초록 ▼

연구목표
천연 생체 고분자 물질인 키토산의 인체에 무해하며 독성이 없기 때문에 그 항균작용은의약품, 식품보존제등에 이용할 가능성을 보여주고 있다. 그러나 현재까지 보고된 세균에 대한 억제작용의 연구결과는 때로는 상반된 결과를 보이며 그 항균작용의 기작도 명확히 알려지지 않았다. 그러므로 본 연구에서는 키토산과 균체결합 특성을 조사하여 항균작용의 기작을 밝히고 키토산을 biopreservative로 실제 사용을 위하여 각종요인 및 성분이 항균작용에 미치는 영향을 조사한다.
연구내용
키토산은 생체 고분자물질의 특성상 단

연구목표
천연 생체 고분자 물질인 키토산의 인체에 무해하며 독성이 없기 때문에 그 항균작용은의약품, 식품보존제등에 이용할 가능성을 보여주고 있다. 그러나 현재까지 보고된 세균에 대한 억제작용의 연구결과는 때로는 상반된 결과를 보이며 그 항균작용의 기작도 명확히 알려지지 않았다. 그러므로 본 연구에서는 키토산과 균체결합 특성을 조사하여 항균작용의 기작을 밝히고 키토산을 biopreservative로 실제 사용을 위하여 각종요인 및 성분이 항균작용에 미치는 영향을 조사한다.
연구내용
키토산은 생체 고분자물질의 특성상 단일 분자량의 순수한 성분으로 얻기 힘들며 그 제조원료 제조 과정 의 각종 요인에 따라 최종 키토산의 성질에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 본 실험에서는 고순도로 제조한 저분자 키토산과 키토산 유도체, chitosan sulfate와 chitosan phosphate를 사용하여 Escherichia coli와 Staphylococcus aureus에 대한 생육 억제작용을 실험하였다. 키토산과 균체 결합을 정량적으로 측정하기위한 방법으로는 형광물질 FITC를 결합시킨 키토산을 제조하여 균체와 결합시킨 후 형광을 측정하는 방법을 사용하였다. 키토산의 항균 작용기작을 밝히기 위하여 균체표면의 성분을 변화 시키거나 표면에 결합하는 물질을 처리 후에 FITC-labelled chitosan을 결합시킨 후 균체의 형광을 측정하였다. 키토산의 항균 작용기작을 밝히기 위하여 균체표면의 성분을 변화 시키거나 표면에 결합하는 물질을 처리 후에 FITC-labelled chitosan을 결합시킨 후 균체의 형광을 측정하였다. 저분자 키토산처리가 균체에 작용하는 양상을 직접적으로 관찰하기 위하여는 TEM을 사용하였다. 또한 키토산의 항균작용을 목적으로 각종 제품에 첨가하는 경우 그 효율성을 측정하기 위하여 키토산의 항균작용에 영향을 미치는 각종 요인 및 첨가물의 영향을 조사한다.
연구성과
키토산 및 키토산 유도체, chitosan sulfate, chitosan phosphate의 E. coli와 S.aureus 에 대한 항균작용을 분자량에 따라 비교한 결과 두 종류 키토산유도체는 항균작용이 없었으며, 키토산은분자량 3,000인 키토산이 10,000 이상 높은 키토산 보다 두 균주에 대한 억제 작용이 높은 것으로 나타났다. 키토산의 균체에 결합하는 특성을 조사한 결과 결합은 매우 빠르게 진행되어 10분 이내에 결합하는 것으로 밝혀졌다. 한편 $ca^{2+}$ 이온처리로 키토산의 결합이 일부 감소되었으며 생육 억제작용도 어느 정도 감소되었다. 그러므로 저분자 키토산의 억제작용 기작은 polycationic charge에 의한 전기적 결합이 일부 작용하는 것으로 볼 수 있으며 그 외의 작용이 더 큰 작용을 하는 것으로 추측할 수 있다. 한편 키토산의 항균작용은 중성 이하의 낮은 pH에서 보다 효과적이었으며 온도가 25oC 이상 높은 온도에서는 감소하였다. 각종 가공식품 등에 사용하는 첨가물이 키토산의 항균작용에 미치는 영향을 조사한 결과 설탕, 에탄올, 소금 등 성분이 저분자 키토산의 세균의 억제 작용을 완화 시키는 효과가 있는 것으로 나타났다. 이 결과를 보면 키토산을 이용할 경우에는 사용 대상에 포함된 여러 성분과 키토산의 항균작용사이의 상호작용에 대한 검토가 필수적이다.

Abstract ▼

Purpose of Research
Chitosan is a polysaccharide obtained by deacetyling chitin, which is naturally abundant, nontoxic and biodegradable. It has wide range of application as a food preservatives, feed additives, and in cosmetics and pharmaceuticals. However, the mode of action for the antibacteri

Purpose of Research
Chitosan is a polysaccharide obtained by deacetyling chitin, which is naturally abundant, nontoxic and biodegradable. It has wide range of application as a food preservatives, feed additives, and in cosmetics and pharmaceuticals. However, the mode of action for the antibacterial activity of chitosan and factors affecting its inhibitory activity have not been sufficiently elucidated. Therefore, the objective of this study is to investigate the binding mechanism of chitosan on the bacterial cell surface and to assess the potential use of chitosan for biopreservatives.
Contents of Research
The inhibitory activity of low-molecular-weight chitosans and chitosan derivatives was investigated against E. coli and Staphylococcus aureus. To investigate the binding mechanism of chitosan on the bacterial cell surface, the fluorescence of the cell was determined using FITC-labelled chitosan. After various treatments affecting the components of the cell surface or surface charge, the binding capacity of the cell were determined using the fluorimetric analysis. The effect of the chitosan binding on the bacterial cell surface was investigated using Transmission Electron Microscopic observation. Finally, factors influencing antibacterial action of chitosan was investigated including temperature, pH , salts, sugars, ethanol and organic acids, etc. As there are few studies of chitosan on the antibacterial activity in real products, the results of this study will contribute directly to assess the potential use of chitosan for biopreservatives.
Effectiveness of Research
The results demonstrate that two chitosan derivatives, chitosan sulphate and chitosan phosphate showed no inhibitory activity against E. coli and Staphylococcus aureus at a concentration up to 1000 ppm. Chitosan of MW.1000 was effectively suppress the growth of two test organisms at low concentration, however chitosan of MW10,000 and 50,000 showed no inhibitory activity. When FITC-labelled chitosan was added to non-growing cells, binding occured within a few minutes. The pretreatment of the cells with $ca^{2+}$ and $Mg^{2+}$ ions partially reduced the binding of chitosan, and resulted in increased cell growth in presence of chitosan. In contrast, the treatment of the cells with detergents, Tween 80 or Triton, had no effect on the binding of chitosan. These results strongly suggest that the antimicrobial activity of chitosan may be partially due to complex binding between polycationic chitosans and negatively charged groups on the surface of the bacterial cells. In presence of acetic acid and lactic acid, the inhibitory effect of chitosan was enhanced, while the addition of sucrose, ethanol and NaCl decreased the chitosan's inhibition. The results indicate the several factors affecting the antibacterial activity of chitosan should be considered for its application to the variety of products.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문 ...3
• 1. 국문요약문 ...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ...4
• 1. 국문요약문 ...4
• 2. 영문요약문 ...5
• Ⅲ. 연구내용 ...6
• 1. 서론 ...6
• 2. 연구방법 및 이론 ...7
• 3. 결과 및 고찰 ...8
• 4. 결론 ...15
• 5. 인용문헌 ...16