Bacillus sp. SD-10이 생산하는 항균물질을 이용하여 버섯의 갈색무늬병균 및 푸른곰팡이병균에 대한 천연물 버섯병해 방제약재 개발을 위한 기초적 연구를 행하였다. Bacillus sp. SD-10은 35∼4$0^{\circ}C$의 배양온도에서 30∼40 hrs 배양하였을 때 가장 높은 항균활성을 나타내었다. 이 배양액을 이용하여 T. virens의 균사 생육저해 및 포자발아 억제 농도를 검토한 결과, 균사생육은 30 ul 이상 처리 시 뚜렷하게 저해되었으며 포자발아는 평판배지에 5%(v/v) 이상 첨가 시 완전하게 억제되었다. Bacillus sp. SD-10의 배양액으로부터 항균물질을 순수분리하여 UPX-1으로 명명하고, UPX-1을 $^1H-$NMR과 $^{13}C$-NMR 스펙트럼으로 구조를 동정한 결과 탄소 6개로 구성된 당 2개가 2당류 구조로 결합되어 있는 화합물임이 밝혀졌다. UPX-1은 T. virens 뿐 아니라 Pse. tolaassi에도 아주 강한 항균효과를 나타내었다.
최근 환경과 건강에 대한 관심이 증대되면서, 천연 섬유를 소재로 사용한 최종 제품 역시 고급화 및 고기능화되고 있는 추세이며 섬유항균가공분야에 있어서도 천연 추출물을 이용한 항균가공이 주목을 받고 있다. 현재 항균가공에 사용되고 있는 항균제는 일반적으로 합성항균제를 사용하고 있고 이는 거의 대부분 자극성 화합물로써 인체에 잠재적 유해요인이 될 수 있고 제조 및 가공과정에서 환경오염을 유발시키는 문제점도 발생되고 있다. 반면 천연추출물을 사용할 경우 합성물질에 비해 포름알데히드 검출 등의 인체 안정성의 불안이 적어 건강차원에서 그 인식이 점차 증대되고 있는 추세이다. 천연항균물질에는 chitosan이나 식물에서 추출된 천연항균물질 등이 있는데 특히 식물에서 추출된 천연항균물질은 피톤치드(phytoncide)라고 표현되고 있으며 이는 수목들이 해충이나 미생물 등으로부터 자기방어를 위해 공기 중으로 발산하는 방향성의 항생물질을 뜻하는 말이다. 본 연구에서는 식물 중에서 피톤치드 정유의 함량이 많다고 알려진 측백나무과의 편백나무 정유를 이용하였으며 편백나무 정유가 식물성 천연 오일형태이므로 가공 처리 시 물과 계면이 발생되기 때문에 HLB(Hydrophilic Lipophlic Balance) 조건에 따른 최적 유화조건을 선정하였으며 편백나무 정유를 이용한 면직물의 항균 기능 부여를 위한 시험으로 편백나무 정유 처리 농도에 따른 항균성을 평가해 보고자 하였다. 실험 결과 편백나무 정유는 HLB 15이상 계면활성제 사용 시 물에 용해성이 좋고 안정된 에멀젼 상태를 보였으며 제조된 편백나무 정유 가공액 5%이상 처리 시 Staphylococcus aureus과 Klebsiella pneumoniae의 99.9% 정균감소율을 나타내었다.
김치발효 후기의 우점종으로 알려진 Lactobacillus sakei의 생육을 저해하는 Leuconosotc 속 23균주가 김치로부터 분리되었고, 이들 중 가장 높은 생육저해활성을 나타낸 Leuconostoc mesenteroides CK0122 균주가 생산하는 생육 저해물질의 특성을 검토하였다. CK0122 균주의 배양 상징액을 분자량 3,000 Da을 기준으로 분획하여 동결건조한 분자량 3,000 Da 이하의 조항균물질로부터 Lb. sakei 생육저해가 확인되었고, proteinase K 처리에 의해 항균력이 소실되었기 때문에, CK0122가 생산하는 항균물질은 분자량 3,000 Da 이하의 단백질성 항균물질(bacteriocin)으로 추정된다. 분자량 3,000 Da 이하의 조항균물질은 pH 4에서 7 정도의 영역에서 최적활성을 나타내었고, $121^{\circ}C$, 15분 살균처리에 의해서도 활성이 유지되는 높은 열안정성을 나타내었으며, Bacillus cereus, Listeria monocytogenes, Salmonella typhimurium, Alcaligenes xylosoxydans, Staphylococcus aureus 및 Flavobacterium sp.에 대하여 항균 활성을 나타내어 Gram 양성균 및 음성균의 제어에 적용 가능한 것으로 나타났다.
본 연구는 수확 후 송이토마토의 품질 유지를 확보하기 위하여 포장 내부의 적정 산소와 이산화탄소 농도를 유지하고 천연항균물질을 적용하여 과채류의 호흡장해 및 부패 미생물의 발생을 억제하는 효과를 얻고자 하였다. 이를 위하여 천연항균물질이 코팅된 미세천공필름으로 포장한 송이 토마토의 저장 중 품질변화 효과를 관찰하였다. 송이토마토 곰팡이균 발생 억제를 위한 계피유, 클로브유, 및 클라리 세이지유의 천연항균물질들의 항균성 평가는 계피유에서 가장 높은 항균성을 보여주었다. 천연항균물질이 코팅된 미세 천공필름의 산소 투과도는 무처리 미세천공필름과 비교하였을 때 유의적인 차이는 없었으며, 각 포장필름의 물리적 특성 평가에서 항균물질 코팅된 필름의 인장강도와 신장률 값은 무처리 및 미세천공필름 값과 비교하여 유사한 값을 나타냈다. 10% 계피유가 코팅된 항균미세천공필름(AMP30), 무처리 미세천공필름(MP10, MP30), 그리고 일반 OPP필름으로 포장한 송이토마토의 포장재 내 기체조성 평가는 MP30과 AMP30필름에서 송이토마토의 적정 선도유지를 위한 기체조성 조건인 각각 5.0와 4.8% 산소 농도 그리고 4.3와 4.4% 이산화탄소 농도를 유지하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 $15^{\circ}C$의 저장성 평가 실험에서 항균미세천공필름(AMP30)이 다른 필름포장재보다 송이토마토의 경도, 중량 감소, 그리고 부패 현상을 억제하는데 효과적인 결과를 나타냈다. 따라서 계피유가 처리된 천연항균 특성을 가진 미세천공필름 적용은 신선 송이토마토의 품질 개선에 효과적인 방법인 것으로 판단된다.
어류조직내에 잔류하는 항균물질을 미생물학적 방법인 disk assay를 이용하여 항균물질의 계열별로 확인이 가능한지를 검토하였다. 본 검사법에 사용한 균주는 Bacillus subtilis BGA, Micrococcus luteus ATCC 9341, Bacillus cereus var, mycoides ATCC 11778 이었다. 본 검사법에는 보다 간편한 clean-up 전처리 조작을 실시하였다. 즉, 피검시료(10g)는 Mcilvaine 완충액으로 마쇄하여 수용액충을 추출하고, 이 수용액층을 핵산에 의해 탈지시킨 후, 클로르포름 및 Sep-Pak $C_{18}$ 카트리지를 이용하여 분획액 2종류(fraction A 및 B)를 추출하였다. 그리고 이들 분획액은 각각 disk assay에 사용하였다. 분획액 A인 클로르포름 용액층은 마크로라이드(ML)계, 설파(SA)계, 클로람페니콜(CP)계 및 퀴놀른(QN)계의 확인시험에 제공되었고, 분획액 B인 Sep-Pak $C_{18}$에 흡착된 물질은 페니실린(PC)계, 테트라사이클린(TC)계 및 니트로푸란(NF)계의 확인시험에 제공되었다. 본 검사법에 의한 항균물질의 검출 최저농도는 oxytetracycline, tetracycline, doxycycline, spiramycin 및 ciprofloxacin이 $0.1{\mu}g$/g, erythromycin과 ampicillin이 $0.025{\mu}$/g, sodium nifurstyrenate와 florfenicol이 $1.0{\mu}g$/g, sulfamonomethoxine과 sulfadimethoxine이 $0.25{\mu}g$/g, oxolinic acid와 flumequine이 $2.5{\mu}g$/g, piromidic acid는 $15{\mu}g$/g이었다. TC계 및 NF계에 대해서는 B. cereus>B. subtilis>M. luteus, ML계 및 PC계에 대해서는 M. lureus>B. subtilis>B. cereus, CP계 및 QN계에 대해서는 B.cereus=B. subtilis>M. luteus, SA계에 대하여는 B. subtilis>B. cereus=M. luteus로 항균물질의 계열에 따라 서로 다른 감수성 유형을 나타내었다. 따라서 본 미생물학적 검사법은 어류 조직내에 잔류하는 항균물질의 계열을 스크리닝하는 일상 검사법으로서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구는 EEC 4-plate법과 그 변법 그리고 식품공전상 간이검사법으로써 어류질병의 예방 및 치료에 사용되는 28종류의 항균물질에 대한 최저 검출한계를 서로 비교하여 어체내 잔류 항균물질의 최적 간이검사법 (bioassay)으로서의 유효성을 확인하고자 하였다. 식품공전상 간이검사법은 PCs에 뛰어난 검출감도를 나타내었으며 AGs에 대하여 좋은 감도를 보였으나 TCs, MLs, NFs, QNs에 대해서는 낮은 검출감도를 나타내었다. 한편, SAs에 대하여는 대단히 저조한 감도를 보였다. EEC 4-plate변법은 TCs에 대하여 우수한 검출감도를 나타내었다. EEC 4-plate법 및 그 변법은 PCs, MLs, NFs, QNs, SAs에 대하여 상대적으로 높은 검출감도를 나타내었다. 시험법들은 모두 CMs에 대하여는 검출감도가 낮았다. 결국 EEC 4-plate 변법이 여러계열의 항균물질에 대해 검출감도가 뛰어나고 항균활성의 범위가 넓어 어체내 잔류 항균성물질을 가장 유효하게 스크리닝할 수 있는 간이검사법으로 확인되었다.
대두 발효식품으로부터 분리 동정한 B. subtilis HS 25가 생산한 항균물질의 특성을 검토하였다. 열안정성을 검토한 결과, $100^{\circ}C$에서 10분 처리에서는 항균활성이 전혀 떨어지지 않았지만 15분 이상의 처리에서는 항균활성이 약간 떨어지는 경향을 보였다. pH 안정성은 pH $4.5{\sim}5.0$의 산성측보다 pH $7.42{\sim}12.0$까지의 알칼리 범위에서 안정된 항균활성을 유지하였다. 특히, E. coli 및 P. mirabilis에 대한 항균활성은 pH 12.0에서도 대조구와 거의 대등한 활성을 나타내었다. 최소저해농도는 E. coli가 5 mg/mL로 가장 낮았으며, P. mirabilis는 7.5 mg/mL, S. aureus, S. enteritidis, K. pneunoniae 및 V. parahaemolyticus 균주에서는 15mg/mL를 나타내었다. B. subtilis HS 25 균주가 생산한 항균물질을 E. coli, S. enteritidis 및 P. mirabilis에 각각 처리하였을 때 균체의 표면이 불규칙적으로 변형되어 심한 형태적 변화가 일어났음을 관찰할 수 있었다. B. subtilis HS 25균주가 생산한 항균물질은 papain에 의해서는 분해되지 않지만, A. orzae 유래의 protease과 pancreatin 및 pepsin의 효소에 의해서 완전히 분해되어 항균활성이 전혀 나타나지 않았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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