KR102563347B1 - 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 키토산을 아세트산에 용해하여 키토산용액을 제조하는 키토산용액 제조단계(S10), 상기 키토산 용액 제조단계(S10)에서 제조된 키토산용액에 수산화나트륨을 혼합하여 수산화나트륨이 혼합된 키토산용액을 제조하는 수산화나트륨 혼합단계(S20), 상기 수산화나트륨 혼합단계(S20)에서 제조된 수산화나트륨이 혼합된 키토산 용액에 STPP 수용액을 첨가하고 교반하여 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 제조하는 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30) 및 상기 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30)에서 제조한 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 절단된 파프리카에 침지시켜 신선편이 파프리카를 제조하는 신선편이 파프리카 제조단계(S40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 키토산을 아세트산에 용해하여 수산화나트륨을 혼합하고 STPP 수용액을 첨가해 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 절단된 파프리카에 침지시켜 제조된 것을 특징으로 하는 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 키토산을 아세트산에 용해하여 수산화나트륨을 혼합하고 STPP 수용액을 첨가해 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 절단된 파프리카에 침지시켜 제조된 것을 특징으로 하는 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카에 관한 것이다.
Description
본 발명은 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 키토산을 아세트산에 용해하여 수산화나트륨을 혼합하고 STPP 수용액을 첨가해 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 절단된 파프리카에 침지시켜 항균, 항산화 효과가 증진되고 및 생물막 형성이 억제되도록 한 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현대로 접어들면서 소비자들은 요리의 시간을 절약하고, 요리 중 발생하는 음식물 쓰레기 등을 줄이기 위하여, 신선편이 제품(FCB, fresh cut products)이라 불리는, 미리 가공된 형태의 과일 및 채소에 대한 선호도가 증가하고 있다.
그러나, 신선편이 제품은 가공 및 포장 작업 중, 과일 및 채소의 절단에 따른 조직 손상 및 영양분의 누출로 인해, 소비자에게 제공되어야할 과일과 채소들이 오히려 식품 매개 병원균의 성장을 돕는 숙주 역할을 하게 되는 문제점이 발생하곤 하였다. 이렇듯, 신선편이 제품에 대한 가공 기술이 부족할 경우에는 식품 매개 병원균의 증가에 따라 과일 및 채소의 품질 손실이 발생하게 되고, 신선편이 제품의 상업화에 치명적인 문제를 야기하게 된다. 예를 들어, 미국의 질병 통제 센터에 따르면, 2009년에서 2015년 사이에 채소나 과일에 의한 오염된 음식물의 신고가 2420건 접수되었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 신선편이 제품은 영양적인 측면, 제품의 유효 기간, 과일 및 채소의 색상, 과일 및 채소의 향미 등의 측면에서의 품질 향상에 중점을 두고 있다.
이러한 맥락에 따라, 식품 산업은 살균제, 냉장, 천연 유기산, 산화 방지제 코팅, 진공포장, 온수처리, 항균성 식용 다당류 필름 코팅 등 신선편이 제품의 품질을 향상하는 다양한 방법을 개발하고 있다. 그러나 상기한 방법들 중 경우에 따라서는 박테리아 오염을 억제하거나 근절할 수 없다. 예를 들면, 일부 식품 매개 박테리아 병원균은 내한성이 있으며 약 7℃의 냉장 상태에서도 증식할 수 있다.
한편, 신선편이 제품을 제조하는데 있어서 화학 소독제를 기반으로 세척하게 되면, 건강에 부작용을 유발하는 등 유해한 효과를 나타낼 수도 있다.
이에 반해, 유기산 또는 산화 방지제의 처리는 소비자들의 건강에 유해하지 않기 때문에 신선편이 제품의 품질을 향상시키기 위해 선택될 수 있고, 신선편이 제품의 영양가 증진에도 도움이 될 수 있다.
이와 관련된 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-1240297호에는 신선편이 바나나 제조용 침지 수용액과 그것을 사용한 신선편이 바나나의 제조 방법이 개시된바 있는데, 이는 바나나 제조용 침지 수용액과 그것을 사용한 신선편이 바나나의 제조 방법에 관한 것으로서, 신선편이 바나나의 갈변 억제 및 조직 연화 억제를 위해 구연산이 포함된 침지 수용액을 첨가하되 바나나의 풍미를 그대로 살릴 수 있도록 하기 위해 박피되고 절단된 바나나를, 바나나가 초산발효되어 제조된 바나나식초, 소금, 아스코르빈산, 양파추출액 및 나머지의 물로 구성된 침지 수용액에 침지시킴으로써, 바나나식초의 제조과정에서 생성된 구연산, 알콜성분, 설탕성분 및 가용성 펙틴 등의 성분으로 인하여 신선편이 바나나의 갈변이 억제됨과 동시에 바나나의 풍미를 더욱 향상시켜주며, 상기 가용성 펙틴성분은 신선편이 바나나의 절단된 바나나의 표면 조직에서 유리되는 칼슘성분과 결합하여 불용성의 펙틴칼슘염을 형성하므로 바나나의 조직이 연화되는 것을 억제함에 따라 종래의 신선편이 바나나에 비해 유통기한이 2~3배 정도 연장도록 한 것이다.
그러나, 종래의 침지 수용액은 파프리카에 적용하기 어려웠으며, 색상과, 맛, 과즙, 향, 견고함, 심미성 등 신선도 지표에서 적합한 효과를 나타내지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 종래의 침지 수용액에 비하여 신선도 유지 효과가 개선된, 신선편이 제품 제조용 침지수용액에 대한 필요성이 커지고 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 키토산을 아세트산에 용해하여 수산화나트륨을 혼합하고 STPP 수용액을 첨가해 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 절단된 파프리카에 침지시켜 항균, 항산화 효과가 증진되고 및 생물막 형성이 억제되도록 한 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 키토산을 아세트산에 용해하여 키토산용액을 제조하는 키토산용액 제조단계(S10), 상기 키토산 용액 제조단계(S10)에서 제조된 키토산용액에 수산화나트륨을 혼합하여 수산화나트륨이 혼합된 키토산용액을 제조하는 수산화나트륨 혼합단계(S20), 상기 수산화나트륨 혼합단계(S20)에서 제조된 수산화나트륨이 혼합된 키토산 용액에 STPP 수용액을 첨가하고 교반하여 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 제조하는 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30) 및, 상기 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30)에서 제조한 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 절단된 파프리카에 침지시켜 신선편이 파프리카를 제조하는 신선편이 파프리카 제조단계(S40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 키토산용액 제조단계(S10)의 아세트산은 0.1 ~ 1.0% 아세트산 수용액인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 키토산용액 제조단계(S10)의 키토산용액은 키토산을 아세트산에 용애하고 실온에서 4 ~ 8시간 동안 300 ~ 700rpm의 속도로 교반하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수산화나트륨 혼합단계(S20)의 수산화나트륨은 0.01 ~ 0.2M의 농도를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30)에서의 STPP 수용액은 0.1 ~ 2.0mg/mL-1의 농도를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30)에서는 STPP 수용액을 첨가하고 8 ~ 16시간 동안 교반하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 키토산을 아세트산에 용해하여 수산화나트륨을 혼합하고 STPP 수용액을 첨가해 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 절단된 파프리카에 침지시켜 제조된 것을 특징으로 하는 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카를 제공한다.
또한, 상기 아세트산은 0.1 ~ 1.0% 아세트산 수용액인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 키토산은 아세트산에 용해하고 실온에서 4 ~ 8시간 동안 300 ~ 700rpm의 속도로 교반한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수산화나트륨은 0.01 ~ 0.2M의 농도를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 STPP 수용액은 0.1 ~ 2.0mg/mL-1의 농도를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물은 STPP 수용액을 첨가하고 8 ~ 16시간 동안 교반한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카는 키토산을 아세트산에 용해하여 수산화나트륨을 혼합하고 STPP 수용액을 첨가해 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 절단된 파프리카에 침지시켜 항균, 항산화 효과가 증진되고 및 생물막 형성이 억제되는 효과를 갖는다.
도 1은 제조예 1에 대한 UHR-SEM 촬영 이미지.
도 2는 제조예 1에 대한 FE-TEM 이미지.
도 3은 제조예 1에 대한 EDS 맵핑 이미지.
도 4는 제조예 1의 제타 전위 사이즈 분석기에 의한 제타 전위 분석 그래프.
도 5는 제조예 1의 제타 전위 사이즈 분석기에 의한 사이즈 분석 그래프.
도 6은 제조예 1 및 제조예 2에 대한 XRD 패턴 분석 그래프.
도 7은 제조예 1 및 제조예 2에 대한 FTIR 분석 그래프.
도 8은 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 대한 DPPH 소거능을 나타낸 그래프.
도 9는 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 대한 ABTS 소거능을 나타낸 그래프.
도 10은 제조예 1 및 제조예 2의 식중독 원인균에 대한 세포벽 손상을 촬영한 FE-TEM 사진.
도 11은 실험예 4와 관련, 제조예 1, 음성대조군 및 양성대조군의 생물막 억제를 나타낸 사진.
도 12은 실험예 4와 관련, 제조예 1, 제조예 2 및 양성대조군의 UV-visible을 통해 측정된 생물막의 양을 나타낸 그래프.
도 13은 5℃에 보관한 파프리카 샘플의 중량감소, 총 박테리아수, 총 리스테리아균수, 총 살모넬라균수 및 총 진균수 변화를 나타낸 테이블.
도 14는 15℃에 보관한 파프리카 샘플의 중량감소, 총 박테리아수, 총 리스테리아균수, 총 살모넬라균수 및 총 진균수 변화를 나타낸 테이블.
도 15는 실시예 1, 비교예 1 및 음성대조군에 대한 관능 평가를 나타낸 그래프.
도 16은 실시예 1, 비교예 1 및 음성대조군의 저장 기간에 따른 외관 변화를 나타낸 사진.
도 2는 제조예 1에 대한 FE-TEM 이미지.
도 3은 제조예 1에 대한 EDS 맵핑 이미지.
도 4는 제조예 1의 제타 전위 사이즈 분석기에 의한 제타 전위 분석 그래프.
도 5는 제조예 1의 제타 전위 사이즈 분석기에 의한 사이즈 분석 그래프.
도 6은 제조예 1 및 제조예 2에 대한 XRD 패턴 분석 그래프.
도 7은 제조예 1 및 제조예 2에 대한 FTIR 분석 그래프.
도 8은 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 대한 DPPH 소거능을 나타낸 그래프.
도 9는 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 대한 ABTS 소거능을 나타낸 그래프.
도 10은 제조예 1 및 제조예 2의 식중독 원인균에 대한 세포벽 손상을 촬영한 FE-TEM 사진.
도 11은 실험예 4와 관련, 제조예 1, 음성대조군 및 양성대조군의 생물막 억제를 나타낸 사진.
도 12은 실험예 4와 관련, 제조예 1, 제조예 2 및 양성대조군의 UV-visible을 통해 측정된 생물막의 양을 나타낸 그래프.
도 13은 5℃에 보관한 파프리카 샘플의 중량감소, 총 박테리아수, 총 리스테리아균수, 총 살모넬라균수 및 총 진균수 변화를 나타낸 테이블.
도 14는 15℃에 보관한 파프리카 샘플의 중량감소, 총 박테리아수, 총 리스테리아균수, 총 살모넬라균수 및 총 진균수 변화를 나타낸 테이블.
도 15는 실시예 1, 비교예 1 및 음성대조군에 대한 관능 평가를 나타낸 그래프.
도 16은 실시예 1, 비교예 1 및 음성대조군의 저장 기간에 따른 외관 변화를 나타낸 사진.
이하의 본 발명에 관한 상세한 설명들은 본 발명이 실시될 수 있는 실시 예이고 해당 실시 예의 예시로써 도시된 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당 업자가 본 발명의 실시에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 기재된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
따라서 후술되는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 발명에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카의 제조방법에 대하여 간략하게 설명한다.
본 발명에 따른 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카의 제조방법은 키토산을 아세트산에 용해하여 키토산용액을 제조하는 키토산용액 제조단계(S10); 상기 키토산 용액 제조단계(S10)에서 제조된 키토산용액에 수산화나트륨을 혼합하여 수산화나트륨이 혼합된 키토산용액을 제조하는 수산화나트륨 혼합단계(S20); 상기 수산화나트륨 혼합단계(S20)에서 제조된 수산화나트륨이 혼합된 키토산 용액에 STPP 수용액을 첨가하고 교반하여 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 제조하는 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30) 및, 상기 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30)에서 제조한 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 절단된 파프리카에 침지시켜 신선편이 파프리카를 제조하는 신선편이 파프리카 제조단계(S40)를 포함한다.
우선, 키토산용액 제조단계(S10)를 수행한다.
상기 키토산용액 제조단계(S10)에서는 키토산을 아세트산에 용해하여 키토산용액을 제조한다.
상기 키토산(Chitosan)은 갑각류에 함유되어 있는 키틴을 인체에 흡수가 쉽도록 가공한 물질로, 게나 가재, 새우 껍데기에 들어 있는 키틴을 탈아세틸화하여 얻어낸 물질을 말한다. 상기 키토산의 특성은 노폐해진 세포를 활성화하여 노화를 억제하고 면역력을 강화해주며 질병을 예방해준다. 또한, 상기 키토산은 생체의 자연적인 치유 능력을 활성화하는 기능과 함께 생체 리듬을 조절해주는 효능을 가진 물질이다.
상기 아세트산(acetic acid; CH3COOH)은 에탄산(ethanoic acid) 이라고도 부르며, 유기산 중에서 폼산(formic acid) 다음으로 작은 카복실산이다. 상기 아세트산은 톡 쏘는 냄새가 나는 무색 액체이며 약산성 화합물이다
상기 키토산용액 제조단계(S10)의 아세트산은 0.1 ~ 1.0% 아세트산 수용액인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 0.5% 아세트산 수용액이 가장 적절할 것이다.
한편, 상기 키토산용액 제조단계(S10)의 키토산용액은 키토산을 아세트산에 용애하고 실온에서 4 ~ 8시간 동안 300 ~ 700rpm의 속도로 교반하여 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 6시간 동안 500rpm의 속도로 교반되는 것이 바람직하다.
그 다음, 수산화나트륨 혼합단계(S20)를 수행한다.
상기 수산화나트륨 혼합단계(S20)에서는 상기 키토산 용액 제조단계(S10)에서 제조된 키토산용액에 수산화나트륨을 혼합하여 수산화나트륨이 혼합된 키토산용액을 제조한다.
상기 수산화나트륨 혼합단계(S20)의 수산화나트륨은 0.01 ~ 0.2M의 농도를 갖는 것이 적절하다. 보다 구체적으로, 0.1M의 수산화나트륨을 이용하는 것이 가장 바람직할 것이다.
상기 수산화나트륨 혼합단계(S20)에서 제조된 수산화나트륨이 혼합된 키토산용액은 4.4 ~ 4.6의 pH를 갖도록 제조되는 것이 적절할 것이다.
그 다음, 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30)를 수행한다.
상기 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30)에서는 상기 수산화나트륨 혼합단계(S20)에서 제조된 수산화나트륨이 혼합된 키토산 용액에 STPP(sodium tripolyphosphate) 수용액을 첨가하고 교반하여 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 제조한다.
상기 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30)에서의 STPP 수용액은 0.1 ~ 2.0mg/mL-1의 농도를 갖는 것이 적절하다. 보다 구체적으로, 상기 STPP 수용액은 1.0mg/mL-1의 농도를 갖는 것이 가장 바람직할 것이다.
상기 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30)에서는 용액이 투명한 색에서 흰색으로 변할 때까지 STPP 수용액을 한방울 씩 첨가하면서, 8 ~ 16시간 동안 교반하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 신선편이 파프리카 제조단계(S40)를 수행한다.
신선편이 파프리카 제조단계(S40)에서는 상기 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30)에서 제조한 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 절단된 파프리카에 침지시켜 신선편이 파프리카를 제조한다.
상기 키토산용액 제조단계(S10); 수산화나트륨 혼합단계(S20); 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30) 및, 신선편이 파프리카 제조단계(S40)를 수행하면, 본 발명에 따른 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카가 완성된다.
이하, 본 발명에 따른 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카에 대하여 간단히 설명한다.
본 발명에 따른 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카는 키토산을 아세트산에 용해하여 수산화나트륨을 혼합하고 STPP 수용액을 첨가해 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 절단된 파프리카에 침지시켜 제조된 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 아세트산은 0.1 ~ 1.0% 아세트산 수용액인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 0.5% 아세트산 수용액이 가장 적절할 것이다.
상기 키토산은 아세트산에 용해하고 실온에서 4 ~ 8시간 동안 300 ~ 700rpm의 속도로 교반한 것이 바람직하다. 좀 더 구체적으로, 6시간 동안 500rpm의 속도로 교반한 것이 적절하다.
상기 수산화나트륨은 0.01 ~ 0.2M의 농도를 갖는 것이 적절하다. 보다 구체적으로, 0.1M 수산화나트륨일 것이 바람직하다.
상기 STPP 수용액은 0.1 ~ 2.0mg/mL-1의 농도를 갖는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 상기 STPP 수용액은 1.0mg/mL-1의 농도인 것이 적절할 것이다.
상기 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물은 STPP 수용액을 첨가하고 8 ~ 16시간 동안 교반된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카는 유통기한이 증대되며, 항균 활성이 향상되며, 생물막 형성이 억제되고, 항산화 활성이 증진된다.
이하, 하기의 실시예, 비교예 및, 실험예를 통하여, 본 발명에 따른 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카의 효과에 대하여 보다 구체적으로 확인한다.
제조예
1. 키토산 나노입자가 형성된
침지용
조성물의 제조
하기의 제조방법에 따라 제조예 1의 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 제조하였다.
키토산용액 제조단계(S10): 키토산을 0.5% 아세트산에 실온에서 6시간동안 500rpm의 속도로 용해하여 키토산용액을 제조하였다.
수산화나트륨 혼합단계(S20): 상기 키토산 용액 제조단계(S10)에서 제조된 키토산용액에 0.1M의 수산화나트륨을 혼합하여 수산화나트륨이 혼합된 키토산용액을 제조하였다.
키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30): 상기 수산화나트륨 혼합단계(S20)에서 제조된 수산화나트륨이 혼합된 키토산 용액에 1.0mg/mL-1의 농도를 갖는 STPP 수용액을 한 방울씩 첨가하 면서 용액이 투명에서 흰색으로 변할 때까지 12시간 동안 교반하여 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 제조하였다.
제조예
2. 일반 키토산 분말이 분산된
침지용
조성물의 제조
하기의 제조방법에 따라 제조예 2의 일반 키토산 분말이 분산된 침지용 조성물을 제조하였다.
일반 키토산 분말이 분산된 침지용 조성물 제조 단계(S10): 키토산을 0.5% 아세트산에 실온에서 6시간 동안 500rpm의 속도로 용해하여 키토산용액을 제조하였다.
제조예
3. 아스코르브산인
침지용
조성물의 제조
하기의 제조방법에 따라 제조예 3의 아스코르브산이 분산된 침지용 조성물을 제조하였다.
아스코르브산인 침지용 조성물 제조 단계(S10): 아스코르브산을 100중량%가 되도록 하여 아스코르브산인 침지용 조성물을 제조하였다.
실시예
1 및
비교예
1 내지 2.
신선편이
파프리카의 제조
파프리카를 증류수로 세척하고 물기를 건조하였다. 물기가 건조된 파프리카를 30 × 30mm의 크기의 절편으로 절단하여 절단된 파프리카를 준비하였다.
그 다음, 상기 제조예 1 내지 3에서 제조된 침지용 조성물을, 실험을 위해 증류수에 1 내지 3%의 농도로 희석하고, 절단된 파프리카를 침지하고 건조하여, 하기 표 1에 기재된 바와 같이, 실시예 1 및 비교예 1 내지 2의 신선편이 파프리카를 제조하였다. 제조된 실시예 1 및 비교예 1 내지 2의 신선편이 파프리카는 다수의 샘플로 나누어 보관하였다.
절단된 파프리카가 침지된 조성물 | |
실시예1 | 제조예1의 침지용 조성물로 침지 |
비교예1 | 제조예2의 침지용 조성물로 침지 |
비교예2 | 제조예3의 침지용 조성물로 침지 |
실험예
1. 키토산 나노 입자의 형성 확인
우선, 제조예 1에서 제조된 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물에 키토산 나노입자가 형성되었는지에 대하여 확인하였다.
키토산 나노입자의 형성 확인 및 특성은 UHR-SEM, FE-TEM, EDS를 통해 확인하였다. 또한, 제타 전위 사이즈 분석기, XRD, FTIR을 이용하였다.
도 1은 제조예 1에 대한 UHR-SEM 촬영 이미지이며, 도 2는 제조예 1에 대한 FE-TEM 이미지이다. 그리고, 도 3은 제조예 1에 대한 EDS 맵핑 이미지다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 20nm의 크기를 갖는 나노 입자를 확인하였으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 대부분의 원소가 탄소라는 것을 보여주었다.
한편, 도 4는 제타 전위 사이즈 분석기에 의한 제타 전위 분석 그래프이며, 도 5는 제타 전위 사이즈 분석기에 의한 사이즈 분석 그래프다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 최적 조건에서 합성된 키토산 나노입자의 제타 전위는 45.10 ± 1.42mV였으며, 키토산 나노입자의 사이즈는 22.55 ± 1.69nm인 것으로 확인 되었다. ±40 에서 ±60까지 표준 제타 전위가 양호하고 안정적인 것으로 인정되므로 본 발명에 따라 형성된 키토산 나노입자는 우수한 품질과 안정성을 가짐을 확인할 수 있었다.
한편, 제조예 1(Chitosan nanoparticles)과 제조예 2(Chitosan)에 대하여 XRD 분석이 수행되었다. 도 6은 제조예 1(Chitosan nanoparticles) 및 제조예 2(Chitosan)에 대한 XRD 패턴 분석 그래프다. 제조예 1과 제조예 2는 서로 유사하게 2θ=10°및 20°에서 두개의 결정 피크를 가졌다. 한편, 제조예 1(Chitosan nanoparticles)의 결정피크는 제조예 2(Chitosan)의 결정 피크보다 약했다.
한편, 제조예 1(CsNPs)과 제조예 2(Cs)에 대한 FTIR 분석이 수행되었다. 도 7은 제조예 1과 제조예 2에 대한 FTIR 분석 그래프다. FTIR 스펜트럼은 제조예 1(CsNPs)과 제조예 2(Cs)의 작용기에 대한 정보를 제공한다. 양자 간에는 상이한 피크를 보이고 있으며, 이에 따라, 제조예 1과 제조예 2는 서로 상이한 작용기를 갖는다 할 것이다.
상기 실험예 1을 통하여, 제조예 1의 침지용 조성물은 키토산 나노입자를 포함하고 있음을 확인할 수 있었다.
실험예
2. 항산화 활성 확인
실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 신선편이 파프리카에 대하여 항산화 활성을 확인하였다. 항산화 활성은 DPPH 및 ABTS에 의해 확인하였다.
실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 대한 DPPH 소거능은, 7mM의 DPPH를 실시예 1 및 비교예 1 내지 2의 샘플에 가하고, 암실 조건에서 12시간 동안 인큐베이션 하였다. 이어서, 산화성 DPPH의 흡광도를 517nm에서 조정하였다. 100㎕의 DPPH를 메탄올에 녹인 실시예 1 및 비교예 1 내지 2 샘플 100㎕에 혼합하고 10분 동안 96 웰 플레이트에서 인큐베이션 하였다. 인큐베이션 후, 플레이트를 517nm에서 판독하였다.
실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 대한 ABTS+ 소거능은, 7mM의 ABTS를 실시예 1 및 비교예 1 내지 2의 샘플에 가하고, 암실 조건에서 12시간 동안 인큐베이션 하였다. 이어서, 산화성 ABTS+의 흡광도를 734nm에서 조정하였다. 100㎕의 ABTS를 메탄올에 녹인 실시예 1 및 비교예 1 내지 2 샘플 100㎕에 혼합하고 10분 동안 96 웰 플레이트에서 인큐베이션 하였다. 인큐베이션 후, 플레이트를 734nm에서 판독하였다.
각 샘플에 대해, 517nm 에서 DPPH를 측정하였고, 734nm에서 ABTS를 측정하였으며, 하기 수학식에 따라 소거율을 계산하였다.
결과는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같다. 도 8은 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 대한 DPPH 소거능을 나타낸 그래프며, 도 9는 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 대한 ABTS 소거능을 나타낸 그래프다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 실시예 1에서 제조한 신선편이 파프리카가 비교예 1 및 비교예 2에 비하여, 더 높은 항산화 효능을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 비교예 2인 아스코르브산으로 침지된 파프리카 보다도 높은 항산화 효능을 갖는 것으로 나타났으며, 이에, 본 발명에 따른 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카는 항산화 효능이 개선되는 것을 알 수 있다.
실험예
3. 항균 효과 확인
제조예 1 및 제조예 2의 침지용 조성물에 대하여 항균효과를 확인하였다.
제조예 1 및 제조예 2의 항균 활성은 디스크 확산에 의해 결정되었다. 우선, 박테리아 균주 (L. monocytogenes, S.enterica 및 E. coli)를 50mL Erlenmeyer에서 10mL의 MHB로 37℃ 온도에 밤새도록 배양하였다. 그 다음, 50μL의 박테리아 세포 현탁액을 면봉으로 MHA 플레이트에 묻혔다. 또한, 8mm의 멸균 디스크 항생제 (양성 대조군) 및 다른 CSNP의 농도를 각 플레이트에 놓고 37℃에서 배양하여 24 시간 CSNP의 항균 활성은 구역으로 측정되었다. 한편, 대조군으로 tetracycline-hydrochloride(TCs)를 이용하였다.
세 가지 병원성 박테리아 (L. monocytogenes, S. enterica 및 E. coli)가 피망을 감염시킬 가능성이 가장 높다. 이러한 박테리아에 대해 제조예1의 침지용 조성물은 MIC 및 MBC를 결정하기 위해 웰 확산 및 96- 웰 플레이트 탁도 테스트를 사용하여 테스트 되었다. 결과는 하기 표 2에 나타낸 바와 같다. 표 2는 제조예 1, 제조예 2 및 양성대조군(TCs)의 박테리아 병원체에 대해 생성 한 억제 영역, 최소 억제 농도 (MIC) 및 최소 살균 농도 (MBC)를 나타낸 표다.
Zone of inhibition (mm) and MIC&MBC | |||||||||||
양성대조군 (TCs) |
제조예 2 (CS) |
제조예 1 (CSNPs) |
|||||||||
1% | 2% | 3% | MIC | MBC | 1% | 2% | 3% | MIC | MBC | ||
E. col | 30 | 12.5 | 20.0 | 22.0 | 1% | >3% | 14.0 | 22.5 | 24.0 | 1% | 3% |
S. enterica | 29.5 | 10.5 | 17.0 | 19.5 | 1% | >3% | 12.0 | 20.0 | 22.0 | 1% | 3% |
L. monocytogenes | 32.5 | 12.0 | 22.0 | 23.5 | 1% | >3% | 15.0 | 26.5 | 26.5 | 1% | 3% |
결과에 따르면 제조예 1의 침지용 조성물은 세 박테리아 모두에 대한 억제 효과가 우수했으며, 억제 효과는 제조예 1의 농도(증류수 대비 1중량% ~ 3중량%)에 비례했다. 가장 높은 농도(3 중량%)의 제조예1의 항균 효과는 이미 MBC 수준을 얻었다. 제조예 1에 비해 제조예 2는 동일한 농도에서 활성이 적고 MBC는 3% 이상이었다.
한편, 제조예 1, 제조예 2의 L. monocytogenes, S.enterica 및 E. coli의 세포벽 손상에 대해서는 FE-TEM을 통해 관찰하였다.
결과는 도 10에 도시된 바와 같다. 도 10은 제조예 1(CSNPs) 및 제조예 2(Cs)의 식중독 원인균에 대한 세포벽 손상을 촬영한 FE-TEM 사진이다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 제조예 1(CSNPs)은 제조예 2(Cs)에 비해 식중독 원인균(L. monocytogenes, S.enterica 및 E. coli)에 대한 세포벽 손상을 더욱 요도해내는 것을 확인할 수 있었다. 이는 나노 크기의 키토산 나노입자가 박테리아 세포막을 통해 침투하여, 박테리아 세포 구조가 불완전해져 세포막과 뉴클레오이드가 파괴되었기 때문이다. 이에 비해, 제조예 2(Cs)의 일반 키토산 분말은 이와 같은 역할을 수행하지 못하였다. 이에, 본 발명에 따른 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카는 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 통해 항균 효능이 개선되는 것을 유추할 수 있다.
실험예
4.
생물막
형성 억제 확인
제조예 1 및 제조예 2의 침지용 조성물에 대해 생물막형성 억제를 호가인하였다.
미생물에 의해 표면에 부착되는 일종의 생물막은 강한 감염성과 약물 내성을 가지고 있다. 새로운 유형의 소형 물질인 나노 입자는 성공적으로 생물막을 통과하여 그 안에 존재하는 박테리아를 죽여 생물막의 지속적인 형성을 방지할 수 있다. 생물막의 주성분은 다당류이므로 크리스탈 바이올렛 사용하여 생물막을 염색함으로써 쉽게 관찰할 수 있다. CSNP의 억제 생물막 형성은 크리스탈 바이올렛 분석에 의해 입증되었다.
우선, L. monocytogenes, S. enterica 및 E. coli와 같은 박테리아 병원체가 96 웰 플레이트에서 생물막을 형성하도록 허용했다. 간단히, 600 nm 측정에서 OD 값 0.5에 도달할 때까지 세균 균주를 TSB 배지에서 배양하였다.
또한, 10 μL의 잘 성장한 박테리아 세포 현탁액을 96- 웰 플레이트에서 190 μL의 TSB 배지와 혼합하고 24시간 동안 37 ℃에서 배양 하였다. 생물막은 3 % CSNP로 처리되었고, 50 μg.mL-1의 tetracycline-hydrochloride(TCs)이 양성 대조군으로 사용되었습니다. 처리 후 플레이트를 메탄올로 5분간 고정하였다.
그런 다음 생물막을 PBS로 두 번 세척하고 공기 건조시켰다. 마지막으로 200 μL의 0.2 % 크리스탈 바이올렛 용액을 각 웰에 첨가하고 5 분간 방치하였다.
플레이트를 PBS로 두 번 다시 세척하고 과도한 크리스탈 바이올렛을 제거한 후 공기 건조시켰다. 그런 다음 현미경으로 생물막을 관찰했다.
마지막으로, 100 μL의 33 % 아세트산을 각 웰에 첨가하여 생물막 결합 크리스탈 바이올렛을 용해시켰다. OD 값은 마이크로 플레이트 리더에 의해 570 nm에서 검출되었다.
결과는 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같다.
도 11은 실험예 4와 관련, 제조예 1, 음성대조군 및 양성대조군의 생물막 억제를 나타낸 사진이며, 도 12은 실험예 4와 관련, 제조예 1, 제조예 2 및 양성대조군(tetracycline-hydrochloride)의 UV-visible을 통해 측정된 생물막의 양을 나타낸 그래프다.
도 11에 도시된 바와 같이, 현미경 이미지에서, 아무것도 처리되지 않은 그룹(CK, 미처리군)의 경우, 24시간 배양 후 세 종류의 박테리아는 96 웰 플레이트에서 완전한 생물막을 형성했다. 한편, 50 μg.mL-1의 tetracycline-hydrochloride를 사용한 양성 대조군(TCs)은 거의 모든 생물막을 명확하게 제거하였으며, 제조예 1의 경우에도 일정량 생물막을 억제하는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 도 12의 그래프에 나타난 바와 같이, 제조예 1(CSNPs)은 양성 대조군(TCs)에 미치지는 못했으나, 우수한 생물막 억제능을 나타내었다. 반면 제조예 2(Cs)의 경우 다소 부족한 생물막 억제능력을 보여 차이가 있었다.
실험예
6.
신선편이
파프리카의 품질 확인
제조예 1 및 제조예 2의 침지용 조성물을 통해 제조한 신선편이 파프리카에 대하여 품질 확인을 수행하였다.
신선편이 파프리카의 보존에 대한 키토산(CS) 및 키토산 나노 입자(CSNP)의 효과는 다양한 처리를 적용하여 테스트되었다.
CK: 절단된 파프리카를 증류수로 세척했다. (음성대조군)
CS: 절단된 파프리카를 3% 제조예 2의 용액에 5분 동안 담궜다. (비교예1)
CSNC: 절단된 파프리카를 3% 제조예 1의 용액에 5분 동안 담궜다. (실시예1)
처리 후 모든 샘플을 무균 공기 건조하고 앞서 설명한 방법에 따라 SEM 분석을 통해 나노 코팅을 확인했다.
그 다음 각 처리를 두 그룹으로 동일하게 나누고 5℃와 15℃에서 보관했습니다. 샘플을 각 처리에서 수집하고 3 일 간격으로 5℃ 및 15℃에서 보관하여 중량 감소, 총 박테리아 콜로니(TBC), 총 L. monocytogenes 콜로니(TLC), 총 S.enterica 콜로니(TSC) 및 총 곰팡이 콜로니(TFC)를 확인했다.
결과는 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같다. 도 13은 5℃에 보관한 파프리카 샘플의 중량감소(WL), 총 박테리아수(TBC), 총 리스테리아균수(TLC), 총 살모넬라균수(TSC) 및 총 진균수(TFC) 변화를 나타낸 테이블이며, 도 14는 15℃에 보관한 파프리카 샘플의 중량감소(WL), 총 박테리아수(TBC), 총 리스테리아균수(TLC), 총 살모넬라균수(TSC) 및 총 진균수(TFC) 변화를 나타낸 테이블이다.
그 결과, 실시예 1(CSNC)의 신선편이 파프리카의 총 박테리아수(TBC), 총 리스테리아균수(TLC), 총 살모넬라균수(TSC) 및 총 진균수(TFC)가 동일 기간 대비 가장 적게 발생한 것을 확인할 수 있었다.
관능 평가는 12 일째에 수행되었다. CSNC(실시예1), CS(비교예1), CK(음성대조군)의 감각 평가를 위해 15명의 전문가 패널 목록을 사용하여 신선편이 파프리카의 색, 냄새, 풍미, 맛, 과즙, 갈변 및 탄력과 같은 감각 품질을 분석했다.
감각 척도는 1~2 매우 나쁨 (진창 모양, 심각한 조직 손상, 박테리아 및 곰팡이 손상 가능성), 3~4 나쁨 (분명한 물에 젖은 조직, 식용 한계), 5~6 허용됨 (약간 창백함 과육, 눈에 띄는 물에 젖은 부위, 연화 시작, 시장성 한계), 7~8 좋음 (조직 가장자리에 약간의 반투명 증상이 있는 상쾌한 외관, 단단한 질감) 및 9~10 우수 좋음 (상쾌한 외관, 밝은 색상, 단단한 조직)으로 평가하였다.
결과는 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같다.
도 15는 실시예 1, 비교예 1 및 음성대조군에 대한 관능평가를 나타낸 그래프이며, 도 16은 실시예 1, 비교예 1 및 음성대조군의 저장 기간에 따른 외관 변화를 나타낸 사진이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 실시예 1(CsNC)의 관능평가 점수가 가장 우수함을 알 수 있었다. 또한, 도 16에 도시된 바와 같이 실시예 1(CsNC)의 육안 상태가 가장 변화가 적음을 확인할 수 있었다.
결론.
상기 제조예, 실시예, 비교예 및 실험예를 통해 확인한 바와 같이, 본 발명에 따른 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카는 항산화, 항균 효과가 우수하고, 생물막 억제 능력이 뛰어나며, 보존기간에 따른 관능평가에서 우수함을 확인할 수 있었다.
이에, 본 발명은 항산화, 항균 효과 및 생물막 억제 능력이 향상되어 유통기한 증진 효과를 갖는 절단된 파프리카로서 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카 및 그 제조방법을 개발하였음을 명시한다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시 예에 불과하며, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공되는 것임을 명확히 한다.
(S10): 키토산용액 제조단계
(S20): 수산화나트륨 혼합단계
(S30): 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계
(S40): 신선편이 파프리카 제조단계
(S20): 수산화나트륨 혼합단계
(S30): 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계
(S40): 신선편이 파프리카 제조단계
Claims (12)
- 키토산을 0.1 ~ 1.0% 아세트산 수용액에 용해하고 실온에서 4 ~ 8시간 동안 300 ~ 700rpm의 속도로 교반하여 키토산용액을 제조하는 키토산용액 제조단계(S10);
상기 키토산 용액 제조단계(S10)에서 제조된 키토산용액에 0.01 ~ 0.2M의 수산화나트륨을 혼합하여 수산화나트륨이 혼합된 키토산용액을 제조하는 수산화나트륨 혼합단계(S20);
상기 수산화나트륨 혼합단계(S20)에서 제조된 수산화나트륨이 혼합된 키토산 용액에 0.1 ~ 2.0mg/mL-1의 농도를 갖는 STPP(sodium tripolyphosphate) 수용액을 한 방울씩 첨가하면서 8 ~ 16시간 동안 교반하여 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 제조하는 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30) 및,
상기 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물 제조단계(S30)에서 제조한 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 증류수에 1 내지 3%의 농도로 희석하고, 30 × 30mm의 크기의 절편으로 절단된 파프리카에 침지하고 건조하여 신선편이 파프리카를 제조하는 신선편이 파프리카 제조단계(S40)를 포함하며, 생물막 억제능을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카의 제조방법.
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- 키토산을 0.1 ~ 1.0% 아세트산 수용액에 용해하고 실온에서 4 ~ 8시간 동안 300 ~ 700rpm의 속도로 교반하여, 0.01 ~ 0.2M의 수산화나트륨을 혼합하고, 0.1 ~ 2.0mg/mL-1의 농도를 갖는 STPP(sodium tripolyphosphate) 수용액을 첨가하고 8 ~ 16시간 동안 교반하여, 키토산 나노입자가 형성된 침지용 조성물을 증류수에 1 내지 3%의 농도로 희석하고, 30 × 30mm의 크기의 절편으로 절단된 파프리카에 침지하고 건조하여 제조되며, 생물막 억제능을 갖는 것을 특징으로 하는 키토산 나노입자를 이용한 신선편이 파프리카.
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