전자에게 즉각적인 알림으로 빠른 대처

*YOLO아키텍쳐 : 실시간 대상 감지에 적합한 빠른 속도를 가진 대표적인 딥러닝 모델

선행 연구

블랙아이스 감지 체계의 보완점 :

불규칙적으로 발생하는 블랙아이스의 특징을 고려하지 못한

발생장소 예측 -> 유인순찰 후 제거 과정

다양한 상태의 도로를 Google Image Search를 통해 습득, YOLO CNN으로 분석하는 과정으로 96%의 식별력을 보임

연구 방법 및 내용 :

드론으로 DJI Tello. 프로그래밍이 용이하고 비행, 촬영, 이미지송출이 편리함

모델 학습을 위해 Google Colab Pro를 사용함.

아스팔트 샘플을 -4°~-20°로 냉각, 수돗물을 분사하여 블랙아이스 모델 생성, 블랙아이스 모델의 연진상방1m지점과 좌우 0.5m 이동 지점에 총 3개의 광학카메라 설치, 5분간 1분 간격으로 총 15개의 샘플 촬영, 비슷한 방법으로 샘플 추가 촬영

모델 설계 및 학습 :

YOLOv88 Segmentation 모델의 높은 정확성과 실시간에서 뛰어난 성능을 보여주기에 AIHub 데이터와 위에서 촬영한 샘플을 학습.

연구 결과 :

드론으로 촬영한 영상을 Orin으로 실시간 송출하여 식별을 진행,

Orin은 DJITelloPy API를 통해 이미지데이터를 송출, Tello를 조종.

Orin은 전달받은 이미지를 YOLOX를 통해 실시간 분석

연구 결론 :

장점 :

1. 인간 판단의 개입을 요하는 유인 순찰에 비해 더욱 우수한 성능을 가질 것으로 분석됨.

드론으로 순찰 대상 전체 범위를 감지하는 시스템상 누락되는 블랙아이스가 적을 것임.

2. 인력개입을 최소화하여 경제적임

3. 기존 시스템을 크게 건들지 않기 때문에 쉽게 도입이 가능함

4.GIS 기반의 매핑 시스템으로 직관적으로 경고를 하여 운전자에게 빠르게 정보를 전달 가능

기대 효과:

1.도로 유지보수비용 절감

2.교통사고 감소

3.인력 개입 최소화로 다른 곳에 재투자

제언

추후에 YOLO 외 다른 모델을 사용하여 식별 모델을 최적화 할 것이다.

2.비타민C는 식물의 성장을 방해한다.(비타민C가 일으키는 토양의 산성화 떄문에 식물건강에 좋지 않다. 때문에 비타민C는 식물 건강을 위해 식물 혹은 토양에 투여하지 않고 올바른 방법으로 폐기해야 한다.)

3. 영양제를 식물에 투여할 때는 화학적인 변화를 가하면 파괴된다.(분쇄한 것과 중탕한 것 중 분쇄한 영양제의 실험결과가 더 좋았다. 이유는 영양제에 열을 가하면 화학적 변화가 일어나기 때문에 성분이 변화하기 때문이다.)

활용점: 식물에게 이로운 영향을 주는 폐의약품을 재활용하여 버려지는 폐의학품을 줄이고 지구온난화 및 환경을 보호할 수 있다.

차이음,임현지,이대원

결론

미세먼지 제거능력-소나무, 잣나무, 은행나무가 우수하며, 이는 진액의 먼지 포집 효과와 넓은 잎 표면적 때문으로 분석됨.

공기정화 능력-교목 중 은행나무, 관목 중 측백나무가 VOC 저감 효과까지 고려할 때 가장 우수함.

가로수 잎 활용 공기정화 능력-플라타너스, 은행나무, 벚나무, 느티나무, 잣나무 간 차이가 크지 않았으나, VOC 저감 효과는 은행나무가 가장 뛰어났고, 관목에서는 측백나무가 가장 효과적이었음.

기공과 먼지 제거능력 관계-기공이 클수록 먼지 제거능력이 높았으며, 기공의 수와는 상관관계 없음.

소나무와 잣나무 비교-소나무의 공기정화 능력은 낮았으나, 같은 침엽수인 잣나무는 먼지 제거 및 공기정화 능력이 우수하게 나타남

활용

은행나무 + 측백나무 조합=

은행나무(교목)와 측백나무(관목)를 수직 배치하면 도시 공기질 개선에 효과적.

은행나무 열매 냄새 문제는 수그루로 교체하면 해결 가능.

먼지 제거 및 공기정화 능력이 우수하므로 교통량이 많은 지역에 식재하면 효과적.

다양한 가로수 식재 필요

플라타너스, 느티나무, 왕벚나무, 이팝나무도 미세먼지 저감 효과가 높음.

한 가지 수종이 아닌, 지역 특성에 맞는 가로수 배치로 도시 미관과 공기질 개선 가능.

2.알고 먹는 약! 우리의 건강을 지킨다 (부제: 활명수의 비밀)

3. 탐구동기: 글쓴이는 자신이 먹었던 약과 주변에서 흔히 보았던 약에 대해 조사하기 시작했다. 편의점이나 약국에서 쉽게 구할 수 있는 약들 중 활명수를 탐구 대상으로 정했다. 알약이나 시럽약은 여러 성분이 혼합되어 있어 실험하기 어려운 반면, 활명수는 한방 재료로 이루어져 있어 직접 실험을 통해 알아볼 수 있을 것 같았다. 그래서 활명수의 성분과 효과에 대해 알아보기로 결심했다. 이를 통해 약물에 대한 이해를 넓히기로 했다.

   선행연구분석:

   1. 글쓴이는 시판 한방 소화제, 가스 활명수(동화약품)에 대해 언제 최초로 만들어졌는지를 설명하며 이론적 배경을 설명하고 있다.

   2. 계피 4 g, 정향 3 g, 감복숭아씨 6 g 을 침출기에 넣고 적포도주 150 g 을 가해 잘 혼합한 다음 3일간 침출시킨 뒤, 이 침출액에 다시 박하뇌 0.15 g, 장뇌 0.03 g 을 넣고 백설탕 40 g 과 증류수 70 g 을 가한 후 잘 혼합해 용해한 후에 여과하면 용액이 완성된다는 최초의 처방과정을 설명하고 있다.

   3. 글쓴이는 한약재로부터 약용액을 만든 후 용액 자체의 특성을 파악하기 위해 용액과 한약재를 모두 펼쳐 놓고 한약재일때의 특성과 약용액의 특성을 파악해 보았다. 특히 소화와 관련된 약의 특성으로 pH가 중요할 것으로 생각되어서 pH Paper를 통해 산성도를 비교해 보았다.

   가) 육계

   육계나무의 껍질이며, 육계나무는 녹나무과에 속하는 상록 교목이며 나무 껍질은 회갈색이며, 향기가 있고, 어린 가지는 대체로 마름모형을 이룬다.

   나) 진피

   귤나무의 잘 익은 열매껍질이며, 음식을 소화시켜 위를 열고, 소변을 잘 나오게 하며, 구토나 속이 메스꺼울 때 사용 한다.

   다) 현호색

   들현호색 또는 연호색의 덩이줄기이다. 성질이 따뜻하고, 매우며, 독이 없어 아랫배를 따뜻하게 하는 효과가 있다.

   라) 건강

   말린 생강을 건강이라고 하며, 배가 차고 소화가 안되며 구토, 설사를 하는 증상에 효과가

   있다.

   마) 정향

   정향의 꽃봉오리이고, 성질이 따뜻하고, 매우며, 냉기로 배가 아픈것에 효과가 있다.

   바) 후박

   일본목련, 후박 또는 요엽후박의 줄기껍질이며, 소화되지 않는데 주로 쓴다. 위를 따뜻하게 하고, 토하고, 설사하는 것을 멎게하며, 설사, 이질, 구역을 치료하는데 쓰인다.

   사) 육두구

   육두구의 잘 익은 씨로서 씨껍질을 제거한 것이며, 설사와 이질을 멎게 하고, 식욕을 돋게 하고 소화가 잘 되게 한다.

   아) 창출

   모창출 또는 북창출의 뿌리줄기이며, 속을 편안하게 하고 땀을 내며, 담곽란으로 토하고 설사하는 것이 멎지 않는 것을 치료한다.

   자) L-멘톨

   박하의 잎이나 줄기를 수증기 증류하여 얻는 성분으로 한 개의 고리로 이루어진 모노테르펜에 속하는 알코올이며, 시원한 청량감을 주는 성분이다.

   차) 아선약

   아카시아, 미모사 따위의 잎이나 가지를 졸여 만든 약. 열을 내리고 담을 삭히며, 피 나는 것을 멈추고 음식을 소화시키며, 새살이 잘 돋아나게 하고 아픔을 멈추게 한다.

   카) 고추틴크

   고추의 성분을 알코올로 추출한 것으로 소화 효소를 활성화하고 위벽을 자극하여 위산분비를 촉진하며 위장운동을 자극하여 소화력을 좋게 한다.

   위의 10가지 종류의 한약재(L-멘톨 제외)는 모두 유사한 성질을 가지고 있는 것을 알 수 있다. 대부분 몸을 따뜻하게 하는 매운 맛을 가진 것으로 몸을 따뜻하게 하여 소화를 돕는 역할을 하는 것으로 보인다.

   
   

   가설: 소화 효과가 뛰어난 한약재를 평소에 한방차 등으로 섭취하여도 약 효과를

   볼 수 있지 않을까?

   예상결론: 활명수에 들어 있는 여러 성분들 중 어떤 성분이 소화에 직접적으로 효과가 있는지 실험을

   통해 확인해 본 결과, 소화 효과가 뛰어난 한약재를 평소에 한방차 등으로 섭취하여도 약 효과를 볼 수 있다.

   
   

   탐구계획: 1) 한약재 및 한약 용액의 특징 비교

   2) 영양소별 한약 용액 내에서의 분해 정도 비교

   3) 위액의 유사한 산성도에서의 분해 정도 비교

   4) 소화효소가 있는 상태에서의 분해 정도 비교

   5) 산성 및 소화효소가 있는 복합조건에서의 분해 정도 비교

   6) 가장 효과적인 한약재의 용량에 따른 소화 정도 비교

   7) 가장 효과적인 한약재 선별 및 화학적 구성성분 조사

   8) 한약재의 식품으로의 활용도 확인

   
   

   탐구과정: 각 한약재 5종을 90°C에서 3시간 달인 후, 찌꺼기를 거르고 5배 농축하여 120mL 용액을 제조한다. 농축된 용액을 36.5°C로 맞추고, 가래떡, 소고기, 돼지고기 비계 조각을 각각 넣어 12시간 동안 소화 실험을 진행한다. 이후, 각 영양소의 분해 정도를 외형과 현미경을 통해 관찰한다.

   
   

   탐구결과: 활명수에 포함된 소화와 관련 있는 한약재 5종에 대해, 일정 조건 하에 소화 분해 능력을 비교 실험하였다. 실험은 각 한약재를 농축하여 탄수화물, 단백질, 지방 식품 조각을 소화 효능에 따라 분해시키는 방식으로 진행되었다. 최종적으로 인체 체온, pH 2, 소화효소가 모두 작용하는 복합 조건에서 소화 분해 효능을 평가하였다.

   
   

   탐구결론: 활명수 성분 중 창출은 단백질과 지방 분해 효능이 뛰어나 소화에 직접적인 역할을 한다.

   산성도가 높은 산사 또한 단백질과 지방 분해 효능이 있지만, 창출에 비해 효과가 적다.

   소화 효능은 단순히 산성도뿐 아니라 다양한 요인에 의해 결정된다.

   
   

   전망 및 활용성: 창출은 소화 효과가 뛰어나며, 산사, 진피, 육계도 부수적인 효과가 있어 차나 음식에 활용하면 좋다.

   소화가 잘 안 되는 사람은 평소 물 대신 창출차를 마시면 불편함을 예방할 수 있다.

   창출을 활용한 음식으로는 창출차, 창출죽 등이 있다.

   ·창출차는 말린 창출 뿌리 10g을 물 500mL에 넣고 10~15분간 끓여서 충분히 우러나면 차로 따뜻할 때 마신다. 1일 3회 정도 섭취하면 좋다고 한다.

   ·창출죽은 말린 창출 뿌리를 물에 충분히 불려 부드럽게 하고 불린 쌀과 함께 중불에서 끓이며, 물이 끓기 시작하면 중불로 낮춰 쌀알이 완전히 퍼질 때까지 끓인 후 소금간을 해서 섭취한다.

4. 소감

   최현묵: 전에 했었던 전람회를 돌아보며 예선탈락했지만 우리도 잘했었다고 느꼈었는데, 이번 학생논문을 보고 우리가 퀄리티나 완성도가 미흡했구나, 우리도 한가지 주제를 가지고 저정도로 깊게 파고들었어야했구나 하면서 과거에 더 성실하지 못하게 전람회에 임했던 나자신의 모습이 부끄러워지기도 했고, 더 열심히 해야겠다는 마음이 들었다. 이론적 배경이나 선행연구를 어느정도 채우고 넘아가면 되겠다고 생각했는데 이 논문에서는 사용하는 한약재 하나하나의 개별적 특징까지 잘 정리를 해두었고, 선행연구도 전에 내가 했던것보다 훨씬 많이 해둔것을 보고 저번전람회에서 부족했던 부분을 보완해야겠다는 마음이 들었다. 이번 과학과제연구에서는 앞서 언급한 선행연구나 이론적배경이외에도 여러가지 분량적인 부분에서 부족한 부분을 채워서 전보다 더 만족스러운 연구를 하고싶다.

   임현이:이번 실험을 통해 한약재의 특성을 화학적으로 분석하면서 한약재가 위 환경에서 어떻게 반응하는지 구체적으로 이해할 수 있었습니다. 산성도와 소화효소 유무에 따라 영양소 분해 효과가 달라지는 것을 직접 확인하면서, 한약재의 효능이 단순히 성분 자체뿐 아니라 체내 환경에 따라 크게 달라질 수 있음을 배웠다. 또한, 실제 위 조건을 모사하여 실험함으로써 한약재의 소화 과정에서의 역할과 효과를 보다 현실적으로 분석할 수 있었다. 이를 통해 한약의 올바른 복용법과 과학적 접근의 중요성을 다시금 느꼈습니다. 그리고 약의 오용과 남용을 최대한으로 줄일 수 있는 방안을 심화적으로 탐구하고 싶습니다.

   온재준:이 보고서를 보면서 한방 재료의 특성에 대해 조사한 자료를 봤는데 처음 보는 재료들이 많았다. 그 재료의 특성을 조사한 자료를 살펴보니 옛날에 내가 먹었던 약에 들어간 재료들의 특성과 비슷한 특성도 많았다. 그러한 특성들을 보면서 사람들이 이러한 특성을 이로운 방향으로 사용하지만 이러한 약재들도 역시 오남용을 하면 차라리 안 하는 게 더 낫다는 과유불급의 인식을 지녔으면 좋겠다는 생각이 들었다. 또한 학생논문을 보면서 처음에 작성 방법이 어려웠던 논문을 쉽게 작성할 수 있게 되었다. 이 논문은 선행실험을 많이 하고 탐구 위주로 보고서를 작성하였다. 처음엔 분석하기 힘들지 않을까 했지만 전혀 그렇지 않았고 탐구 위주로 작성하다 보니 오히려 신뢰성이 올라갔다. 그래서 나도 다음에 논문을 작성할 때 탐구실험을 많이 하여 탐구 위주로 논문을 작성하고 독자의 신뢰성을 높이고 싶다.

   최예린:소감

   : 학생의 논문을 분석 해봤는데 이 활동을 통해서 내가 과학과제연구를 하면서 실험보고서를 어떤 식으로 적어야 할지, 탐구 목적은 어떻게 세워야 할지, 탐구 결론을 어떻게 정리해야 하는지 조금은 알게 되었고 처음에 논문을 봤을 때는 내용이 너무 많고 내가 할 수 있을지 걱정이 앞섰는데 같은 학생이 작성한 논문이라고 생각하니까 걱정을 내려놓을 수 있게 됐다. 또한 나 혼자 논문을 요약했더라면 힘들고 시간도 더 오래 걸렸을텐데 친구들과 함께 나눠서 요약을 하니까 더 효율적으로 진행할 수 있었다. 이로써 나중에 실험을 하거나 보고서를 작성할 때 친구들과 함께 할 일을 나누어 진행해야겠다고 생각했다,

   배울 점

   : 논문을 읽고 인상 깊었던 점은 탐구 목적이 뚜렷하다는 것이다. 소화에 영향을 주는 약재가 무엇인지, 인체 소화 조건과 유사한 조건에서 동일한 효과가 있는지 등 글쓴이는 탐구를 통해서 무엇을 알아야 하는지 명확히 알고 탐구를 진행했다. 또한 11개의 한약재의 특성을 조사한 뒤 그중 5개의 한약재를 선정하여 지방, 단백질을 넣고 pH, 소화 효소 유무에 따른 소화효과 실험을 통해서 식품의 분해 정도를 각각의 한약재를 관찰했다. 이 과정으로 어떤 한약재가 소화 효과가 가장 좋은 것인지 비교함으로써 다양한 상황에서 어떤 실험도구가 가장 효과적인 것인지 알아본 점이 배울 자세인 것 같다.

   내 연구에 참고할 점

   : 탐구 목적을 뚜렷하게 정하고, 구체적인 선행연구를 통해서 과제연구를 진행하면서 도움이 될 수 있도록 할 것이다, 또한 이해를 돕기 위해서 그래프, 사진도 많이 이용할 것이다.

준비물: 나뭇잎 6종 비커, 스탠드, 링, 거름종이,핀셋 접시, 실험용 채, 유리막대, 플라스틱 접시, 토치, 비커(1000ml, 500ml)를 준비

채취한 나뭇잎을 a4용지를 이용하여 불순물 수출 및 비교

조건: 잎, 씻는 물의 양 비커의 크기 유리막대로 젓는 수 채취 장소는 같게 한다. 1-1의 나무 6종 1-2의 나무 5종의 크기를 다르게 해야함

2.탐구2-1 2-2 2-3 가로수 관목 교목의 공기정화 능력 탐구 계획

소나무 모형과 공기정화 능력 비교 탐구

준비물: 챔버, 미세먼지측정기, 향, 토치, 고무찰흙, 교목 4종, 초시계, 패트리접시, 소나무 모형과 소나무의 표면적

실험방법: 실험용 교목2개 첨버 2개 준비

화분 흙 부분을 랩으로 감싸 흙의 영향을 통제

미세먼지 측정기 전원을 켠다.

향 연기로 두 챔버의 메세먼지 초기값을 맞춘다.

20분 간격으로 총 240분 동안 컴퓨터에 기록하여 나뭇잎의 공기정화 능력 비교

조건: 챔버의 크기,미세먼지 측정기 설정값의 동일 화분의 흙이 같아야함 측정 시각과 위치가 같아야함 교목,관목 4종이 달라야함

3.탐구3-1 3-2 가로수 관목 교목 잎의 공기정화 능력 탐구

실험대상: 실험한 교목 5종 청주시에 가장 많은 가로수3종

준비물:전 실험과 동일

채취방법:학교 및 인근 지역의 가로수 잎 중 올해 자라난 신선한 가지의 잎 채취

가로수 잎을 채취 물로 세척 비커를 이용하여 잎의 양조절 받침대에 올려두고 가로수 잎의 물기를 키친타월로 닦기

손선풍기의 위치와 바람 세기를 같게 하고, 온습도계 설치

40분 간격으로 240분 동안 컴퓨터에 기록하여 나뭇잎의 공기정화 능력 비교

4.탐구 4-1 가로수 교목의 잎 표면과 공기정화 능력의 상관 관계 탐구

실험설계

대상: 앞서 사용된 가로수 잎

방법: 가로수 교목 8종의 잎을 현미경을 이용하여 앞 뒤를 관찰라고 광학망원경을 이용하여 잎의 기공 크기와 수를 관찰 밑 비교

같게할 조건: 현미경 배율 현미경 종류

모둠장:최현묵

임현이:탐구계획

온재준:선행연구분석,탐구동기

최예린:가설설정 및 예상결론, 선행연구분석, 탐구결론 및 활용점

최현묵:탐구과정 및 결과

실험 방법

나뭇잎을 A4 반절 크기로 배치 후 물 400mL와 혼합

1차(실험용 체), 2차(거름장치) 여과 후 거름종이 무게 변화 측정

실험 결과

거름종이 먼지량: 1차(스트로브잣나무 > 은행나무 > 박태기나무), 2차(스트로브잣나무 > 화살나무 > 은행나무)

빛 투과도 측정: 먼지량과 투과도 결과가 일관됨

미세먼지 포함 여부: 은행나무의 투과도가 가장 낮아 미세먼지(8μm 이하)가 많음

2차 실험(5/24)에서도 같은 결과 확인

2. 탐구 1-2: 상당로(상당공원)변 가로수 먼지 제거능력 비교

실험 방법

[탐구 1-1]과 동일

실험 결과

거름종이 먼지량: 소나무 > 측백나무 > 이팝나무

빛 투과도: 소나무가 가장 낮아 먼지량이 가장 많음

미세먼지 포함 여부: 소나무, 이팝나무 용액에 미세먼지 많음

최종 결론: 교목(잣나무, 은행나무, 소나무, 이팝나무)이 먼지 제거 효과 우수, 관목 중에서는 측백나무가 가장 효과적

가설 검증

가설: 침엽수의 공기정화 능력이 가장 클 것이다.

결과: 은행나무(교목), 남천(관목)이 미세먼지 저감 효과가 가장 커 가설과 다름

3. 탐구 2-1: 가로수 교목의 공기정화 능력 탐구

실험 방법

실험용 교목 2개, 챔버 2개 준비(총 2회)

화분 흙을 랩으로 감싸 영향 배제

미세먼지 측정기 사용(초기 농도 4500~4800㎛/m³ 설정)

20분 간격으로 240분 동안 데이터 기록

실험 결과

PM2.5 변화: 이팝나무가 단풍나무보다 미세먼지 제거능력이 우수

PM10 변화: 초미세먼지와 유사한 경향

VOC(휘발성 유기화합물) 변화: 단풍나무는 초기에 급격히 감소, 소나무는 40분 이후 감소

종합 결과: 측백나무의 공기정화 능력이 가장 좋았지만, 부피 기준 보정 시 남천이 초미세먼지·미세먼지 저감 효과가 가장 큼

4. 탐구 2-3: 소나무 모형과 소나무의 공기정화 능력 비교

미세먼지·초미세먼지 저감능력에는 표면적의 영향이 큼을 확인

최종 결론

가로수의 먼지 제거능력: 교목(잣나무, 은행나무, 소나무, 이팝나무) > 관목(측백나무)

미세먼지 저감 효과: 은행나무(교목), 남천(관목)

공기정화능력: 측백나무가 가장 우수, 부피 고려 시 남천이 가장 효과적

표면적의 영향: 먼지 저감능력에 중요한 요소

모둠장 : 20417 유다영, 모둠원 : 20604 김수연

2. 선정한 학생 논문 제목 : 진동 수주형 파력 발전 터빈부 변형에 따른 최적 효율 요인 탐구

3. 챕터별 내용 요약 (모둠별 작성)

가. 탐구동기 및 선행연구분석

1. 탐구 동기 : 온실가스가 에너지 산업 분야에서 많이 배출되어 신재생 에너지의 효율을 높여야 함. 우리나라가 삼면이 바다로 둘러싸여 있는 점을 고려해 진동 수주형 파력 발전의 내부 구조를 변형해 발전효율을 높이는 방법을 연구함. 진동수주형 파력 발전이 다른 파력 발전에 비해 안정적이지만 에너지 생산 효율이 낮음. 따라서 본 연구는 진동수주형 파력 발전의 에너지 효율을 높이기 위한 요인에 대해 탐구함.

2. 선행연구분석 : 진동수주형 파력발전은 안전하고 유지 및 보수에 유리하지만 에너지 효율이 낮다는 단점이 있음. 진동수주형 파력발전의 에너지 효율을 높이기 위해서는 터빈부의 구조를 다르게 해야함. 터빈구조는 3가지로 웰스 터빈, 임펄스 터빈, 방사형 터빈이 있음.

- 웰스 터빈: 공기의 흐름 방향에 관계없이 동일한 방향으로 회전하는 터빈.

- 임펄스 터빈: 날개의 압력 면에 작용하는 압력으로 터빈을 구동.

- 방사형 터빈: 날개의 단면이 임펄스 터빈과 유사하지만 회전축에 수직으로 설치되는 임펄스 터빈과 다르게 방사형 터빈은 회전축에 수평으로 설치됨.

=> 장단점을 도출하여 분석했을 때, 웰스터빈은 55%의 최대효율을, 임펄스터빈은 52%를 보임.

나. 가설설정 및 예상결론

1. 가설 설정

- 통제 변인 : 터빈부의 지름의 크기 50mm, 터빈의 지름의 크기 45mm, 공기실의 단면적과 격벽의 길이, 실린더 설치, 파도 주기 2초, 파고 85mm

- 대조군 및 실험군 설정 : 대조군 : 터빈부 지름 50mm, 터빈 지름 45mm, 실험군 1 : 대조군에 터빈부 중앙에 지름이 10mm인 원판 추가, 실험군 2 : 대조군에 터빈부 중앙에 지름이 20mm인 원판 추가, 실험군 3 : 대조군에 터빈부 중앙에 지름이 30mm인 원판 추가

- 가설 설정 : 대조군과 비교하였을 때 실험군 1, 실험군 2, 실험군 3이 대조군보다 더 전압이 셀 것이다.

다. 탐구계획

- 본 연구(본선 연구) 전에 시행된 예선 연구는 불규칙한 파도를 생성하여 정확한 요인을 분석하기 어려웠다는 아쉬운 점이 있음. 따라서 본 연구는 한양대학교의 조파 발생기를 대여해 연구함. 파도의 주기는 2초, 파고는 85mm로 파랑 조건을 설정하여 조파를 발생시켰을 때 발생하는 전압과 전류의 값을 비교함.

라. 탐구과정 및 결과

1. 탐구 과정:

컴퓨터 프로그램 Labview와 장치 NI Compact DAQ를 이용하여 전압을 측정.

- 대조군: 지름이 50mm인 터빈부 위에 지름이 45mm인 터빈을 붙이고 조파장치로 파도를 일으켜서 터빈을 회전시키고 전압을 측정.

- 실험군 1 : 지름이 50mm인 터빈부 가운데를 지름이 10mm인 원판으로 막고 지름이 45mm인 터빈을 붙이고 조파장치로 파도를 일으켜서 터빈을 회전시키고 전압을 측정

- 실험군 2 : 지름이 50mm인 터빈부 가운데를 지름이 20mm인 원판으로 막고 지름이 45mm인 터빈을 붙이고 조파장치로 파도를 일으켜서 터빈을 회전시키고 전압을 측정

- 실험군 3 : 지름이 50mm인 터빈부 가운데를 지름이 30mm인 원판으로 막고 지름이 45mm인 터빈을 붙이고 조파장치로 파도를 일으켜서 터빈을 회전시키고 전압을 측정

- 실험군 4 : 뚜껑에 경사를 주고 지름이 50mm인 터빈부 위에 지름이 45mm 터빈을 붙이고 조파장치로 파도를 일으켜서 터빈을 회전시키고 전압을 측정

2. 탐구결과:

- 대조군 결과

최대 전압 : 2.0904V / 최대 전류 : 0.0209A / 최대 전력 : 0.0437W

평균 전압 : 2.04117V / 평균 전류 : 0.02041A / 평균 전력 : 0.04166W

- 실험군 1 결과

최대 전압 : 2.69698V / 최대 전류 : 0.02697A / 최대 전력 : 0.07274W

평균 전압 : 2.64732V / 평균 전류 : 0.02647A / 평균 전력 : 0.07008W

- 실험군 2 결과

최대 전압 : 2.50535V / 최대 전류 : 0.02505A / 최대 전력 : 0.06277W

평균 전압 : 2.4065V / 평균 전류 : 0.02407A / 평균 전력 : 0.05791W

- 실험군 3 결과

최대 전압 : 1.98087V / 최대 전류 : 0.01981A / 최대 전력 : 0.03924W

평균 전압 : 1.92833V / 평균 전류 : 0.01928A / 평균 전력 : 0.037185W

- 실험군 4 결과

최대 전압 : 2.45182V / 최대 전류 : 0.02452A / 최대 전력 : 0.06011W

평균 전압 : 2.36058V / 평균 전류 : 0.02361A / 평균 전력 : 0.05572W

마. 탐구결론 및 활용점

연속방정식을 이용해 터빈부의 단면적이 작을수록 터빈부에 흐르는 공기의 속도가 빨라져 터빈을 더 빠르게 회전시킨다. 하지만 F=PA를 통해 유체가 흐르는 터빈의 날개의 면적과 유체의 압력이 커질수록 터빈을 회전시키는 힘의 크기가 더 커지므로 터빈부 중앙에 원판을 추가하여 터빈부의 단면적을 줄이되, 유체가 흐르는 터빈 날개의 단면적이 최대가 될 수 있도록 해야 한다.

해양구조물에 적절한 소재는 콘크리트이다. 그러나 콘크리트는 해양환경에 의해 성능이 저하하고, 콘크리트 내부의 철근에는 부식이 일어난다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 황산염에 대한 저항성을 강화한 시멘트를 사용하거나 내염도장을 하고 에폭시 코팅 철근을 사용하는 사례도 있다. 이 실험의 한계점을 보완한 결과를 토대로 해양구조물에 적합한 소재를 찾고, 진동수주형 파력발전에 활용하여 상용화한다면, 파력발전의 에너지 효율을 높여 화석연료를 이용한 에너지 생산을 대체할 수 있기에 탄소배출량이 감소하여 제로탄소에 기여할 수 있을 것이라고 기대하는 바이다.

4. 학생 논문 분석 후 소감, 배울 점, 고칠 점, 내 연구에 참고할 점 등

유다영 : 우수한 사례의 논문을 분석함으로써 앞으로 있을 연구에 대한 토대를 다질 수 있었다. 이 논문에서 예선 대회를 위한 선행 연구는 불규칙한 파도를 생성하여 데이터를 측정하였지만, 본선 진출 후 그 부분이 아쉬워 보완하기 위해 한 대학교의 시설을 대여하여 규칙적인 파도를 만들어내었고, 실험에 사용하기에 가장 좋은 파도를 알아내기 위해 또 다른 실험을 진행했다. 이러한 부분이 발전에 영향을 미치는 요인을 더 정확히 탐구할 수 있었기 때문에 이러한 부분을 배우고 싶다. 이렇듯 연구를 마치고 나서도 더 정확하고 의미 있는 결과를 도출하기 위해 노력하고 싶고 이러한 부분을 내 연구에 참고하여 더 의미 있는 연구를 하고 싶다. 하지만 실험할 때 어떤 모습으로 했는지 더 자세하게 나오지 않아 실험 과정을 이해하기 쉽지 않았다. 실험 과정에 대한 사진 자료가 더 풍부했으면 좋겠다.

김수연 : 자신들이 설계한 실험에서 필요한 재료를 얻기 위해 노력하는 모습과 실험에서 이론과 맞는 결론을 도출해내기 위해 통제 변인을 완벽하게 통제하려는 노력을 확인 할 수 있어 배울 점이라 생각함. 하지만 선행 연구에서 각각의 터빈의 최대 효율을 분석한 부분에서 웰스 터빈과 임펄스 터빈에 대한 퍼센트를 도출하였지만 방사형 터빈에 대해서 도출하지 못한 점이 아쉬움. 또한 실험과정에 대해서 대부분 사진이 아닌 글로 되어 있어 실험방법을 생각하는 데에 불편함을 느낌. 논문에서 터빈 날개의 단면적과 원판을 조작 변인으로 삼은 것과 실험에 영향을 끼치는 내용을 토대로 실험 설계에서 참고 할 수 있을 것 같음.

허브의 생장에서 인공적인 영양제 보다 적포도주의 추출물을 도입해서 실험을 실행하였다. 그리고 버려진 술을 비료에다가 섞어 생장에 어떤 영향을 주는지 실험을 했다.

2.가설설정 및 예상 결론:

탐구 2: 증류수를 투여한 상추가 가장 잘 자라지 않고, 칼륨을 중탕 해서 투여한 상추가 가장 잘 자랄 것이다.

탐구 3: <탐구2>의 결과처럼 분쇄한 칼륨의 식물 성장도가 가장 높을 것이다. 또한, 파와 상추에서 비슷한 결과가 나타날 것이다.

탐구 5: 다양한 영양소가 골고루 포함되어 있는 '아임비타' 를 준 상추가 가장 잘 자라고, 대조군인 증류수를 준 상추가 가장 잘 자라지 않을 것이다.

3 탐구계획 및 결과

탐구 1:

1. 각 방법에 맞게 영양제를 분쇄, 중탕하고, 영양식품을 준비한다.

2. 준비된 코니갈 튜브에 번호를 쓴 후, 조합을 측정해서 넣어준다.

3. 3~16번 코나갈 튜브에 증류수를 맞춰서 부어준 후 흔들어 섞는다.

4. 위에 있는 과정을 1주일동안 반복한다.

탐구 2:

1. 상추 심기

2. 상추에 영양제 투여하기

3. 현미경 관찰하기

탐구 결과(1,2):

증류수를 투여한 그룹 1~2번과 영양제를 분쇄한 그룹(3~9번)이 영양제를 중탕해서 투여한 그룹(10~16번)보다 더 넓은 면적이 나타났다. 그리고 영양제를 분쇄하여 투여한 상추 중 비타민C를 투여한 5번 상추는 잘 자라지 않았다. 그리고 영양제를 분쇄해서 투여한 상추 중 철분제와 칼륨을 함께 투여한 6번이 가장 성장량이 컸으며, 비타민C를 투여한 12번이 가장 잎이 쪼그라들어 시들었다. 이 실험으로 알 수 있는 것은 식물의 성장에 좋은 영향을 미치는 영양제는 철분제와 칼슘으로 알 수 있다.

탐구3 : 수경 재배한 식물에 영양제가 미치는 영향 우선적으로는 플라스틱 컵에 증류수40ml를 넣고 파와 상추를 심어준다 그리고 상추에 영양제를 투여해 상추 성장에 영향을 미치는지 관찰을 해주면 된다. 관찰하면서 상추에 길이 두께 특징 등을 기록해면 된다. 그 다음에 파에도 영양제를 투여시켜줘야 하는데 적응기간인 1주일이 지나면은 파의 길이가 10cm가 되도록 다시 잘라준다 그리고 화분에 들어있던 증류수를 모두 빼주고 영양제를 투여해 매일 파의 길이 두께 특징 등을 매일 기록해주며 관찰해준다. 이제 상추 먼저 실험 결과 정리를 해주자면은 영양제를 중탕하여 투여한 것이 다른 것들에 비해 성장을 못 한 것이 결과적으로 나왔다는 것이 확인되었다. 영양제를 분쇄 해 투여한 그룹들 중 비타민c를 투여한 상추 넓이가 15cm^2로 가장 작은 수치를 보여줬으며 철분제, 칼륨, 비타민c를 모두 투여한 상추가 가장 크게 성장한 것을 확인 할 수 있었다. 영양제를 중탕 한 것도 비타민c 칼륨 철분제를 모두 투여 한 것도 다른 상추와 다르게 양수의 성장량을 보여주었다. 비타민c를 분쇄하여 투여한 상추가 가장 적은 생중량 변화을 보여주었으며 철분제 칼륨 비타민c를 전부 분쇄 해 투여한 상추가 가장 큰 생중량 변화를 보여줌 실험이 끝난 후 상추를 현미경으로 관찰하였는데 성장량의 차이를 보여주었던 여러 대조군과 실험군 간에 발생한 차이를 따로 구분을 할 순 없었다. 또한 철분제를 투여한 상추는 제외하고 전부 황화현상이 발생하였던 걸 확인 할 수 있었다. 이제 파를 관찰 한 결과인데 생중량 변화가 컸던 파는 쳐지지 않고 굵기를 유지하며 성장하여 곧게 서 있었다. 영양제를 분쇄 해 투여한 파와 영양제를 열을 가해 중탕한 것은 길이의 차이가 없었다. 실험군 중에선 철분제를 중탕하여 투여한 파가 가장 길게 자랐으며 나머지는 20cm~30cm 정도의 길이로 밖에 자라지 못 하였다. 영양제를 중탕 해 투여한 것 증류수를 투여한 것, 영양제를 분쇄해서 투여한 것 전부 차이가 명확하게 보이지는 않았다. 대조군과 실험군 중에선 철분제와 칼륨을 분쇄 하여 투여한 파가 가장 큰 중량 변화를 보여주었다. 두 실험 값을 비교 해 보자면은 첫번째론 상추와 파에서 영양제가 미치는 영향은 차이가 있다. 두번째론 상추에서 철분제 칼륨 비타민c를 전부 분소하여 투여한 방법이 가장 이로웠다는 걸 알게 됨. 세번째론 파는 철분제 칼륨 비타민c를 전부 분쇄해 투여한 결과 중량 변화가 가장 컸으며 증류수를 투여한 대조군은 파가 가장 길고 얇게 자랐다.

탐구 4:

우선 주사기 형태의 시제품에 피스톤을 뺀 후 녹일 알약을 넣어준다 피스톤의 끝부분을 손으로 막은 후 따듯한 물을 넣어준다. (큰 주사기:20ml , 작은 주사기: 10ml) 공기를 빼고 피스톨을 다시 넣어준다. 따듯한 물에 알약이 전부 다 녹았으면은 피스톤을 눌러 식물 흙에 뿌리면 된다. (주사기 형태의 시제품 원리를 알고 있어야 한다.) 그리고 화분형 시제품을 제작 해 줄 것인데 1번 페트병을 반으로 잘르고 2번 페트병에 네임펜을 이용해 사각형을 그린 후 잘라준다. 페트병 바닥면에 뚜껑이 통과할 수 있는 정도에 부피로 뚫어준다. 두개에 뚜껑을 녹이고 투껑 2개를 연결 한 후 투명관을 끼운다. 글루건을 이용 해 빈틈을 막아주고 투명관이 흔들리지 않도록 고정시켜줘야한다. 송곳으로 구멍을 내주고 뚜껑 철사를 연결해 1번 페트병 2번 페트병을 고정시켜준다,

탐구 결론및 활용점:

1. 여러 영양제와 영양식품 중에 홍삼이 가장 식물의 성장에 효과가 있다.(유통기한이 지난 홍삼은 영양제로 쓸 수 있다. 칼륨과 철분제가 있다면함께 보조 영양제로 사용할 수 있을 것이다.)

2.비타민C는 식물의 성장을 방해한다.(비타민C가 일으키는 토양의 산성화 떄문에 식물건강에 좋지 않다. 때문에 비타민C는 식물 건강을 위해 식물 혹은 토양에 투여하지 않고 올바른 방법으로 폐기해야 한다.)

3. 영양제를 식물에 투여할 때는 화학적인 변화를 가하면 파괴된다.(분쇄한 것과 중탕한 것 중 분쇄한 영양제의 실험결과가 더 좋았다. 이유는 영양제에 열을 가하면 화학적 변화가 일어나기 때문에 성분이 변화하기 때문이다.)

활용점: 식물에게 이로운 영향을 주는 폐의약품을 재활용하여 버려지는 폐의학품을 줄이고 지구온난화 및 환경을 보호할 수 있다.

상추는 생장길이 비교에서는 대조군과 큰 차이가 없었고, 카테킨 성분이 없고 인 수치는 낮았지만 칼륨 수치는 높았다.

이러한 결과는 일정 비율의 녹차 추출물이 작물의 생장과 영양 성분에 대부분 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 나타낸다.

또한, 1.0g의 녹차 추출물로 관수한 작물은 관능 검사에서 높은 선호도를 보였으며, 녹차의 영양 성분이 비료로 작용해 작물의 맛을 향상시켰다.

활용가능성 및 전망

-우리나라에서 생산되는 녹차를 소비하고 재활용하여 친환경 비료로 활용하여 건강한 토양을 만들 수 있을 것이다

-녹차잎을 녹차 추출액과 함께 토양에 시비한다면 토양의 습기를 좋아하는 작물에게 향상된 생장 조건을 제공할 수 있을 것이다.

-티백 재활용 녹차 침출액으로 화학비료를 덜 사용하고 간편하고 안전하게 작물을 재배할 수 있어 환경오염 예방에 도움을 줄 것이다.

탐구 결과 : 가) 가로수 교목 잎의 공기정화 능력 비교 결과-미세먼지와 초미세먼지의 저감능력은 플라타너스, 은행나무, 잣나무가 고르게 우수하게 나왔으며, VOC 저감능력은 은행나무,단풍나무 순으로 우수하게 나왔다. 이때 플라타너스는 가장 마지막으로 나왔다. 종합적으로는 은행나무가 가장 우수한 결과를 보였다.

나) 가로수 관목 잎의 공기정화 능력 비교 결과 - 미세먼지 저감 능력은 남천이 살짝 높을 뿐 전반적으로 비슷하였고, 초미세먼지 저감능력은 라일락, 측백나무, 박태기나무가 우수했다. VOC 저감능력 순서는 측백나무, 박태기나무, 라일락 순이었다. 종합적으로는 측백나무가 가장 우수한 결과를 나타냈다.

가설검증 -묘목으로 실험했을때와 비슷한 결과가 나올것이다. 실제로 우수한 가로수에서는 가설이 맞았다.

4번 탐구과정 : 현미경으로 잎의 평평한 곳을 관찰하고, 잎의 뒷면에 매니큐어를 바른 후, 공기가 들어가지 않게 막는다. 매니큐어가 굳은 후, 광학현미경으로 관찰하고 스마트폰으로 150배와 600백의 모습을 찍는다.

탐구 결과 : 가) 스트로브잣나무(가장큼)소나무, 은행나무 순으로 크고. 단풍나무가 가장 작다.

기공이 큰 나무들은 먼지제거와와 미세먼지, 초미세먼지 저감능력에서 우수하게 나왔고, 큰 기공을 통해 입자를 잘 흡착하는 것으로 보인다.

나) 단풍나무의 기공의 수는 월등히 많았고, 이팝나무의 기공은 빛이 주변으로 길게 퍼져나갔다. 은행나무는 기공의 수가 적었지만 기공에서 나오는 빛은 제일 밝았다. 관목에서는 측백나무와 꽃댕강의 기공이 제일 컸다. 전체적으로 기공이 큰 가로수는 대체로 기공의 수가 다른 가로수보다 적었다.

가설검증 -기공이 크고 많은 가로수가 먼지 제거 능력이 좋을 것이다. 기공이 큰 나무들은 저감능력에서 높은 값을 보여주었지만, 기공 수가 월등히 많은 단풍나무와는 관련성이 없기 때문에 가설은 맞지 않았음을 볼 수 있다.

선행연구조사가 단순히 필요한 부분만 찾는것이 아니라, 내가 알고자 하는 부분보다 더 깊고 심오한 부분까지 조사해야된다는걸 배웠고, 하고자하는 연구에 문제가 생겨서 못하게 되었을때. 다른 주제를 찾는 것이 아니라 원래의 연구에서 다른 방안으로 할 수 있는 방법을 찾아보고, 내가 얻고자 하는 결과가 나오지 않았을때 또한. 관련되거나, 더 깊은 연구로 다시하여 원하는 결과를 얻을 수 있게 계속해서 도전해야한다는 걸 배웠다.

나는 도시에 도움이 되는 환경에 관련하여 연구해보고 싶었는데, 미세 먼지와 초미세먼지, VOC에서 좋은 결과를 보인 교목, 관목들의 특징들을 가진 다른 식물 또한 좋은 결과를 내는지 주제 관련해서도 아이디어를 받기도 했고, 이만큼의 다양한 관점에서 탐구해도, 찾지 못한 결과들이 있다는 점을 깨닫고 많은 탐구들을 해야겠다는 생각이 들었다. 또한 사진과 그래프, 표를 이용하는 것이 정말 중요하다는 걸 깨달았으니 보고서를 통해 배운 것도 함께 생각하며 적절하게 참고해야겠다고 생각했다.

길을 걸으며 볼 수 있는 가로수에 대한 정말 간단한 것처럼 보이는 주제였는데도, 이렇게 깊은 탐구를 할 수 있고. 환경 보호에 필요한 중요한 결과도 많이 나온다는 걸 알게 되어서, 정말 별거 아닌 주제라도 아이디어를 모아서 깊게 탐구해봐야겠다는 생각이 들었다.

또한 기공이 많은 것 보다 큰 것이 공기정화 능력이 높다는 것도 흥미로웠다. 이러한 분석을 통해 식물의 증산작용과 정화 방식의 원리 차이에 대해 정확하게 알게되었고 모르는 것을 팀들과 함게 소통하고 도움을 많이 받았기 떄문에 무엇보다 팀워크가 중요하다는 것을 깨달았다.

그리고 공기를 정화해주는 식물에 대해 항상 감사하고 아끼면서 살아야겠다고 생각했다.

녹차 잎을 가공하지 않고 그대로 사용하여 환경보호와 함께 녹차 음용을 활성화 할 수 있는방법이 없을까 의문이 들었다. 친환경 비료로 활용될 수 있는 식물이나 물질에 대한 자료를 찾아보는 중에 녹차에 단백질 합성에 중요한 성분인 질소(N)가 많아 천연비료의 역할을 하며 음용한 티백을 뿌리거나 녹차 침출액을 뿌려주면 성장에 도움을 주고 해충 퇴치에도 효과를 준다는 인터넷 블로그 글을 접하게 되었다. 그러한 블로그나 신문기사에는 녹차 비료의 효과에 대한 글이 있는 반면 녹차 침출액이나 녹차의 비료 활용과 관련된 참고문헌은 찾을 수 없었으며 식물 재배에 필요한 객관적인 데이터를 제공하는 학술적인 연구 또한 거의 없었다. 따라서, 비율을 달리한 재활용 녹차 추출물을 관수하여 작물 재배를 하고 작물의 생장과 식물체 분석 결과를 비교하고 분석한다면 소비되는 녹차티백을 재활용하고 자연 분해되어 학생들과 교사가 화학 비료나 농약 사용 비율을 줄여 안심하고 텃밭에서 실습 작물을 재배하고 화단을 가꾸는 데 도움이 될 것이라 생각하여 본 연구를 시작하였다.

2. 연구의 목적

가. 녹차티백 침출물을 비료로 활용하며 수경재배와 토양재배의 극대화 효과를 볼 수 있는 녹차티백 추출물의 관수 비율을 발견한다.

나. 녹차티백 추출물을 활용하여 수경재배와 토양 재배를 실시한 재배 작물에 대한 영양성분을 비교 분석한다.

다. 녹차티백 추출물을 활용하여 작물과 꽃을 재배하여 화학비료 및 농약을 사용하지 않고 쉽고 간편하게 작물과 꽃을 재배하며 사람에게도 안전한 제배공간을 제공한다.

3. 연구의 배경

가. 관련 이론 탐색

1) 녹차

차나무의 잎으로 만든 차. 녹차나무 잎을 덖어 건조 시킨후 온수에 침출하여 음용하는 차의 한 종류이다. 우리나라에서는 전남 보성군, 경남 라동군과 제주도에 대규모 차밭에서 재배하고 있으며 지리산 일대에는 야생 차나무가 많이 분포되어 있다. 우리나라 녹차의 종류는 수확 시기에 따라 분류되는데 세작, 우전, 죽로차, 춘설차 등이 있따. 세작은 양력 4우러 20일 무렵 곡우에 가장 어린 잎을 따서 덖어 만든 차로 부드러운 맛과 향이 일품이다. 우전은 곡우 5일 전 이른 봄에 딴 찻잎을 덖어서 만든 차로써 순한 맛과 은은한 차향이 특징이고 수확 부위가 한정돼 있고 복잡한 제작과정으로 소량 생산되는 고급 녹차이다. 죽로차는 대나무 향이 나는 차로 지리산 하동의 대나무 숲 차밭에서 재배되는 차이다. 춘설차는 광주광역시 무등산에서 생산되고 있는 녹차의 명칭이다.

2) 비료

비료는 식물에 영양을 주어 식물의 생장과 재배를 돕고 토양의 생산성을 높이기 위하여 작물 또는 토양에 투입하는 영양물질을 말한다. 본 연구에서 활용하는 녹차 추출물 비료는 식물질 비료로 형태는 액상 비료, 농가에서 직접 만드는 자급비료이며 옷거름으로 분류할 수 있다. 또한, 토양에 사용하는 일반 비료로 역할을 하면서 액상 비료이기 때문에 엽면 사용 비료이기도 하다.

3) 비료의 3요소

비료의 3요소 식물이 생장하는데 특히 많이 요구되며 토양에 부족하여 비료로 시비했을 때 효과가 높은 질소, 인산, 칼륨을 비료의 3요소라고 한다.

4) 카테킨(Catechin)

두 개의 수산기를 가지고 있는 폴리페놀의 일종으로 광합성에 의해 생성되며 녹차에 함유되어 있는 성분으로 쓰고 떫은 맛이 특징이다. 카테킨은 활성산소를 제거하는 항산화 물질로 노화를 억제하고 혈관과 피부 건강에 도움을 준다. 외부의 위험으로부터 보호하려는 물질이므로 면연력을 향상시켜 질병에 대한 위험도를 낮추는 항균작용을 하고 신진대사를 활발히 하여 지방을 에너지로 전환하는데 도움을 준다.

나. 선행연구 분석 표2)

1.구분1,2) 우리나라의 녹차는 발효화하지 않은 불발효차로 영양성분이 그대로 유지되어 있으며 녹차의 추출물을 활용하면 녹차의 다양한 영양성분과 함께 향균력으로 지배하는 작물에 많은 도움을 준다고 판단이 들었다.

2.구분3) 연구에서 주변에 나는 다양한 허브 작물과 식물 추출 오일이 닭의 생장과 산란에 도움을 주고 사료 섭취량이 증가하였다는 것에서 약용 식물이 동물 생장에 도움을 주듯 작물 생장에 도움을 줄 수 있으며 구하기 어려운 외래종 허브나 약용 식물보다 우리나라 토종 녹차를 활용한 재배가 적합하다는 생각이 들었다.

3.구분4) 연구에 의하면 침출한 녹차의 영양분은 침출 시간보다 침출 횟수에 영향을 받으며 3회차부터 영양분 함량이 급격히 낮아진다고 하였다. 따라서 1회 침출한 녹차를 다시 침출하여 비료로 활용해도 영양분 함량의 변화가 많지 않으리라 판단되었다.

4. 구분5) 연구를 통하여 스테비아 분말을 활용한 천연비료를 이용하여 수경 및 토양 재배한 작물의 성장 정도를 측정하고 바교 과정을 거쳐 연구결과를 얻어낸 것과 스테비아 천연비료로 기른 작물의 관능성 검사로 상품성까지 일반화시킨 것과 같이 녹차를 재활용하여 만든 천연비료로 작물을 재배하여 성장 정도를 측정하고 비교 분석 과정을 통하여 연구의 신뢰도를 확보하고자 한다.

내가 연구를 준비하면서 GIS 등 다양한 기술을 종합적으로 활용해야겠다.

(2)녹차 티백을 재활용하여 잎과 분말을 제작하고 비율을 달리한 녹차 추출물을 제조한다.

(3)관능검사를 통한 녹차 티백 침출액으로 관수한 작물의 선호도 분석한다.

(4)녹차는 녹차 티백의 녹차잎을 사용하며 연구의 정확성을 위하여 100% 녹차잎을 사용한다.

(5)작물의 생장을 비교하기 위해 디지털 스케일 자와 일반 자로 측정한다.

(6)식물체의 영양 성분 분석은 전문기관에 의뢰하여 분석한다.

-우리나라에서 생산되는 녹차를 소비하고 재활용하여 친환경 비료로 활용하여 건강한 토양을 만들 수 있을 것이다

-녹차잎을 녹차 추출액과 함께 토양에 시비한다면 토양의 습기를 좋아하는 작물에게 향상된 생장 조건을 제공할 수 있을 것이다.

-티백 재활용 녹차 침출액으로 화학비료를 덜 사용하고 간편하고 안전하게 작물을 재배할 수 있어 환경오염 예방에 도움을 줄 것이다.

이 논문 분석을 통해 녹차 추출물이 다양한 작물의 생장에 긍정적인 영향을 미친다는 사실이 매우 흥미로웠습니다. 그리고 ㅜ연구의 필요성과 목적이 정확하게 나타나 있어, 실험을 진행할 때 어떤 요소에 중점을 두어야 하는지를 알 수 있어서 인상 깊었습니다. 또한, 생장 정도를 비교할 때 단순히 잎이나 작물의 길이만 측정하는 것이 아니라 성분 분석 센터에 의뢰하여 평균보다 증가한 성분과 부족한 성분을 정확하게 도출해내는 과정을 보면서, 실험 결과가 더욱 정확할수록 신뢰할 수 있는 연구가 된다는 것을 느꼈습니다. 양배추의 생장 실험에서는 실험 도중 폭염과 장마, 관수 부족 등 여러 요인들이 실험 결과에 오류를 발생시킬 수 있다는 점에서, 실험 설계가 많은 요인을 고려하여 섬세하게 이루어져야 한다는 것을 배울 수 있었습니다. 이 논문에서 고칠점으로는 녹차 추출물의 종류를 좀 더 다양하게 하여 실험 결과를 더욱 뚜렷하게 나타낼 수 있었으면 좋겠다는 생각을 했습니다. 앞으로 제가 진행할 실험에서는 녹차 티백뿐 아니라, 보리차, 생강차 등 다양한 차의 성분을 조사하고 실험하여, 천연 비료를 어떤 다양한 재료로 만들 수 있을지를 탐구하는 것도 좋을 것 같습니다.

녹차의 기본 영양소에는 칼로리, 수분, 탄수화물, 단백질, 지질, 콜레스테롤, 칼슘, 철분, 당류, 나트륨, 식이섬유, 인, 나이아신, 칼륨, 레티놀, 베타카로틴 등이 있다.

이 중 칼로리는 371Kcal로 녹차에서 가장 많은 영양 성분이고, 콜레스테롤과 레티놀, 당류는 거의 없다고 볼 수 있다.

베타카로틴은 강한 항산화 성분으로, 활성산소를 제거하여 세포 손상과 노화를 방지하고 산화 스트레스를 감소시켜 심혈관 질환이나 암 예방에 기여한다.

베타카로틴이 체내에서 비타민 A로 전환되어 망막의 로돕신 형성을 돕기 때문에 야맹증, 안구 건조증, 황반 변성 등 눈 건강을 보호해주고 시력을 개선해주는데에 효과적이다. 그리고 비타민A 전구체가 면역 세포 활성화를 도와 호흡기 감염을 예방하고 상처 회복력을 촉진 시켜주는 긍정적인 영향을 미친다. 하지만 베타카로틴은 과다 섭취시 피부가 주황색이나 노란색을 띄어 고카로틴증이 유발되는 부작용이 발생할 수 있기 때문에 권장량(3~6mg)을 지켜야 한다.

레티놀은 비타민 A의 형태로 되어 있으며, 피부 노화를 방지해주고 피부 개선의 다양한 효과를 가지고 있기 때문에 화장품이나 피부 치료제에 주로 있는 성분이다. 레티놀은 피부에 도포시 비타민 A 유도체로 변환되면서 피부 세포의 교체와 진피층에서 콜라겐과 엘라스틴의 합성을 촉진시켜주어 피부를 더욱 두껍게 만들 뿐만 아니라 탄력을 회복하는데 도움을 주고 콜라겐을 생성하는데에 도움을 준다. 레티놀의 도움을 받아 생성된 콜라겐은 피부 결을 매끈하게 하고 멜라닌 생성을 억제해 기미나 색소 침착을 줄여주기 때문에 여드름 자국이나 잡티 등을 옅게 만들어준다. 하지만 레티놀의 자극에 적응되지 않은 처음 사용하는 피부에는 건조함, 발적, 각질 등이 일어날 수 있고, 민감한 피부일수록 더 두드러지게 일어날 수 있다. 그리고 레티놀은 자외선에 민감하기 때문에 햇빛에 노출되면 피부가 더욱 쉽게 손상될 수 있다. 그래서 레티놀을 과도하게 사용하여 피부 장벽을 약화시키는 것 보다, 적절한 사용법으로 레티놀의 장점에 효과를 보는 것이 중요하다.

<2> 녹차의 성분과 기능

녹차는 카테킨류, 비타민C, 비타민B2, 테아닌, 베타카로틴, 복합다당, 카페인, 플라보놀, 복합타닌 TNDs, GABA 등이 있다. 여기서 카테킨류의 함량이 가장 많고 GABA의 함량이 가장 적다.

카테킨은 플라보노이드의 일종으로, 여러 식물에 들어있는 폴리페놀이다. 녹차를 오래 우리면 떫은맛이 나는데, 카테킨이 탄닌의 일종이기 때문이다. 카테킨에서는 강력한 항산화 작용이 일어나는데, 여기서 항산화 작용은 산화를 억제하는 작용으로 금속이 변질되거나 세포에 변질이 일어나 노화 현상이 생기는 것을 억제해주는 역할을 한다.

플라보놀은 항산화 항염 효과로 혈관벽을 강화시키고, 고혈압과 동맥 경화 등의 혈관계 질환을 예방하여 심장을 보호한다. 또한 항균, 항바이러스, 항암 활성 등이 뛰어난다.

테아닌은 스트레스 해소, 집중력 향상, 수면 개선, 흥분 억제, 혈압 저하 등 신체적, 정신적면에서 효과적이다. 그렇기 때문에 테아닌은 보충제 형태로도 많이 사용된다.

결론적으로, 녹차의 영양성분과 기능성 성분에 의하면 식물 생장에 필수인 인(P)과 칼륨(K)의 양이 충분하고 녹차는 잎이기 때문에 엽록소를 생성하는 질소도 풍부하다고 할 수 있다. 또한, 활성산소를 제거

하여 면역력 향상에 도움이 되는 카테킨류를 포함하고 있으므로 작물과 화훼작물의 생장에

긍정적인 성분과 조건을 가지고 있다고 할 수 있다.

생장특성 및 영양성분 비교 연구

모둠원: 백재훈, 이진우

- 탐구 동기

1. 쫄깃하고 부드러운 밀가루 음식을 좋아해서 거의 매일 먹는다고 함.

2. 그러나 가족들이 밀가루 음식을 먹고 소화불량을 겪거나, 혈당 관리 문제로 2. 제한 하는 상황에 놓여있음.

3. 그로 인해서 가족 모두가 밀가루 음식을 건강하게 먹을 방법을 찾자는 3. 목표를 가지고 탐구를 시작했음.

- 선행 연구 분석

1. 글루텐과 ATIs (아밀라아제 트립신 억제제)에 대한 탐구

- 글루텐은 밀가루 반죽 과정에서 형성되는 단백질에 복합제로, 밀가루 음식의 - 쫄깃한 식감을 담당하지만, 일부 사람들에게는 소화 불편을 유발할 수 있음.

- ATIs는 밀에 존재하는 단백질로, 소화기관에 염증 반응을 일으키거나 - 소화불량을 유발하는 요인으로 알려져 있음.

- 기존 연구들을 찾아보며 글루텐과 ATIs가 소화기능에 부정적 영향을 줄 수 - 있다는 점을 확인하고, 이들의 형성 정도를 조절하는 장법에 주목함.

- 혈당 스파이크에 대한 탐구

• 밀가루 음식은 정제 탄수화물이 많아 혈당을 급격하게 상승시키는 특성이 있음.

• 선행 연구에서는 혈당 스파이크가 혈관 건강 악화, 당뇨병 위험 증가 등 다양한 건강 문제로 이어질 수 있음을 강조함.

• 이를 완화하기 위해서는 음식 섭취 순서나 식후 운동이 혈당 상승을 억제하는 데 도움이 된다는 연구 결과를 바탕으로, 실험 조건을 구성• 함.

- 글루텐 형성에 영향을 미치는 요소에 대한 분석

• 선행 연구에서는 밀가루 종류, 반죽 시간, 반죽 온도, 반죽 강도, 숙성시간등이 글루텐 형성에 영향을 미친다고 설명함.

• 글루텐 형성을 최소화하면 소화가 더 용이해질 수 있다는 점을 참고하여, 반죽 조건을 다양한 방식으로 설정하고 비교 실험을 진행함.

- 소화와 혈당에 영향을 미치는 섭취 방법에 대한 연구

• 기존의 연구 결과를 바탕으로, 채소를 먼저 섭취하고 밀가루 음식을 나중에 먹을 경우 혈당 상승 속도가 완만해진다는 점을 실험 설계에 반영.

• 또한, 식후 30분에서 1시간 이내에 가벼운 운동을 할 경우 혈당 스파이크가 완화된다는 연구 결과에 착안하여, 실험을 통해 이를 검증함.

- 가설 설정

1. 글루텐 형성 감소가 소화에 미치는 영향

• 가설: 밀가루 반죽 시 글루텐 형성을 최소화하면 소화가 더 잘 될 것이다.

• 근거: 글루텐은 소화 과정에서 일부 사람들에게 불편함을 유발하며, 글루텐 함량이 낮을수록 소화가 용이하다는 선행 연구 결과를 바탕으로 함.

2. 밀가루 음식 섭취 순서 및 운동이 혈당 스파이크에 미치는 영향

• 가설: 식사 시 채소를 먼저 섭취하고, 밀가루 음식을 뒤에 먹으면 혈당 스파이크가 감소할 것이다.

• 가설: 식사 후 30분에서 1시간 사이에 운동을 하면 혈당 스파이크가 감소할 것이다.

• 근거: 식이섬유가 풍부한 채소를 먼저 섭취하면 포도당 흡수를 늦추고, 식후 운동이 혈당을 효과적으로 조절한다는 선행 연구 및 의료자료에 기반함.

3. 반죽에 사용하는 재료가 소화와 글루텐 형성에 미치는 영향

• 가설: 소금, 설탕, 레몬즙 등 특정 재료를 첨가하면 글루텐 형성과 소화에 긍정적인 영향을 미칠 것이다.

• 근거: 소금과 산성 재료(레몬즙)는 반죽의 글루텐 형성에 영향을 미칠 수 있으며, 이로 인해 소화가 달라질 수 있다는 과학적 근거를 토대• 로 설정된 가설임.

- 예상결론

1. 글루텐 형성을 최소화한 반죽이 소화를 개선한다

• 예상: 글루텐 형성이 적은 반죽 방식(반죽 시간 최소화, 숙성 없이 즉시 사용 등)을 사용할 경우, 밀가루 음식이 위와 장에 부담을 덜 주며, 가족 모두가 소화에 불편함 없이 섭취할 수 있을 것이다.

• 특히 부침개 등 밀가루 음식이 더 가볍게 느껴지고, 소화가 빨라질 것으로 예측함.

2. 식사 순서와 운동으로 혈당 스파이크가 완화된다

• 예상: 채소를 먼저 섭취하고 밀가루 음식을 뒤에 먹으면 혈당 상승이 느려지고, 급격한 혈당 스파이크가 억제될 것이다.

• 또한 식사 후 가벼운 운동(걷기 등)을 추가하면 혈당이 더 안정적으로 유지되어 혈당 관리에 효과적일 것이다.

• 이는 특히 혈당 관리가 필요한 가족 구성원(아버지)의 건강에도 긍정적인 영향을 줄 것이다.

3. 부재료 사용이 글루텐 형성과 소화에 영향을 준다

• 예상: 레몬즙과 같은 산성 재료의 첨가는 글루텐 형성을 억제하고, 반죽을 부드럽게 만들어 소화가 더 잘될 수 있을 것이다.

• 소금과 설탕의 적절한 사용은 반죽의 질감을 조절하고, 전체적인 소화과정에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단함.

4. 밀가루 음식을 건강하게 먹을 수 있는 방법을 제시할 수 있다

• 최종적으로 다양한 실험과 검증을 통해 누구나 밀가루 음식을 좀 더건강하고 부담 없이 섭취할 수 있는 구체적인 방법과 가이드라인을 제시할 수 있을 것이라고 기대함.

• 연구 결과는 밀가루 음식을 좋아하지만 소화나 혈당 문제로 인해 섭취를 꺼리는 사람들에게 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

1. 반죽 시간은 밀가루와 물을 섞은 즉시이고,

2. 반죽 물의 온도는 미지근한 물(25`C)이며,

3. 반죽하는 힘의 세기는 힘을 주지 않고 밀가루와 물을 섞기만 하는 것이며,

4. 반죽 숙성 방법은 따로 숙성을 거치지 않은 실은 즉시 반죽이다.

* 밀가루 음식중 부침개가 잘 소화되도록 하기 위해서 탐구를 통해 찾아낸 밀가루 외 사용하는 제료는 소금, 설탕, 레몬즙이다.

* 밀가루 음식이 포함된 식사는 밀가루 음식이 포함되지 않은 식사에 비해 혈당 스파이크를 만든다.

혈당 스파이크에 미치는 영향을 줄여 탐구를 통해 찾아낸 혈당을 낮추는 섭취 방법

1. 섭취 순서로 채소를 먼저 먹고 밀가루 음식을 나중에 먹기와,

2. 섭취 후 30분~1시간 사이에 운동을 하는 것이다.

* 추가 탐구를 통해 밀가루 음식 반죽을 할 때 물이 아닌 우유를 넣으면 글루텐 형성이 거의 없어 소화가 더 잘 될 수 있다는 것을 알 수 있었다.

활용점

1. 통밀가루 사용하기

통밀가루는 일반 밀가루보다 섬유질과 영양소가 풍부합니다. 통밀가루를 사용하면 식이섬유 섭취가 늘어나고, 혈당 상승이 더 완만하게 이루어집니다. 통밀가루로 빵, 팬케이크, 쿠키 등을 만들어 보세요.

2.밀가루로 만든 디저트

밀가루를 이용해 건강한 디저트를 만들 수 있습니다. 예를 들어, 설탕 대신 꿀이나 스테비아를 사용하고, 통밀가루를 사용하여 더 건강한 케이크나 쿠키를 만들 수 있습니다.

3. 밀가루를 이용한 수프나 소스

밀가루를 소스나 수프의 농도를 맞추는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 밀가루를 조금 넣어 걸쭉한 수프나 소스를 만들어보세요. 이런 방법을 사용하면 지방을 최소화하면서도 맛있는 요리를 만들 수 있습니다.

탐구 기간과 탐구 방법

가. 탐구 기간: 2023년 12월~2024년 8월

(<표5> 탐구 기간 및 계획)

나. 탐구 방법

1) 인터넷 검색 사이트 활용해서 선행 탐구 및 이론적 배경 조사하기

2) 국립중앙과학관 전국과학전람회 자료실 검색하며 자료 수집하기

3) 특허정보넷(KIPRIS)과 학술탐구정보서비스(RISS) 활용방법 숙지 및 필요한 정보 검색하며 자료 수집하기

4) 탐구 방법 조사 및 탐구 설계하기

5) 과학적 탐구 과정에 근거한 탐구 활동 수행하기

6) 탐구 결과에 대한 결론 및 해석 도출하기

2. 탐구 과제 설정 

(표6) 사진

3. 탐구 활동을 위한 준비

가. 실험한 재료 및 음식 선정

1) 밀가루 음식을 만들 때 흔히 사용하는 밀가루를 실험 재료로 사용하여, 밀가루에 미치는 영향을 탐구한다.

2) 탐구를 통해 찾아낸 밀가루 반죽 방법을 적용할 수 있는 밀가루 음식을 선정한다.

3) 밀가루가 소화/혈당에 미치는 영행을 탐구하기 위한 실험으로 다른 재료(부재료, 첨가물 등)로 인한 요인을 제한할 수 있는 단순한 음식으로 선정한다.

4) 밀가루 반죽에 요리 재료, 섭취 방법의 변화에 따른 소화/혈당 변화를 확인하기에 용이하도록, 요리 방법이 단순하고 간단한 음식으로 선정한다.

나. 측정 도구

1) 연속혈당측정기(리브레): 음식 섭취 전, 섭취 직후, 섭취 후 20분, 30분, 40분, 1시간, 2ㅣ시간으로 자주, 정확하게 측정하기 위해 연속혈당측정기를 활용한다.

다. 탐구의 제한점

1) 밀가루 음식을 건강하게 먹는 방법에 대한 탐구를 위해, 밀가루를 대체할 수 있는 곡물가루들을 사용하는 방법은 제외하고 가장 일반적인 밀가루만을 한정하여 탐구를 진행한다.

2) 실제 음식 만드는 방법은 다양하게 존재하므로 실험에 사용될 음식 만드는 방법은 탐구를 정확하게 하기 위해 실험자가 임의로 정한 방법을 사용하였다.

lV. 탐구 내용 및 결과

글루텐에 대한 탐구:

가. 탐구 과정

1) 글리아딘(점성)+글루테닌(탄성)-물-(적당한)힘->글루텐(점탄성)

2) 부드럽게 늘어나는 얇은 막을 형성하며 끈적이는 성질을 가지고 있고 그물코 모양의 서로 얽혀있는 구조로 이루어져 있다. 촘촘한 구조가 층이 되어 2가지 역할을 하는데 이스트가 내뿜는 탄산가스를 가두어 마치 고무풍선처럼 빵이 부풀 수 있게 하고 얇은 막 안쪽으로 전분 끌어들여 부풀어 오른 빵 반죽 지탱, 단단한 뼈대 형성 역할을 한다.

3) 글루텐 불내증: 정확한 병명은 글루텐 과민성 장질환이며, 글루텐 섭취 시 문제가 되

는 현상으로, 두통, 소화불량, 피부질환, 골밀도 저하 등이다. 체내에 글루텐을 소화시키

는 효소가 없거나 부족해서 생기는 증상으로 셀리악병이나 이를 포괄하는 개념으로 글

루텐 민감성으로부터 오는 병의 일종이다. 셀리악병은 빵을 주식으로 하는 서구인의 약

35~40%로 흔하며, 국내에서는 발병한 사례가 거의 없지만, 일부 사람들의 경우 밀가루

를 먹었을 때 속이 더부룩하거나 가스가 차는 등의 증상이 생기기도 한다.

4) 글루텐프리식품: 글루텐이 함유되지 않은 곡류를 사용해 제품 내 글루텐 함량이

20-100ppm 이하인 식품을 말한다. 글루텐프리 제품에 사용할 수 있는 곡류로는 쌀, 콩,

옥수수, 메밀, 감자 등이 있다.

나. 탐구에 반영할 점

1. 글루텐을 제거하면 정제된 밀가루와 설탕, 버터에 의해 단백질 섭취가 부족해지고 탄수

화물과 나트륨 섭취량만 많아져 영양 불균형을 초래해 질병 유발 가능성이 커질 수 있기

때문에 글루텐프리 식품을 이용하지 않더라도 밀가루 음식을 포함한 균형 잡힌 식사 방법,

밀가루 음식의 건강한 섭취 방법을 찾아보는 탐구를 한다.

2. 소화에 영향을 주는 밀가루 음식의 쫄깃쫄깃함을 줄이는 방법을 찾아본다. 밀가루 음식의

소화에 영향을 주는 글루텐 형성을 적게 하려면 글리아딘 성분보다는 글루테닌을 조절한다.

ATIs에 대한 탐구:

가. 탐구 과정

1) ATI 함량: 밀가루의 단백질 함량은 밀가루의 10% 정도로 대부분이 글루텐이고, 1.5%

정도가 글루텐이 아닌 단백질이다. 글루텐이 아닌 단백질 중에서 0.3% 정도가 ATI이다.

2) 우리 몸의 소화 효소로 아밀레이즈는 탄수화물, 트립신은 단백질의 소화 효소이다. 이

소화 효소의 작용을 방해하는 물질로, 씨앗에서 성장하면서 자신을 보호하기 위해 가지고 있는 것으로 섭취하게 되면 우리 몸 속에서 일어나는 소화 작용을 방해하는 저해 물질이다.

다) ATI는 소장 세포와 세포 사이 틈새를 뚫고 우리 몸 혈액 속으로 들어올 수 있다. 혈액

속으로 들어와서 사이토카인이나 면역 뿐만 아니라 염증을 유발시키는 물질들을 많이 자극을

해서 소화기관, 간, 폐, 뇌, 혈관, 지방 세포 등 다른 다양한 장기에 영향을 줄 수 있다.

혈당 스파이크에 대한 탐구:

가. 탐구 과정

1) 혈당 스파이크란 공복과 식후 2시간 사이에 혈당이 급상승하며 심한 변동이 나타나는

현상을 말한다. 신체는 인슐린을 평소보다 과도하게 분비한다.

2) 혈당 스파이크의 영향

혈당 스파이크는 2형 당뇨병, 고혈압, 심혈관 질환 등의 위험을 증가시킬 수 있다. 또한,

혈당이 급격히 오르내리면서 피로감, 졸음, 집중력 저하 등의 증상을 유발할 수 있다.

3) 혈당 스파이크 예방 방법

혈당 스파이크를 예방하기 위해서는 식습관 개선이 중요하다. 섬유질이 풍부한 식품, 단백

질, 저지방 유제품을 섭취하고, 가공식품, 단 음료, 과도한 탄수화물 섭취를 줄이는 것이 좋다. 또한 규칙적인 운동과 충분한 수면을 통해 혈당 조절 능력을 높이는 것이 중요하다.

나 탐구에 반영할 점

일반 식사와 밀가루 음식이 포함된 식사를 비교하여 차이를 탐구해보고, 밀가루 음식을

먹은 후 일어나는 혈당 스파이크를 줄이기 위한 밀가루 음식 섭취 방법-운동하기, 식사 순

서을 찾아보자.

밀가루 음식 섭취에 따른 혈당 변화 정도 탐구:

밀가루 음식을 섭취하며 운동을 병행할 때, 혈당 스파이크에 미치는 영향은 어떠한지 알아보

는 탐구를 진행한다. 앞선 탐구를 통해 밀가루 음식 반죽 방법을 적용한 밀가루 음식-부침개

를 주음식으로 하며 그 외 밀가루 음식을 포함하여 섭취한다.

가. 혈당 스파이크 측정 방법

1) 혈당 측정을 위해 연속혈당측정기를 왼쪽 팔 뒷부분에 부착한다.

2) 3-4시간 공복 후 음식을 섭취한다.

3) 혈당 측정은 섭취 전, 섭취 직후, 섭취 20분, 섭취 30분, 섭취 40분, 1시간 뒤, 2시간 뒤

총 7번 측정하여 혈당 변화 정도를 확인한다.

나. 탐구 방법

1) 밀가루로 만든 음식과 밀가루를 사용하지 않은 음식(일반식)을 섭취하고 혈당을 측정하여

기록한다.

2) 섭취 전, 섭취 후, 섭취 20분, 섭취 30분, 섭취 40분, 1시간 후, 2시간 후 혈당을 측정하여

변화를 확인한다.

백재훈: 여러 논문을 조사해보며 다양한 과학논문이 있다는 걸 알게 되어 여러가지를 배울 수 있었습니다. 건강한 밀가루 음식을 만드는 것에 대한 논문을 보니 밀가루를 이용한 여러 실험들을 볼 수 있어 좋았습니다. 밀가루가 가진 단백질에 있는 글루텐이 식감을 좋게 만들지만 사람의 소화에 불편함을 주는 것을 알게 되었습니다. 이번 시간으로 전국과학전람회에 있는 여러 논문을 보고 배울 점이 많았고, 자료가 너무 많아 다 정리하지 못해서 아쉬웠습니다.

이진우: 전국과학전람회라는 사이트에서 많은 과학 자료들을 볼수 있어서 좋았습니다.

논문을 통해 밀가루 음식을 좀 더 건강하게 먹는 법을 알게어 좋았습니다