항효모 활성 까마중의 추출 조건 최적화 및 추출물의 안정성 조사 서예슬

항효모 활성 까마중의 추출 조건 최적화 및 추출물의 안정성 조사

서예슬․양은주

(재)전남생물산업진흥원 식품산업연구센터

Optimization of Extraction Conditions and Investigation of Stability of Solanum nigrum Extract with Anti-Yeast Activity

Ye-Seul Seo and Eun Ju Yang

Food Research Center, Jeonnam Bioindustry Foundation

ABSTRACT Hot water extracts of 24 medicinal plants were screened for their anti-yeast activities against Zygosaccharomyces rouxii. Solanum nigrum extract showed only anti-yeast activity. To develop a natural anti-yeast preservative from S. nigrum, extraction yield and anti-yeast activity of S. nigrum extract were investigated using various extraction solvents, solid-solvent ratios, temperatures, and times. The results showed that the optimum extraction con- ditions for anti-yeast S. nigrum were as follows: 50% ethanol, solid-solvent ratio of 1:25, extraction temperature of 70°C, and extraction time of 4 h. The antimicrobial activity of S. nigrum extract was tested against food-spoilage bacteria, yeasts, and molds. S. nigrum extract exhibited strong antifungal activity with minimum inhibitory concentrations of 39∼625 μg/mL against five yeasts and three molds. The stability of anti-yeast activity of S. nigrum extract was examined under different conditions of temperature, pH, and NaCl concentration. The anti-yeast activity of S. nigrum extract was stable at -20∼121°C, pH 3∼9, and 0∼10% NaCl. However, the anti-yeast activity of S. nigrum extract was reduced by 2-fold under 15% and 20% NaCl conditions.

Key words: Solanum nigrum, anti-yeast activity, extraction condition, stability, natural preservative

Received 10 August 2017; Accepted 26 September 2017 Corresponding author: Eun Ju Yang, Food Research Center, Jeon- nam Bioindustry Foundation, Naju, Jeonnam 58275, Korea E-mail: [email protected], Phone: +82-61-339-1251

서 론

식품에서 부패를 유발하는 미생물 중 효모는 발효를 통한 산막 형성, 연부 현상, 이미, 이취, 변색, 탄산가스 생성에 의한 용기 손상 등 식품의 품질 저하를 유발하여 생산업체에 커다란 원가 부담을 주는 것으로 알려져 있다(1-3). 효모는 높은 삼투압, 고농도의 에탄올, 낮은 pH, 유기산이나 식품 보존제의 첨가와 같이 미생물의 생육에 적합하지 않은 조건 에도 내성을 가지며 식품의 변패 원인이 되고 있다(4). 식품 의 부패를 유발하는 효모로는

Saccharomyces

Candida

Pichia

Zygosaccharomyces

Hansenula

Kluyveromyces

식품의 부패를 방지하고 저장 기간을 연장하기 위한 방법 으로 열처리, 방사선 조사, 초고압, 건조, 냉동 등 물리적 방법과 보존료를 첨가하는 화학적 방법이 사용되고 있으며, 그중 합성 보존료의 사용은 물리적 방법보다 식품의 품질 변화가 덜하고 경제적이므로 식품 공급체계에서는 필수적 으로 사용되는 저장기술이다. 그러나 합성 보존료의 사용에

따른 유해성이 보고되고 안전성에 대한 요구가 증가하면서 천연 보존료의 사용을 선호하는 소비자들이 증가하고 있는 추세이다(6,7). 합성 보존료를 대체할 수 있는 천연 보존 소 재의 개발을 위해 생약재, 식용식물, 향신료 등 다양한 식물 성 소재로부터 항균 활성과 항균 물질이 연구됐으며, 마늘, 생강, 양파 즙의 항균 활성(8), 생강나무와 초피나무 추출물 의 항균 활성(9), 녹차 추출물로부터 항균 물질의 분리(10), 오미자 추출물의 항균물질 분리(11) 등 다수의 연구결과가 보고되고 있다. 그러나 식물성 항균 소재에 대한 대부분의 연구가

Listeria monocytogenes

본 연구에서는 식품 부패 효모를 억제할 수 있는 식물성 천연 소재를 개발하기 위해 24종의 약용 식물을 대상으로 항효모 활성을 평가한 결과 까마중 추출물에서만 효모 저해 활성을 나타냄을 확인하였다. 까마중(

Solanum nigrum

Solanaceae

Table 1. List of medicinal plants used for anti-yeast activity screening

No. Scientific name Korean name Used part

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Morus alba L.

Pueraria lobata Ohwi

Taraxacum platycarpum H. Dahlstedt Fagopyrum esculentum Moench

Platycodon grandiflorum A. De Candolle Hordeum vulgare L.

Momordica charantia L.

Zizania latifolia Turcz Geranium nepalense Sweet Eucommia ulmoides Oliver

Mentha arvensis L. var. piperascens Lespedeza cuneata G. Don

Lycium chinense Mill Artemisia annua L.

Portulaca oleracea L.

Kalopanax pictus Nakai Carthamus tinctorius L.

Agastache rugosa O. Kuntze Solanum nigrum L.

Chrysanthemum zawadskii var. latilobum Eclipta prostrata L.

Lonicera japonica Thunb.

Leonurus japonicus Houtt.

Nelumbo nucifera Gaertn.

Ppongnamu Chilg Mindeulle

Memil Dolaji Boli Yeoju

Jul Ijilpul Duchung

Bakha Bisuli Gugijanamu Gaettongssuk

Saebileum Eumnamu Honghwa Baechohyang

Kkamajung Gujeolcho Hanlyeoncho

Indong Ikmocho

Yeon

Leaf Root Whole part

Seed Root Sprout

Fruit Leaf Whole part

Leaf Leaf Leaf Leaf Whole part Whole part

Bark Seed Aerial part

Stem/leaf Stem/leaf Stem/leaf Stem Whole part

Seed 하고 있다(13). 까마중의 약리 작용으로는 간 손상 보호 효

과(14), 항암 활성(15), 항당뇨 활성(16), 항염증 활성(17) 등 다양한 활성이 보고되고 있다. 까마중 추출물의 항균 활 성에 대한 연구는 주로 인체 유해 세균과 식품 부패 세균에 대한 저해 활성이 보고되고 있다. Modilal 등(18)은 까마중 잎의 물, 에탄올, petroleum ether 추출물로 호흡기 병원성 세균에 대한 저해 활성을 평가한 결과 에탄올 추출물의 항세 균 활성이 우수한 것으로 나타났다. Jimoh 등(19)은 까마중 잎을 아세톤, 메탄올, 물로 추출하여 항세균 활성을 평가한 결과 아세톤과 메탄올 추출물에서 주로 그람 양성균을 억제 하는 결과를 보였다. 그러나 까마중 추출물의 식품 부패 효 모에 대한 저해 활성 연구는 전무한 실정이다.

본 연구에서는 항효모 활성을 나타내는 까마중 추출물을 식품에 적용할 수 있는 천연 보존 소재로 개발하기 위하여 항효모 활성이 우수한 추출 조건을 평가하고, 항균 스펙트럼 및 온도, pH, NaCl 처리에 의한 항효모 활성의 안정성을 조사하여 까마중 추출물의 산업적 활용도를 평가하였다.

재료 및 방법

실험 재료 및 열수 추출물 제조

항효모 활성 소재 선정 실험에 사용한 약용 식물과 사용 부위는 Table 1과 같다. 실험에 사용한 약용 식물은 건조한 상태로 (주)초원한방플러스(Seoul, Korea)에서 구입하여 1 cm 크기로 세절한 후 -20°C 냉동고에 보관하면서 추출 원 료로 사용하였다. 약용 식물의 열수 추출을 위해 각 시료 30 g에 450 mL의 증류수를 첨가하여 95°C에서 2시간 동안

추출을 시행하였다. 추출액은 55 μm bag filter로 여과하여 회전 감압농축기로 농축한 후 동결 건조(PVRFD 10R, IlShin Lab Co., Ltd., Dongducheon, Korea)하여 건조된 추출 분 말을 항효모 활성 평가 시료로 사용하였다.

항효모 활성 소재 선정

약용 식물의 열수 추출물을 이용한 항효모 활성 평가는 spot-on-the-lawn test(20) 방법으로 측정하였다. 열수 추 출물을 멸균수에 2% 농도로 용해한 후 0.45 μm syringe filter(Advantec, Toyo Roshi Kaisha Ltd., Tokyo, Japan) 로 여과하여 시료액을 준비하였다. 효모 지시균인

Zygo- saccharomyces rouxii

까마중의 추출 조건 평가

항효모 활성 소재로 선정된 까마중을 이용하여 추출 수율 과 항효모 활성이 최적인 추출 조건을 확립하기 위해 추출 용매, 용매 비율, 추출 온도 및 시간에 따른 추출을 시행하였 다. 추출 용매 조건을 선정하기 위하여 까마중 잎 30 g에 물, 25%, 50%, 75%, 100% 에탄올을 각각 450 mL 첨가하 여 실온에서 16시간 추출하였다. 추출 용매 비율을 선정하 기 위해 까마중 잎 30 g에 추출 용매로 선정된 50% 에탄올 을 15배, 20배, 25배, 30배로 용매 비율을 달리하여 첨가한

후 실온에서 16시간 추출하였다. 용매 비율을 선정한 후 최 적 추출 온도 및 시간을 선정하기 위하여 까마중 잎을 50°C, 70°C, 90°C에서 각각 2시간, 4시간, 6시간을 추출하였다.

모든 추출물은 55 μm bag filter로 여과하여 회전 감압농축 기로 농축한 후 동결 건조하여 추출 수율을 측정하고 항효모 활성 평가 시료로 사용하였다. 추출 수율은 동결 건조된 분 말 중량을 추출에 사용한 까마중 원료의 중량으로 나누어 백분율(%)로 나타내었다.

최소생육억제농도(Minimum Inhibitory Concentration, MIC)

까마중 추출물의 항효모 활성은 액체배지 희석법을 이용 하여 지시균에 대한 최소생육억제농도로 측정하였다. 96- well plate에 YM broth를 100 μL씩 분주한 후 추출물 100 μL를 최대 10,000 μg/mL에서 최저 농도 20 μg/mL까지 2 배씩 연속적으로 희석하였다. 효모 지시균은 1×10⁶ CFU/

mL가 되도록 각각의 well에 100 μL의 균주액을 첨가하여 30°C에서 48시간 배양한 후 600 nm에서 흡광도를 측정하 여 흡광도의 증가가 나타나지 않는 최소 농도를 확인하였다.

항균 스펙트럼 측정

까마중 추출물의 항균 스펙트럼은 세균, 효모, 곰팡이 지 시균주에 대한 항균 활성을 측정하여 평가하였다. 그람 양성 균으로

Bacillus cereus

Enterococcus faecalis

Listeria monocytogenes

Staphylococcus aureus

Escherichia coli

Salmonella en- terica

enterica

Pseudomonas aer- uginosa

Pichia membranifaciens

Zygosacchar- omyces rouxii

Candida krusei

Kluyveromyces fragilis

Candida versatilis

Candida sorbosivorans

C

versatilis

C

sorbosivorans

Aspergillus flavus

Aspergillus niger

Penicillium roqueforti

Cladosporium cladosporioides

E

faecalis

L

mono- cytogenes

Candida

지 균주는 48시간 배양하여 실험에 사용하였다. 곰팡이는 PDA 배지(Potato Dextrose Agar, Becton, Dickinson and Company)에서 30°C, 7일 동안 배양하여 형성된 포자를 0.1% Tween 80으로 회수하여 포자액을 제조한 후 실험에 사용하였다. 항균 활성은 각각의 지시균에 대한 까마중 추출 물의 최소생육억제농도를 측정하여 평가하였다.

항효모 활성 안정성 평가

까마중 추출물의 온도, pH, NaCl 처리에 대한 항효모 활 성의 안정성을 조사하였다. 온도에 대한 영향을 확인하기 위하여 추출물을 -20°C, 4°C, 30°C, 50°C, 70°C에서 24시 간, 100°C에서 30분, 121°C에서 15분 동안 처리하였다. pH 에 대한 영향을 평가하기 위하여 추출물을 pH 3.0(50 mM glycine-HCl), pH 4.0(50 mM sodium acetate), pH 5.0 (50 mM sodium acetate), pH 7.0(50 mM sodium phos- phate), pH 9.0(50 mM glycine-NaOH) 완충액에 2% 농도 로 용해한 후 37°C에서 2시간 동안 처리하였다. NaCl에 대 한 영향을 확인하기 위하여 추출물을 5%, 10%, 15%, 20%

NaCl 용액에 2% 농도로 용해한 후 37°C에서 2시간 동안 처리하였다. 온도, pH, NaCl에 조건별로 처리한 각 시료들 의 항효모 활성은

P

membranifaciens

Z

rouxii

통계분석

모든 실험은 3회 반복하여 수행하였으며, 실험의 결과는 SPSS 프로그램(Statistical Package for Social Science version 17, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)에서 일원 분산 분석(one-way ANOVA)으로 분석하였다. 시료군의 평균 간 비교는 Duncan의 다중범위검정(Duncan’s multiple range test)을 통하여 유의성 검정을 하였다(

P

결과 및 고찰

항효모 활성 소재 선정

약용 식물 24종의 열수 추출물을 제조하여

Z

rouxii

Candida albicans

까마중은 생리활성 물질로서 glycoalkaloids, glycoproteins 와 catechin, gallic acid, caffeic acid, naringenin 등의 polyphenols를 함유하고 있으며(22), phenolics와 terpe- noids가 까마중의 주요 항균 활성 물질로 보고되고 있다 (18). 까마중 추출물의 항균 활성에 대한 연구에서 까마중 잎을 아세톤, 메탄올, 물로 추출하여 그람 양성 및 음성 세균 에 대한 항균 활성을 평가한 결과 물 추출물은 항균 활성을

Fig. 1. Anti-yeast activity of hot water extracts of medicinal plants against Zygosaccharomyces rouxii by spot-on-the-lawn test.

The numbers (1∼24) are the same as in Table 1.

Table 2. Extraction yield and anti-yeast activity of Solanum nig- rum extract at different solvent

Extraction

solvent Extraction yield (%)

Minimum inhibitory concentration (μg/mL)

P. membranifaciens Z. rouxii

25% ethanol 50% ethanol 75% ethanol Ethanol Methanol

17.41±0.34^f1) 15.05±0.47^e 12.57±0.71^d 8.26±0.60^c 1.06±0.34^a 3.94±0.25^b

5,000 625 156 156 －²⁾

－

10,000 1,250 313 313

－

－ Values are expressed as the mean±SD (n=3).

1)Means with different letters within the same column are sig- nificantly different by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

2)No inhibition.

나타내지 않았지만, 아세톤과 메탄올 추출물은 주로 그람 양성균에서 5 mg/mL의 MIC를 나타내어 추출 용매에 의한 항균 활성의 차이가 큰 것으로 나타났다(19). 따라서 항효모 활성 소재로 선정된 까마중의 추출 수율 및 항효모 활성 최 적화를 위해 추출 용매를 선정하고 용매 비율과 추출 온도 및 시간을 단계적으로 평가하였다.

까마중의 추출 조건 평가

항효모 활성 소재로 선정된 까마중을 천연 보존 소재로 개발하기 위해 추출 조건을 평가하였다. 추출 용매는 식품 용도에 적합한 물과 에탄올을 사용하여 농도별(25%, 50%, 75%, 100%)로 추출하였으며, 비교구로 100% 메탄올을 사 용하여 동일하게 추출한 후 추출 수율과 항효모 활성을 비교 하였다(Table 2). 추출 용매에 따른 까마중의 추출 수율은 1.06~17.41% 범위로 용매의 종류에 따라 큰 차이를 나타내 었으며, 물 추출에서 추출 수율이 가장 높고 에탄올의 농도 가 높아질수록 수율은 낮아지는 경향을 나타내었다. 메탄올 의 추출 수율은 3.94%로 100% 에탄올보다 좀 더 높은 추출 수율을 나타내었다. 추출 수율은 까마중 원료의 중량에 대한 추출물의 고형분 함량으로서 추출 용매에서 물의 비율이 높 을수록 추출물에서 수용성 고형분의 함량이 증가하여 추출 수율이 증가하는 것으로 생각된다. Jimoh 등(19)은 까마중 잎을 메탄올과 물을 용매로 실온에서 추출한 후 수율을 측정 한 결과 각각 6.3%와 9.2%의 추출 수율을 나타내어 본 연구

의 메탄올 추출보다 수율이 높고, 물 추출보다는 낮은 수율 을 나타내었다. 용매별 까마중 추출물의 항효모 활성은 식품 부패 효모인

P

membranifaciens

Z

rouxii

P

membrani- faciens

Z

rouxii

P

mem- branifaciens

P

membranifaciens

Z

rouxii

추출 용매에 따른 까마중 추출물의 항효모 활성은 50%와 75% 에탄올에서 가장 우수하였으나, 산업화 공정의 경제성 을 고려하여 용매 비용이 더 낮으면서 추출 수율이 더 높은 50% 에탄올을 최종 추출 용매로 선정하였다.

추출 용매로 50% 에탄올을 이용하여 용매 비율을 최적화 하기 위해 까마중 잎 중량을 기준으로 15배, 20배, 25배, 30배의 용매를 첨가하여 추출을 시행하고, 추출 수율과 항 효모 활성을 분석하였다(Table 3). 용매 비율에 따른 추출 수율은 1:15 비율에서 12.48%로 가장 낮았으며, 용매 비율 이 증가할수록 추출 수율도 증가하면서 1:25 비율에서 17.73

%로 가장 높았으나, 1:30 비율에서 다시 감소하는 경향을 나타내었다. 추출 용매 비율에 따른

P

membranifaciens

Z

rouxii

Table 3. Extraction yield and anti-yeast activity of Solanum nig- rum extract at different solid-solvent ratio

Solid-solvent

ratio Extraction yield (%)

Minimum inhibitory concentration (μg/mL)

P. membranifaciens Z. rouxii

1:20 1:25 1:30

12.48±0.65^a1) 16.39±0.41^b 17.73±0.25^c 16.67±0.30^b

156 78 78 156

313 156 156 313 Values are expressed as the mean±SD (n=3).

1)Means with different letters within the same column are sig- nificantly different by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

Table 4. Extraction yield and anti-yeast activity of Solanum nig- rum extract at different temperature and time

Extraction

condition Extraction yield (%)

Minimum inhibitory concentration (μg/mL)

P. membranifaciens Z. rouxii

2 h 4 h 6 h

14.69±0.74^a1) 18.02±0.37^d 18.17±0.50^d

313 156 313

625 313 625 70°C 2 h

4 h 6 h

16.55±0.29^bc 20.55±0.43^e 20.87±0.38^e

78 78 78

156 156 156 90°C 2 h

4 h 6 h

15.93±0.35^b 16.77±0.26^c 17.47±0.35^c

156 313 625

313 625 1,250 Values are expressed as the mean±SD (n=3).

1)Means with different letters within the same column are sig- nificantly different by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

비율의 MIC(156 μg/mL와 313 μg/mL)에 비해 2배 더 우수 하였다. 1:15 용매 비율은 원료 중량에 비해 용매의 첨가량 이 적어 낮은 수율과 함께 항효모 활성 물질의 추출이 충분 히 이루어지지 않은 것으로 판단된다. 1:30의 비율에서는 용매 첨가량이 가장 많았으나 추출 수율과 항효모 활성이 감소하는 결과를 보여 원료보다 추출 용매의 부피가 과다한 경우에도 추출 효율이 저하될 수 있음을 알 수 있다. 용매 비율 평가 결과에 따라 까마중의 추출에서 최적 용매 비율로 1:25 비율을 선정하였다.

까마중의 추출 용매 및 용매 비율을 선정한 후 추출 온도 및 시간을 평가하기 위하여 50°C, 70°C, 90°C 온도에서 각 각 2시간, 4시간, 6시간 추출하여 추출 수율 및 항효모 활성 을 비교하였다(Table 4). 온도 및 시간에 따른 추출 수율은 14.69~20.87% 범위로 나타났으며, 추출 온도에 따른 추출 수율은 70°C 추출에서 16.55~20.87%로 가장 높게 나타났 다. 50°C와 90°C 추출에서 추출 수율은 각각 14.69~18.17

%와 15.93~17.47%의 범위를 나타내어 70°C 추출보다 더 낮은 수율을 나타내었다. 각 추출 온도에서 추출 시간에 따 른 수율의 변화는 모두 추출 시간이 증가함에 따라 비례적으 로 수율이 증가하였다. 추출 수율이 가장 높은 추출 조건은 70°C의 4시간(20.55%)과 6시간(20.87%) 추출이었으며, 가장 낮은 조건은 50°C의 2시간(14.69%) 추출 조건이었다.

추출 온도에 따른 항효모 활성은 70°C 추출에서 추출 시간 과 무관하게

P

membranifaciens

Z

rouxii

까마중 추출물의 항균 스펙트럼

추출 조건 평가를 통해 선정된 추출 용매(50% 에탄올)와 추출 조건(70°C, 4시간)으로 제조된 까마중 추출물의 항균 스펙트럼을 조사하기 위해 다양한 식품 부패 균주에 대한 항균 활성을 평가하였다. 세균 7종, 효모 6종, 곰팡이 4종에 대한 까마중 추출물의 MIC를 측정한 결과는 Table 5에 나 타내었다. 세균의 경우 그람 양성균 4종과 그람 음성균 3종 모두에 대하여 생육 억제 효과를 나타내지 않았다. 효모에 대한 생육 저해 활성은

Kluyveromyces fragilis

P

membranifaciens

Z

rouxii

Candida krusei

Candida versatilis

Candida sorbosivorans

Aspergillus flavus

Aspergillus niger

Penicillium roqueforti

Cladosporium cladosporioides

mL를 나타내었다. 항균 스펙트럼 조사 결과 까마중 추출물 은 항세균 활성은 나타나지 않았지만 여러 종의 효모와 곰팡 이를 억제하는 결과를 나타내어 항진균 활성이 우수함을 확 인하였다. Modilal 등(18)의 연구에서 까마중 추출물은

Escherichia coli

Klebsiella pneumoniae

Streptococcus

pyrogens

Staphylococcus aureus

Pseudomonas aeru-

ginosa

Xanthomonas campestris

Aeromonas hydrophila

Table 5. Antimicrobial activity of Solanum nigrum extract against food spoilage microorganisms

Microorganism Minimum inhibitory

concentration (μg/mL) Gram-positive

bacteria

Bacillus cereus KCCM 11204 Streptococcus faecalis ATCC 19433 Listeria monocytogenes KCTC 40307 Staphylococcus aureus KCTC 1621

－¹⁾

－

－

－ Gram-negative

bacteria

Escherichia coli KCTC 12119

Salmonella enterica subsp. enterica ATCC 19430 Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853

－

－

－

Yeast

Pichia membranifaciens ATCC 22687 Zygosaccharomyces rouxii ATCC 14680 Candida krusei ATCC 32196

Kluyveromyces fragilis KCTC 7156 Candida versatilis A1

Candida sorbosivorans C2

78 156

78

－ 39 156

Mold

Aspergillus flavus ATCC 9643 Aspergillus niger ATCC 9029 Penicillium roqueforti ATCC 10110

Cladosporium cladosporioides KCCM 32317

－ 39 156 625 Values are expressed as the mean (n=3).

1)No inhibition.

Table 6. Effect of temperature, pH, and NaCl treatment on anti-

Treatment

Minimum inhibitory concentration (μg/mL)

P. membranifaciens Z. rouxii

Temperature

−20°C, 24 h 4°C, 24 h 30°C, 24 h 50°C, 24 h 70°C, 24 h 100°C, 30 min 121°C, 15 min

78 78 78 78 78 78 78

156 156 156 156 156 156 156

pH 3 4 5 7 9

78 78 78 78 78

156 156 156 156 156

NaCl 5%

10%

15%

20%

78 78 156 156

156 156 313 313 Values are expressed as the mean (n=3).

리를 각각 에탄올, 메탄올, 에틸아세테이트로 추출하여 항곰 팡이 활성을 평가한 결과 까마중 씨의 에탄올과 에틸아세테 이트 추출물의 활성이 가장 우수하였으나, 까마중 잎 추출물 에서도 곰팡이에 대한 저해 활성이 확인되었다. 본 연구에서 항진균 활성이 우수한 것으로 확인된 까마중 추출물은 식품 에서 부패를 유발하는 효모와 곰팡이를 제어하는 천연 보존 소재로 활용할 수 있다. 특히 까마중 추출물에 대한 생육 저해 활성을 나타낸 효모 지시균 중

P

membranifaciens

Z

rouxii

C

versatilis

온도, pH 및 NaCl 안정성

대부분의 가공식품은 제품의 제조 과정에서 pH 조정 과 정 및 살균 공정 등을 포함하므로 식품에 사용되는 보존료는 다양한 pH 환경과 열처리에도 활성을 유지해야 한다. 또한, 발효식품이나 조미식품의 경우 염도가 매우 높으므로 이들 식품에 첨가하는 보존료의 경우 고농도의 염에서도 항균 활 성이 안정적으로 발현되어야 한다. 까마중의 주요 항균 활성 물질로 보고되고 있는 phenolics와 terpenoids는 화합물의 종류 및 구조에 따라 온도나 pH에 대한 안정성이 다른 결과 를 나타내는 것으로 알려져 있다(26,27). 본 연구에서는 까 마중 추출물의 산업적 활용도를 평가하기 위해 다양한 온도 및 pH와 농도별 NaCl 조건에서 까마중 추출물의 항효모 활성을 조사하여 Table 6에 나타내었다. -20~121°C의 넓 은 온도 범위에서 까마중 추출물을 처리한 후 남아있는 항효

모 활성을 측정한 결과 모든 시료에서

P

membranifaciens

Z

rouxii

mL의 MIC를 유지하며 온도에 매우 안정한 결과를 나타내 었다. 까마중 추출물의 pH에 대한 안정성을 조사하기 위하 여 pH 3~9 범위에서 까마중 추출물을 처리한 후 효모 지시 균에 대한 생육 저해 활성을 측정한 결과 모든 pH 처리구에 서 항효모 활성이 안정적으로 유지되었다. 까마중 추출물의 항효모 활성에 대한 NaCl의 영향을 평가하기 위해 까마중

추출물을 5, 10, 15, 20%의 NaCl 농도에서 처리한 후 효모 지시균에 대한 MIC를 측정하였다. 까마중 추출물의 항효모 활성은 5%와 10% NaCl 처리에는 영향을 받지 않았으나, 15%와 20%의 NaCl 처리 후에는

P

membranifaciens

Z

rouxii

mL의 MIC를 나타내면서 활성이 2배 정도 감소하는 결과를 보였다. 그러나 20%의 고염 조건에서도 항효모 활성이 실활 되지 않으므로 고염 식품에 적용할 경우 부패 효모를 효과적 으로 억제할 수 있을 것으로 예상한다.

경제성과 안전성이 확보된 식물성 항균 소재들이 연구되 고 있으나 산업적 활용을 위해 항균 활성의 안정성을 평가한 연구는 드문 실정이다. Kim 등(28)은 항세균 활성이 우수한 소목 추출물을 열처리 및 pH에 대한 안정성을 측정한 결과 60~121°C에서의 열처리와 pH 2, 4, 8로의 조정에도 항균 활성이 안정함을 보고하였다. Cao 등(29)은 항세균 활성을 나타내는 고수 추출물의 열(40~121°C), pH(pH 4~8), NaCl (1~3%)에 대한 안정성을 측정한 결과 모든 처리구에서 항 세균 활성이 안정한 결과를 나타내었다. 그러나 감초 에탄올 추출물은 열처리와 pH 3~7에서는 항세균 활성이 안정하지 만 pH 9에서는 활성이 감소하는 경향을 보였으며(30), 상산 나무 잎 메탄올 추출물은 80°C와 100°C의 열처리 및 pH 3과 7에서는 항세균 활성이 안정하지만 121°C에서 2시간 이상의 열처리와 pH 11에서 6시간 처리한 실험구에서는 항 세균 활성이 저하되는 결과를 보였다(31). 다양한 온도, pH, NaCl 조건에서 식물 유래 추출물의 항균 활성에 대한 안정 성은 항균 물질의 종류 및 구조에 따라 다양한 결과를 나타 낼 것으로 생각된다. 본 연구에서 까마중 추출물의 항효모 활성은 온도와 pH에 매우 안정하며 고농도의 NaCl 처리에 도 비교적 안정한 결과를 보이므로 식품의 다양한 가공 처리 와 저장 및 유통 중에도 부패 효모를 지속해서 억제할 수 있는 천연 보존 소재로서 산업적 활용 가능성이 높을 것으로 기대된다. 또한, 효모와 곰팡이에 대한 저해 활성이 우수한 까마중 추출물은 항세균 활성이 우수한 천연 소재와의 조합 을 통해 넓은 범위의 미생물을 억제할 수 있는 천연 보존제 로 개발될 수 있을 것으로 생각된다.

요 약

24종의 약용 식물의 열수 추출물을 대상으로 항효모 활성을 평가한 결과 까마중 추출물에서 유일하게 항효모 활성을 나 타내었다. 항효모 활성 천연 보존 소재의 개발을 위해 추출 수율과 항효모 활성이 우수한 까마중의 추출 조건을 평가한 결과 50% 에탄올, 용매 비율 1:25, 70°C, 4시간 추출 조건 이 선정되었다. 까마중 추출물의 산업적 활용도를 평가하기 위해 항균 스펙트럼과 온도, pH, NaCl 처리에 대한 항효모 활성 안정성을 조사하였다. 세균, 효모, 곰팡이에 대한 까마 중 추출물의 생육 저해 활성을 조사한 결과 항세균 활성은 나타나지 않았지만 효모 5종과 곰팡이 3종에 대한 저해 활

성을 나타내어 항진균 활성이 우수함을 확인하였다. 까마중 추출물의 항효모 활성 안정성을 평가한 결과, -20~121°C 의 온도와 pH 3~9의 처리에 모두 안정하였다. NaCl에 대한 영향은 10% 처리까지 안정하였으나, 15%와 20% NaCl 처 리에 항효모 활성이 2배 정도 감소하였다. 식품 부패 효모에 대한 생육 저해 활성과 항효모 활성 안정성이 우수한 까마중 추출물은 천연 식품 보존제로써 활용 가능성이 높을 것으로 기대된다.

감사의 글

본 연구는 산업통상자원부 경제협력권산업육성사업(R000 4538)으로 수행한 연구의 일부로 이에 감사드립니다.

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