[논문]식품산업용 천연항균소재와 나노기술

한샘; 윤태미; 최태호; 김진용; 박지운; 박신제; 김용노; 이지은; 최신식

doi:10.23093/fsi.2018.51.3.245

식품산업용 천연항균소재와 나노기술
Natural antibacterial materials and nanotechnology for food industry 원문보기

식품과학과 산업 = Food science and industry, v.51 no.3, 2018년, pp.245 - 258

한샘 (주식회사 다인소재) , 윤태미 (주식회사 다인소재) , 최태호 (주식회사 다인소재) , 김진용 (주식회사 다인소재) , 박지운 (서울대학교 농업생명과학대학 바이오시스템소재학부) , 박신제 (서울대학교 농업생명과학대학 바이오시스템소재학부) , 김용노 (서울대학교 농업생명과학대학 바이오시스템소재학부) , (명지대학교 자연과학대학 식품영양학과) , 이지은 (명지대학교 자연과학대학 식품영양학과) , 최신식 (명지대학교 자연과학대학 식품영양학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Natural and synthetic antibacterial materials are used in foods to avoid bacterial contamination-induced food poison and deterioration. Due to the human and environmental safety, natural products including plant extracts have been extensively added into foods as antibacterial materials. Since some of core molecules comprised in those plant extracts are hardly dissolved in aqueous phases or food matrixes, nanotechnological approaches have been suggested to overcome such obstacles. Here we report domestic and international various types of plant- or non-plant-origin antibacterial materials that have been commercialized and used for the food industry. To improve solubility and stability of such antibacterial materials, nano-encapsulation or nano-complexation methods are also investigated focusing on the utilization of dextrins and proteins as coating materials.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

우선 현재까지 상용화된 국내외 천연항균소재의 종류별 특성을 고찰하고, 식품산업의 어떤 분야에서 이용되는지 살펴보고자 한다.
가장 기본적인 예로 수중유적형 에멀젼(oil-in-water emulsion, O/W emulsion)을 들 수 있으며 기름이 유화제에 의해 물 층에 분산되어 있는 형태이다. 이를 통해 유용성(oil-soluble) 소재를 작은 기름방울 안에 캡슐화(encapsulation) 시켜 수성환경에서 사용할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다. 에멀젼을 통해 기능성 재료들을 생체 내에서 원하는 곳까지 활성의 저하 없이 이동 시킬 수 있으며, 목표에 도달 후 트리거 등의 의해 서서히 방출되는 효과를 얻을 수도 있다(Mao등, 2017).

제안 방법

대두단백질을 강황의 주요성분인 커큐민의 나노소재화에 응용한 연구사례가 최근 Journal of Agricultural and Food Chemistry에 실렸다. 대두단백질을 desolvation방법으로 나노입자화 한 후, 커큐민을 복합체화 했다. 이러한 복합체화에는 cross-linking, dispersion, evaporation 등의 세부 공정을 통해 완성되었다.
카제인을 활용하여 비타민D3를 나노소재화한 연구는 2016년 Food and Function 저널에 발표되었다. 유지에 용해가 가능한 비타민D3와 같은 성분들을 카제인미셀(micelle), polysorbate-80를 이용하여 나노소재화했다. 카제인-미셀구조를 가지는 나노소재는 유지계열의 매트릭스를 가지는 식품에서 특별히 높은 활용성, 응용성을 지닌다.

대상 데이터

베타-락토글로불린을 이용한 최근 연구사례는 2017년 Journal of Food Engineering 저널에 실린 논문에서 살펴볼 수 있다. 체리의 안토시아닌을 캡슐화하는 공정에 베타-락토글로불린을 이용했다. Cross-linked된 단백질 매트릭스를 활용하여 최대 65%의 캡슐화 효율을 가져왔다.

성능/효과

, 2017). 그 결과, 후추 오일의 항균 활성은 S. aureus와 E. coli 모두에 대해 4배 향상되었다. HPβCD를 함유한 복합체 형성은 포접된 활성 성분의 낮은 농도에서 수용해도를 증가시키고 항균 효과를 향상시킬 수 있다.
, 2013). 따라서 에탄올이나 NaOH와 같이 원래 균 표면을 불안정화시키는 물질과 혼합하여 항균력을 시험할 때 균 감소량에 대한 상당한 시너지효과를 얻을 수 있었다. 또한 Stewart 연구팀은 O/W 나노에멀젼의 기름 방울들이 지질 이중층으로 이루어진 세포막에 달라붙게 되면 세포 안쪽으로 통과할 수 있게 되고 그로 인해 세포막의 안정성을 크게 떨어트리는 것을 밝혀냈다(Denyer과 Stewart, 1998).
또한 복합체에서 항균력이 유리 carnosic acid의 항균력(44 μg/mL)보다 우수하였으며, 특히 5% 이상의 CA(21 μg/mL)를 사용하였을 경우 같은 농도의 maltodextrin(33μg/mL)과 β-CD(39 μg/mL)보다 B.subtilis에 대한 항균효과도 증가시키는 것으로 확인되었다 (Fig. 1).
에션셜 오일과 β-CD 포접 복합체의 S. typhimurium 및 L. innocua에 대한 항균 활성을 분석하였을 때 모든 항균제에서 박테리아 성장을 효과적으로 억제했다.
항균 물질인 로즈마리 추출물의 carnosic acid와 CA의 포접 복합체는 용해도를 향상시켰으며, maltodextrin과 β-CD와 비교했을 때 더 우수한 효과를 나타내었다.

후속연구

이처럼 에멀젼 시스템, 특히 나노단위의 에멀젼 시스템을 이용하는 연구가 이어지고 있으며 실제로 그 효과가 다방면에서 입증되고 있다. 따라서 단순히 지용성 소재를 수용성 환경에 이용하는 것뿐만 아니라 나노에멀젼 시스템 자체로 얻을 수 있는 이점(저장 안정성 증가, 외부환경에 대한 저항성 증가, 녹아있는 유효 성분의 효율 증가)에 대해 많은 연구와 관심을 이끌어 낸다면 식품산업, 특히 천연물 분야 및 전달시스템 분야에 있어서 더욱더 큰 발전이 이루어질 것으로 기대된다.
현재까지 CCD와 식품 성분과의 포접 복합체 형성에 관한 연구는 아직 알려진 바가 없다. 하지만 CCD는 국내외에서 저비용으로 수급이 가능하기 때문에 식품 산업에서 그 활용도 또한 높아질 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	세균이나 곰팡이 등의 미생물의 특징은 무엇입니까?	세균이나 곰팡이 등의 미생물은 그 종류가 대단히 많을 뿐만 아니라 자연계 어디서나 광범위하게 존재하며, 생육조건이 맞으면 언제든지 생장 및 번식이 가능하다. 또한, 미생물은 유기물질의 부식 및 분해, 동물 소화관 내 소화활동 등을 돕는 유익한 작용을 하기도 하고, 체내 질병유발, 음식물의 부패, 주거, 의복, 공업제품 등의 훼손에 이르는유해한 작용을 하기도 한다.
	식품의 부패를 막고 제품의 신선도를 장시간 연장하기 위한 제어수단으로 무엇이 있습니까?	이와 같이 다양한 미생물에 의해 발생되는 식품의 부패를 막고 제품의 신선도를 장시간 연장하기 위한 제어수단으로 가열, 초고압, 방사선 등 물리적 방법과 알코올, 염소, 과산화수소 등 화학적 방법이 사용되어 왔으며, 이 중에서 처리과정의 편의성 측면에서 다양한 합성 보존료 (Sorbic acid, Benzoic acid, Sodium metabisulfite, 염소제 등) 들이 장기간 사용되었다. 그러나, 2006년 식품에 적용된 benzoic acid의 benzene 생성이 식품업계에서 문제된 바 있으며 (미국 FDA), 이와 더불어 다양한 합성보존료의 체내 축적성 등 안전성에 관한 문제가 최근까지 언급되고 있다(Davidson et al.
	식품은 생산, 유통, 저장 단계에서 부패 및 변질이 수반되는데 그 원인 3가지는 무엇입니까?	식품은 생산, 유통, 저장 단계에서 부패 및 변질이 수반될 수 있으며 그 원인은 크게 3가지로 구분할 수 있다. 첫째는 기술적 문제로, 가열할 수 없는 식품 또는 식품소재의 살균 및 미생물 오염에 관한 것이다. 절단 야채를 원료로 하는 샐러드류, 사과, 감귤, 수박 등 신선편이 과일류, 생식을 많이 하는 생선 및 육류 등에 해당되는 사항으로 이들 생식류 식품의 미생물 오염문제를 해결하기 위한 다양한 처리기술이 연구되었으나 현재까지 확실한 제어기술은 아직 없다. 둘째는 생물학적 문제로, 식중독 유발 미생물의 스트레스 적응에 의한 내성획득에 관한 것이다. 가열에 의한 온도상승, 산에 의한 pH 변화, 전해질 또는 당질 첨가에 따른 삼투압 변화 등 다양한 식품 내 환경조건 변화를 통하여 오염미생물을 제어하고자 하였으나 이러한 환경에 저항성을 보유한 오염 미생물 출현이 큰 문제가 되고 있다. 최근 발견된 케이스를 보면, 산, 열, 과산화수소, 고삼투압, 산화, 에탄올 등 다양한 스트레스에 대한 저항성을 보유한 미생물의 발견이 보고된 바 있으며 이들은 종래의 전통적 기술로는 제어가 불가능하다. 셋째는 사회적 문제로, 식품 오염미생물 제어를 곤란하게 하는 사회현상이 문제가 된다. 현재 사회전반의 저염식품 섭취열풍에 따라 식품 내 염조건이 평균 이하가 되면서 삼투압을 높이거나 수분활성을 저하시킬 수 없으므로 오염미생물제어가 어렵다(Ankita and Jayanthi, 2018).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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