• 생물환경조절학회지
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• 제5권2호
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• pp.215-235
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• 1996

본 연구에서 수행한 Model 시뮬레이션에 의한 열환경 분석 기법은 지역별로 다양한 기상여건 하에서 대상온실의 난방 및 냉방부하를 보다 합리적으로 예측할 수 있을 뿐만 아니라 냉방이나 난방용 시스템의 결정을 비롯한 난방대책을 수립하고, 에너지 이용 전략의 수립이나 계절적인 작부계획 수립, 온실산업용 적지선정 등에 유익하게 활용될 수 있을 것이라 판단된다. 본 연구에서는 온실의 적극적인 환경조절 유형을 난방과 냉방의 두 가지로 대별하고, 난방 소요열량 산정을 비롯하여 야간의 보온 커튼효과, Heating Degree-Hour 산정 등 난방과 관련된 시뮬레이션은 동적 모형을 이용하여 시간별, 일별 및 월별로 검토하였으며, 환기를 비롯한 차광, 증발냉각시스템의 효과 분석은 정적모형을 이용하여 검토하였다. 특히 하절기 지하수와 같은 저온수를 직접 이용하거나 Heat Pump를 통하여 확보될 수 있는 저온수를 이용하여 온실의 피복면에 살수함으로서 확보할 수 있는 온실냉방효과를 검토하는 데는 1.2m$\times$2.4m 크기의 모형온실을 제작하여 기초실험을 수행함으로서 동절기의 수막시스템의 보온효과와 마찬가지로 하절기 냉방 효과를 거둘 수 있다는 가능성을 확인하였다. 본 연구에 활용된 온실의 수치 환경모형 중 난방관련 시뮬레이션용 동적 수치모형은 소기의 목적을 달성하는데 충분히 응용될 수 있는 이론모형이다. 이 이론모형이 범용성이 높은 것은 온실 내ㆍ외의 미기상 변화, 특히 난방이나 냉방이 본격적으로 요구되는 기간동안에 온도, 습도, 일사, 풍속 등의 미기상 인자들을 면밀하게 관찰하여 실측된 자료를 바탕으로 개발되었고, 다양한 자료에 의해 충분히 검정되었기 때문이다. 본 연구에서는 경남 진주지역의 어느 특정 기간(1987년)의 시간별 기상자료를 중심으로 온실의 열적 환경변화에 대한 수치모형 시뮬레이션을 실시하였으며, 아직 수치모형에 의한 시뮬레이션이 불가능한 일부 냉방효과를 검토하는 데는 모형 실험을 실시하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 주간과 야간의 설정온도를 달리하고 다단계 변온조절방식으로 시뮬레이션을 행한 결과 난방 소요열량은 난방 설정온도에 따라 현저한 차이를 보였다. 특히 주간 설정온도에 비하여 야간 설정온도가 난방 소요열량에 예민하게 영향을 미치므로 야간의 설정온도 결정에 신중을 기해야 할 것으로 판단된다. 2. 기존의 Heating Degree-Hour 자료는 평균 외기온을 중심으로 임의의 설정온도에 대하여 산정된 값이므로 난방 소요열량에 대한 상대적인 비교수단은 되나 고려되는 기상인자의 제한과 설정온도의 임의성 때문에 실용성이 부족하다. 따라서 본 연구에서 제시된 것처럼 온실 주변의 제반 미기상 인자나 경계조건이 반영됨은 물론 작물의 생육상태 및 구체적인 설정온도까지도 고려하는 동적 수치모형으로 시시각각으로 예측된 실내기온을 중심으로 재배기간 동안의 난방열량을 적산함이 합리적이라 판단된다. 기존의 MDH 자료로 난방 설계를 할 경우에는 지나치게 과잉설계 될 가능성이 있다. 3. 산정된 난방 소요열량은 물론 커튼의 보온성능도 월별 기상여건에 따라 현저한 차이를 보이며, 시뮬레이션에 이용된 커튼의 경우 높은 보온효과를 보임으로서 년 평균 50% 이상의 난방 에너지를 절감할 수 있으며, 동절기 3-4개월의 집중 난방기에 에너지가 크게 절감됨을 발견할 수 있다. 4. 고온기 환기성능은 온실의 구조, 기상조건, 작물의 생육상태 등에 따라 다소의 차이가 있으나 환기율에 의해 크게 좌우되며, 시뮬레이션에 이용된 두 가지 농가보급형 온실 모두 환기율의 증가에 따른 실내기온의 강하 효과가 환기율이 1회/min 정도를 넘어서면서 급격히 둔화되는 현상을 보인다. 이는 기존에 권장되고 있는 적정 환기율인 1회/min 전후의 환기 시스템을 갖추는 것이 합리적임을 확인해 준다. 5. 작물이 성숙된 유리온실에서 외기의 상대습도가 50%인 쾌청한 주간동안 연속적으로 1회/min로 환기를 시킬 경우 실내기온 36.5$^{\circ}C$의 대조구에 비한 온도강하는 50% 차광만 했을 시 2.6$^{\circ}C$이고 효율 80%의 Pad ＆ Fan 시스템만 작동시 6.1$^{\circ}C$ 정도이며, 차광과 냉각시스템을 동시에 작동시는 약 8.6$^{\circ}C$로서 외기온보다 3.3$^{\circ}C$가 낮은 28$^{\circ}C$까지 실내온도를 낮출 수 있으나, 동일 조건하에서 외기의 상대습도가 80%로 높은 경우에는 Pad ＆ Fan시스템에 의한 온도강하가 2.4$^{\circ}C$에 불과하여 50% 차광하에서도 외기온 이하로 실내온도를 낮출 수 없음을 알 수 있다. 6. 하절기 3개월(6/1-8/31)동안 Pad ＆ Fan 시스템의 냉방효과($\Delta$T)는 설정된 작동 온도에 따라 다소 차이를 보일 것으로 예상되나 본 시뮬레이션에서 설정한 시스템의 작동 온도 27$^{\circ}C$에서 상대습도와의 상관관계는 대략 다음과 같았다: $\Delta$T= -0.077RH＋7.7 7. 전형적인 하절기 주간기상 하에서 경시적 냉방효과를 분석한 결과 환기만으로는 실내기온을 외기온 보다 5$^{\circ}C$ 높게 유지하는 정도가 고작이고, 차광이나 증발식 냉방시스템 만으로는 작물이 성숙한 단계에서조차도 외기온 이하로 떨어뜨리기가 어려우나 차광과 아울러 증발식 냉방을 병행할 경우에는 작물상태에 따라 다소 차이는 있지만 실내기온을 외기온보다 2.0-2.3$^{\circ}C$ 낮게 유지할 수 있음을 발견할 수 있다. 8. 일사가 차단된 27.5-28.5$^{\circ}C$의 외기온하에서 6.5-8.5$^{\circ}C$의 냉수를 온실 바닥면적 1$m^2$당 1.3 liter/min의 유량으로 온실표면에 살수했을 때 실내기온을 외기온보다 1$0^{\circ}C$ 낮은 16.5-18.$0^{\circ}C$ 정도로 낮출 수 있었다. 앞으로 살수 수온(T$_{w}$ )이나 외기온(T$_{o}$ ) 뿐만아니라 살수율(Q)에 따라 온실기온 (T$_{g}$ )에 미치는 상관 관계 T$_{g}$ = f(T$_{w}$ , Q, T$_{o}$ )를 구명하여 지하수 자체 또는 Heat Pump를 이용한 지하수온 이하의 냉수로 온실냉방의 가능성을 구명하는 것이 앞으로의 과제이다.

• 식품저장과 가공산업
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• 제8권2호
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• pp.6-12
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• 2009

면역반응은 외부 감염원으로부터 신체를 보호하고 외부감염원을 제거하고자 하는 주요항상성 유지기전의 하나이다. 이들 반응은 골수에서 생성되고 비장, 흉선 및 임파절 등에서 성숙되는 면역세포들에 의해 매개된다. 보통 태어나면서부터 얻어진 선천성 면역반응을 매개하는 대식세포, 수지상 세포 등과, 오랜기간 동안 감염된 다양한 면역원에 대한 경험을 토대로 얻어진 획득성 면역을 담당하는 T 임파구 등이 대표적인 면역세포로 알려져 있다. 다양한 면역질환이 최근 주요 사망률의 원인이 되고 있다. 최근, 암, 당뇨 및 뇌혈관질환 등이 생체에서 발생되는 급 만성염증에 의해 발생된다고 보고됨에 따라 면역세포 매개성 염증질환에 대한 치료제 개발을 서두르고 있다. 또한 암환자의 급격한 증가는 암발생의 주요 방어기전인 면역력 증강에 대한 요구들을 가중시키고 있다. 예로부터 사용되어 오던 고려인삼과 홍삼은 기를 보호하고 원기를 회복하는 명약으로 알려진 대표적인 우리나라 천연생약이다. 특별히, 홍삼은 단백질과 핵산의 합성을 촉진시키고, 조혈작용, 간기능 회복, 혈당강하, 운동수행 능력증대, 기억력 개선, 항피로작용 및 면역력 증대에 매우 효과가 좋은 것으로 보고되고 있다. 홍삼에 관한 많은 연구에 비해, 현재까지 홍삼이 면역력 증강에 미치는 효과에 대한 분자적 수준에서의 연구는 매우 미미한 것으로 확인되어져 있다. 홍삼의 투여는 NK 세포나 대식세포의 활성이 증가하고 항암제의 암세포 사멸을 증가시키는 것으로 확인되어졌다. 현재까지 알려진 주요 면역증강 성분은 산성다당류로 보고되었다. 또 한편으로 일부 진세노사이드류에서 항염증 효능이 확인되어졌으며, 이를 통해 피부염증 반응과 관절염에 대한 치료 효과가 있는 것으로 추측되고 있다 [본 연구는 KT&G 연구출연금 (2009-2010) 지원을 받아 이루어졌기에 이에 감사드린다]. 면역반응은 외부 감염물질의 침입으로 유도된 질병환경을 제거하고 수복하는 중요한 생체적 방어작용의 하나이다. 이들 과정은 체내로 유입된 미생물이나 미세화학물질들과 같은 독성물질을 소거하거나 파괴하는 것을 주요 역할로 한다. 외부로 부터 인체에 들어온 이물질에 대한 방어기전은 현재 두 가지 종류의 면역반응으로 구분해서 설명한다. 즉, 선천성 면역 반응 (innate immunity)과 후천성 면역 반응 (adaptive immunity)이 그것이다. 선천성 면역반응은 1) 피부나 점막의 표면과 같은 해부학적인 보호벽 구조와 2) 체온과 낮은 pH 및 chemical mediator (리소자임, collectin류) 등과 같은 생리적 방어구조, 3) phagocyte류 (대식세포, 수지상세포 및 호중구 등)에 의한 phagocytic/endocytic 방어, 그리고 4) 마지막으로 염증반응을 통한 감염에 저항하는 면역반응 등으로 구분된다. 후천성 면역반응은 획득성면역이라고도 불리고 특이성, 다양성, 기억 및 자기/비자기의 인식이라는 네 가지의 특징을 가지고 있으며, 외부 유입물질을 제거하는 반응에 따라 체액성 면역 반응 (humoral immune response)과 세포성 면역반응 (cell-mediated immune response)으로 구분된다. 체액성 면역은 침입한 항원의 구조 특이적으로 생성된 B cell 유래 항체와의 반응과 간이나 대식세포 등에서 합성되어 분비된 혈청내 보체 등에 의해 매개되는 반응으로 구성되어 있다. 세포성 면역반응은 T helper cell (CD4+), cytotoxic T cell (CD8+), B cell 및antigen presenting cell 중개를 통한 세포간 상호 작용에 의해 발생되는 면역반응이다. 선천성 면역반응의 하나인 염증은 우리 몸에서 가장 빈번히 발생되고 있는 방어작용의 하나이다. 예를 들면 감기에 걸렸을 경우, 환자의 편도선내 대식세포나 수지상세포류는 감염된 바이러스 단독 혹은 동시에 감염된 박테리아를 상대로 다양한 염증성 반응을 유도하게 된다. 또한, 상처가 생겼을 경우에도 감염원을 통해 유입된 병원성 세균과 주위조직내 선천성 면역담당 세포들 간의 면역학적 전투가 발생되게 된다. 이들 과정을 통해, 주위 세포나 조직이 손상되면, 즉각적으로 이들 면역세포들 (주로 phagocytes류)은 신속하게 손상을 극소화하고 더 나가서 손상된 부위를 원상으로 회복시키려는 일련의 염증반응을 유도하게 된다. 이들 반응은 우리가 흔히 알고 있는 발적 (redness), 부종 (swelling), 발열 (heat), 통증 (pain) 등의 증상으로 나타나게 된다. 즉, 손상된 부위 주변에 존재하는 모세혈관에 흐르는 혈류의 양이 증가하면서 혈관의 직경이 늘어나게 되고, 이로 인한 조직의 홍반과, 부어 오른 혈관에 의해 발열과 부종이 초래되는 것이다. 확장된 모세혈관의 투과성 증가는 체액과 세포들이 혈관에서 조직으로 이동하게 하는 원동력이 되고, 이를 통해 축적된 삼출물들은 단백질의 농도를 높여, 최종적으로 혈관에 존재하는 체액들이 조직으로 더 많이 이동되도록 유도하여 부종을 형성시킨다. 마지막으로 혈관 내 존재하는 면역세포들은 혈판 내벽에 점착되고 (margination), 혈관벽의 간극을 넓히는 역할을 하는 히스타민 (histamine)이나 일산화질소(nitric oxide : NO), 프로스타그린딘 (prostagladins : PGE2) 및 류코트리엔 (leukotriens) 등과 같은 chemical mediator의 도움으로 인해 혈관벽 사이로 삼출하게 되어 (extravasation), 손상된 부위로 이동하여 직접적인 외부 침입 물질의 파괴나 다른 면역세포들을 모으기 위한 cytokine (tumor necrosis factor [TNF]-$\alpha$, interleukin [IL]-1, IL-6 등) 혹은 chemokine (MIP-l, IL-8, MCP-l등)의 분비 등을 수행함으로써 염증반응을 매개하게 된다. 염증과정시 발생되는 여러 mediator 중 PGE2나 NO 및 TNF-$\alpha$ 등은 실험적 평가가 용이하여 이들 mediator 자체나 생성관련효소 (cyclooxygenase [COX] 및 nitric oxide synthase [NOS] 등)들은 현재항염증 치료제의 개발 연구시 주요 표적으로 연구되고 있다. 염증 반응은 지속기간에 따라 크게 급성염증과 만성염증으로 나뉘며, 삼출물의 종류에 따라서는 장액성, 섬유소성, 화농성 및 출혈성 염증 등으로 구분된다. 급성 염증 (acute inflammation)반응은 수일 내지 수주간 지속되는 일반적인 염증반응이라고 볼 수 있다. 국소반응은 기본징후인 발열과 발적, 부종, 통증 및 기능 상실이 특징적이며, 현미경적 소견으로는 혈관성 변화와 삼출물 형성이 주 작용이므로 일명 삼출성 염증이라고 한다. 만성 염증 (chronic inflammation)은, 급성 염증으로부터 이행되거나 만성으로 시작된다. 염증지속 기간은 보통 4주 이상 장기화 된다. 보통 염증의 경우에는 염증 생성 cytokine인 Th1 cytokine (IL-2, interferone [IFN]-$\gamma$ 및 TNF-$\alpha$ 등)의 생성 후, 거의 즉각적으로 항 염증성 cytokine인 Th2 cytokine(IL-4, IL-6, IL-10 및 transforming growth factor [TGF]-$\beta$ 등)이 생성되어 정상반응으로 회복된다. 그러나, 어떤 원인에서든 면역세포에 의한 염증원 제거 반응이 문제가 되면, 만성염증으로 진행된다. 이 반응에 주로 작용을 하는 염증세포로는 단핵구와 대식세포, 림프구, 형질세포 등이 있다. 암은 전세계적으로 사망률 1위의 원인이 되는 면역질환의 하나이다. 산화적 스트레스나 자외선 조사 혹은 암유발 물질들에 의해 염색체내 protooncogene, tumor-suppressor gene 혹은 DNA repairing gene의 일부 DNA의 돌연변이 혹은 결손 등이 발행되면 정상세포는 암화과정을 시작하게 된다. 양성세포 수준에서 약 5에서 10여년 후 악성수준의 암세포가 생성되게 되면 이들 세포는 새로운 환경을 찾아 전이하게 되는데 이를 통해 암환자들은 다양한 장기에 동인 오리진의 암세포들이 생성한 종양들을 가지게 된다. 이들 종양세포는 정상 장기의 기능을 손상시켜며 결국 생명을 잃게 만든다. 이들 염색체 수준에서의 돌연변이 유래 암세포는 거의 대부분이 체내 면역시스템에 의해 사멸되는 것으로 알려져 있다. 그러나 계속되는 스트레스나 암유발 물질의 노출은 체내 면역체계를 파괴하면서 최후의 방어선을 무너뜨리면서 암발생에 무방비 상태를 만들게 된다. 이런 이유로 체내 면역시스템의 정상적 가동 및 증강을 유도하게 하는 전략이 암예방시 매우 중요한 표적으로 인식되면서 다양한 형태의 면역증강 물질 개발을 시도하고 있다. 인삼은 두릅나무과의 여러해살이 풀로써, 오랜동안 한방 및 민간에서 원기를 회복시키고, 각종 질병을 치료할 수단으로 사용되고 있는 대표적인 전통생약이다. 예로부터 불로(不老), 장생(長生), 익기(益氣), 경신(經身)의 명약으로 구전되어졌는데, 이는 약 2천년 전 중국의 신농본초경(神農本草經)에서 "인삼은 오장(五腸)을 보하고, 정신을 안정시키고, 혼백을 고정하며 경계를 멈추게 하고, 외부로부터 침입하는 병사를 제거하여주며, 눈을 밝게 하고 마음을 열어 더욱 지혜롭게 하고 오랫동안 복용하면 몸이 가벼워지고 장수한다" 라고 기술되어있는 데에서 유래한 것이다. 다양한 연구를 통해 우리나라에서 생산되는 고려인삼 (Panax ginseng)이 효능 면에서 가장 탁월한 것으로 알려져 있으며 특별이 고려인삼으로부터 제조된 고려홍삼은 전세계적으로도 그 효능이 우수한 것으로 보고되어 있다. 대부분의 홍삼 약효는 dammarane계열의 triterpenoid인 ginsenosides라고 불리는 인삼 saponin에 의해 기인된 것으로 알려져 있다. 이들 화합물군의 기본 골격에 따라, protopanaxadiol (PD)계 (22종) 및 protopanaxatriol (PT)계 (10종)으로 구분되고 있다 (표 1). 실험적 접근을 통해 인삼의 약리작용 이해를 위한 다양한 노력들이 경주되고 있으나, 여전히 많은 부분에서 충분히 이해되고 있지 않다. 그러나, 현재까지 연구된 인삼의 약리작용 관련 연구들은 심혈관, 당뇨, 항암 및 항스트레스 등과 같은 분야에서 인삼효능이 우수한 것으로 보고하고 있다. 그러나 면역조절 및 염증현상과 관련된 최근 연구결과들은 많지 않으나, 향후 다양하게 연구될 효능부분으로 인식되고 있다.