A Study on Synergisitic Effect of Chitosan and Sorbic Acid on Growth Inhibition of Escherichia coli O517:H7 and Staphylococcus aureus

E. coli O517:H7 과 Staphylococcus aureus의 증식억제에 대한 키토산과 소르빈산의 상승효과에 관한 연구

This study was performed to investigate the synergistic effect of chitosan and sorbic acid as a new food preservative. So it was performed to investigate inhibitory effect on growh of E. coli 0157:H7, gram negative pathogenic food borne disease bacteria and of S. aureus, gram positive food borne disease bacteria in chitosan, sorbic acid and combination of chitosan and sorbic acid. Minimun Inhibitory Concentration (MIC) of chitosan in E. coli 0157:H7 was 500 ppm at pH 5.0, 250 ppm at pH 5.5, 500 ppm at pH 6.0, and 2000 ppm at pH 6.5, while in Staph. aureus 31.25 ppm at pH 5.0 and 62. 5 ppm at more than pH 5.5. also, MIC of sorbic acid in E. coli 0157:H7 was 500 ppm at pH 5.0, 1500 ppm at pH 5.5, and 2000 ppm at more than pH 6.0, while in Staph. aureus 1500 ppm at pH 5.0 and more than 2000 ppm at more than pH 5.5. Due to the effect of pH in E. coli 0157:H7, MIC of combined chitosan and sorbic acid was 500 ppm of chitosan with 500 ppm of sorbic acid at pH 6.5, but 250 ppm of chitosan with 31.3 ppm of sorbic acid at pH 5.0. In Staph. aureus, there was great effect of chitosan, but neither effect of pH nor sorbic acid. When E. coli 0157:H7 were treated with 500 ppm of chitosan with 500 ppm of sorbic acid and 250 ppm of chitosan with 250 ppm of sorbic acid at pH 6.5, they were inhibited. But, they were increased at the initial concentration of bacteria at 1000 ppm of chitosan in 18 hours, at 500 ppm of chitosan in 36 hours. There was no effect of growth inhibition with sorbic acid but great effect with chitosan on Staph. aureus. The correl~tions between MICs of chitosan and sorbic acid in E. coli 0157:H7 accoding to pH were higher than those in Staph. aureus. R values in E. coli 0157:H7 were 0.95 (p<0.01), 0.99 (p<0.01), 0.97 (p<0.01), and 0.99 (p<0.01) at pH 6.5, 6.0, 5.5, and 5.0 respectively. The synergistic effect of chitosan and sorbic acid in E. coli 0157:H7 could be confirmed from the result of this experiment. Therefore, it was expected that the food preservation would increase or maintain by using sorble acid together with chitosan, natural food additive that did no harm to human body.

최근 산업의 발달로 인한 식품의 안전성에 대한 국민의 우려가 증가되고 있으며 특히 식품을 미생물의 증식으로부터 안전하게 보존하기 위한 천연식품보존제의 개발이 요구되고 있다. 지구상에 풍부한 천연자원인 키토산과 합성 화학 보존제인 소르빈산을 사용하여 그람음성 병원성 식중독 원인균인 Escherichia coli O517:H7 과 대표적 그람양성 식중독 원인균인 Staph. aureus에 대해 실험한 결과는 다음과 같다. Escherichia coli O517:H7에 대한 키토산의 최소 발육억제 농도는 pH 5.0에서 500 ppm, pH5.5에서 250 ppm, pH 6.0에서 5000 ppm, 그리고 pH6.5에서 2000 ppm이었으며, Staph. aureus에 대한 키토산의 최소발육억제 농도는 pH 5.0에서 500 ppm, pH 5.5에서 250 ppm, pH 6.0에서 500 ppm, 그리고 pH6.5에서 2000 ppm이었으며, Staph. aureus에 대한 키토산의 최소 발육억제 농도는 pH 5.0에서 31.3 ppm이었으며, pH5.5 이상에서는 62.5 ppm이었다. 소르빈산의 최소발육억제농도는 pH5.0에서 500 ppm, pH 5.5에서 1500 ppm, 그리고 pH 6.0이상에서는 2000 ppm이상이었다. Staph.aureus에 대한 소르빈산의 최소발육억제 농도는 pH 5.0에서 1500 ppm이었으며, pH5.5 이상에서는 2000 ppm이상이었다. Escherichia coli O517:H7 에 대한 키토산과 소르빈산의 병용처리효과는 pH에 크게 영향을 받아 pH 6.5에서는 키토산 농도 500 ppm과 소르빈산 500 ppmshd도에 발육이 억제되었으나 pH5.0에서는 키토산농도 250 ppm과 소르빈산 31.3 ppm에 억제되었다. 한편, Staph.aureus에서는 pH에 대한 영향이 별로 없었으며, 키토산의 영향을 크게 받으나 소르빈산의 영향은 거의 없었다. pH 6.5, $37^{\circ}C$의 조건하에서 Escherichia coli O517:H7은 키토산 500 ppm 및 소르빈산 500 ppm 처리와 키토산 250 ppm 및 소르빈산 250 ppm 병용처리군에서 모두 증식이 억제되었으나 키토산의 영향을 크게 받으나 소르빈산의 영향은 거의 없었다. pH6.5 $37^{\circ}C$의 조건하에서 Escherichia coli O517:H7은 키토산 500 ppm 및 소르빈산 500 ppm처리와 키토산 250 ppm 및 소르빈산 250 ppm 병용 처리군에서 모두 증식이 억제되었으나 키토산과 소르빈산 단독처리군에서는 배양시간이 증가함에 따라 균의 증식이 계속되었다. Staph.aureus는 소리빈사에 영향을 받지 않았으며 병용효과보다는 키토산에 대한 영향이 컸다. pH5.5, $37^{\circ}C$의 조건하에서 Escherichia coli O517:H7은 키토산 550 ppm, 250 ppm 단독 첨가시와 병용 처리시 모두 3시간 이내에 균증식이 억제되었다. Staph. aureus의 경우는 키토산 50 ppm 단독처리군과 키토산 25 ppm과 소르빈산 2000 ppm 병용처리군에서 균증식이 사멸되었다. Escherichia coli O517:H7에 대한 키토산과 소르빈산 병용처리시 MIC와의 관계는 pH6.5에서 R=0.95(p<0.01), pH6.0에서 R=0.99(p<0.01), pH5.5에서 R=0.97(p<0.01), 그리고 pH5.0에서 R=0.99(p<0.01)로 높은 상관관계를 나타내었다. Staph. aureus에 대해서는 소르빈산의 병용처리에 의한 효과는 거의 없었다. 이상의 결과로 종합하면 pH 변화에 따른 키토산과 소르빈산 단독 및 병용처리로 인한 상승효과를 확인할 수 있었으며 이 결과 천연식품인 키토산을 병용함으로써 인체에 영향이 있는 합성 화학보존제인 소르빈산의 양을 감소시킬 수 있었으며, 또한 식품의 보존성을 더 증가 또는 유지시킬 수 있을 것으로 기대된다.