천연방부제로 사용된 한약재의 항균활성에 대한 동향 분석 Investigation of Anti-microbial Activity of Herbal Medicines Used as Natural Preservatives Based on the Analysis of Papers and Patents원문보기
Application of herbal medicines as natural preservatives has been increased because of its low toxicity or side effect, compared to artificial preservatives. In this study, papers and patents researching anti-microbial activity of herbal medicine were collected and analyzed by the year of publishmen...
Application of herbal medicines as natural preservatives has been increased because of its low toxicity or side effect, compared to artificial preservatives. In this study, papers and patents researching anti-microbial activity of herbal medicine were collected and analyzed by the year of publishment, species of bacteria, fungi, or yeasts, and herbal medicines used. After early 2000's, the number of paper publishment has been decreased, while that of patent registration has been increased up to early 2010's. Most studied species were Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa, as gram-positive or gram-negative bacteria, and Candida albicans and Aspergillus niger as fungi. The bark of Cinnamomum cassia (L.) J. Presl was most frequently studies herbal medicine, followed by the roots of Scutellaria baicalensis Georgi and Sophora flavescens Ait. This study demonstrates that herbal medicines can be used as natural preservatives against diverse species of bacteria, fungi, or yeasts with their wide-ranged anti-microbial activities.
Application of herbal medicines as natural preservatives has been increased because of its low toxicity or side effect, compared to artificial preservatives. In this study, papers and patents researching anti-microbial activity of herbal medicine were collected and analyzed by the year of publishment, species of bacteria, fungi, or yeasts, and herbal medicines used. After early 2000's, the number of paper publishment has been decreased, while that of patent registration has been increased up to early 2010's. Most studied species were Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa, as gram-positive or gram-negative bacteria, and Candida albicans and Aspergillus niger as fungi. The bark of Cinnamomum cassia (L.) J. Presl was most frequently studies herbal medicine, followed by the roots of Scutellaria baicalensis Georgi and Sophora flavescens Ait. This study demonstrates that herbal medicines can be used as natural preservatives against diverse species of bacteria, fungi, or yeasts with their wide-ranged anti-microbial activities.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 천연한방방부제 개발을 위한 후보약재 탐색을 위해 현재까지 개발 보고된 특허 및 논문의 동향을 수집하고 정리하여 분석하고자 하였다.
자연계나 인체에 태생부터 존재하는 다양한 균은 정상적인 상태에서는 질병을 일으키는 확률이 드물지만, 부패된 음식물의 섭취, 오염된 식수 음용 등의 유발인자가 면역력이 저하된 인체에 침투하게 되면 심각한 질병을 유발할 수 있는 원인으로 작용할 수 있으므로, 이러한 균의 생장을 억제하거나 생장을 저지하는 약물에 대한 연구는 최근까지 꾸준히 진행되고 있다. 본 연구에서는 한약재를 이용하여 제조한 항균제, 식품 보존제, 화장품 보존제 등에 관한 논문과 특허 분석을 통해 연구 동향을 파악하고자 하였다. 한약재의 항균 활성과 관련된 논문 발표 건수는 증가와 감소가 반복되는 형태를 보이면서 2009년에 최대치를 보이 이후 감소하는 경향을 보여주고 있는 반면에, 특허등록 건수는 2000년대 이후 최근까지 꾸준하게 증가하는 경향을 보여 주었다.
대상 데이터
KIPRIS (Korea Intellectual Property Rights Infromaton Service)http://www.kipris.or.kr를 통해 국내 및 해외 특허 정보를 검색하였다. 본 연구의 목적에 부합되는 다양한 자료 검색을 위해 검색어는 “천연보존제”, “천연한방보존제”, “천연방부제”, “천연항균제”, “natural preservation” 등을 사용하였다.
검색된 274편의 논문과 301건의 등록 특허 중에서 포함기준에 따라 선정한 결과, 48편의 논문9-56)과 57건의 등록특허(Table 1)가 본 연구에 사용되었다.
년도별 동향을 파악하기 위해 선정된 논문과 특허는 출판년도와 등록년도에 따라 분류되었다. 그리고 연구 대상 균류는 논문과 특허에서 각각 그람균, 진균, 효모 및 그밖의 식물균 등으로 분류되었고, 사용 빈도에 따라 정리되었다. 사용된 한약재 또한 사용빈도에 따라 정리되었다.
분석 대상 문헌은 특허 검색의 경우 2014년도까지 검색하였고, 이 중 등록된 특허만 대상으로 하였다. 논문의 경우 인터넷 검색 엔진에서 원문을 구할 수 있는 연도까지를 범위로 정하여, 국내 논문의 경우 1990년부터 2014년까지를 검색년도 범위로 설정하여 이 중 검색된 논문을 대상으로 하였다.
논문자료는 한국교육학술정보원(http//www.riss4u.net), 한국학술정보(http://kiss.kstudy.com), 과학기술정보통합서비스(http://www.ndsl.kr), 전통의학정보포털(http://oasis.kiom.re.kr), 과학기술학회마을(http://society.kisti.re.kr/main.html), 한국전통지식포털(http://www.koreantk.com) 등에서 특허 검색에서와 동일한 키워드를 사용하여 검색하였다.
본 연구에 포함한 문헌은 대한약전 제 10개정(2012), 中華人民共和國藥典 (2010), 日本薬局方 第十六改正(2011) 등에서 기원을 찾을 수 있는 약재 또는 약재 혼합물을 이용한 경우로 한정하였다. 검색 결과, 공고전문 확인을 통해 의약품 및 기타 기능성 시료로 사용된 것은 제외하고 본 연구의 목적에 맞게 보존제 또는 보존제 역할을 위한 항균활성제로 제한하였다.
본 연구의 목적에 부합되는 다양한 자료 검색을 위해 검색어는 “천연보존제”, “천연한방보존제”, “천연방부제”, “천연항균제”, “natural preservation” 등을 사용하였다.
분석 대상 문헌은 특허 검색의 경우 2014년도까지 검색하였고, 이 중 등록된 특허만 대상으로 하였다. 논문의 경우 인터넷 검색 엔진에서 원문을 구할 수 있는 연도까지를 범위로 정하여, 국내 논문의 경우 1990년부터 2014년까지를 검색년도 범위로 설정하여 이 중 검색된 논문을 대상으로 하였다.
성능/효과
그람음성균 중에서는 대장균(E. coli)에 대한 한약재 활용이 77회(14.7%)로 가장 높은 빈도를 보였고, 그 뒤로 장염비브리오균(V. parahaemolyticus)에 대한 한약재 활용이 51회(98%)의 높은 빈도를 보였다.
이러한 결과는 기존의 연구 결과를 항균제, 식품 보존제, 화장품 보존제 등 제품 개발에 확대·적용시키려는 노력의 결과로 볼 수 있었다. 그리고 논문 분석 결과에서는 단일 한약재를 사용한 연구 결과가 한약재 복합물을 사용한 결과에 비해 2배 이상 많은 수치를 나타낸 것에 반해, 특허 등록 결과에서는 복합 추출물의 더 많은 결과를 통해 단일 한약재 추출물 연구를 통해 얻은 학술적 결과를 활용하여 이에 대한 복합물의 형태로 실제 응용이 이루어지는 것으로 판단할 수 있었다.
그리고 논문에서는 단일 추출물이 보다 많이 다뤄진데 반해, 특허에서는 복합추출물의 형태로 진행된 연구가 많은 것을 알 수 있었다. 그리고 대상균은 그람양성균, 그람음성균, 진균 등으로 분류할 수 있었는데, 황색포도상구균(S. aureus), 대장균(E. coli), 칸디다균(C. albicans) 등이 대표적인 균으로 분류되었다. 항균활성을 보인 한약재 중에는 계피류, 황금, 고삼 등이 가장 높은 빈도를 보였다.
논문 분류 결과, 그람양성균 중에서는 황색포도상구균(S. aureus)에 대한 한약재 활용 빈도가 70회(24.4%)로 가장 높은 빈도를 보였고, 고초균(B. subtilis), 리스테리아균(L. monocytogenes) 등에 대한 한약재 활용이 각각 20회(7.0%), 16회(5.6%)로 뒤를 이었다. 그람음성균 중에서는 대장균(E.
논문과 특허에서 가장 많이 다뤄지고 있는 대상 균으로는 황색포도상구균(S. aureus), 고초균(B. subtilis), 대장균(E. coli), 녹농균(P. aeruginosa), 칸디다균(C. albicans) 등이 있었다. 황색포도상구균(S.
논문에 보고된 약재 구성 중 단일 추출물을 이용하여 실험한 결과는 36편으로 전체 논문의 75.0%를 차지하였고, 복합 추출물을 이용한 결과는 12편으로 25.0%를 차지하였다(Fig. 3). 이에 반해, 등록된 특허 중 단일 추출물을 이용한 연구는 24편으로 42.
1%)로 나타났다). 다빈도 균류에 대한 한약재 활용 빈도를 살펴보면, 육계의 활용빈도가 22회(7.7%)로 가장 높은 수치를 보였고, 그 뒤로 오배자가 19회(6.6%), 황금이 18회(6.3%), 고삼이 16회(5.6%), 감초가 15회(5.2%), 가자, 단삼이 각각 14회(4.9%), 포공영이 13회(4.5%), 어성초가 10회(3.5%) 순으로 나타났다(Table 6).
Table 3에 따르면 전체 특허에서 항균 실험에 사용된 균은 총 83종으로, 이 중 그람양성균이 24종, 그람음성균이 27종, 그리고 진균 및 효모가 24종, 식물병원균이 6종, 표고해균이 1종, 토양균이 1종으로 보고되었다. 대상 빈도수에 따라 구분했을 때, 그람양성균 중에서는 황색포도상구균(S. aureus)가 31회로 전체 12.5%를 차지하여 가장 높은 빈도수를 보였고, 그 뒤로 고초균(B. subtilis), 메티실린내성황색포도상구균(MRSA ; Methicillin-resistant Staphylococcus aureus), S. epidermidis, 바실러스균(B. cereus), 뮤탄스균(S. mutans), Micrococcus luteus 등이 각각 12회(4.8%), 7회(2.8%), 6회(2.4%), 4회(1.6%), 4회(1.6%), 3회(1.2%) 등으로 비교적 높은 빈도로 보고되었다. 그람음성균 중에서는 대장균(E.
Table 2에 따르면 전체 논문에서 항균 실험에 사용된 균류는 총 66종으로 이 중 그람 양성균이 16종, 그람 음성균이 15종, 진균 및 효모가 22종, 식물병원균이 4종, 그리고 목재부후균, 수목병원균, 표고해균이 각각 3종으로 보고되었다. 대상 빈도수에 따라 구분했을 때, 그람양성균 중에서는 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)가 32회로 전체 14.2%를 차지하여 가장 많은 빈도수를 보였고, 그 뒤로 고초균(Bacillus subtilis), 리스테리아균(Listeria monocytogenes), 바실러스균(Bacillus cereus), 뮤탄스균(Streptococcus mutans), Staphylococcus epidermidis 등이 각 각 17회(7.5%), 14회(6.2%), 9회(4.0%), 4회(1.8%), 4회(1.8%)로 비교적 높은 빈도로 보고되었다. 그람음성균 중에서는 대장균(Escherichia coli) 25회(11.
이를 위해서는 하나의 약재가 특정 균에 대한 강한 억제력을 보이는 것도 중요하지만, 다양한 균에 대한 항균력을 보이는 것도 활용 가치를 높일 수 있는 방법이라고 할 수 있다. 따라서, 개별 한약재의 항균 효과를 다빈도 대상 균에 대해 세분화한 결과, 황색포도상구균이나 대장균이 다른 균에 비해 상당히 높은 빈도로 한약재 항균활성의 대상균으로 선정되었음을 알 수 있었다. 또한, 한 약재가 특정한 균에 대해 활성을 나타내기 보다는 다양한 균에 대해 항균력을 보였다.
따라서, 개별 한약재의 항균 효과를 다빈도 대상 균에 대해 세분화한 결과, 황색포도상구균이나 대장균이 다른 균에 비해 상당히 높은 빈도로 한약재 항균활성의 대상균으로 선정되었음을 알 수 있었다. 또한, 한 약재가 특정한 균에 대해 활성을 나타내기 보다는 다양한 균에 대해 항균력을 보였다. 예를 들면 계피류와 황금의 경우 S.
6%)를 보여 비교적 높은 빈도를 나타내었다. 식물병원균 중에서는 Fusarium oxysporum이 3회(1.2%)로 비교적 높은 빈도를 보였다.
이러한 결과는 특정 균에 대한 항균활성을 주로 보이고, 부작용이나 독성의 발생가능성이 높은 인공 합성 보존제나 방부제에 비해 한약의 활용도를 보다 폭넓게 적용할 수 있고, 항균활성을 지닌 한약재 자체에 대한 연구 뿐만 아니라 항균활성을 나타내는 구체적인 성분을 밝혀내고, 이를 식품보존제, 화장품방부제 등에 적극 사용함으로써 항균활성물질로서의 한약재에 대한 가치를 높이고, 활용 분야를 넓힐 수 있는 방편으로 생각할 수 있었다.
이러한 균류에 대한 한약재 활용 빈도를 살펴보면, 계(육계, 계피, 계지)가 46회로 8.8%를 차지하여 가장 높은 활용빈도를 보였고, 그 뒤로 황금이 32회(6.1%), 연(연근, 하엽)이 23회(4.4%), 고삼이 18회(3.4%), 지부자와 황백이 각각 16회(3.1%), 감초가 14회(2.7%), 세신이 13회(2.5%), 독활과 황련이 각각 12회(2.3%), 오배자와 지골피가 각각 11회(2.1%) 등의 순으로 한약재 활용 빈도를 보였다(Table 7).
인공 합성 항균제의 부작용이나 독성의 위험성으로 인해 최근 천연 방부제 또는 보존제로서의 가치가 높아지고 있는 한약재의 항균활성에 관한 연구를 국내 논문과 등록된 특허를 중심으로 분석하여 동향을 파악한 결과, 논문보고는 2000년대 초반에는 증가하다가 2010년 이후 감소하는 추세를 보였고, 특허 등록은 2000년대 초반 이후 지속적으로 증가하는 추세를 보였다. 그리고 논문에서는 단일 추출물이 보다 많이 다뤄진데 반해, 특허에서는 복합추출물의 형태로 진행된 연구가 많은 것을 알 수 있었다.
전체 논문에서 항균활성을 보이는 개별 한약재를 분류한 결과, 육계(계피 포함)와 황금이 각각 6회로 5.9%를 차지하여 가장 높은 빈도를 보였고, 고삼, 대산, 오배자 등이 각각 4회(3.9%), 가자, 감초, 단삼, 오매, 목련, 오미자, 포공영 등이 각각 3회(2.9%)로 비교적 높은 빈도를 나타냈다(Table 4).
전체 특허에서 항균활성이 있는 개별 한약재를 분류한 결과, 계(육계, 계피, 계지)와 황금이 각각 10회로 5.5%를 차지하여 가장 높은 빈도를 보였고, 고삼, 연(연근, 하엽), 황백 등이 각각 7회(3.8%), 지부자 6회(3.3%), 황련 5회(2.7%), 감초 4회(2.2%), 강활, 고본, 곤포, 대황, 독활, 목단피, 세신, 애엽, 오배자, 해동피, 지골피, 천궁, 괴각, 용아초 등이 각각 3회(1.6%)로 비교적 높은 빈도를 나타냈다(Table 5).
진균 중에서는 칸디다균(C. albicans)에 대한 한약재 활용이 65회(12.4%)로 가장 높은 빈도를 보였고, T. mentagrophytes, T. rubrum, Epidermophyton floccosum 등에 대한 한약재 활용 빈도가 각각 32회(6.1%), 30회(5.7%), 26회(5.0%) 등으로 나타났다.
진균으로는 칸디다균(C. albicans)과 양파검은곰팡이병균(A. niger)에 대한 한약재 활용 빈도가 각각 17회(5.9%), 10회(3.5%)로 높게 나타났고, 그 밖에 목재부후균인 T. versicolor와 T. palustris에 대한 한약재 활용빈도가 각각 9회(3.1%)로 나타났다). 다빈도 균류에 대한 한약재 활용 빈도를 살펴보면, 육계의 활용빈도가 22회(7.
2%) 등으로 비교적 높은 빈도로 보고되었다. 진균으로는 칸디다균(C. albicans)이 20회로 8.1%를 차지하여 가장 높은 빈도를 보였고, 그 뒤로 양파검은곰팡이병균(A. niger)이 9회(3.6%), 여드름균(Propionibacterium acnes), 두피곰팡이균(Trichophyton mentagrophytes), 적색백선균(T. rubrum) 등이 6회(2.4%) Epidermophyton floccosum 등이 4회(1.6%)를 보여 비교적 높은 빈도를 나타내었다. 식물병원균 중에서는 Fusarium oxysporum이 3회(1.
3%) 등으로 비교적 높은 빈도로 보고되었다. 진균으로는 칸디다균(Candida albicans)이 11회로 4.9%를 차지하여 가장 높은 빈도를 보였고, 양파검은곰팡이병균(Aspergillus niger)이 5회(2.2%)를 보여 비교적 높은 빈도를 나타내었다. 그 밖에 식물병원성균으로는 목재부후균인 Trametes versicolor와 Tryomyces palustris가 각각 3회(1.
특허 분류 결과, 그람양성균 중에서는 황색포도상구균(S. aureus)에 대한 한약재 활용 빈도가 106회(20.3%)로 가장 높은 빈도를 보였고, 고초균(B. subtilis)과 메티실린내성황색포도상구균(MRSA)에 대한 한약재 활용 빈도가 각각 38회(7.3%), 20회(3.8%)의 순서로 나타났다.
albicans) 등이 대표적인 균으로 분류되었다. 항균활성을 보인 한약재 중에는 계피류, 황금, 고삼 등이 가장 높은 빈도를 보였다. 본 연구가 천연 방부제나 식품보존제로서의 한약재의 활용도를 더욱 높일 수 있는 기초자료의 역할을 할 수 있을 것으로 보인다.
후속연구
본 연구에 포함한 문헌은 대한약전 제 10개정(2012), 中華人民共和國藥典 (2010), 日本薬局方 第十六改正(2011) 등에서 기원을 찾을 수 있는 약재 또는 약재 혼합물을 이용한 경우로 한정하였다. 검색 결과, 공고전문 확인을 통해 의약품 및 기타 기능성 시료로 사용된 것은 제외하고 본 연구의 목적에 맞게 보존제 또는 보존제 역할을 위한 항균활성제로 제한하였다. 그리고 민간에서 약으로 사용하지만 약전에서 기원을 찾을 수 없는 식물, 식품으로만 사용되는 식물이나 단일 화학 성분 등은 대상에서 제외하였다.
항균활성을 보인 한약재 중에는 계피류, 황금, 고삼 등이 가장 높은 빈도를 보였다. 본 연구가 천연 방부제나 식품보존제로서의 한약재의 활용도를 더욱 높일 수 있는 기초자료의 역할을 할 수 있을 것으로 보인다.
확대된 글로벌 유통시장에 따라 방부용 첨가물의 사용이 지속적으로 증가함에 따라 이러한 화학적 합성방부제의 부작용을 극복할 수 있는 합성방부제 대체제 개발의 필요성이 증가하면서 다양한 항균스펙트럼을 지니며 안전성과 경제성이 높으며 제품화 개발이 가능한 천연방부제 개발의 필요성이 대두되었다. 이에 따라 alkaloids, flavonoids, phytoalexin 등과 같은 천연항균물질을 천연방부제로 사용하기 위한 많은 연구들이 진행되어왔다8).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
합성방부제인 파레벤류(parabens)가 첨가된 화장품을 장기간 사용할 시에 발생할 수 있는 문제점은 무엇인가?
그러나 범용적으로 사용되는 이러한 합성방부제들은 장기간동안 고농도로 사용 시 피부알러지, 내성균 유발, 환경호르몬으로서의 가능성 등의 다양한 문제들이 발생할 가능성이 높다5,6). 예를 들면, 가장 널리 사용되던 합성방부제인 파레벤류(parabens)의 경우 여성 호르몬의 일종인 에스트로겐과 유사한 작용을 하는 것으로 알려져 있는데, 이는 기준치내의 사용이라도 장기간 사용에 따른 지속적 체내 축적 시 내분비계 교란물질로 작용할 수도 있음을 시사한다7).
천연방부제 후보가 갖추어야할 요건들은 무엇인가?
확대된 글로벌 유통시장에 따라 방부용 첨가물의 사용이 지속적으로 증가함에 따라 이러한 화학적 합성방부제의 부작용을 극복할 수 있는 합성방부제 대체제 개발의 필요성이 증가하면서 다양한 항균스펙트럼을 지니며 안전성과 경제성이 높으며 제품화 개발이 가능한 천연방부제 개발의 필요성이 대두되었다. 이에 따라 alkaloids, flavonoids, phytoalexin 등과 같은 천연항균물질을 천연방부제로 사용하기 위한 많은 연구들이 진행되어왔다8).
황색포도상구균(S. aureus)이 무엇인가?
황색포도상구균(S. aureus)은 식중독 원인균 중 하나로 환경 저항성이 강하고 내열성 장독소(enterotoxin)을 생성하여 구토, 설사 등의 식중독 증상을 일으키는 주요 원인으로 알려져 있을 뿐만 아니라, 눈에서 가장 많이 발견되는 균 중의 하나로 정상적인 피부와 결막을 포함한 점막에 상주하여 손상된 각막에 감염을 일으키거나 심하면 주변부 궤양을 유발한다57,58). 고초균(B.
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