본 연구는 항균성 코팅제의 개념과 동향파악으로 항균성 코팅제의 연구개발의 방향을 설정하는데 도움을 주기 위한 것이다. 항균제는 미생물을 제거하거나 성장을 저지하는데 사용되는 화합물이며 항균 코팅제에 함유되는 항균제용 재료는 무기물, 금속, 저분자 유기물, 천연유기물, 고분자가 있다. 항균코팅제는 생활용품, 병원용품, 산업용품, 전자제품, 의류, 건축 내장재 등의 표면의 항균성 부여에 쓰인다. 기존 항생제는 세균의 세포벽을 손상하지 않고 미생물을 침투하나 항균성 고분자는 세포막을 파괴하므로 항생제의 내성을 방지할 수 있다. 대부분의 고분자 항균제는 양이온 고분자에 초점을 맞추고 있다. 항균제의 분자설계와 코팅제 배합의 합리화로 항균제의 선택성, 내구성, 독성 문제가 개선될 것이다.
김치의 발효 및 연부, 부패에 관여하는 미생물에 대한 대나무 추출액의 항균성을 측정하기 위하여 김치 초기 숙성균인 Leuconostoc mesenteroides, 김치의 산패에 관여하는 Lactobacillus plantarum, 김치 연부에 관여하는 것으로 알려진 Brettanomyces custersii, Klebsiella oxytoca, Pichia membranaefaciens 등을 사용하여 항균효과를 측정하였다. 먼저, 추출용매의 종류에 따른 대나무잎 추출물의 항균성을 조사하기 위하여, methanol, diethyl ether, acetone, ethyl acetate를 용매로 대나무잎을 추출하였다. 대나무잎 30g을 잘게 잘라서 각각의 용매에 3일간 침지한 후, 농축하여 얻은 추출물을 이용하여 김치발효 미생물에 대한 항균성을 조사하였다. 그 결과, ethyl acetate추출물의 항균활성이 가장 뛰어났으며, 특히, 김치의 연부에 관여하는 Brettanomyces custersii, Klebsiella oxytoca, Pichia membranaefaciens에 대하여 강한 항균력을 보였고, 이 항균력은 미생물의 생육 pH가 7일때보다 pH 5일 때 높은 것으로 나타났다. 또한, 대조구로 사용한 0.5%와 1% sorbic acid보다도 더 높은 항균력을 보여 주었으며, 일반 식품 오염 미생물인 E. coli, B. subtilis, S. aureus 등에 대해서도 높은 항균력을 보여주어 광범위한 항균 spectrum을 나타냈다.
다양한 식품의 미생물에 의한 변패를 억제하고 저장성을 높일수 있는 포장필름을 개발하기 위하여, 미생물이 생산하는 천연 항균성 물질을 흡착시킨 silica에 항균제로서 benzoic acid 및 일본산 항균성 필름 첨가제인 JP를 공동 첨가하여 항균성 LDPE 필름을 제조하였다. 천연 항균제로는 methanol 자화 방선균 MO-16과 MO-17이 생산한 항균제를 사용하였으며, 이 물질은 121$^{\circ}C$에서 5분간 열처리시에도 항균력이 유지되는 내열성이 확인되었다. 제조한 silica LDPE 필름의 미생물생육 억제효과를 검토한 결과 조분쇄한 돈육의 경우 포장하여 실온 및 4$^{\circ}C$에서 보존시 시판필름에 비해 미생물생육억제효과가 우수하였다. 고체배지에 제조필름을 첨가하여 E. coli 에 대한 항균효과를 검토한 결과 첨가량에 따라 항균효과가 우수한 것이 입증되었다. 제조필름으로 포장한 4종류의 식품에 대한 저장성을 검토한 결과 시판필름에 비해 저장성이 우수한 것이 확인되었으며 특히 양송이 및 토마토에 대한저장효과가 우수하였다.
최근 항균 성능이 뛰어나면서도 인체에 유해하지 않은 나노 사이즈 은 입자를 이용한 항균 제품 개발 및 연구가 활발히 이루어지고 있음에 따라, 나노 사이즈의 은 입자를 보다 쉬운 방법으로 균일하게 제조하고, 그 특성을 평가하는데 많은 관심이 집중되고 있다. 본 연구에서는 은 이온의 광환원을 통해 나노 은 입자를 $15{\sim}20\;nm$ 크기로 균일하게 제조한 뒤, 나노 은 입자의 농도, pH, 온도가 변화함에 따른 항균 특성을 살펴보고 이를 정량적으로 평가, 은 이온의 항균 특성과 비교하였다. 또한 주사 전자 현미경과 투과 전자 현미경을 통하여 나노 은 입자의 미생물 불활성화 특성을 은 이온의 미생물 불활성화 특성과 비교하였다. 주요 결과로는 나노 은 입자의 항균 효과는 동일한 은 농도를 기준으로 하였을 때 은 이온의 항균 효과에 비하여 약 20배 정도 적은 것을 알 수 있었다. 또한 나노 은 입자의 농도, 온도가 높을수록 항균 성능은 향상됨을 알 수 있었으며 이는 은 이온의 실험 결과와 일치한다. 그러나 나노 은 입자의 항균 성능은 높은 pH에서 향상된 반면, 은 이온의 경우 pH 변화에 따른 항균 성능 변화가 관찰되지 않았다. 나노 은 입자와 은 이온에 의해 불활성화된 미생물을 주사 전자 현미경과 투과 전자 현미경으로 관찰한 결과, 나노 은 입자는 미생물 세포막을 크게 손상시키는 반면, 은 이온은 그렇지 않았다. 은 이온의 경우 은 이온이 미생물 안으로 흡수되어 세포질막을 손상시켜 미생물을 불활성화 시키는 것으로 알 수 있었다.
한국산 작약(Paeonia lactiflora Pall.) 뿌리를 사용하여 작약추출물(PLE)을 조제 후, 변패미생물에 대한 작약추출물의 항균력을 측정하였다. Paper disk 확산법에 의한 농도별 항균력 검사에서는 작약추출물이 농도에 비례하는 항균력을 나타내었다. 생육저해곡선의 측정에서는 50 ${\mu}g$/mL이상에서 미생물의 생육이 완전히 억제되는 것을 확인하였다. 열($100^{\circ}C$에서 45분처리) 및 pH(3~11)의 넓은 범위에도 항균력을 보여, 열 및 pH에 대한 작약추출물에 포함된 항균력의 우수한 안정성을 확인할 수 있었다. 전자현미경(SAM, TEM)에 의한 미생물생태변화의 관찰에서도 작약추출물의 항균물질이 세포벽 또는 세포막의 삼투기능을 상실시켜 미생물의 생리가 중단되고 억제되는 것을 확인하였다. 그리고 ${\beta}$-galactosidase의 효소활성측정결과 작약추출물은 미생물의 세포막 기능파괴를 심하게 초래하는 것으로 예상할 수 있었다.
우리들의 주변환경에는 어느 곳에나 여러가지 미생물이 무수하게 존재하며 이들 미생물들은 그 환경조건이 이들의 서식에 적합하기만 하면 증식한다. 이들 미생물들 가운데서 섬유재료에 영향을 주는 것으로는 주로 일부의 세균과 곰팡이(사상균)류가 있다. 섬유에 영향을 주는 작용을 대별하면 1) 섬유재료의 파괴(부패작용), 2) 섬유제품의 착색오염, 3) 섬유중에서 증식되는 병원균에 의한 질병 유발, 4) 악취발생 등이라고 할 수 있다. 우리의 환경은 각종 미생물에 오염되기 쉬운 상태에 있으므로, 섬유재료의 파괴를 방지하고 될 수 있는대로 건강하고 쾌적한 의생활을 영위하려는 목적으로, 세균과 곰팡이의 증식을 억제 또는 저지 할 수 있는 항균제를 섬유제품에 처리하게 되었다.
항균성이 있는 것으로 알려진 자몽종자추출물에 젖산과 구연산을 각각 5%씩 첨가한 식물성 천연항균제 제재와 제올라이트를 첨가하여 항균포장지를 만든 다음 감귤과 배의 저장을 위한 포장재로로 사용하였다. 저장 기간중 품질 변화의 지표로 중량감소율, pH 산도, 가용성고형 물, 총균수, 효모 및 곰팡이수 등을 측정하였다. 감귤은 저장 2주가지 대조구와 항균제 6% 첨가 포장지 시험구의 중량 감소가 대체적으로 큰 것으로 나타났으나 그 이후에는 항균제 9$^{\circ}C$ 첨가 포장지 시험구의 중량 감소가 큰 것으로 나타났다. 포장직후 감귤의 pH는 3.77이 었으며, 저장 기간이 경과함에 따라 대체적으로 증가하였으며, 총산은 pH의 증가와는 반대로 대체적으로 감소하였다. 감귤의 저장전 총균수는 1.07 H $10^{5}$ CFW/g이었으며, 효모 및 곰팡이 는 4.9 H $10^4$ CFU/g이었다. 즉 감귤의 표피에 있는 미생물의 대부분은 효모와 곰팡이였으며, 저장 2주까지는 항균제 5% 첨가 포장지에서는 대조구와 비슷하거나 다소 높은 미생물수를 나타내었으나 다른 처리구는 대조구보다 낮아서 항균 효과가 있는 것으로 나타났다. 포장지에 항균제의 첨가 비율이 높을수록 감귤의 부패율은 낮았으며, 저장 4주에 항균제 12% 첨가 포장지로 포장한 시험구는 18.0%인데 비하여, 대조구는 34.7%로 나타났다. 배는 항균제 9% 및 12% 첨가 포장지로 포장한 시험구의 총균수, 효모 및 곰팡이수가 저장 2주까지는 다른 시험구보다 낮았으며, 12% 첨가 포장지의 효과가 더 큰 것으로 나타났다. 저장 2주 이후에는 항균제 9%, 12% 첨가 포장지 모두 미생물수가 급격하게 증가한 것은 항균포장지에 의한 배의 미생물 생육 억제 효과가 제한적일 수 있음을 나타내는 것이라고 판단된다. 따라서 다른 품질특성과 미생물수의 변화를 동시에 고찰하면 항균포장지에 의한 배의 저장은 2∼3주 이내로 제한적일 수 있을 것으로 보인다.다.
본 연구는 Lactobacillus bulgaricus SP5 분비물의 항균물질 탐색과 특성을 조사하고 병원성 미생물에 대한 억제효과를 얻고자 실시하였다. L. bulgaricus로부터 얻어진 상징액에 대한 항균활성은 시험에 이용된 모든 병원성 미생물인 E. coli 11234, Salmonella. enteritidis 3313, S. enteritidis 12021, 그리고 S. typhimurium 40253에 대해서 항균활성을 가지는 것으로 나타났다. 상징액 중의 황균활성 성분을 확인하기 위하여 다양한 pH 조정과 열처리 후, 병원성 미생물에 대한 항균활성을 측정하였다. 상징액의 열처리 후, 병원성미생물에 대한 항균활성은 비열처리와 같은 항균활성을 나타내었으나, 상징액의 pH를 4.6에서 중성이상으로의 변화는 항균활성이 현저히 감소하였다. 따라서 상징액의 항균활성은 pH 변화에 대해서 불안정하였으나, 열에 대해서는 매우 안정한 것으로 밝혀졌다. 이상의 결과를 통해 상징액의 병원성균에 대한 항균작용은 박테리오신 같은 peptide 보다는 lactic, acetic, phosphoric, succinic, pyroglutamic, citric, malic, 그리고 formic acid 등 다양한 유기산의 작용에 의한 것으로 확인되었다.
녹차는 생리활성의 촉진작용뿐아니라 항암, 항산화, 고혈압 억제효과, 체중조절 등 다방면의 약리효과를 보이는 것으로 보고되고 있다. 아울러, 녹차의 항균 및 항진균 작용에 관한 연구결과도 발표되고 있으나, 항균작용 기작에 접근한 기초 연구는 별로 많지 않다. 본 연구는 식품변패미생물에 대한 녹차추출물의 항균작용을 구명하는 기초자료를 획득하는데 그 목적이 있다. 녹차추출물의 항균력을 조사한 결과, $500{\mu}g/mL$ 이상의 농도에서 뚜렷한 항균활성을 보였고, 광역의 병원성 및 부패성 미생물들에 대하여 항균활성을 나타내었다. 또한, 녹차추출물의 항균물질은 넓은 범위의 온도($40{\sim}150^{\circ}C$) 및 pH($3{\sim}11$)에서 안정성을 나타냈다. 따라서 녹차추출물의 항균물질은 항균활성이 높고, 항균 대상 미생물의 분야가 광범위할 뿐아니라, 넓은 범위의 온도 및 pH에 안정하여 이상적인 천연 항균제로서의 개발가능성을 제시하였다. 아울러, 녹차추출물의 항균작용을 알기 위하여, 녹차추출물 처리가 미생물 세포막 기능에 미치는 영향을 조사한 결과, 녹차추출물의 주요 작용기작은 세포막 perturbation에 기인한 것으로 사료되었다.
마두령 추출물로부터 항균활성물질을 분리하여 천연항균제로서 이용하고자 식품의 부패 및 식중독과 관계는 미생물에 대한 항균력을 측정한 결과, Gram(+), Gram(-) bacteria, yeast, mold 등 다양한 균주에 대하여 우수한 항균력을 보이며 농도에 비례하여 항균력이 증가하였고, 최소 농도 100ppm에서 미생물 생육저해효과를 보였고, 500ppm의 농도에서 새육이 완전히 억제 되는 것을 볼 수 있었다. 마두령 추출물의 열 및 pH 안정성 실험결과, 다양한 범위의 온도(4$0^{\circ}C$~15$0^{\circ}C$) 및 pH(4~10) 범위에 관계없이 동일한 항균력을 보여 열과 pH에서도 안정함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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