[논문]산화아연 나노입자 유형이 카라기난 기반 복합 필름의 구조, 기계적 및 항균 특성에 미치는 영향

신가영; 김효린; 박소윤; 박미소; 김찬형; 허재영

산화아연 나노입자 유형이 카라기난 기반 복합 필름의 구조, 기계적 및 항균 특성에 미치는 영향
Effect of zinc oxide nanoparticle types on the structural, mechanical and antibacterial properties of carrageenan-based composite films 원문보기

Food science and preservation, v.31 no.1, 2024년, pp.126 - 137

신가영 (국립목포대학교 식품공학과) , 김효린 (국립목포대학교 식품공학과) , 박소윤 (국립목포대학교 식품공학과) , 박미소 (국립목포대학교 식품공학과) , 김찬형 (국립목포대학교 식품공학과) , 허재영 (국립목포대학교 식품공학과)

초록
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카라기난 기반 복합필름은 세 가지 다른 아연 염(zinc acetate, zinc chloride 및 zinc nitrate) 원료를 사용하여 합성한 ZnONPs를 카라기난에 첨가하여 solvent casting 방법으로 제작되었다. SEM 결과에 따르면, 사용된 아연 염의 종류에 따라 ZnONPs의 크기와 모양에 차이가 나타났지만, 모든 ZnONPs가 카라기난 복합필름 내에서 균일하게 분산되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 카라기난 기반 복합필름(Car-ZnONPs)의 두께는 아연 염의 종류와 관계없이 순수 카라기난 필름에 비해 증가하였다. 파단 연신율(EB)은 증가하였고, 인장강도(TS)는 유의적으로 감소하였으며, 탄성 계수(EM)는 유의적 차이를 나타내지 않았다. 이를 통해 복합필름의 기계적 특성인 TS와 EB는 첨가된 나노입자의 크기와 첨가량에 영향을 받는다는 것을 확인하였다. 또한, 모든 종류의 Car-ZnONPs 복합필름은 E. coli O157:H7 및 L. monocytogenes 에 대해 강한 항균 활성을 나타냈으며, 특히 zinc chloride로 합성된 Car-ZnONPs^ZC 필름이 가장 우수한 항균 성능을 나타냈다. 이는 zinc chloride에서 합성된 나노입자가 다른 아연 염에 비해 더 많은 아연 이온을 방출하기 때문으로 판단된다. 아연 염의 종류가 ZnONPs의 항균 능력에 영향을 미치며, 이러한 영향은 염의 종류에 따라 변화하는 ZnONPs의 크기, 형태 및 아연 이온 방출 정도에서 기인한다. 평가된 복합필름 중 Car- ZnONPs^ZC가 가장 높은 자외선 차단 특성을 보였으며, 파단 연신율도 순수 카라기난 필름에 비해 유의미하게 증가하여, 포장된 식품의 안전성을 유지하고 유통기한을 연장하는 데 활성 포장 필름으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, zinc oxide nanoparticles (ZnONPs) were synthesized using three distinct zinc salts: zinc acetate, zinc chloride, and zinc nitrate. These ZnONPs were subsequently utilized in the fabrication of carrageenan-ZnONPs (Car-ZnONPs) composite films. The study assessed influence of the various ZnONPs on the morphological, water vapor barrier, color, optical, and antimicrobial properties of the Car-ZnONPs composite films. The surface morphology and UV-blocking attributes of the composite films were affected by the type of ZnONPs used, but their surface color, transparency, and chemical structure remained unaltered. The composite film's thickness and elongation at break (EB) significantly increased, while the tensile strength significantly decreased. In contrast, film's elastic modulus (EM) and water vapor permeability coefficient (WVP) showed no significant difference. All the composite films with added ZnONPs demonstrated potent antibacterial activity against Escherichia coli O157:H7 and Listeria monocytogenes . Among the carrageenan-based composite films, Car-ZnONPsZC showed the highest antibacterial and UV-blocking properties, and its elongation at break was significantly higher than that of the pure carrageenan films. This suggests that ZnONPs composite films have the potential to be used as an active packaging film, preserve the safety of the packaged food and extend shelf life.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. SEM images of the surface of ZnONPs^ZA (A), ZnONPs^ZC (B), ZnONPs^ZN (C).
그림 Fig. 2. SEM images of the surface of neat carrageenan (A), Car-ZnONPs^ZA (B), Car-ZnONPs^ZC (C), Car-ZnONPs^ZN (D).
그림 Fig. 3. XRD patterns of three different types of ZnONPs (A) and Car-ZnONPs (B) composite films.
표 Table 1. Apparent color and light transmittance of the composite films
표 Table 2. Thickness, tensile properties, and water vapor permeability of the composite films
표 Table 3. Antibacterial activity of Car-ZnONPs composite films against E. coli and L. monocytogenes

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 식품을 장기 보존하기 위한 식품 포장재 개발을 목표로, 카라기난과 ZnONPs를 활용해 항균 능력 및 UV 차단 기능을 갖춘 생분해성 복합필름을 개발하였다. 특히 3종류의 아연 원료로(zinc nitrate와 zinc chloride, zinc acetate)로 제조된 ZnONPs을 첨가하여 카라기난 기반 복합필름을 제조하고 아연 원료에 따른 복합필름의 특성을 평가하였다.

제안 방법

특히 3종류의 아연 원료로(zinc nitrate와 zinc chloride, zinc acetate)로 제조된 ZnONPs을 첨가하여 카라기난 기반 복합필름을 제조하고 아연 원료에 따른 복합필름의 특성을 평가하였다. 기계적 특성 평가, 광 투과도 분석, 항균 활성 평가, 미세 구조 평가, 결정구조 평가, 수증기 투과도 계수 등 다양한 분석기법을 이용하여 ZnONPs가 첨가된 카라기난 복합필름 특성을 평가하였다.
본 연구에서는 식품을 장기 보존하기 위한 식품 포장재 개발을 목표로, 카라기난과 ZnONPs를 활용해 항균 능력 및 UV 차단 기능을 갖춘 생분해성 복합필름을 개발하였다. 특히 3종류의 아연 원료로(zinc nitrate와 zinc chloride, zinc acetate)로 제조된 ZnONPs을 첨가하여 카라기난 기반 복합필름을 제조하고 아연 원료에 따른 복합필름의 특성을 평가하였다. 기계적 특성 평가, 광 투과도 분석, 항균 활성 평가, 미세 구조 평가, 결정구조 평가, 수증기 투과도 계수 등 다양한 분석기법을 이용하여 ZnONPs가 첨가된 카라기난 복합필름 특성을 평가하였다.

대상 데이터

(Ansan, Korea)에서 구매하였다. Zinc acetate dihydrate, zinc chloride, 및 zinc nitrate hexahydrate는 Daejung(Siheung, Korea)에서 구매하였다. 또한, 필름의 항균 활성을 측정하기 위한 Escherichia coli O157:H7(ATCC 43894)와 Listeria monocytogenes(ATCC 15313)는 ATCC(Koram Biotech Co.
Zinc acetate dihydrate, zinc chloride, 및 zinc nitrate hexahydrate는 Daejung(Siheung, Korea)에서 구매하였다. 또한, 필름의 항균 활성을 측정하기 위한 Escherichia coli O157:H7(ATCC 43894)와 Listeria monocytogenes(ATCC 15313)는 ATCC(Koram Biotech Co., Seoul, Korea)에서 구입하였다. 두 균주는 BHI와 TSB에서 배양되었으며 추가 실험 전 4℃에서 보관되었다.
본 연구에서 사용된 κ-carrageenan은 MSC Co., Ltd.(Seongnam, Korea)의 food grade carrageenan(HE-A, κ-carrageenan, 점도는 75℃에서 1.5% 수용액에서 50 cps)을 사용하였다

데이터처리

Means with different superscript letters in the same column are statistically different at p<0.05 by Duncan’s multiple range test.
그룹 간의 유의한 차이(p<0.05)를 확인하기 위해 일원 분산 분석(one-way analysis of variance, oneway ANOVA)이 실시되었다
05)를 확인하기 위해 일원 분산 분석(one-way analysis of variance, oneway ANOVA)이 실시되었다. 사후 분석은 IBM SPSS Statistics(Ver 28.0, SPSS Institute Inc., IBM Co., Armonk, NY, USA)를 사용하였으며 Duncan의 다중 범위 테스트를 사용하여 수행되었다.
필름의 각 속성은 개별적으로 준비된 필름 시료를 사용하여 세 번씩 평가되었으며, 결과는 평균값과 표준편차로 제시하였다. 그룹 간의 유의한 차이(p<0.

이론/모형

복합필름 시료의 수증기 투과도 계수(water vapor permeability, WVP)는 ASTM E96-95 표준 방법(ASTM, 1983)을 따라 측정하였다. 정사각형 형태의 7.
이 측정의 평균을 계산하여 필름의 두께를 결정하였다. 복합필름의 기계적 특성인 인장강도(tensil strength, TS), 파단 연신율(elongation at break, EB), 탄성 계수(elastic modulus, EM)는 ASTM D882-91 표준 시험 방법의 지침에 따라 평가되었다(ASTM, 1993). 시험을 위해 Instron Universal Testing Machine(Instron 5565, Instron Co.

성능/효과

그 결과, 복합필름의 전체 색차(∆E)가 유의적으로 증가하였다(p<0.05).

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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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