STEAM R&E 연구결과보고서

STEAM R&E 연구결과보고서

(Allelopathy 등을 이용한 천연보존제 연구)

2016. 11. 30.

죽전고등학교

< 연구 결과요약>

과 제 명 Allelopathy 작용을 이용한 천연보존제의 가능성 연구

연구목표

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현재 사용되고 있는 식품보존제는 일반적으로 화학보존제를 사용하고 있고 이는 거의 대부분 유독성 화합물로써 인체에 잠재적 유해요인이 될 수 있다. 이에 화학보 존제를 효율적으로 대체 할 수 있는 천연보존제를 개발하고자 본 연구를 시작하게 되었다.

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본 연구는 천연보존제 개발의 일환으로 기존의 1재료 1기능을 가진 천연보존제 에서 벗어나 allelopathy를 응용하여 발아억제로 인한 변질을 막을 뿐만 아니라 항진 균 및 항산화 효과를 가진 범용성이 높은 천연보존제를 제작하여 화학보존제를 대체 할 천연보존제의 가능성을 연구하는 것이 목적이다.

연구내용

연구1. allelopathy(발아억제)효과가 뛰어난 천연보존제 재료 연구

본 연구의 원활한 진행을 위해서는 allelopathy작용에 대한 이해가 필수이다. 따라 서 기존에 연구를 바탕으로 은행나무와 소나무를 보존제 재료로 선택하여 발아억제 효과 증명 실험을 재현 해보았다. 식물은 열매를 이용하여 종족을 번식하고, 나무의 잎이 많이 떨어진 부분은 다른 식물이 많이 자라지 않는 모습을 관찰 할 수 있으므 로 열매와 잎에 알레로케미칼스 물질이 있다는 가설을 설정했다. 따라서 식물의 부 위별 알레로케미칼스 물질 함유량 분석은 열매(종자)와 잎을 비교하였다. 실험을 통 해 가장 효과가 좋은 추출물을 찾은 후 혼합물의 비율에 따른 발아억제효과를 분석 하여 최적의 천연보존제 재료를 선정하였다.

연구 2. 곰팡이 억제에 효과적인 천연보존제 재료 연구

사전 연구를 통하여 최적의 곰팡이억제 천연보존제 재료 후보로 크랜베리-안토시아 닌, 참깨-세사몰, 자몽-리모넨, 꿀-프로폴리스를 선정하였다. 그리고 실험을 통해 가 장 최적 재료를 선정한 후, 혼합비율에따른 곰팡이 억제효과를 확인한다.

연구 3. 천연보존제 제작

연구 1과 연구 2에 근거하여 선정한 재료로 천연보존제를 제작한다. 제작한 천연보 존제와 화학보존제를 비교하여 천연보존제의 효능을 검증하고 ph안전성과 발아억제 효과를 확인한 후 최소저해 농도를 확인한다.

연구성과

발아억제까지 가능한 천연 보존제를 제작하기 위해 allelopathy 작용에 대해 이해하고 allelopathy 효과를 가진 식물들을 혼합할 경우 성질에 변화가 있는지 확인하며, 혼합 비율에 따른 효과를 확인하여 최적의 발아억제 천연보존제 재료로 은행열매:솔방울=5:1 혼합액을 선정하였다.

곰팡이억제 천연보존제 재료 탐색을 위해 항산화, 항균효과를 갖는 천연재료에서 특정성 분을 추출한 후 실험을 통하여 재료로 안토시아닌(크랜베리), 세사몰(참깨)를 선정하였다.

또한 비율실험을 통하여 크랜베리:참깨=2:1 혼합액을 최적의 곰팡이 억제 보존제 재료로

선정하였다.

연구 1과 연구 2에 근거하여 천연보존제를 제작한 후 다양한 테스트를 통하여 천연보존제 의 효능을 입증하고 화학보존제와의 효능 비교 실험을 통해 시판가능성을 확인하였다.

화학보존제와 곰팡이 저해비율을 실험한 결과 <표>에서 보이는 것과 같이 실험을 통해 천연보존제의 화학 보존제 대체 가능성을 보았다.

제작한 천연보존제 화학보존제

1 2 1 2

원액 85.6(%) 87.8(%) 100(%) 100(%) 1%

희석 액

40.9(%) 45.3(%) 60.5(%) 58.9(%)

<표9> 천연보존제와 화학보존제의 곰팡이 저해 비율

본 연구의 천연 보존제는 천연재료에서 직접 추출하였기에 독성이 없으며 인체에 무해하 다. 이미 식양처에서 안정성을 검증한 재료를 사용하였기에 혼합제제의 조건을 부합한다.

기존의 단일 재료를 사용한 천연 보존제에 비해 3가지의 서로 다른 재료를 혼합하였기에 다양한 상황에 적용 가능하고 희석하여 사용할 수 있으므로 휴대용 스프레이와 같이 상품으로의 개발도 용이하다.

주요어 (Key words)

천연보존제, allelopathy, 안토시아닌, 세사몰, 피톤치드

연구동기 및 목적

Ⅰ

식품 보존제란 식품의 보존성을 높이기 위해 첨가하는 물질로, 세균의 발육을 억제하는 방부제¹⁾와 곰 팡이의 발육을 억제하는 방미제²⁾가 있다. 식품의 보존과 유통기한을 연장시키기 위해서 여러 가지 화학 적 합성품을 첨가하는데 이들은 효과는 크지만 그 안전성에 문제가 제기 되고 있다.³⁾ 최근 CR-5tm에 서 진행한 페녹시에탄올과 페노닙(복합파라벤)의 어독성 실험이 그 예이다. 최근에는 소비자의 식품에 대한 건강 지향적인 욕구에 따라 합성 첨가물의 기피현상이 강하게 일어나고 있다. 이러한 이유 때문에 인체에 무해한 대체 보존료가 필요하게 되었으며 일상생활에서 많이 섭취해 온 식품재료나 생약재로부 터 천연 항균성 물질을 찾아내는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하지만 보존제의 적용 범위에 대한 연구는 대부분 화장품에 대해 이루어지고 있고 식품과 관련된 보존제는 아직 개발이 미흡하다.

현재 사용되고 있는 식품보존제는 일반적으로 화학보존제를 사용하고 있고 이는 거의 대부분 유독성 화합물로써 인체에 잠재적 유해요인이 될 수 있다. 이에 화학보존제를 효율적으로 대체 할 수 있는 천 연보존제를 개발하고자 본 연구를 시작하게 되었다.

연구분야 및 적용범위

Ⅱ

1. 연구분야

항진균 및 항산화 효과가 있을 것이라고 추측되는 은행열매, 크랜베리, 참깨 등 우리 주위에서 쉽게 구할 수 있는 천연 식재료에서 원료를 조사하여 최적의 천연보존제 재료를 선정하고 이를 추출하여 경제성 있는 천연보존제를 제작하며, 공인 인증기관을 통하여 항균효과를 입증하고자 한다.

○ 화학 : 물-알코올 유기용매 추출법을 이용하여 천연재료에서 보존제의 원료를 추출한다.

○ 생물 : 발아억제 및 항진균, 항산화 효과를 통하여 식품을 보존한다.

○ 기술: 최소저해농도 및 ph안전성 확보를 통해 제품 상품화의 가능성을 확인한다.

2. 적용범위

이들 재료는 재형을 변화시킬 경우 다양한 분야에서도 사용 가능할 것으로 생각된다. 화장품, 항균물티슈 등에 방미제로 사용할 수 있고, 발아억제를 극대화할 경우 제초제로도 사용가능하다. 활용 사례를 정리하면 다음과 같다.

○ 농업 : 발아억제 작용을 응용하여 제초제로서 작용이 가능하다

○ 기술 : 도로 및 건물에 도포하여 항균 작용을 유도 할 수 있다.

○ 공학 : 항균작용을 활용한 공기청정 기술 개발이 가능하다.

○ 의학 : 항균 작용을 응용한 천연 약품을 개발 가능하다.

<그림1> 본 연구의 연구범위

<그림2> 본 연구 천연보존제의 조건

연구주제선정

Ⅲ

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기존 화학 보존제의 문제점 인식

화학 보존제의 문제점을 인식하고 있지만 이를 대체할 천연 보존제의 개발이 미흡하기 때문에 화학 보존제를 계속 사용하고 있는 실정이다. 이로 인한 인간과 자연에 대한 환경 보건의 피해 사례도 늘고 있으므로 화학보존 제를 효율적으로 대신 사용할 수 있는 천연보존제를 만들어야한다.

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^{연구 근거}

식품첨가물 관리 및 법적근거를 살펴보자, 식품위생법 제6조(고시되지 않은 합성첨가물의 판매금지), 식 품위생법 제7조(기준과 규격)을 보면 식품첨가물의 안전관리 강화에 따른 국민 보건 증진을 목표로 하고 있다. 이를 본 연구의 기준으로 삼았다.

○ 관계법령 : 「식품위생법」 제7조

○ 식품첨가물의 기준 및 규격 전부개정고시⁴⁾의 총칙 및 공통기준 중 “보존료”란 미생물에 의한 품질 저하를 방지하여 식품의 보존기간을 연장시키는 식품첨가물을 말한다.

○ 혼합제제를 제조할 때는 식품첨가물공전 제2조기준 중 혼합제제에 의거 : 산화방지제, 보존료, 유화제, 안정제, 용제 등의 식품첨가물을 사용할 수 있으며, 그 양은 기술적 효과를 달성하는데 필요한 최소량으로 하여야 한다.

○ 혼합제제를 제조할 때는 그 사용목적이 타당하여야 하며, 원래의 성분에 변화를 주는 방법이어서는 아니 된다.

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천연 혼합제제를 사용한 보존제의 조건

음식 부패 및 발아로 인한 식품변질 막고 곰팡이 및 세균의 증식을 억제해야한다. 이를 위해 항산화, allelopathy, 항진균 및 항세균 기능을 갖는 천연재료를 찾아야한다.

Ⅳ 연구방법

1.연구개요

○ 기존 1재료-1기능을 갖는 천연 보존제에서 벗어나 allelopathy를 통한 발아 억제, 항균, 항산화 기능 을 모두 갖는 천연 보존제를 만들기 위해서 재료들을 추출한다. 이후 원재료들의 혼합시 추출물들의 기 능을 저해하지 않는 최적재료를 선정한 후 상품성을 두루 갖는 천연 보존제를 제작한다.

세사몰 표준 세사몰 추출액

핵심기술1. 물-유기용매(식약처 허용 용매 사 용)법에 근거하여 1차 추출 후 KSC에서 2차 추출, 이를 HPLC분석, 적외선분석 등을 이용하 여 표준용액과 비교하여 추출액의 신뢰도 증가

핵심기술2. 여러 기능이 혼 합되어 있음에도 발아억제 작용과 항진균 효과 기능이 유지ㆍ보완됨

2. 연구 과정

발아억제까지 가능한 천연 보존제를 제작하기 위해 allelopathy 작용에 대해 이해하고 allelopathy 효과를 가진 재료를 혼합할 경우 성능에 변화가 있는지 확인한다. 혼합 비율에 따른 allelopathy 효과를 확인하여 최적의 발아억제 천연보존제 재료를 선정한다. 곰팡이억제 천연보존제를 만들기 위해 항산화, 항균효과를 갖는 천연재료에서 특정성분을 추출한 후 최적재료를 선정한다. 앞선 연구에 근거하여 천연보존제를 제작한 후 다양한 테스트를 통하여 천연보존제의 효능을 입증한다.

<연구 1> allelopathy(발아억제)에 효과적인 천연보존제 재료 연구

실험 1. 각 재료의 allelopathy 작용에 대한 이해

실험 2. 혼합액 종류에 따른 allelopathy 효과 비교 실험 3. 혼합 비율에 따른 allelopathy 효과 비교

<연구 2> 곰팡이 억제에 효과적인 천연보존제 재료 연구

실험 1. 보존제 재료 추출

실험 2. 혼합액의 곰팡이 억제 효과 비교 실험 3. 혼합 비율에 따른 곰팡이 억제 효과 비교

<연구3> 천연 보존제의 효과 검증 및 인증

실험 1. 천연 보존제의 최소저해농도 및 ph안전성 실험 2. 발아억제 효과 검증

실험 3. 화학보존제(페녹시에탄올)와 효능 비교

이론적 배경 및 선행연구

Ⅴ

1. 이론적 배경 1)식품 보존제

식품 보존제는 미생물의 생육과 증식에 의한 식품의 부패나 변질을 방지하고 화학적인 변화를 억제하여 보존성 향상, 영양가 및 신선도 유지를 목적으로 하는 식품 첨가물이다. 부패 미생물에 대한 발육을 억 제하는 정균작용(bacteriostatic action)과 식품 속에 들어있는 효소의 발효 억제 작용을 한다. 식품 보 존제의 종류는 다음과 같다.

➀ 화학 보존제: 물질의 변질과 부패를 막아주는 역할을 하지만, 천연보존제와는 다르게 화학 보존제는 재료들을 화학적으로 합성해 만들어진 보존제이다. 기존에 개발된 천연 보존제에 비해 지속력은 뛰어나 지만 인체에 유해한 영향을 미친다는 연구결과가 많이 나오고 있다. ex)벤조산 데하드로 아세트산, 프로 피온산

➁ 천연 보존제: 자연으로부터 얻어진 재료들로만 만들어진 보존제로, 화학보존제와 같이 물질의 변질과 부패를 막아주는 역할을 해준다. 천연 재료로 만들어졌기 때문에 인체에 무해한 제품이 많으나 화학보 존제보다는 지속력이 떨어진다는 단점이 있다.

➂ 산화방지제: foreign tatse나 갈변으로 나타나는 식품의 품질저하를 막기 위해 사용하는 식품 첨가물

➃ 상승제: 산화방지제와 함께 있을 때, 항산화력을 증가시키고 지속력을 강화하여주는 식품첨가물

2) 한국인이 하루에 섭취하는 보존제의 양

보존료의 일일추정섭취량 산출은 한국인의 식이를 통한 보존료의 일일추정섭취량과 안전성평가 한국식 품과학회지2008 ; 40(5): 503-509 논문을 참고 하였다. 허용된 보존제중 propionic acid, DHA(dehyoacetic acid)와 p-hyoxybenzoic acid esters는 모든 조사대상 식품에서 검출되지 않았다.

Sorbic acid는 조사대상 식품중 8.3％에서 검출되었고 장류, 어묵 및 육제품에서 0~957 ppm이 함유되 어 있었다.

Benzoic acid는 조사대상 식품중 2.1％에서 검출되었고 음료류에서 0~525 ppm이 함유되었다. 또한 국민영양조사를 이용하여 국민 1인당 1일 보존제 섭취량을 산출한 결과 benzoic acid는 음료류를 통해 0.63 mg, sorbic acid는 장류, 어묵 및 육제품등을 통해 2.13 mg씩을 각각 섭취하였다. 이들 보존제의 1일 총섭취량과 ADI를 비교한 결과 평균체중이 50 kg일때 sorbic acid 섭취량은 ADI 허용치 1250 mg 의 0.17％였고, benzoic acid 섭취량은 ADI 허용치 250 mg 의 0.14％였다.

<그림3> 식품에 들어있는 화학보존제

<그림3>에서 보다시피 식품에 사용되는 합성보존제의 양은 상당하다. 화학보존제의 섭취가 지속적으로 반복되고 체내에 축척된다면 아소산과 반응하여 중추신경마비, 출혈성 위염, 간에 악영향, 발암성, 염색 체 이상, 눈, 피부 점막을 자극등 다양한 질병을 유발할 수 있으므로 화학보존제 대체 가능성 문제 해결 이 시급한 것으로 보인다.

3) allelopathy(상호대립억제작용)

어떤 두 종의 생물이 차지하는 생태적 지위가 유사하면 할수록 이들 사이에 생존 경쟁이 활발하게 일 어나게 되는데, 경쟁에서 승리하기 위한 하나의 방법으로 식물은 상호대립억제작용 물질을 분비한다. 이 러한 식물의 자기보호 본능으로 식물에서 일정한 화학물질이 생성되어 다른 식물의 생존을 막거나 성장 을 저해하는 작용을 상호대립억제작용(相互對立抑制作用)이라 한다. 쉽게 말해서 식물체내에서 생성된 물질이 다른 식물의 발아와 생육에 영향을 미치는 생화학적인 상호반응을 allelopathy, 즉 상호대립억제 작용이라고 하는 것이다.

과육이 있는 은행 종자를 만져 보면 지독한 냄새와 독성물질을 분비하는 것을 볼 수 있는데 은행나무 가 현존하는 살아있는 화석이라 불리는 이유도 이러한 은행나무의 생존전략이 있어서이다. 은행나무뿐 만 아니라 소나무는 allelopathy를 하는 식물 중에서도 효과가 제일 뛰어나다는 연구결과⁵⁾가 있다. 상호 대립억제물질은 인체에 긍정적인 영향을 주는 것도 많아 신약개발에도 활발하게 이용되고 있고 최근에 는 이러한 식물의 특성을 이용하여 친환경농법이 개발되기도 한다. 이러한 상호대립억제물질을 식품 보 존제에 적용하여 저장식물의 발아를 막으면 일반가정에서도 쉽게 쓸 수 있는 천연보존제를 만들 수 있 을 것이다.

4) 식품이 변질되는 이유

① 부패(putrefaction) : 식품이 미생물의 작용에 의해 형태․색․경도․맛 등 본래의 성질을 잃고 악취를 발 생하거나 각종 아민계 유독성 물질을 생성하여 먹을 수 없게 되는 현상을 말하며 고분자의 단백질이 혐 기성균의 작용으로 분해되어 저분자가 되는 과정에서 악취를 발생하는 경우를 말하기도 한다. 주로 단 백질 식품이 부패세균에 의해 분해되어 불쾌한 냄새와 맛을 내고 amine, H2S, ammonia 등 유해물질을 생성한다.

② 변패(deterioration) :　단백질 이외의 당질․지질이 미생물 등의 작용에 의해 분해되어 변화되는 현상 으로 신맛을 생성하거나 냄새를 생성하고 부패의 경우보다 유해물질의 생성이 비교적 적다.

③ 산패(rancidity) : 지방이 공기 중의 산소, 광선, 효소 등의 작용에 의해서 풍미의 변화, 변색, 점질화 를 일으키는 것으로 특히 지방의 자동산화에 의해서 생성된 과산화물이 저급지방산이나 알데히드로 분 해되어 불쾌한 자극취를 나타내는 현상을 말한다.

2. 선행연구

1) 크랜베리-안토시아닌( anthocyanin )의 항산화 활성

‘국산 블루베리 착즙액의 안토시아닌 분석 및세포주에서의 항염효과 RAW267.4 ’와 ‘크랜베리 농축 액을 첨가한 젤리의 품질 및 항산화 활성’에 의하면 안토시아닌은 항산화 효과가 매우 뛰어남이 검증되 었다. 이를 바탕으로 안토시아닌을 본 연구에 사용될 재료로 선택하였다.

<그림4> 안토시아닌의 분자구조

위의 구조는 A, B, C 고리로 나뉜다. A고리는 제일 왼쪽, B고리는 제일 오른쪽, 그리고 C고리는 중 간의 고리를 지칭한다. 이 안토시아닌의 합성과정에서 shickimic acid에서 유래한 부분의 압박으로 3',4', 5'탄소부분에 주로 수산기(-OH)가 붙은 경우가 많고, A고리의 5,7번 탄소에도 수산기가 붙어있는 경우가 많다. 3번 탄소에 붙어있는 수산기는 탄수화물과 결합해서 O-link glycoside를 이룬다. 카테킨류 에서도 볼 수 있다.

2) 참깨-세사몰(sesamol)

참깨에는 세사몰이라는 성분이 들어 있다. 세사몰이란 참깨에 존재하는 lignan류의 하나인 sesamoline이 가수분해되어 얻어지는 항산화성 물질이다. 그 외에 sesaminol, sesamolinol, pinoleginol 등의 lignan이 있다. 참깨기름의 불검화물중에 존재한다.

배전하여 얻은 참깨 기름에는 유리의 지방산으로 촉매된 sesamolin이 가수분해되어 생기는 sesamol 이 강한 항산화성을 나타낸다. 배전하지 않고서 얻은 샐러드기름에는 정제공정에서 산성 백토로 촉매되 어 sesamolin이 전이하여 생기는 sesaminol이 강한 항산화성을 나타낸다

.

세사몰은 항노화, 간 해독작 용 촉진, 과산화지질 생성 억제 등의 효과를 발휘한다. 참깨의 항산화효과는 올리브기름보다 우수한 것 으로 밝혀지기도 했다.

세사몰은 Villavecchia법 등의 정색 반응, UV 흡수측정(λmax 233, 296), 고속액체크로마토그래피 등에 의해서 검출된다. 융점 65.5℃의 백색결정, 에탄올이나 에테르에 쉽게 녹고 물에 녹기 어렵다.

<그림5> 세사몰의 분자구조

3) 피톤치드(Phytoncide)의 항균성

피톤치드는 식물이라는 뜻의 ‘Phyton’과 죽이다라는 뜻의 ‘Cide’가 합쳐진 말로 나무가 해충이나 병원

균 등으로부터 자신을 지키기 위해 만들어내는 천연항생 물질로 주성분은 테르펜(Terpen)이라는 유기화 합물이다. ‘피톤치드 추출 및 가공기술과 현황(2010. 12, 71-82)’을 보았을 때, 피톤치드는 박테리아나 곰팡이, 기생충 등을 없애거나 성장을 억제하는 것으로 알려져 있다. 세균류에 대한 작용을 검토한 결 과, 나뭇가지의 피톤치드 정유 성분은 황색포도상구균과 대장균에 살균작용을 갖는다는 사실을 알 수 있다.

<그림6> 피톤치드(Terpene)의 분자구조

연구 활동 및 과정

Ⅵ

<연구 1> allelopathy(발아억제)에 효과적인 천연보존제 재료 연구

실험목표

§ 은행나무와 소나무의 Allelopathy 작용에 대한 이해

§ allelopathy 효과를 가진 식물들을 혼합에 따른 성질 변화 탐구

본 연구의 원활한 진행을 위해서는 allelopathy작용에 대한 이해가 필수이다. 따라서 기존에 알려져 있 는 앞선 조사를 바탕으로 은행나무와 소나무를 보존제 재료로 선택하여 발아억제효과 증명 실험을 재현 해보았다. 식물은 열매를 이용하여 종족을 번식시키고 나무의 잎이 많이 떨어진 부분은 다른 식물이 많 이 자라지 않는 모습을 관찰 할 수 있으므로 열매와 잎에 알레로케미칼스 물질이 있다는 가설을 설정했 다. 따라서 식물의 부위별 알레로케미칼스 물질 함유량 분석은 열매(종자)와 잎을 비교하였다.

1 allelopathy 작용에 대한 이해

1) 실험 목표 : allelopathy 효능이 있을 것으로 예상되는 식물의 부위별 추출물을 이용하여 Allelopathy 작용에 대해 이해하고 알레로케미칼스가 가장 많이 들어있는 부위를 찾는다.

2) 준비물 : 소나무 잎 10g, 은행나무 잎 10g, 솔방울 10g, 은행나무 열매 즙 10g, 페트리접시, 스포이 드, 무순 씨앗, 키친타올, 전자저울, 물, 알코올

3) 변인통제

§ 종속변인: 무순 씨앗의 발아 개수 § 조작변인: 추출액의 종류

§ 통제변인: 씨앗의 개수(20개), 패트리 접시의 크기(allelopathy가 미치는 범위), 장소 4) 실험방법

① 물-알코올 유기용매 추출법을 이용하여 은행잎, 솔방울, 소나무 잎, 은 행열매를 각각 넣고 끓여 1차 추출액을 만든다.

② ①의 추출액을 중탕하여 에탄올은 증발시키고 여과지(Whatman No.3) 로 거른다.

③ ②에서 거른 액체를 원심분리한 후 불순물은 제거하고 윗부분만 걸러 내 2차 추출액을 만든다.

④ 패트리접시 위에 키친타올을 두고 무순씨앗을 올린 후 ③의 추출액을 10ml뿌린다.

⑤ 마르지 않도록 6시간 마다 추출액(5ml)을 뿌린 후 씨앗의 발아 개수를 관찰 한다.

<그림7> 실험 세팅

5) 실험 결과

일자에 따른 발아 개수는 <표 1>와 같다.

(개) 종류

일자 물(대조군) 은행열매 솔방울 은행잎 소나무 잎

1일차 2 4 4 3 4

2일차 9 0 0 2 2

3일차 2 1 2 2 3

총합 13 5 6 7 9

<표1> 부위별 추출액에 따른 발아억제 효과 비교 6) 결과 분석

allelopathy 효능은 다른 식물에 스며들어 성장을 저해하거나 그 속에서 발아를 억제하는 것인데, <표 1>을 통해 allelopathy작용이 발아를 억제하는 방향으로 이루어졌음을 알 수 있다. 추출물을 첨가할 경 우 일시적으로 무순 씨앗이 수분을 많이 흡수하기 때문에 싹을 일찍 틔우지만, 곧이어 allelopathy 효능 이 작용하여 발아를 억제하기 시작하였다. <표1>의 실험 결과를 통하여 소나무와 은행나무에는 열매(종 자)에 피톤치드가 많이 들어 있음을 알 수 있었고 그중에서도 은행열매의 allelopathy가 가장 강한 것을 알 수 있었다.

7) 시사점

은행나무와 소나무 모두 발아 억제 효과가 있으며, 발아 억제 능력을 갖는 보존제의 재료로 사용 가능 하다. 추후 혼합을 통해 allelopathy 효과를 증진시킬 수 있는지 확인한다.

2 혼합액 종류에 따른 allelopathy 효과 비교

1) 실험 목적 : 실험 1에서 얻은 추출액을 혼합 하였을 때 allelopathy 효과에 변화가 있는지 확인한다.

재료를 혼합하여 우수한 성능만을 조합한 천연보존제를 제작할 수 있는지 가능성을 확인해본다.

2) 준비물 : 실험 1의 추출액, 패트리접시, 스포이트, 무순 씨앗, 키친타올, 전자저울, 물 3) 실험방법

① 각 추출액을 1:1 비율로 섞는다. (5ml+5ml)

② 혼합액 10ml를 뿌린 후 씨앗의 발아 개수를 관찰 한다.

4) 실험 결과

(개)

발아 개수

1번 2번 3번 4번 5번 6번 7번 8번 9번 10번 11번 12번

1일차 2 3 2 1 2 1 4 2 3 3 2 2

2일차 9 0 4 1 2 2 0 1 8 5 3 4

3일차 2 4 0 0 1 1 1 0 3 3 1 3

총합 13 7 6 2 5 4 5 3 14 11 6 9

<표2> 혼합액의 종류에 따른 발아억제 효과 비교

1번: 물(대조군) 2번: 은행잎+은행열매 3번: 은행잎+소나무잎 4번: 은행열매+솔방울 5번: 은행열매+소나무잎 6번: 은행잎+솔방울 7번: 소나무잎+솔방울 8번: 은행잎+소나무잎+솔방울 9번: 은행잎+소나무잎+솔방울 10번: 은행잎+은행열매+소나무잎 11번: 은행열매+소나무잎+솔방울

12번: 은행열매+소나무잎+솔방울+은행잎

5) 실험 분석

<표2>에서 보이는 것처럼 혼합액 대부분이 물(대조군)보다 발아 개수가 적거나 비슷하였고 발아를 증 진시키지는 않는다. 실험결과, 은행열매&솔방울 혼합액이 발아개수 2개로 가장 발아억제 효과가 좋았는 데 이는 피톤치드(Terpene성분)가 종자에 많이 들어있기 때문이라고 파악 할 수 있으며 실험 1의 결과 와 비교해 보았을 때 한 가지 추출물만을 사용하는 것보다 혼합액이 발아억제 효과가 뛰어났다. 혼합액 은 식물의 남용을 막을 수 있으며 계절에 따른 가격 변동에 상대적으로 영향을 덜 받는 제품을 만들 수 있다는 점에서 우수한 것으로 보인다. 따라서 발아억제에 효과적인 천연보존제의 재료로 은행열매와 솔 방울 혼합액을 선정하였다.

6) 시사점

알레로케미칼스인 피톤치드(Terpene성분)를 많이 가지고 있는 은행열매와 솔방울 추출액을 비율을 달 리하여 혼합한 후 발아 억제 능력을 비교하여 최적비율을 찾을 필요성을 느끼었다.

3 혼합 비율에 따른 allelopathy 효과 비교

1) 실험 목적 : 은행나무 열매와 솔방울 추출액을 혼합하여 천연보존제에 첨가할 최적 비율을 찾는다.

2) 준비물 : 실험 1의 추출액(솔방울 추출액, 은행열매 추출액), 페트리접시, 스포이트, 무순 씨앗, 키친타 올, 전자저울, 물

3) 실험방법

① 은행열매 추출액과 솔방울 추출액을 10:1, 5:1. 2:1, 1:1, 1:2, 1:5, 1:10 비율로 섞는다.

② 혼합액 10ml를 뿌린 후 씨앗의 발아 개수를 관찰 한다.

4) 실험 결과

1번: 증류수(대조군) 2번: 은행열매:솔방울=10:1 3번: 은행열매:솔방울=5:1 4번: 은행열매:솔방울=2:1 5번: 은행열매:솔방울=1:1 6번: 은행열매:솔방울=1:2 7번: 은행열매:솔방울=1:5 8번: 은행열매:솔방울=1:10

5) 결과 분석

<그림8>에서 보다시피 은행열매 솔방울을 5:1 비율로 섞은 것이 발아개수 1개로 가장 발아억제효과가 뛰어났 다. 이로써 은행열매와 솔방울 추출액의 최적 혼합 비율은 5:1인 것을 찾았고, 이를 발아 억제를 위한 천연 보존제 재료 1로 선정한다.

6) 시사점

본 연구는 발아 억제 및 항진균, 항세균, 항산화기능을 갖춘 천연보존제를 만드는 것이다. 이를 위해 항진균, 항세균 기능을 갖는 천연 보존제의 재료를 찾고, 이를 첨가하여 alleloapathy 효과까지 갖춘 범 용적인 천연보존제를 만들기 위한 연구를 진행하기로 하였다.

0 2 4 6 8 10 12

발 아 개 수

1번 2번 3번 4번 5번 6번 7번 8번

1일차 2일차 3일차

<그림8> 혼합 비율에 따른 발아개수 비교 10

7

1 3 4

8 7

2

<연구 2> 곰팡이 억제에 효과적인 천연보존제 재료 연구

실험목표

§ 크랜베리의 안토시아닌과 참깨의 세사몰, 자몽의 리모넨, 꿀의 프로폴리스 성분을 추출하여 분석 해봄으로서 각각재료의 특징을 이해한다.

§ 추출액 혼합시의 항진균효과 항산화 효과에 근거하여 최적의 보존제 재료를 선정한다.

크랜베리의 성분중 하나인 안토시아닌은 강한 항산화작용을 일으킨다. 크랜베리의 성분 중 대부분이 안토시아닌이므로 크랜베리를 통해 안토시아닌의 항산화 효과를 효율적으로 증명할 수 있다고 생각해 서 보존제 재료로 선정하게 되었다.⁶⁾

참깨는 우리주변에서 흔하게 볼 수 있는 식품류에 속하며 최근 참깨에 들어 있는 세사몰 성분이 강 한 항산화 작용을 나타낸다는 연구 결과가 밝혀졌다. 세사몰 성분은 보존제 재료로서의 가능성이 높 다고 판단했다.⁷⁾

꿀의 프로폴리스는 강한 살균성을 가지고 있어 꿀이 오랜 시간이 지나도 변하지 않게 한다. 프로폴 리스는 강력한 보존제 재료라고 판단되어 보존제 재료로 선정했다.⁸⁾

자몽의 나린진과 리모넨은 천연 항균제로 사용되며 산화방지효과가 뛰어나 천연방부제의 재료로 사 용되기도 한다. 이런 경유에서 자몽종자추출물을 보존제 재료로 선정하게 되었다.⁹⁾

1 보존제 재료 추출

1) 실험 목적 : 참깨의 세사몰과 크랜베리의 안토시아닌, 자몽의 리모넨, 꿀의 프로폴리스를 추출하고 표준용액와 비교하여 추출의 신뢰성을 높인다.

2) 준비물 : 물, 크랜베리 농축액, 참깨, 꿀, 자몽 추출물, 에탄올, 스포이트, 공병 3) 실험 과정

① 참깨, 크랜베리는 물-알코올 유기용매 추출법을, 꿀과 자몽은 물과의 희석을 통해 추출액을 만든 다.

② ①의 추출액을 중탕하여 에탄올은 증발시키고 여과지(Whatman No.3)로 거른다.

③ ②에서 거른 액체를 원심분리한 후 불순물은 제거하고 윗부분만 걸러내 2차 추출액을 KSC에서 2 차로 추출한다.

④ 적외선 분광기(FT-IR)¹⁰⁾와 자외선 분광기(UV)¹¹⁾를 이용하여 추출물을 표준 용액과 비교한다.

4) 분석 결과

표준 추출

<그림9> 크랜베리-안토시아닌의 적외선 분광(FT-IR) 사진

표준 추출

<그림10> 참깨-세사몰의 HPLC분석 사진

표준 추출

<그림11> 자몽-리모넨의 HPLC 분석 사진

표준 추출

<그림12> 꿀-프로폴리스의 적외선 분광(FT-IR) 사진

5) 추출물의 항산화 효과 검증

<그림9>, <그림10>, <그림11>, <그림12>에서 보이는 것처럼 표준용액과의 비교를 통해 우리가 추출 한 물질을 확인하였다. 표준용액과의 일치도를 통해 신뢰성을 확보하였다.

2 혼합액의 곰팡이 억제효과 비교

1) 실험 목적 : 안토시아닌과 세사몰, 프로폴리스, 리모넨을 혼합했을 때의 식품의 방부효과와 항산화 효과를 검증한다.

2) 준비물 : 실험 1의 추출액, 물, 패트리접시, 식빵(9cmx9cm), 스포이트, 공병 3) 변인 통제

§ 종속변인: 곰팡이 발생 유무 § 조작변인: 추출액의 혼합 방법

§ 통제변인: 온도, 습도, 실험하는 장소, 패트리접시의 크기, 빵의 종류 및 크기 4) 실험 방법

① 안토시아닌 추출액과 세사몰 추출액을 1:1비율로 섞어 보존제를 만든다.

② 빵을 올려놓은 접시위에 혼합액을 스프레이로 15번씩 뿌린다.

③ 습한 조건을 유지하기 위해서 12시간 마다 스프레이로 혼합액과 물을 10번씩 뿌리면서 육안으로 곰팡이의 발생 유무를 확인한다.

5) 실험 결과

물(대조군) 참깨+

크랜베리 꿀+

크랜베리 꿀+참깨 자몽+

크랜베리 자몽+꿀 참깨+자몽 크랜베리+

자몽+꿀

자몽+참깨+

앞 뒤 꿀

직후 × × × × × × × × × ×

1일 차 × × × × × × × × × ×

2일 차 ○ × × × × × × × × ×

3일차 ○ ○ × ○ × × × × × ×

4일차 ○ ○ × ○ ○ ○ ○ × ○ ×

<표3> 추출액 혼합에 따른 곰팡이 억제효과 비교

<그림13> 추출액 혼합 과정

물(대조군) 참깨+크랜베리 혼합액(실험군)

1일 후

2일 후

3일 후

<표4> 참깨&크랜베리 혼합액의 곰팡이 억제 효과 6)결과 분석

<표3>을 보아 참깨추출액이 있는 혼합액이 가장 방미효과가 우수했다. 꿀을 첨가한 보존제의 경우 점성이 커 분사 정도가 어렵고 뿌린 후 촉감 등이 좋지 않은 문제점이 있었다. 자몽 추출물의 경우 시중에 천연 보존제의 재료로 많이 사용되고 있다. 새로운 재료를 이용하여 천연 보존제를 만들겠다는 본 연구의 취지와 맞지 않는다고 판단되어 재료로는 사용하지 않았다. 자몽과 꿀이 보존제 재료에서 제외됨에 따라 참깨+크랜베 리 혼합액이 재료로 선정되었다. 이에 대한 정확한 효과증명을 위해 재실험을 실행하였다. 곰팡이가 자랄 수 있는 최적의 조건을 마련해 주었음에도 <표4>에서 보이는 것처럼 참깨+크랜베리 혼합액은 시간이 지나도 곰팡이가 피지 않았다. 이로서 참깨&크랜베리 혼합액은 항산화 효과와 방부효과를 가지고 있는 것이 증명되었 다.

7) 시사점

세사몰과 안토시아닌의 혼합비율을 달리하며 최적의 천연보존제를 만들어 본다. 이를 위해 아가로스 배지와 항온기를 이용하여 구간을 나누어 도포한 후 곰팡이가 자라는 경향성을 확인한다.

3 혼합 비율에 따른 곰팡이 억제 효과 비교

1) 실험 목적 : 안토시아닌과 세사몰의 혼합 비율을 달리하여 최적의 항진균 효과를 갖는 천연보존제를 만든다. 아가로스 배지 확산법을 이용하여 곰팡이의 변화 양상을 측정한다.

2) 준비물 : 푸른곰팡이, 크랜베리+참깨 추출 혼합액(10:1, 5:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1;5, 1:10), 한천배지, 클 린벤치, 도말봉, 붓, 파라필름, 항온기

3) 실험 방법

① 비율을 달리하여 추출액을 혼합한다.

② 클린벤치에서 아가로스배지에 푸른곰팡이를 도말한다.

③ ①의 혼합액을 아가로스배지에 덧바른 후 항온기(25℃)에 넣어 관찰한다.

4) 실험 결과

푸른곰팡이(대조군) 크랜베리:참깨=10:1

크랜베리:참깨=5:1 크랜베리:참깨=2:1

크랜베리:참깨=1:1 크랜베리:참깨=1:2

크랜베리:참깨=1:5 크랜베리:참깨=1:10

<그림14> 아가로스 배지

5) 결과 분석

크랜베리:참깨=1:10과 크랜베리:참깨=2:1 혼합액이 가장 곰팡이를 잘 억제했다. 시간을 두고 다른 실 험군과 푸른곰팡이의 분포양상을 비교한 결과, 크랜베리:참깨=2:1 혼합액이 곰팡이를 가장 많이 억제하 였다. 이를 근거로 최적의 천연보존제 재료를 크랜베리:참깨=2:1혼합액으로 선정하였다.

6) 시사점

실험을 통해 곰팡이 억제제 재료로 선택한 크랜베리와 참깨 혼합액이 방미효과가 있음을 알 수 있었 다. 앞선 두 실험을 통해 찾은 재료를 혼합하여 천연보존제를 제작하고 효과 테스트를 진행한다.

푸른곰팡이(대조군) 크랜베리:참깨=10:1 크랜베리:참깨=5:1 크랜베리:참깨=2:1

크랜베리:참깨=1:1 크랜베리:참깨=1:2 크랜베리:참깨=1:5 크랜베리:참깨=1:10

<표6> 2주 후 곰팡이 억제율 비교

<표5> 3일 후 곰팡이 억제율 비교

<연구 3> 천연보존제의 효과 검증 및 안전성 TEST

실험목표

연구 1의 혼합 비율에 따른 allelopathy 효과와 연구 2의 곰팡이 억제 효과에 근거하여 은행열매:솔 방울=5:1추출액, 크랜베리 : 참깨 = 2:1추출액으로 천연보존제를 제작 하였다. 천연보존제의 효과분석 을 위해 다양한 테스트를 진행하였다.

1 화학보존제(페녹시에탄올)와 방미 효과 비교

1) 실험 목표 : 기존에 사용되고 있는 방부제(페녹시에탄올)와의 방부능력을 비교한다.

2) 준비물 : 제작한 천연보존제, 화학보존제(페녹시에탄올 94%), 한천배지, 접시 3) 실험 과정

① 한천배지에 푸른곰팡이를 도말하고, 그 위에 천연보존제 원액(안토시아닌 10ml+세사몰 추출액 10ml), 1% 희석액(물 100ml+제작한 천연보존제 10ml), 화학보존제 원액, 1%희석액(물 100ml+페녹시 에탄올10ml), 0.1% 희석액을 붓으로 2번 펴 바른다.

② 도말 후에는 곰팡이의 포자 확산 방지를 위해 파라필름으로 감싼다.

③ 패트리접시에 도말한 배지를 25℃ 항온기에 넣어 24시간마다 관찰한다. 아가로스 배지 확산법을 이용하여 곰팡이의 변화양상을 측정한다.

4) 실험 결과

푸른곰팡이 (대조군)

천연보존제 원액

화학보존제 원액 천연보존제 1 천연보존제 2

3일차

<그림15> 곰팡이 면적 측정 과정

푸른곰팡이 (대조군)

천연보존제 1%희석액 화학보존제 1%

천연보존제 1 천연보존제 2 희석액

3일차

4일차

5일차

<표8> 천연보존제와 화학보존제 희석 비율 효능 실험 4일차

5일차

<표7> 천연보존제와 화학보존제 원액 효능비교

제작한 천연보존제 화학보존제

1 2 1 2

원액 85.6(%) 87.8(%) 100(%) 100(%)

1%

희석액 40.9(%) 45.3(%) 60.5(%) 58.9(%)

<표9> 천연보존제와 화학보존제의 곰팡이 저해 비율

5)결과 분석

<표7>, <표8>대조군과 비교했을 때 제작한 천연보존제는 식품보존에 효과를 보이지만, 화학 보존제와 비교 했을 때는 효과가 좋지 않았다. 천연보존제의 원액은 75.8% 정도로 곰팡이를 억제하였지만 희석 액은 40%로 저해율이 낮았다. 이 실험을 통해 천연보존제의 화학 보존제 대체 가능성을 보았고 조금 더 개발 한다면 이를 상업화 하여 화학보존제로 인해 발생하는 피해를 줄일 수 있을 것이다.

6)시사점

제작한 천연보존제는 원액을 사용했을때는 효과가 뛰어나지만 1%희석액을 사용하였더니 효과가 미미 하였다. 경제성 확보를 위해서는 천연보존제의 최소비율을 찾는 것이 중요하므로 이후 천연보존제의 최 소저해농도 실험을 진행한다.

2 발아 억제 효과 검증

1) 실험 목적: 저장식물의 발아억제효과를 확인하여 실용화 가능성을 확인하였다.

2) 준비물 : 천연보존제, 네임펜, 감자, 컵 3) 실험과정

➀ 1% 희석한 천연보존제 100ml 와 물 100ml 를 각각 컵에 담는다.

   ➁ 감자를 두 개의 컵에 넣은 후 감자의 싹이 성장한 길이를 측정한다.

4) 실험 결과

0 2 4 6 8 10 12 감 자 싹 개 수

1(처음) 5 10 15 20

일

물(대조군) 천연보존제

[그림16] 천연보존제의 감자 발아 억제 효과비교

1일(처음) 5일 10일 15일 20일

싹 개수 (개)

싹의 평균길 이 (cm)

싹 개수 (개)

싹의 평균 길이 (cm)

싹 개수 (개)

싹의 평균 길이 (cm)

싹 개수 (개)

싹의 평균 길이 (cm)

싹 개수 (개)

싹의 평균 길이 (cm) 천연

보존제 0 0 0 0 0 0 1 0.3 3 0.7

물

(대조군) 0 0 0 0 2 0.5 6 1.7 10 2.5

<표10> 천연보존제의 감자 발아 억제 효과비교 5) 결과 분석

<그림16>와 <표10>를 보았을 때, 제작한 천연보존제가 감자의 발아와 생장을 억제했음을 알 수 있다.

또한 감자가 썩지 않은 것으로 보아 제작한 천연보존제는 방부효과까지 가지고 있음을 판단할 수 있었 다.

3 천연 보존제의 최소저해농도 및 ph안전성

‘식물의 alleopathy를 이용한 황색포도상구균의 생장억제 효능에 대한 연구’에 따르면 allelopathy 성분 은 황색포도상구균의 생장을 억제하는 효능이 나타나지 않는다고 한다. 이를 근거로 천연보존제가 곰팡 이를 억제한다면 세균이 필 것이라고 생각했고 억제하지 못한다면 플레밍의 푸른곰팡이 연구에 따라 곰 팡이가 필 것이라고 생각했다.

1) 실험 목적 : 천연보존제를 만든후 최소저해농도를 확인한다. 푸른곰팡이와 세균을 사용하였으며 이를 선택한 이유는 푸른곰팡이에서 추출한 페니실린이 세균의 성장을 억제할 수 있다는 알렉산더 플레밍 의 실험에 근거하였다.

2) 준비물 : 물, 클린벤치, 도말봉, 항온기, 파라필름, 천연보존제 10%, 1%희석액, 한천배지, 무균배지, ph측정기

3) 가설

가설 1. 본 연구 천연보존제가 곰팡이를 억제한다면 세균이 성장할 수 있다.

가설 2. 본 연구 천연보존제가 곰팡이를 억제하지 못할 경우 세균 콜로 니는 감소하고 곰팡이는 증가할 것이다.

4) 실험 방법

① 천연보존제를 10%, 1%, 0.5%로 희석한 후 방부효과를 실험하기 위 해 Streaking의 도말 방법을 이용하였다.

② 여러 가지 희석 비율의 추출물을 패트리접시에 도말한 배지를 25℃

항온기에 넣어 24시간마다 관찰한다.

<그림18> 천연보존제의 최소저해농도 실험 과정

③ 배양 접시를 6등분하여 1/6에 푸른곰팡이를 도말(대조군)한 후 퍼져나가는 방향을 조사하고, 또 다른 하나의 배양 접시에는 푸른곰팡이를 도말한 곳을 제외한 5/6의 부분에 추출액을 발라 억제 효능을 확인한다.

➃ ph측정기를 이용하여 과정 ➂의 최소저해농도 희석액의 ph안전성을 확인한다.

5) 실험 결과

대조군 10% 희석액 1%희석액 0.5%희석액

가장자리를 제외한 부분은 도말한 부분마다 세균 콜 로니가 고르게 퍼져있음

대조군보다 세균 콜로니수 는 적지만 곰팡이가 일부 관찰됨

대조군과 같이 도말한 부 분 전체에 세균 콜로니가 관찰됨

전체에 곰팡이가 퍼져있음

<표10> 천연보존제의 최소저해농도 실험

<그림17> 푸른곰팡이 주 변으로 증식하지 못하는 세균

6)결과 분석

<표10>을 보면 원액은 세균이 고르게 핀 것으로 보아 곰팡이를 억제하였고 이는 항진균 기능이 있음 을 의미한다. 1%~10% 농도에서는 세균의 콜로니가 발견된 것으로 보아 곰팡이의 생장을 억제한 반면, 0.2% 농도에서는 페트리접시 전체에 퍼진 것으로 보아 항진균 기능을 상실했음을 확인할 수 있다. 이 는 희석할 때 들어간 수분과 항온기의 온도가 곰팡이의 성장을 더욱 촉진하기 때문이다. 전체를 6등분 한 후 일부 1/6구간에만 천연보존제를 도포한 후 곰팡이와 세균 콜로니의 분포 양상을 관찰하였다. <표 10>를 통해 1% 농도의 천연보존제는 항진균 기능이 유지됨을 확인했다. <표11>을 통해 제작한 천연보 존제의 ph는 기존 시중에 판매되는 화학보존제의 ph와 비교했을 때 큰 차이를 보이지 않았으며 안전하 다고 생각된다. 따라서 본 연구 천연보존제의 최소저해농도는 0.2%~1%로 생각되며, 만약 상품화를 생 각할 경우 원액을 1% 이상 함유해야할 것으로 생각된다.

<그림19>1% 농도 천연 보존제

1회 2회 3회 4회 평균

제작한

천연보존제 5.5 5.3 5.4 5.6 5.45

비고 시중에 판매되는 화학보존제의 ph농도 ph3 이상 ph 9이하

<표11> 천연보존제의 ph측정

연구 결과

Ⅶ

화학 보존제의 문제점이 대두되면서 인체에 무해한 대체 보존제가 필요하게 되었으며 안전성이 높고 탁월한 효과를 지니는 천연물질을 식품에 이용하고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이에 본 연 구는 식물의 allelopathy작용을 이용하여 화학보존제를 효율적으로 대체할 수 있는 천연보존제의 가능성 을 연구하였다.

첫째, 식물의 allelopathy작용을 이용한 저장 식물의 발아 억제 가능성을 확인하기 위해 무순씨앗의 발 아 양상을 관찰 하였다. allelopahty효과가 가장 뛰어나다고 알려져 있는 은행나무와 소나무를 이용해 관찰 한 결과 은행열매와 솔방울(종자)에서 가장 뛰어난 발아 억제효과를 보였다. 한가지 추출물을 사용 했을 때 무순 씨앗이 썩은 것을 확인하고 추출물을 혼합하여 실험을 진행하였다. 그 결과 어떤 실험군 도 무순 씨앗이 썩지 않았고 은행나무와 솔방울추출액을 혼합한 것이 가장 발아 억제 효과가 좋았다.

또한 추출물의 섞는 비율을 달리하여 실험을 한 결과 은행나무와 솔방울을 5:1비율로 혼합한 것이 가장 발아 억제효과가 뛰어났다. 이로써 allelopathy를 이용한 저장식물의 변질 억제 가능성을 확인했다.

둘째, 주변에서 쉽게 구할 수 있고 보존 효과가 뛰어난 보존제 재료로 크랜베리의 안토시아닌, 참깨의 세사몰, 꿀의 프로폴리스, 자몽의 리모넨을 선정하여 추출하였다. 최적의 재료를 선정하기 위해 앞선 실 험에서 얻은 혼합물에 대한 확신을 바탕으로 재료의 추출물을 혼합하고 식빵을 이용해 곰팡이 억제효과 를 확인 하였다. 자몽과 꿀이 보존제 재료에서 제외됨에 따라 가장 효과가 좋은 혼합액은 참깨&크랜베 리 혼합액이었다. 최적의 보존제 재료로 크랜베리의 안토시아닌과 참깨의 세사몰이 선정됨에 따라 시중 화학 방부제의 추출물 혼합 비율을 재현하여 최적 혼합비율 실험을 진행하였다. 그 결과 크랜베리:참깨

=2:1 혼합액이 최적의 혼합비율로 꼽혔다. 비율을 재현하여 물과 희석 비율에 따른 곰팡이 억제 효능을 검증하였다.

셋째, 천연보존제의 효능을 증명하기 위해 다양한 테스트를 진행하였다. 화학보존제와 비교하여 천연보 존제의 효능을 증명함과 동시에 천연보존제의 한계점을 확인하였다. 감자 발아억제 테스트를 통해 저장 식물의 발아억제 가능성을 증명했다. 원액을 사용하여 만든 본 연구 천연보존제를 제작하였으나 경제성 이 약하다고 판단되어 이를 개선하기 위해 희석하여 사용할 수 있는지를 확인하였다. 시중의 화학 방부 제의 희석 비율을 재현하여 물과의 희석 비율에 따른 곰팡이 억제 효능을 검증하였다. 또한 KTR 공인 인증으로 제작한 천연보존제의 실용화 가능성을 확인 하였다.

이상의 결과로부터 우리가 제작한 천연보존제는 환경과 인체에 무해하고 식품의 변질을 효과적으로 막 을 수 있으며 더 나아가 저장식물의 발아까지 억제함을 알 수 있었다. 화학보존제를 대체하여 천연보존 제를 사용할 수 있는 가능성을 보았다고 생각된다.

본 연구의 천연 보존제는 크랜베리, 은행열매, 솔방울, 참깨에서 직접 추출하였 기에 독성이 없으며 인체에 무해하다. 이미 식약청에서 안정성을 검증한 재료 를 사용하였기에 혼합제제의 조건을 부합한다. 기존의 단일 재료를 사용한 천연 보존제에 비해 3가지의 서로 다른 재료를 혼합하였기에 다양한 상황에 적용 가능하고 희석하여 사용할 수 있으므로 휴대용 스프레이와 같이 상품으 로의 개발도 용이하다고 판단된다.

제작한 천연보존제의 특징 ￭ 천연 재료이므로 인체에 무해하다.

￭ 열과 ph변화에 민감하지 않고, 그 자체가 방부제기 때문에 장기간 보관 가능하다.

￭ 재료가 서로의 기능을 저해하지 않고 독립적으로 작용 가능하다.

￭ 희석하여 사용할 경우 분사가 잘 되므로 휴대용 스프레이로 사용 가능하다. (아직 상용화된 제품 없 음)

￭ 화장품, 항균물티슈, 도로 포장제 등 다양한 곳에 변형하여 사용 가능하다.

<그림20> 공인인증 신청서

홍보 및 사후 활용

Ⅷ

1. 천연 식품보존제의 시장 개척

-

인체에 해로운 것이 많아 엄중한 규제를 받는 합성 보존제의 대체 시장으로서의 역할 수행이 가 능하다.

2. 다양한 형태의 제품화 가능성

- 기존 첨가물 형태의 보존제에서 벗어나 식품 구매 후 휴대용 스프레이 형태로 제작 가능하다.

3. 타제품에 확대적용 가능성

-

화장품 속 방부제나 천연향균물티슈 등 제작 가능하다.

4. 지역 경제 활성화

-

발아억제 제초제에 응용되어 환경에 무해할 뿐만 아니라 농작물 재배에 효율성을 주므로 농가의 이익이 증대 될 수 있다.

- 고부가 가치 천연물의 개발은 고비용 저부가가치의 농작물을 대체하여 소득 증대를 가지고 온다.

<그림21> 제작한 천연보존제의 적용가능 범위

참고 문헌

Ⅸ

m <논문> 혼합 비율을 달리한 아로니아 와인의 안토시아닌 조성 및 항산화 활성비교

전종옥, 윤상훈, 박정미, 윤향식, 박재호, 김시동, 박혜진 한국식품영양과학회, 한국식품영양과학회 학술대회발 표집 , 2015.8, 290-291

m <논문> 간고등어 부패미생물에 대한 자몽씨 추출물과 키토산의 항균 활성 및 생리활성검증 황주영, 박민정, Noime B. Jacinto, 윤원갑, 권태형, 이종화, 조병태, 김태완 한국식품영양과학회, 한국식품영 양과학회 학술대회발표집, 2008.10, 311-312

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이명렬, 김혜경, 이만영, 최용수, 김현복, 정헌관, 김세현 한국양봉학회, Journal of Apiculture 22(2), 2007.12, m <논문> 프로폴리스 추출물의 항균활성에 대한 연구

손영록 해태제과 연구소 식품안전연구팀, 2003, 189-194 m <논문> 한국인의 보존제 1일섭취량 추정

김범석 동국대학교 산업기술환경대학원, 1998.8,

m <논문> 한국인의 식이를 통한 보존료의 일일추정섭취량과 안전성평가 한국식품과학회지2008 ; 40(5): 503-509

m <네이버 지식백과> 식품방부제 <food antiseptic, 食品防腐劑, しょくひんぼうふざい> (농업용어사전: 농촌 진흥청, 농촌진흥청)

http://jmagazine.joins.com/monthly/view/306496

http://m.insijournal.com/news/articleView.html?idxno=990

인사이드 저널 모바일 사이트

m 방부제의 세계 - 음료수, 가공식품, 화장품, 의류… 당신의 가족이 위험하다! 

http://jmagazine.joins.com/monthly/view/306496 m 화학 방부제와 천연 방부제의 이해

http://www.cr5.kr/bbs/board.php?bo_table=05_2&wr_id=1 m 하정욱, 이승철, 백현동 (2004) ‘식품 화학’ 두향사출판

1) 방부제로는 소빈산류가 많은 식품에 사용이 허가되고 있다. 식육제품, 어육연제품, 땅콩버터, 된장, 고추장, 과일 및 채소 절임류, 잼, 케첩, 유산류음료 등에 쓰인다. 이하이드로아세타산은 치스, 버터, 마가린에 사용이 허가되어 있 2) 방미제로서는 파라하이드록시벤조산에스터류(일명 paraben)가 간장, 식초, 탄산을 함유하지 않은 청량음료, 과일소다.

스, 과일 및 채소의 표피 등에 허가되어 있고, 프로피온산염은 빵, 과장에 사용이 허가되어 있다.

3)

4) 2016년 4월 식품의약품안전처 고시 제2016-32호 5) ▶참고 뉴스: '소나무림 피톤치드 배출량 편백나무의 4배'

http://www.yonhapnews.co.kr/bulletin/2015/10/30/0200000000AKR20151030067200063.HTML ▶참고 뉴스 :피톤치드의 비밀-산립조합중앙회

www.nfcf.or.kr/forest/KoresDownload.tdf?file_path=/upload/...1.hwp&del=

6) 크랜베리의 대장균 증식 억제 효능

7) 참깨의 항산화물질

▶http://pms3750.blog.me/30181898532 8) 살균 효과를 가진 불로장생약 '꿀

▶http://blog.naver.com/jasalt/40157885039 9) 자몽종자추출물의 항균성

▶http://scholar.ndsl.kr/schDetail.do?cn=JAKO200606142035973 10) 적외선 분광기(FT-IR)

물질의 고유한 파장과 진동을 나타내어 주는 기기이다. 모든 chemical이나 물질들은 원자들로 이루어져있다. 이 원 자들이 화학결합에 의해서 결합되어있는 것을 분자라고 한다. 그리고 분자를 이루고 있는 원자들은 항상 운동을 하 고 있고 이 운동을 vibration(진동)이라고 한다. 기본적으로 분자의 운동은 Bending, Stretching로 나눌 수 있고, 그 vibration rate은 단위 초당 수백만 회에 해당된다. 그리고 각 분자들의 진동은 고유의 진동수(주파수)를 가진다.

이 주파수는 원자들 사이의 화학결합의 길이와 각 원자의 질량에 의해 결정된다. 각각의 물질은 고유한 파장과 진동 을 가진다.

http://kin.naver.com/open100/detail.nhn?d1id=11&dirId=1115&docId=535194&qb=7KCB7Jm47ISg67aE6rSR6 r i w & e n c = u tf 8 & s e c t i o n = k i n & r a n k = 1 & s e a r c h _ s o r t = 0 & s p q = 0 & p i d = g D R o J c 5 Y 7 v h s s c 0 Q K l s s s c — 359644&sid=TlUo7PIRVU4AAH0fF3o

11) 자외선 분광기(UV spectrophotometer)

자외선과 가시광선 영역에 해당하는 파장을 가지는 빛은 분자가 가진 전자에 에너지를 주어 더 높은 에너지 준위를 가질 수 있도록 할 수 있는 정도의 에너지를 가진다. 이 에너지는 분자마다 다르며 고유하다. 분자마다 잘 흡수하 는 파장의 빛이 다르다. UV-Vis로는 주로

ㄱ. 넓은 범위의 파장의 빛을 투과시키면서 흡광도를 측정하여 흡광도가 특히 높은 파장을 찾아 물질의 정성적인 분석, 즉 이 용액에는 어떤 물질이, 혹은 몇 가지의 물질이 들어있다는 식의 분석을 한다.

ㄴ. 어떤 분자가 잘 흡수하는 특정한 파장의 빛을 투과시켜 흡광도를 측정함으로서 그 분자의 정량적인 분석, 즉 이 용액에는 이 물질이 얼마나 들어있다는 식의 분석을 한다.

http://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=1116&docId=53317886&qb=VVYgc3BlY3Ryb3Bob3Rvb WV0ZXI=&enc=utf8&section=kin&rank=1&search_sort=0&spq=0&pid=gDRq/U5Y7vlssbQg6yossc—

079499&sid=TlUo7PIRVU4AAH0fF3o