KR100912267B1 - 기능성 농산물의 재배 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기능성 농산물 재배 방법 및 그에 의해 재배된 농산물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기능성 농산물 재배 방법은, 물 또는 전해액 중에 금속 나노입자가 분산되어 있는 금속 나노입자 콜로이드를 농산물에 공급하는 것을 특징으로 하는 바, 본 발명에 따르면, 이온화가 어려운 금속을 함유한 농산물을 저렴한 가격으로 생산할 수 있게 된다.

나노 입자, 금, 백금, 은, 콜로이드, 농산물, 식물

Description

기능성 농산물의 재배 방법{CULTIVATION METHOD OF A FUNCTIONAL AGRICULTURAL PRODUCT}

본 발명은 기능성 농산물 재배 방법 및 그에 의해 재배된 농산물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인체에 이로운 여러 가지 효능을 가진 것으로 잘 알려져 있는 백금, 금 및 은 등의 금속을 함유한 기능성 농수산물 및 그 재배 방법에 관한 것이다.

백금과 금 및 은 등의 귀금속은 예로부터 각종 병을 치유하는 데 사용되었다. 8세기부터 인도에서는 금분말(Gold ash)을 몇몇 임상적 증상에 사용해왔으며, 아유르베다의학 치료사(Ayurvedic physician)들은 기관지 천식, 류마티즘 관절염, 당뇨병, 신경장애의 치료에 사용하여 왔다.

현대에서는 금이 콜로이드 형태로 존재할 경우 항원과 보조제로 구성된 기존의 표준 면역강화방식보다 더 빠르고 높은 효율의 항체를 얻게 해주는 것으로 나타났으며 이러한 효과를 통하여 혈액속의 리조자임농도, 단백질보완체계 활동 및 살균활동 등의 면역력 향상에 적용 가능할 것으로 보고 있다. 토끼, 쥐와 같은 실험동물에 금 콜로이드와 헵텐(hepten) 또는 완전한 항원을 함께 투여한 결과 높은 활 동성을 갖는 항체의 생산을 유도하는 것을 확인하였다. 또한, 일정하게 복용할 경우 류마티즘 관절염 치료에 효과가 있는 것으로 연구결과가 발표되었으며, 최근 들어 기억력 감퇴, 시력손상, 불임, 조기노화, 무기력증 등에 효능이 있는 것으로 밝혀져 각종 식품이나 의약품에 첨가되어 사용되고 있다.

백금의 경우, 현대에 와서 활발하게 연구되고 있는데, 특이한 입자의 표면의 이온적 특성으로 인해 항암제에 사용되어왔으며, 최근, 일본의 연구결과에 의하면, 대사증후군에 의한 심혈관장애의 치료에 대한 백금 초미립자의 유용성이 모델마우스의 실험에서 밝혀졌다. 후쿠오카시에서 개최된 제 21회 국제고혈압학회(ISH2006)에서 발표된 논문에 의하면 도쿄대학병원 신장내분비내과 연구팀은 우선 생체밖 실험(in vitro)에서 백금 초미립자가 촉매작용에 의해 활성산소종(ROS)을 제거하는 것을 확인했다. 연구진은 비만모델 마우스(db/db 마우스)에 혈압을 올리는 작용이 있는 안지오텐신 II와 고염분식을 주어 고혈압을 발증시켜, 대사증후군의 모델을 제작했으며, 이것에 물과 함께 백금 나노입자를 매일 먹여 4주간의 변화를 관찰했다. 그 결과, 정상적인 마우스(n=6)의 수축기혈압은 113mmHg이지만, 백금 나노입자를 투여하지 않은 모델마우스(n=6)는 136mmHg로 높고, 백금 초미립자를 투여한 모델마우스(n=6)는 129mmHg로 낮았다. 콜레스테롤치는 정상적인 마우스는 150mg/dL, 비투여 마우스는 151mg/dL로 동일한 정도였지만, 투여 마우스에서는 140mg/dL로 떨어졌다. 또 산화스트레스의 마커인 뇨 중8-iso-PGF2α의 양이 백금 초미립자의 투여로 현저하게 저하하는 것이 확인되었으며, 조직학적으로는 관상동맥의 섬유화를 50% 축소했다. 이상의 연구결과로 백금 초미립자는 장기손상을 일으키는 활성산소 를 제거하는 항산화물질이라고 연구진은 결론지었다.

이와 같이, 금, 백금, 은 등의 금속이 의료 분야에 효과적으로 적용될 수 있음이 속속 밝혀지고 있으며, 이들을 인체에 투여하기 위한 방법으로, 일본 등지에서 널리 사용되고 있는 바와 같이 금박 등과 같이 미세 분말화가 가능하도록 가공한 후 음식물에 부가하여 직접 섭취하는 방식, 상기 금속들을 나노 입자화하여 콜로이드 용액화한 후 이를 피부에 바르거나 취음, 주사 등의 방법에 의해 인체에 적용하는 방식, 상기 귀금속 나노 입자의 콜로이드 용액을 타 의약품이나 식품에 혼합하여 인체에 적용하는 방식 등이 사용되고 있다.

그러나, 상기한 바와 같이 금속 성분을 직접적으로 인체에 적용하거나 섭취하는 방식은 아직까지도 일반인에게는 거부감을 일으키는 것으로 대중화되지 못 하고 있는 실정이다.

그에 따라, 우리가 이미 섭취하고 있는 농산물에 상기 금속 성분을 함유하게 하고자 하는 여러 가지 시도가 있어 왔다.

농산물에 금속 성분, 특히 상기한 바와 같이 예로부터 여러 가지 효능이 있는 것으로 알려진 금,은 백금 등의 귀금속을 함유케 한다면 누구나 쉽게 접근하여 섭취할 수 있을 뿐만 아니라, 각종 농산물의 알려진 효능에 상기 귀금속 성분의 효능이 부가되어 시너지 효과가 기대되며, 더욱이, 농산물의 수입이 개방되어 보다 경쟁력 있는 농산물 개발이 절실한 이때에 귀금속 성분 함유 농산물의 재배는 농가의 보호 및 고수익 창출과 아울러 국가경쟁력 향상에 기여할 수 있음은 자명하다.

문제는, 상기 금/백금/은은 이온화되기 매우 힘든 금속이어서, 농작물을 키울 때 토양에 준다고 하더라도 농산물의 뿌리가 상기 귀금속성분을 물과 함께 흡수하기는 불가능하다는 점에 있다.

식물은 뿌리를 통해서 물과 무기양분을 흡수한다. 수분은 삼투압현상에 의해서 흡수하고 무기양분의 흡수는 식물이 필요한 만큼 능동수송에 의해 일어난다. 능동수송이란 생명체내에서 에너지(ATP 형태, adenocine triphosphate)를 사용해서 농도차를 거스르는 물질이용이다. 식물이 흡수하는 무기양분은 철, 칼륨, 칼슘, 인, 마그네슘, 황, 망간, 아연등이다. 이들 물질들은 공통적으로 이온화 경향이 강한 수용성 물질로서 물과 함께 흡수된 후 식물이 선택적으로 능동수송하게 되나, 전술한 바와 같이 이온화되기 어려운 금속 성분은 물과 함께 흡수되기 어려우며, 따라서 상기 귀금속이 함유된 농산물은 자연적으로는 존재하지 않는 것으로 알려져 있다.

식물에 귀금속 성분을 함유케하기 위한 시도로서, 1997년, 뉴질랜드 메세이(Massay)대학의 씨 엔더슨(C. Anderson)은, 식물을 이용하여 금을 추출하기 위해서 강산과 같은 화학물질을 폐금광에 뿌려 금이 녹아내리게 한 후 배추, 꽃양배추, 순무를 심어 금을 흡수하게 하였는 바, 1헥타르의 식물이 1kg의 금을 흡수할 수 있었다. 상기 엔더슨의 착안점은 금을 화학물질을 이용하여 이온화하여 식물이 물과 함께 흡수할 수 있도록 한 것이다. 그러나 이온화에 사용한 화학물질의 독성 때문에 식물은 죽게 된다. 금은 왕수에 의해서만 이온화된다는 것은 널리 알려진 사실이며, 엔더슨의 방법에 의하면 강산에 의해 이온화된 금을 식물이 흡수하는 것은 어느 정도 가능하였으나, 강산의 독성에 의해 식물 자체가 정상적으로 생육되지 못하므로, 식물이 흡수한 금속 성분을 식물과 함께 인체에 섭취할 수는 없었다.

한편, 식물에 은을 함유케 하기 위한 방법으로서, 대한민국 특허 제10-0533252호가 제안된 바 있다. 이는, 키토산 올리고당 리간드에 은 이온을 킬레이팅 결합하여 은이 키토산 올리고당과 함께 식물에 흡수되게 하는 방법으로서, 강산을 이용한 앞서의 방법과는 달리 인체에 섭취할 수 있는 상태로의 식물의 생육이 어느 정도는 가능하였다. 그러나, 공정이 복잡하여 농산물의 생산 단가가 너무 높아지 며, 처리 용액의 제조에 질산은 용액이 사용되고, 은 이온이 키토산 올리고당에 킬레이팅 된 후 독성이 있는 질산이 잔류하게 된다는 문제점이 있었다.

또한, 은 자체가 농산물에 함유되는 것이 아니고, 키토산올리고당에 은 이온 상태로 흡착되어 함유되므로, 농산물을 실제 섭취하는 경우, 활성이 큰 은 이온이 다른 물질과 화학 반응하여 화합물 상태로 흡수되기 때문에, 은 자체의 효능이나 특성이 제대로 발휘되지 못한다는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 종래의 금속 함유 기능성 농산물 재배 방법의 제반 문제점을 인식하고 이를 해결하기 위해 발명된 것으로, 활성 이온 상태가 아닌 금속 자체가 농수산물에 함유될 수 있도록 함으로서 인체에 섭취하는 경우 함유된 귀금속의 효능 및 특성을 효과적으로 발휘할 수 있도록 한 금속 함유 기능성 농산물 재배 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 농가에서 쉽게 적용할 수 있으면서도, 귀금속 함유 농산물을 저렴한 가격으로 생산할 수 있도록 하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기능성 농산물 재배 방법은, 물 또는 전해액 중에 금속 나노입자가 분산되어 있는 금속 나노입자 콜로이드를 농산물에 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 금속을 이온화하여 식물에 흡수시키는 종래의 방법과는 달리, 금속 초미립자 다시 말해, 금속 나노 입자의 콜로이드 용액이라면, 이온화되지 않은 금속 초미립자 상태 그대로도 식물에의 흡수가 가능하지 않을까 하는 착안 및 그를 뒷받침하는 장시간의 실험을 바탕으로 이루어진 것이다.

식물의 양분 흡수 경로를, 도 1을 참조하여 살펴 보면, 식물을 구성하는 각종 성분은 물과 함께 삼투압에 의해 흡수된다. 즉, 물은 삼투압에 의해 뿌리털 -> 표피 -> 피층 -> 내피 -> 뿌리물관 의 경로를 통해 흡수되는 바, 뿌리 세포의 세포질과 세포벽 구멍을 따라 이동한 후, 중심부로 들어가기 전 먼저 내피에 도달하면 내피 세포벽에는 카스파리선이라는 왁스로 된 부분이 있어 내피조직의 세포질을 통과하며, 그곳에서 다시 세포벽을 따라 이동하여 물관부에 도달한다. 이러한, 여러 가지 세포 구조를 거쳐야 하기 때문에 물과 이온화된 무기양분이 통과할 수 있고 분자량이 큰 탄수화물이나 포도당 같은 물질들은 통과할 수 없게 된다.

본 발명자는, 미세하고 안정된 금속 나노입자 콜로이드의 제조방법을 개발하여 10-2007-0025423호를 통해 제시한 바 있으며, 그 개발과 병행하여 개발된 기술의 다각적인 활용 방안을 연구하였는바, 상기한 식물의 양분 흡수 원리 및 경로를 고찰한 결과, 금속이 물에 안정적으로 분산되어 있어 물과 함께 식물의 물관까지 흡수될 수 있으며, 세포벽을 통과할 수 있을 정도로 입자의 크기가 작다는 조건을 맞출 수 있다면 이온화된 상태가 아니더라도 식물에 흡수되어 함유될 수 있으며, 본 발명자에 의해 개발된 금속 나노입자 콜로이드 용액은 10nm이하의 금속 초미립자가 물 또는 전해액 중에 고르게 분산되어 있는 콜로이드 상태로서 상기 조건을 만족시킬 수 있다는 착안점을 바탕으로, 각종 시험을 수행한 결과, 금속 나노입자 콜로이드 농산물에 공급하는 경우 이온화가 어려운 금속일지라도 농산물에 효과적으로 흡수되어 함유됨으로서, 식물이 흡수한 금속 성분을 식물과 함께 인체에 섭취 할 수는 있음을 확인하여 본 출원에 이르게 되었다.

금속 나노입자 콜로이드를 식물에 공급하는 방법으로는, 흡수 효율이나 작업의 편의성, 인건비 등을 전체적으로 고려할 때, 콜로이드를 뿌리에 공급하는 방법이 여러 가지 작물에 대해 가장 실용적이라 판단하여 이를 중심으로 실험하였으나, 금속나노입자 콜로이드를 농산물에 주사 공급하거나 작물의 특성에 따라 수경 재배용 용액으로 직접 사용하는 경우 흡수 효율이 어느 정도 향상됨을 확인할 수 있었으며, 금속나노입자 콜로이드를 농산물의 과일부와 같은 식용부에 직접 살포하는 경우도 어느 정도 흡수가 가능함을 확인할 수 있었다.

이와 같은, 본 발명의 특징에 따르면, 야채, 채소, 버섯류, 약초, 과일, 차, 곡류, 인삼류등의 농산물에 백금, 금 및 은 콜로이드를 공급하여 흡수-저장케 함으로서 백금, 금 및 은 등의 효능을 보유하는 고부가가치의 농산물을 재배하는 것이 가능하게 되며, 본 발명에 의한 재배 방법은 농가에서 쉽게 적용할 수 있으면서도, 귀금속 함유 농산물을 저렴한 가격으로 생산할 수 있으므로, 이온화가 어려운 귀금속을 함유한 기능성 농산물의 실용화가 가능하게 된다.

또한, 상기와 같이 제조된 농산물을 이용하여 백금, 금 및 은 등의 효능을 보유한 엑기스, 차, 음료, 추출액 등의 제품을 제조할 수 있으므로, 상기 귀금속이 함유된 식품을 거부감 없이 취음하는 것이 가능하게 되며, 약초 등의 약리효과가 있는 식물을 본 발명으로 재배하면 보다 약효가 증대된 제품을 제조할 수 있게 된다.

콜로이드를 농산물에 공급하기 위해서는 뿌리 부위에 공급하는 방법, 수간주사를 이용하여 보다 직접적으로 공급하는 방법, 살포하는 방법, 수경재배등의 방법을 사용할 수 있다. 다음의 실시예에서 금속 초미립자 콜로이드를 공급하여 대표적인 농산물을 재배하고 금속의 함유량을 측정함으로서 재배 성공여부를 판단하였다.

또한 입자크기별로 함유량을 비교하여 입자크기가 식물을 흡수에 어떠한 영향을 주는지를 조사하였다. 콜로이드 공급 방법으로는 뿌리에 공급하는 방법을 선택함으로서 가장 어려운 조건에서 식물이 금속 초미립자를 흡수하는지를 조사하였다.

앞서 기술한 바와 같이, 본 발명자가 선출원을 통해서 제시한 금속 나노입자 콜로이드의 제조방법은, 한 쌍의 금속 전극봉을 금속염이 용해되어 있는 전해 수용액 중에 대향 배치한 후, 교반수단에 의해 상기 전해 수용액을 교반하면서 상기 금속 전극봉에 전류를 가함으로서, 용액 중에서 금속 이온이 환원되어 금속 나노입자가 석출되도록 하여 형성되는 금속 나노입자의 콜로이드 용액 제조 방법에 있어서, 상기 전해 수용액 중에 폴리소르베이트를 첨가하여, 전해 수용액 중에 석출되는 금속 나노입자의 외부를 코팅함으로서, 금속 나노입자의 응집을 방지하는 것을 특징으로 하는 데, 상기 방법에 의하면 초 미립자가 용액 중에서 안정되게 분산성을 유지할 수 있으며, 장기간 보관하더라도, 금속 나노입자의 응집에 의한 조대화가 방지되어, 10nm 이하의 초미립자가 분산된 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 금속 나노입자 콜로이드 용액을 제공하는 것이 가능하게 된다. 이하 실시예는 상기 방법 에 의해 제조된 금속 나노입자 콜로이드 용액을 적용한 예이나 일정 크기 이하의 초미립자가 분산되는 있는 콜리이드라면 상기 방법에 의해 제조된 것에 한정되지 않고 본 발명에 적용될 수 있음은 물론이다.

<실시예 1>

구연산 나트륨을 용해시킨 전해 수용액에, 금을 전극으로 사용하여 교반하면서 전해 수용액의 온도를 90℃ 이하로 유지한 상태에서 20V 교류를 인가하여 금 초미립자 콜로이드를 제조하였다. 이때, 폴리소르베이트를 0.1% 첨가하여 평균 입도 0.8 nm의 금 콜로이드(이하 경우 1)를, 폴리소르베이트 0.005%를 첨가하여 평균 입도 5nm 의 금 콜로이드(이하 경우 2)를 제조하였다.

10 nm 크기 이상의 금 콜로이드는 Sigma 사의 “Gold Colloid 20 NM Colloidal Gold"(이하 경우 3)를 사용하였다.

도 2는 레이저 입도분석기로 분석한 경우 1의 입도분포이며 0.5-2 nm 크기 범위를 갖는다. 도 3은 레이저 입도분석기로 분석한 경우 2의 입도분포이며 1-10 nm 크기 범위를 갖는다. 도 4는 레이저 입도분석기로 분석한 경우 3의 입도분포이며 11-30nm 크기 분포를 갖는다.

9주의 배나무를 세 그룹으로 나누어 상기 경우 1, 경우 2, 경우 3의 금 콜로이드(농도 10ppm)를 각각 그룹의 배나무 뿌리에 공급해 줌으로서 흡수 여부를 비교 분석하였다. 공급시기는 8월 초순과 9월 초순에 두 번이었으며, 9월 20일경 배를 수확하였다. 금 콜로이드는 5리터씩 잔뿌리에 골고루 공급하였으며, 수확한 배의 금 함량은 ICP-MS 로 분석하였다.

표 1에 실시예 1에 금 콜로이드를 공급하여 수확한 배의 금함량을 나타내었다.

	금함량(ppm)
경우 1	0.3±0.02
경우 2	0.2±0.04
경우 3	0

표 1에서, 경우 1과 경우 2는 배에 금이 성공적으로 흡수된 반면, 경우 3은 금이 흡수되지 않은 것을 알 수 있다. 이는 경우 3의 경우 입자의 크기가 10 nm 이상임을 감안할 때, 입자의 크기가 배나무의 뿌리 세포를 통과하지 못 할 정도로 크기 때문임을 알 수 있다. 즉, 10 nm 이하 크기를 갖는 금 입자 콜로이드는 삼투압에 의한 수분 흡수시 원할히 뿌리의 세포벽을 통과한다는 사실을 알 수 있다.

<실시예 2>

실시예 2에서는 경우 1의 금 콜로이드를 새송이 버섯에 공급하여 버섯이 금 콜로이드를 흡수하는지 분석하였다. 10 ppm의 금 초미립자 콜로이드는 실시예 1과 같이 준비하였다. 버섯 재배사에서 새송이 버섯을 재배하는 데 있어서 발아유기 단계에서 버섯 병당 금 콜로이드 30ml를 주입하였다. 주입 후 15일 후 수확하여 버섯의 금 함량을 ICP-MS 로 분석하였다.

<실시예 3>

실시예 3에서는 경우 1의 금 콜로이드를 공급하여 녹차를 재배하였다. 10 ppm의 금 초미립자 콜로이드는 실시예 1과 같이 준비하였다. 3월 중순에 주당 3리터의 금 콜로이드를 공급하고 4월 하순에 녹차잎을 채취하여 금 함량을 ICP-MS 로 분석하였다.

(금함량 ppm)

새송이 버섯	녹 차
2 ±0.4	0.4±0.03

표 2 는 실시예 2와 실시예 3의 새송이 버섯과 녹차의 금함량을 ICP-MS 로 분석한 결과이다. 새송이 버섯에서는 평균 2ppm 의 금이 검출되었다. 녹차에서는 평균 0.4 ppm의 금이 검출되었다. 이 결과로부터 균류인 버섯과 녹차도 금을 흡수한다는 것을 알 수 있다.

도 1은 식물의 양분 흡수 경로를 나타낸 뿌리부 단면도.

도 2는 레이저 입도분석기로 분석한 경우 1의 입도분포도.

도 3은 레이저 입도분석기로 분석한 경우 2의 입도분포도.

도 4는 레이저 입도분석기로 분석한 경우 3의 입도분포도.

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 금속염이 용해되고 폴리소르베이트가 첨가된 전해 수용액에 한 쌍의 금속 전극봉을 대향 배치한 후, 교반 수단에 의해 상기 전해 수용액을 교반하면서 상기 금속 전극봉에 전류를 가하여, 상기 전해 수용액 중에서 금속 이온을 환원시켜 금속 나노입자를 석출시키고, 석출된 금속 나노입자의 외부를 폴리소르베이트로 코팅함으로써, 상기 전해 수용액 중에, 상기 폴리소르베이트가 코팅된 10 nm 이하 크기의 금속 나노입자가 분산되어 있는 금속 나노입자 콜로이드를 준비하고;

   상기 금속 나노입자 콜로이드가 농산물의 뿌리에 의해 흡수될 수 있도록 상기 농산물의 뿌리 인근의 토양에 상기 금속 나노입자 콜로이드를 공급하거나, 상기 금속 나노입자 콜로이드를 농산물에 살포하거나, 또는 상기 금속 나노입자 콜로이드를 농산물에 수간주사를 통하여 공급함으로써, 농산물에 상기 금속 나노입자 콜로이드를 공급하는 것을 특징으로 하는 기능성 농산물의 재배 방법.
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