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문제 정의
- 본 연구에서는 키토산의 수용화와 기능성 향상, 음료 및 청국장의 보존성 증진에 활용하는 등 그 활용성의 증진을 목적으로 키토산의 acetic acid 염(CAc)과 ascorbic acid 염(CAs) 의 용해성과 항산화성 및 항균성을 비교하였다.
가설 설정
- 2)Lightness. 3)Redness.
제안 방법
- CAs 및 CAc의 시판 액상식품류에 대한 용해성은 실용적인 측면을 고려하여 최대 0.5%이내에서 검토하였다. 사용된액상식 품류로는 50% 오렌지 주스 (Lotte Chilsung Beverage Co.
- subtilis를 사용하였다. 각 균주는 3% BactoTM tryptic soy agar(Beton, Dickson & Co., Sparks, MD, USA) 배지에 접종한 후 CAs 또는 CAc 수용액을 100~800 μg/disc 농도로 점적한 직경 8 mm의 paper disc(Advantec Toyo Roshi Kaishi, Ltd., Tokyo, Japan)를 얹은 후 37℃에서 48시간 배양하여 나타난 clear zone의 직경을 측정하였으며 MIC(minimal inhibitory concentration)는 clear zone이 나타나는 최저농도로 하였다.
- 동결건조한 chitosan-ascorbate(CAs)와 chitosan-acetate(CAc)의 용해성, 항균성, 항산화성을 비교하였다. 용해성을 조사한 결과 CAs는 증류수, 식초, 녹차, 소주, 맥주, 적포도주에 0.
- 색상은 색차계 (Chromameter CR-200 Minolta, Japan)를 이용하여 명도(L*값), 적색도(a*값), 황색도(b*값)를 측정하였다.
- 식품공학을 전공하는 대학원생과 학부생 25명으로 구성된 관능요원에 의하여 신맛, 쓴맛 및 떫은맛을 9점 scale법(20)으로, 전혀 없다(1점), 아주 약하다(2점), 보통 약하다(3점), 약간 약하다(4점), 약하지도 강하지도 않다(5점), 약간 강하다(6점), 보통 강하다(7점), 강하다(8점), 아주 강하다(9점)로 평가하였다.
대상 데이터
- 5%이내에서 검토하였다. 사용된액상식 품류로는 50% 오렌지 주스 (Lotte Chilsung Beverage Co., Ltd., Korea), 두유(Sahmyook Foods, Korea), 우유 (Maeil Dairy Industry Co., Ltd., Korea), 커피 (Dongsuh Co., Ltd., Korea), 녹차(Amorepacific Co., Ltd., Korea), 진간장 (Sempio Foods Co., Korea), 사과식초(CJ Co., Ltd., Korea), 대두유(CJ Co., Ltd., Korea), 소주(Kumbokju Co., Ltd., Korea), 참기름(Shindongbang Co., Ltd., Korea), 맥주(Hite Co., Ltd., Korea) 및 포도주(Doosan Co., Ltd., Korea)를 사용하였으며 Lee 등(14)의 방법을 참고하여 시액 각 10 mL에 CAs 및 CAc 분말을 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 및 0.5%의 비율로 혼합하여 20℃에서 1시간 방치한 후 5,000×g로 10분간 원심분리하여 잔사를 얻은 후 105℃에서 건조하여 첨가한 양과 잔사 양의 차이로부터 용해된 양을 구하여 용해율을 산출하였다. 각 시료는 5,000×g에서 침전되는 물질을 제거한 후 공시하였다.
- 시험 균주로는 Escherichia coli O157(ATCC 11775), Listeria mono- cytogenous(KCCM 11341) 및 Bacillus cereus(KCCM 11341)와 재래 청국장으로부터 분리, 동정한 Bacillus속 균주(19) B. circulans, B. brevis, B. licheniformis, B. arabitane, B. sterothermophillus, B. subtilis를 사용하였다. 각 균주는 3% BactoTM tryptic soy agar(Beton, Dickson & Co.
- 실험용 재료는 분자량 746 kDa의 키토산(Keumho Chem. Co., Korea)과 ascorbic acid(Sigma Co., USA) 및 acetic acid(Oriental Chem. Ind., Korea)를 사용하였다.
데이터처리
- 유의성 검증은 version 12의 SPSS(Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) soft ware package를 이용하여 Duncan's multiple range test를 행하였다.
이론/모형
- Chitosan-ascorbate(CAs) 및 chitosan-acetate(CAc)의 제조는 No 등(13)의 방법에 따라 0.5% ascorbic acid 및 0.5% acetic acid 용액에 키토산을 각각 0.5%(w/v) 농도로 가한 후 상온에서 magnetic stirrer를 사용하여 1시간 동안 녹인 후 동결건조하여 분말을 제조하였다.
- Kirby-Bauer disk법(18)에 준하여 측정하였다. 시험 균주로는 Escherichia coli O157(ATCC 11775), Listeria mono- cytogenous(KCCM 11341) 및 Bacillus cereus(KCCM 11341)와 재래 청국장으로부터 분리, 동정한 Bacillus속 균주(19) B.
- SOD 활성은 Marklund와 Marklund의 방법(17)에 따라각 시료 0.2 mL에 pH 8.5로 보정한 tris-HCl buffer[50 mM tris(hydroxymethyl)amino-methane+10 mM EDTA] 3 mL와 7.2 mM pyrogallol 0.2 mL를 가하고 25℃에서 10 분간방치 후 1 N HCl 1 mL로 반응을 정지시킨 후 420 nm에서 흡광도를 측정하여 100-[(시료첨가구의 흡광도/무첨가구의 흡광도)/100으로 나타내었다.
- 전자공여능은 Blois(16)의 방법에 따라 시액 0.2 mL에 4/10-4 M의 DPPH(1,1-diphenyl-1,2-picryl-hydrazyl) 0.8 mL을 가하여 10초간 진탕하고, 상온에서 10분간 방치한 후 525 nm에서 흡광도를 측정하였다. 활성도(%)는 [1-(시료첨가 구의 흡광도/무첨가구의 흡광도)]×100으로 나타내었다.
- 항산화능은 Seo 등(15)의 방법에 따라 soybean oil(CJ Co., Ltd., Korea) 100 μL에 에 탄올(Duksan Pure Chem., Co., Ltd., Korea) 800 μL, CAs 또는 CAc 수용액(0, 0.1, 0.3, 0.4 및 0.5%) 100 μL, glycine-HCl buffer(pH 3.6) 100 μL, 10 mM FeCl3 용액 100 μL, 0.5% TBA(thiobarbituric acid) 용액 1.5 mL을 각각 vortex상에서 가한 후 끓는 water bath에서 15분간 가열하였다. 냉각한 후는 n-butanol 4 mL을 가하여 잘 혼합한 다음 3,000×g에서 원심분리한 상징액의 흡광도를 532 nm에서 측정하였다.
성능/효과
- 일반적으로 제조하고 있는 시판 수용성 키토산은 초산에 키토산을 녹인 CAc로 신맛과 떫은맛이 강하고 약간의 쓴맛이 있다. 본 실험의 결과, CAs는 신맛이 2.97점으로 "대단히 낮다"로 평가되었으나 CAc 는 7.63점으로 "강하다"로 평가되었다. 쓴맛은 CAs, CAc 모두 2.
- 5%로 CAc보다 높은 활성을 나타내었다. B. circulans, B. brevis, B. licheniformis, B. arabitane, B. sterothermophillus에 대한 CAs와 CAc의 최소저해농도(MIC)는 다같이 200 μg/disc 이었으며, E. coli O157, Listeria monocytogenous, B. cereus, B. subtilis에 대한 MIC는 다같이 400 μg/disc으로 뚜렷한 차이를 보이지 않았다. CAs와 CAc의 Hunter's L*값은 81.
- 1%이하의 농도에서 용해되었으며 적포도주에서는 커드를 형성하였다. CAc의 전자공여능, 항산화능 및 SOD활성은 CAc에서는 각각 0, 40.0 및 10.0%였으나 CAs의 경우는 48.2, 90.6 및 67.5%로 CAc보다 높은 활성을 나타내었다. B.
- CAs와 CAc의 minimal inhibitory concentration(MIC)는 뚜렷한 차이를 보이지 않았으며, B. arabitane, B. brevis, B. circulans, B. licheniformis 및 B. sterothermophillus는 200 μg/disc이었으나 B. cereus, E. coli O157, Listeria monocytogenous 및 B. subtilis은 400 μg/disc이었다.
- CAs와 CAc의 항균력은 다같이 100 μg/disc의 농도에서는 clear zone을 나타내지 않았으나 B. circulans, B. brevis, B. licheniformis, B. arabitane 및 B. sterothermophillus는 200 μg/disc에서 clear zone을 나타내었고, B. licheniformis 와 B. arabitane에서는 CAs가 CAc보다 유의적으로 높은 항균력을 나타내었다. 또, 정도의 차이는 있으나 CAs 및 CAc 의 농도가 증가함에 따라 비례적으로 clear zone의 크기가 커지는 경향을 보였다.
- Table 2는 항산화능, 전자공여능 및 SOD 활성을 측정 한 결과이다, CAc와 CAs 제조시에 사용된 0.5% acetic acid는항산화능, 전자공여능 및 SOD의 활성이 없는 것으로 나타났으나 이와 반응시켜 얻은 CAc 의 경우는 전자공여능은 나타나지 않았으나 항산화능과 SOD 활성은 각각 40.02% 및 9.96% 이었다.
- 97로 뚜렷한 차이가 없었으나 Hunter's a* 및 b* 값은 CAs가 높았다. 관능검사 결과, CAs는 CAc에 비하여 신맛과 쓴맛은 낮았으나 떫은맛은 뚜렷한 차이가 없었다. 결론적으로 CAs는 CAc에 비하여 항균성, 항산화성 및 기호도 측면에서 우수하여 식품에의 활용이 기대된다.
- arabitane에서는 CAs가 CAc보다 유의적으로 높은 항균력을 나타내었다. 또, 정도의 차이는 있으나 CAs 및 CAc 의 농도가 증가함에 따라 비례적으로 clear zone의 크기가 커지는 경향을 보였다.
- 모든 측정결과는 2~3회 반복으로 행하여 평균치로 나타내었으며 관능요원 25명의 평균치와 표준편차로 나타내었다. 유의성 검증은 version 12의 SPSS(Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc.
- 반면, CAs의 경우 항산화능, 전자공여능 및 SOD 활성은 48.19%, 90.62% 및 67.46%로 동일농도의 ascorbic acid에 비하여 항산화능은 91.8%, SOD 활성은 6.8%가 높았으며 CAc보다 높은 활성을 나타내었다. 이러한 현상은 키토산이 ascorbic acid가 가지는 항산화능, 전자공여능 및 SOD 활성을 상승시키는 효과가 있음을 나타내며 이러한 결과는 키토산이 ascorbic acid의 synergists로서 작용한다는 보고(11)와 일치한다.
- 용해성을 조사한 결과 CAs는 증류수, 식초, 녹차, 소주, 맥주, 적포도주에 0.5%이상의 농도로 용해되었으나 간장, 두유, 우유, 오렌지주스, 커피, 참기름, 대두유에는 녹지 않았다. CAc도 CAs의 경우와 비슷하나 맥주에서는 0.
후속연구
- 관능검사 결과, CAs는 CAc에 비하여 신맛과 쓴맛은 낮았으나 떫은맛은 뚜렷한 차이가 없었다. 결론적으로 CAs는 CAc에 비하여 항균성, 항산화성 및 기호도 측면에서 우수하여 식품에의 활용이 기대된다.
- 일반적으로 수용성 키토산은 분자량이 작을수록 쓴맛이 약해지는 반면 클수록 떫은맛은 강해지는 것(28)으로 알려져 있다. 따라서 식품에 적용할 경우는 사용하는 농도나 식품의 종류 등을 감안하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.
- 키토산은 ascorbic acid의 안정성을 향상시키는 작용(12)이 있으며, Nishihara 등(21)은 CAs를 fruit juice나 wine에 첨가함으로서 ascorbic acid의 안정성을 높일 수 있다고 하였다. 이상의 결과 CAs는 CAc에 비하여 특히 맥주와 포도주에서 용해성이 클 뿐만 아니라 ascorbic acid의 항산화 기능성을 고려할 때 그 활용성이 기대된다.
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