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문제 정의
- 본 논문에서는 Z. piperitum DC의 방향성 향기와 항균력을 이용한 친환경적 기능성 창호 자원 이용 가능성을 조사하고자 하였다. 먼저 항균력은 뛰어나지만 원료단가가 높은 초피 과 피를 대체할 수 있는 가능성을 타진하기 위해, 초피잎, 종자 추출물의 항균력을 비교 조사하였으며, 항균력과 관련된 물질 을 구명하기 위하여 항균력이 확인된 초피잎 에탄올과 에틸아 세테이트 추출물을 GC-MS로 분석하였다.
- 미생물과 진드기와 같은 생물학적 인자는 인체에 대해 천식, 알레르기 및 아토피 질환 유발과 밀접한 관계가 있으므로 이들의 제어는 실내 환경 개선에 매우 중요 하다[24]. 이에 본 논문에서는 실내 환경 개선 측면에서 초피의 항균력과 향취를 이용한 기능성 블라인드 원단 개발에 관한 것이다.
제안 방법
- 따라서 초피잎으로 부터 항균 관련 소재를 검토하기 위하여 초피잎 EtOH 추출물과 EtOAc 추출물을 GC-MS로 비교 분석하였다. 초피잎 EtOH 추출물에서는 quinic acid, 3, 5-dihy- droxy-6-methyl-2, 3-dihydro-4H-pyran-4-one, 5-(hydroxymethyl)furfural, herniarin, 2-nitro-5-methox- yphenol 등이 상대적으로 높게 확인되었으며, EtOAc 분획에 서는 kaempferol과 1, 2-bezenediol이 주성분으로 확인되었고 이 외에 D-allose, 1, 2-dihydroxy-4-(1- propyl) benzene, be- ta-citronellol, hesperetin 순으로 확인되었다(Table 3, Table 4).
- 먼저 항균력은 뛰어나지만 원료단가가 높은 초피 과 피를 대체할 수 있는 가능성을 타진하기 위해, 초피잎, 종자 추출물의 항균력을 비교 조사하였으며, 항균력과 관련된 물질 을 구명하기 위하여 항균력이 확인된 초피잎 에탄올과 에틸아 세테이트 추출물을 GC-MS로 분석하였다. 또한 초피잎 추출 물을 처리한 블라인드 원단의 항균력을 FITI시험연구원에 의 뢰하여 K. pneumoniae ATCC 4352와 S. aureus ATCC 6538을 공시균주로 하여 KSK 0693방법으로 항균 기능성을 조사하였다. 이와 같은 연구 결과는 농산폐자원으로 간주되는 초피잎 에 부가가치를 부여할 뿐 아니라 친환경 기능성 창호 자재 개발을 통한 환경성 질환 예방과 실내 환경 개선에도 크게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
- piperitum DC의 방향성 향기와 항균력을 이용한 친환경적 기능성 창호 자원 이용 가능성을 조사하고자 하였다. 먼저 항균력은 뛰어나지만 원료단가가 높은 초피 과 피를 대체할 수 있는 가능성을 타진하기 위해, 초피잎, 종자 추출물의 항균력을 비교 조사하였으며, 항균력과 관련된 물질 을 구명하기 위하여 항균력이 확인된 초피잎 에탄올과 에틸아 세테이트 추출물을 GC-MS로 분석하였다. 또한 초피잎 추출 물을 처리한 블라인드 원단의 항균력을 FITI시험연구원에 의 뢰하여 K.
- 0% 두 농도를 처리하였다. 블라인드 원단 소재는 대구 소재 ㈜ 스페이스에서 제공 받았으며, 초피잎 EtOH 추출물 처리 원단의 항균력은 초피잎 추출물을 처리하지 않은 원단을 대조 구로 하여 비교 조사하였다. Table 5에서 보는 바와 같이, 섬유 의 항균성 시험의 공시 균주인 K.
- 실내 블라인드 원단에 초피잎 추출물을 가공처리하여 환경 성 질환 관련 유해 미생물 제어 가능성이 있는지를 확인하기 위하여, 블라인드 원단 소재에 초피잎 EtOH 추출물을 1.0%와2.0% 두 농도를 처리하였다. 블라인드 원단 소재는 대구 소재 ㈜ 스페이스에서 제공 받았으며, 초피잎 EtOH 추출물 처리 원단의 항균력은 초피잎 추출물을 처리하지 않은 원단을 대조 구로 하여 비교 조사하였다.
- 초피의 항균활성은 disc 확산법으로 측정하였다. 이를 위해 시험균주를 도말법 또는 double layer 방식으로 고체 플레이 트배지 표면에 접종한 다음, 각 추출물을 DMSO에 용해하여 항균활성 측정에 사용하였다. 이때 DMSO 용액은 직경 7 mm 의 3M paper disc 에 50 μl까지 로딩할 경우에도 균 생육에는 별다른 영향을 미치지 않았다.
- 항균력은 균 생육 저해에 의한 clear zone 지름으로 확인하였고 각각의 IC50 값은 액체 배양법 으로 측정하였다. 즉, 전 배양한 병원성 미생물들을 LB broth 20 ml 에 OD600 값이 0.01~0.02가 되게 접종하고, 시험하고자 하는 초피 추출물을 농도 별로 처리하여 24시간 동안 배양한 후 배양액을 적당히 한천배지에 희석 도말하고 배양하여 생균 수를 계측하였다.
- 초피나무의 잎, 과피와 종자를 대광농장(DAEKWAG Farm, Gyeongsangnam-do, Korea)으로 부터 2015년도 8월 말경에 구입하여 부위별로 세절 후 Grinder로 분쇄하여 시료로 사용 하였으며, 시료 일부는 경북대학교 생명공학부 면역학연구실 에 보관하였다. 초피 각 부위별 추출물은 80% 에탄올(EtOH) 로 3시간 동안 환류 추출하고 같은 방법으로 3회 반복한 후 모든 추출물을 합하여 회전식 감압농축기로 농축, 및 동결건 조기를 이용하여 건조하였다. 잎의 EtOH 추출물을 물에 녹인 후 메틸렌클로라이드(MC), 에틸아세테이트(EtOAc) 및 부탄 올(n-BuOH) 등의 유기용매를 이용하여 단계별로 추출하였고, 이를 감압농축 후 동결건조하여 본 실험에 사용하였다.
- 초피 추출물을 실내 블라인드 원단에 처리하였을 때, 처리 된 원단에 초피 유래 항균력이 나타나는지를 조사하기 위해 창호전문기업 ㈜ 스페이스로부터 블라인드 소재 원단을 제공 받아, 1% 혹은 2% 농도의 초피잎 EtOH 추출물로 처리한 후, FITI시험연구원에 의뢰하여 검정하였다(www.fiti.re.kr). 통계처리
- 따라서 농산물 폐자 원으로 폐기되고 있는 초피잎을 이용하여 천연 항균 기능성 블라인드 원단 개발 가능성을 타진하였다. 초피잎을 80% 에탄 올로 추출하여 확보한 추출물의 항균 활성을 초피 종자와 과 피 에탄올 추출물과 비교해 보았다. Table 1에서 보는 바와 같이 시험 균주 K.
- aureus에 대해 MIC값이 10 mg/ml이라고 보고[4]한 것에 비하면 항균 력이 매우 뛰어남을 알 수 있었다. 초피잎의 항균력 관련 소재 를 확인하기 위해, 초피잎 EtOH 추출물을 물에 녹인 후 MC, EtOAc와 n-BuOH로 단계별 추출하여 각 유기용매 분획물을 확보하였으며 이들의 항균력을 그람-양성 세균과 그람-음성 세균을 대상으로 비교 조사하였다. Table 2에서 나타난 바와 같이, 초피잎 유래 각 유기용매 분획물 중 항균 활성을 가지는 분획은 EtOH 추출물과 EtOAc 분획이었으며, 또한 EtOH 추 출물 및 EtOAc 추출물의 항균 활성은 그람-음성세균과 그람- 양성세균에서 공통적으로 나타났으나 균에 대한 감수성은 차이가 있었다.
대상 데이터
- 실험에 사용한 균주는 Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, Staphylococcus aureus ATCC 25923과 Streptococcus mutans KCTC 3065이었으며 배양은 Luria-Bertani (LB) 배지를 사용하였다.
- 초피 각 부위별 추출물은 80% 에탄올(EtOH) 로 3시간 동안 환류 추출하고 같은 방법으로 3회 반복한 후 모든 추출물을 합하여 회전식 감압농축기로 농축, 및 동결건 조기를 이용하여 건조하였다. 잎의 EtOH 추출물을 물에 녹인 후 메틸렌클로라이드(MC), 에틸아세테이트(EtOAc) 및 부탄 올(n-BuOH) 등의 유기용매를 이용하여 단계별로 추출하였고, 이를 감압농축 후 동결건조하여 본 실험에 사용하였다.
- 초피나무의 잎, 과피와 종자를 대광농장(DAEKWAG Farm, Gyeongsangnam-do, Korea)으로 부터 2015년도 8월 말경에 구입하여 부위별로 세절 후 Grinder로 분쇄하여 시료로 사용 하였으며, 시료 일부는 경북대학교 생명공학부 면역학연구실 에 보관하였다. 초피 각 부위별 추출물은 80% 에탄올(EtOH) 로 3시간 동안 환류 추출하고 같은 방법으로 3회 반복한 후 모든 추출물을 합하여 회전식 감압농축기로 농축, 및 동결건 조기를 이용하여 건조하였다.
데이터처리
- 모든 결과는 3회 이상 반복 실험하였으며 모든 실험값은 평균±표준편차(mean±SD)로 표시하였고, 통계학적 유의치는 비교 분석은 SPSS Statistics 23 (IBM, New York, NY, USA)를 이용하였고 각 결과의 통계 유의치는 Student’s t-test 로 계산 하였다. 검정 유의치는 p 값이 0.
- MS 장비는 electron impact (EI) mode로 50-800 mass unit의 m/z범위에서 작동시켰다. 시료의 각 성분은 실험에서 얻은 mass spec- trum과 library search로 찾아낸 mass spectrum을 비교하여 확인하였으며, 사용한 programe NIST/EPA/MSDC이었다.
이론/모형
- 초피의 항균활성은 disc 확산법으로 측정하였다. 이를 위해 시험균주를 도말법 또는 double layer 방식으로 고체 플레이 트배지 표면에 접종한 다음, 각 추출물을 DMSO에 용해하여 항균활성 측정에 사용하였다.
- 이때 DMSO 용액은 직경 7 mm 의 3M paper disc 에 50 μl까지 로딩할 경우에도 균 생육에는 별다른 영향을 미치지 않았다. 항균력은 균 생육 저해에 의한 clear zone 지름으로 확인하였고 각각의 IC50 값은 액체 배양법 으로 측정하였다. 즉, 전 배양한 병원성 미생물들을 LB broth 20 ml 에 OD600 값이 0.
- 활성성분의 gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) 분석에는 Hewlett-Packard (HP) 6890 gas chroma- tography와 HP5903N mass spectrometer를 사용하였다. Columne 5% Phenyl Methyl Siloxane을 충진한 HP-5MS ca- pillary column이었으며, helium carrier gas flow rate는 0.
성능/효과
- 초피잎을 80% 에탄 올로 추출하여 확보한 추출물의 항균 활성을 초피 종자와 과 피 에탄올 추출물과 비교해 보았다. Table 1에서 보는 바와 같이 시험 균주 K. pneumoniae, S. aureus와 S. mutans에 대한 항균력이 과피에서 가장 강함을 확인하였다. 이때 초피종자와 잎 추출물의 항균력은 과피보다는 약하였으나 초피잎의 항균 력이 시험한 균종에 관계없이 전반적으로 높아 낙엽활엽수인 초피잎 이용은 자원의 활용측면에서 유용할 것으로 사료되었 다(Table 1).
- 초피잎의 항균력 관련 소재 를 확인하기 위해, 초피잎 EtOH 추출물을 물에 녹인 후 MC, EtOAc와 n-BuOH로 단계별 추출하여 각 유기용매 분획물을 확보하였으며 이들의 항균력을 그람-양성 세균과 그람-음성 세균을 대상으로 비교 조사하였다. Table 2에서 나타난 바와 같이, 초피잎 유래 각 유기용매 분획물 중 항균 활성을 가지는 분획은 EtOH 추출물과 EtOAc 분획이었으며, 또한 EtOH 추 출물 및 EtOAc 추출물의 항균 활성은 그람-음성세균과 그람- 양성세균에서 공통적으로 나타났으나 균에 대한 감수성은 차이가 있었다. 이는 대부분의 Zanthoxylum속의 추출물이 그람- 음성세균보다는 그람-양성세균에 대해 더 강한 항균력을 나타 낸다는 선행연구 결과와는 상이하였다[4, 23].
- pneumoniae ATCC 4352와S. aureus ATCC 6538의 증식은 초피잎 EtOH 추출물 1.0%농도 의 처리로도 99.9% 저해함을 알았다. 특히 S.
- 현재까지 보고 된 초피 유래 항균 활성 물질은 대부분 정유성분에서 확인된 citronellal, citronellol, isopulegol 등 citronellol계와 neryl acetate 또는 geranyl acetate계 그리고 2-β-pinene, γ -terpinene, β-myrcene, β-phellandrene류들이 알려져 있다. 이상의 연구 결과는, 초피 종자 및 과피 정유성분 외에 잎에서 확인된 quinic acid, hesperetin 및 kaempferol 등도 초피의 항균력과 관련됨을 나타낸다.
- 이와 같은 연구결과를 종합해 보면 초피과피 정유성분에서확인되던 항균성이 초피잎에서도 확인되었으며, 고온 처리에 의해 휘발되는 정유성분과는 달리 초피잎 추출물을 처리한 블라인드 원단은 autoclave 처리한 후에도 항균력을 유지하여 매우 안정한 화합물 일 것으로 추정되었다. 특히 가격이 높은 초피과피에 비해 농산폐자원으로 버려지는 초피잎을 이용한 항균 블라인드 및 실내 창호 소재 개발은 급증하는 실내 환경 유래 환경성 질환 제어에 매우 유용할 것으로 기대된다.
- 초피에서 분리 동정된 화합물로는 초피잎에서 protocatechuic acid [12], 향기관련 물질로 과피 정유로부터 geranyl acetate, citronellol, alpha-terpineol, citronellal, lina- lool 과 isopulegol [15-17], polymeric procyanidin [20], ali- phatic acid amide [8], hydroxyl-alpha-sanshool [19], querce- tin과 kaempferol [7], 그리고 2종류의 세레토인 유도체인 N, N-dimethylserotonin 5-O-β-glucoside (1a)와 N-methylser- otonin 5-O-β-glucoside (1b) 등이 보고되었다. 초피의 항균력 에 관한 연구보고에 따르면 초피의 정유 성분은 Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Vibrio parahaemolyticus [2], Streptococcus mutans [25] 등에 대해 뛰어난 항균력을 나타낼 뿐만 아니라, 초피 과피 추출물이 메치실린 내성 Staphylococcus aureus (MRSA)에 대해서도 강한 항균력[9]을 지닌 것으로 나타났다.
- 따라서 초피잎으로 부터 항균 관련 소재를 검토하기 위하여 초피잎 EtOH 추출물과 EtOAc 추출물을 GC-MS로 비교 분석하였다. 초피잎 EtOH 추출물에서는 quinic acid, 3, 5-dihy- droxy-6-methyl-2, 3-dihydro-4H-pyran-4-one, 5-(hydroxymethyl)furfural, herniarin, 2-nitro-5-methox- yphenol 등이 상대적으로 높게 확인되었으며, EtOAc 분획에 서는 kaempferol과 1, 2-bezenediol이 주성분으로 확인되었고 이 외에 D-allose, 1, 2-dihydroxy-4-(1- propyl) benzene, be- ta-citronellol, hesperetin 순으로 확인되었다(Table 3, Table 4). 이들 물질 중 항균력이 보고된 것으로 quinic acid [29], hesperetin [13]과 kaempferol [26] 등이 있다.
- 초피잎 에탄올 추출물의 K. pneumoniae, S. aureus와 S. mu- tans에 대한 IC50 값을 조사해 본 결과, K. pneumonia, S. aureus, 및 S. mutans에 대하여 0.5 mg/ml, 0.1 mg/ml, 및 1.0 mg/ml 의 IC50 값을 각각 나타내었다(Fig. 1). 이는 Bhattacharya 등이 Z.
- 9% 저해함을 알았다. 특히 S. aureus에 대한 항균성이 K. pneumoniae 보다 더 강함을 알았다. S.
후속연구
- 또한 Lin 등이 Zanthoxylum avicennae 추출물은 식물 병원성 미생물에 대한 항균성도 뛰어나다고 보고 한 바 있다[22]. 따라서 같은 속에 속하는 Z. piperitum에도 항 진균성 활성도 검토되면 초피의 보건 위생 및 친환경 소재로의 활용 도가 매우 높을 것으로 사료된다.
- aureus ATCC 6538을 공시균주로 하여 KSK 0693방법으로 항균 기능성을 조사하였다. 이와 같은 연구 결과는 농산폐자원으로 간주되는 초피잎 에 부가가치를 부여할 뿐 아니라 친환경 기능성 창호 자재 개발을 통한 환경성 질환 예방과 실내 환경 개선에도 크게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
- 이와 같은 연구결과를 종합해 보면 초피과피 정유성분에서확인되던 항균성이 초피잎에서도 확인되었으며, 고온 처리에 의해 휘발되는 정유성분과는 달리 초피잎 추출물을 처리한 블라인드 원단은 autoclave 처리한 후에도 항균력을 유지하여 매우 안정한 화합물 일 것으로 추정되었다. 특히 가격이 높은 초피과피에 비해 농산폐자원으로 버려지는 초피잎을 이용한 항균 블라인드 및 실내 창호 소재 개발은 급증하는 실내 환경 유래 환경성 질환 제어에 매우 유용할 것으로 기대된다. 특히, 항생제 내성 미생물의 원내 감염이 문제 시 되는 병원, 요양원 및 어린이 보육시설의 환경 관리에도 활용 할 수 있어 그 부가 가치가 매우 높을 것으로 사료된다.
- 특히 가격이 높은 초피과피에 비해 농산폐자원으로 버려지는 초피잎을 이용한 항균 블라인드 및 실내 창호 소재 개발은 급증하는 실내 환경 유래 환경성 질환 제어에 매우 유용할 것으로 기대된다. 특히, 항생제 내성 미생물의 원내 감염이 문제 시 되는 병원, 요양원 및 어린이 보육시설의 환경 관리에도 활용 할 수 있어 그 부가 가치가 매우 높을 것으로 사료된다.
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