식품 신선도 유지를 위한 항균성 하이드로겔

본 발명은 천연 다당류를 활용하여 인체에 무해하고, 팽윤성이 뛰어나 식품에서 배출되는 액체를 다량 흡수할 수 있으면서도 항균성이 우수해 미생물의 생육을 효과적으로 저감시킬 수 있는 식품의 신선도 유지할 수 있는 항균성 하이드로겔 및 이를 이용한 식품 보관 용도에 관한 것으로, 육류 또는 수산물 등과 같은 식품에 적용함으로써 식중독 및 부패를 유발하는 미생물의 생육을 효과적으로 저해시킬 수 있어 식품을 냉장과 냉동 뿐 아니라 상온 등의 다양한 온도에서 신선도 유지가 가능하고 육류 또는 수산물을 손질하기 전 잠시 부착했다가 탈착하여 세균을 단시간에 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

청구범위
청구항 1
식품의 신선도 유지를 위한 항균성 하이드로겔 조성물.
청구항 2
제 1항에 있어서,상기 항균성 하이드로겔 조성물은 항균 물질을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 조성물.
청구항 3
제 2항에 있어서,상기 항균물질은 천연 식물 추출물, 항균성 고분자 및 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
청구항 4
제 1항에 있어서,상기 항균성 하이드로겔 조성물은 알긴산(alginate), 아가(agar), 글리세롤(glycerol), 염화칼슘, 및 항균물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
청구항 5
제 1항에 따른 항균성 하이드로겔 조성물이 포함된 식품에 적용을 위한 기재.
청구항 6
제 5항에 있어서,상기 기재는 식품 표면 또는 식품을 보관하는 용기에 접착되는 패드 또는 필름의 형태인 것을 특징으로하는 기재.
청구항 7
제 6항에 있어서,상기 기재는 밀착포 또는 흡습포의 형태인 것으로 특징으로 하는 기재.
청구항 8
제 1항에 따른 항균성 하이드로겔 조성물이 적용된 식품 또는 식품 포장재.
청구항 9
다음의 단계를 포함하는, 제 1항에 따른 항균성 하이드로겔 조성물의 제조방법:(a) 알긴산(alginate), 아가(agar) 및 글리세롤(glycerol)을 혼합하여 제조한 혼합물에 염화칼슘(CaCl2) 수용액을 혼합하여 하이드로겔 조성물을 제조하는 단계; 및(b) 상기 하이드로겔 조성물을 성형한 후 건조하여 하이드로겔을 제조하는 단계;를 포함하되,상기 하이드로겔 조성물은 전체 조성물 100중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 알긴산, 0.1 내지 2 중량부의아가, 30 내지 50 중량부의 글리세롤, 및 0.05 내지 0.5 중량부의 염화칼슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 식품 신선도 유지를 위한 항균성 하이드로겔 및 이를 이용한 식품 [0001] 보관 용도에 관한 것으로, 육류 또는 수산물 등과 같은 식품에 적용함으로써 식중독 및 부패를 유발하는 미생물의 생육을 효과적으로 저해시킬 수있어 식품을 냉장과 냉동 뿐 아니라 상온 등의 다양한 온도에서 신선도 유지가 가능하고 육류 또는 수산물을 손질하기 전 잠시 부착했다가 탈착하여 세균을 단시간에 저감시킬 수 있는 항균성 하이드로겔 및 이를 이용한 식품 보관 용도에 관한 것이다.
배 경 기 술
[0002] 일반적으로, 육류, 수산물, 채소류, 과일류 등과 같은 식품은 조직이 파괴되면 조직 내부 및 외부의 유액이 외부로 유출되어 식품의 신선도가 저하되고 식품의 보수력 또한 저하되며 식품이 자가분해되는 현상이발생하거나, 세균이 증식하고 식품 표면에 변색이 발생하는 현상 등이 더욱 가속화된다.
[0003] 기존에는, 식품의 신선도를 장기간 유지하도록 하기 위해서, 식품 포장 시 식품과 식품을 포장하기 위한 용기사이에 수분 흡수 패드 등과 같은 식품표면 적용 제품을 배치하고 제품의 상면에 식품을 배열하도록 하여, 저장중인 식품과 유출된 액체를 분리시키고 식품으로부터 배출되는 액체를 보다 신속하게 흡수 및 저장하게 하여 식품의 신선도를 장시간 유지시키도록 하고 있으며, 상기 식품 표면 적용 제품은 종이, 스펀지 또는 합성 고분자등과 같은 흡습성 소재를 활용하여 제조한 것을 사용하고 있다.
[0004] 하지만, 종이 또는 스펀지 등의 소재로 제조한 제품은 겉보기에는 식품과 식품으로부터 유출된 액체를 서로 완전히 분리하고 있는 것으로 보이지만 실제로는 이들이 서로 접촉된 상태를 유지하고 있기 때문에 식품의 신선도를 장기간 유지하기 힘들다는 문제가 있고, 또한, 흡습성 고분자를 활용하는 제품의 경우에는 항균성이 다소 떨어지고, 식품을 장시간 보관 시 식중독을 유발하는 미생물이 생육하게 되며, 인체에 유해한 물질들이 외부로 배출되는 등의 문제가 있어 이를 보완할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.
선행기술문헌
특허문헌
[0005] (특허문헌 0001) 한국공개특허 제10-2003-0086976호 (공개일 : 2003.11.12)
(특허문헌 0002) 한국등록특허 제10-1678402호 (공개일 : 2016.12.06)
(특허문헌 0003) 한국공개특허 제10-2016-0038120호 (공개일 : 2016.04.07)
(특허문헌 0004) 한국등록특허 제10-1012289호 (공개일 : 2011.02.10)
발명의 내용
해결하려는 과제
[0006] 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 천연 다당류를 활용하여 인체에 무해하고, 팽윤성이 뛰어나 식품에서 배출되는 액체를 다량 흡수할 수 있으면서도 항균성이 우수해 미생물의생육을 효과적으로 저감시킬 수 있는 하이드로겔을 제조하는 방법과, 이에 의해 제조된 하이드로겔을 수분 흡수재로 포함하여 식품을 장기간 보관할 수 있는 식품 표면 적용 제품에 대한 기술 내용을 제공하고자 하는것이다.
과제의 해결 수단
[0007] 상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명은, 식품의 신선도 유지를 위한 하이드로겔 조성물을제공한다.
[0008] 본 발명은 또한, 상기 하이드로겔 조성물은 알긴산(alginate), 아가(agar), 글리세롤(glycerol), 및 염화칼슘을포함할 수 있다.
본 발명은 (a) 알긴산, 아가 및 글리세롤을 혼합하여 제조한 혼합물에 염화칼슘 [0009] 수용액을 혼합하여 하이드로겔조성물을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 하이드로겔 조성물을 성형한 후 건조하여 하이드로겔을 제조하는 단계;를포함하되, 상기 하이드로겔 조성물은 전체 조성물 100중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 알긴산(alginate),0.1 내지 2 중량부의 아가(agar), 30 내지 50 중량부의 글리세롤(glycerol), 및 0.05 내지 0.5 중량부의 염화칼슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로겔 조성물의 제조방법을 제공한다.
[0010] 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단계 (b)에서는, 30 내지 50 ℃의 온도로 24 내지 72시간 동안 건조하여 상기 하이드로겔을 제조할 수 있다.
[0011] 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단계 (b)에서는, 상기 하이드로겔을 제조한 후, 제조한 하이드로겔을0.001 내지 1.5 중량%의 항균물질을 포함하는 수용액에 침지시켜 상기 하이드로겔을 팽윤시키는 단계를 추가로포함할 수 있으며, 상기 항균물질은 천연 식물 추출물, 항균성 고분자, 금속 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
[0012] 또한, 본 발명은 상기 신선도 유지를 위한 하이드로겔 조성물이 포함된 식품에 적용을 위한 패드를 제공한다.
[0013] 본 발명에 있어서, 상기 식품에 적용을 위한 패드는, 식품과 함께 포장용기 내에 내장시키는 형태로 제공될 수있으며, 상기 하이드로겔 조성물이 식품과 직접 부착된 형태로 제공될 수 있다. 일 예시로, 상기 패드는 밀착포또는 흡습포의 형태로 제공될 수 있다.
[0014] 본 발명은 또한, 상기 하이드로겔이 적용된 식품을 제공한다.
발명의 효과
[0015] 본 발명에 따른 식품 신선도 유지를 위한 하이드로겔 조성물을 포함함에 따라, 식품에서 유출되는 수분을 다량흡수하여 식품과 액체가 서로 분리된 상태를 유지시킬 수 있어 장시간 동안 식품을 신선하게 보관할 수 있다.
[0016] 또한, 본 발명에 따른 하이드로겔의 제조방법에 따르면, 알긴산, 아가 등 과 같은 천연 다당류와 항균물질을 혼합하여 하이드로겔 조성물을 제조하고, 조성물을 성형하여 건조하는 간단한 방법을 통해 항균성이우수하면서도, 흡습성과 팽윤성이 우수한 하이드로겔을 제조할 수 있다.
[0017] 또한, 식품 표면 적용 제품은 인체에 유해한 성분을 배출하지 않아 안전성이 우수하면서도, 항균성이 우수하여식품 표면에 세균이 번식을 효과적으로 방지할 수 있어 식품 포장 시 식품과 식품을 포장하기 위한 용기 사이에배치되는 흡수 패드 등으로 용이하게 활용될 수 있다.
[0018] 아울러, 본 발명에 따른 하이드로겔은 육류 또는 수산물을 손질하기 전에 잠시 부착했다가 탈착하여 세균을 단시간에 저감시킬 수 있는 효과를 확인할 수 있다.
도면의 간단한 설명
[0019] 도 1은 실시예에 따른 방법으로 제조한 하이드로겔을 촬영한 실제 이미지이다.
도 2는 실시예에 따른 방법으로 제조한 하이드로겔을 포함하는 (a) 밀착포 및 (b) 흡습포를 촬영한 실제 이미지이다.
도 3은 육류를 하이드로겔 없이 호기상태에서 보관한 경우 항균 효과를 나타낸 결과이다.
도 4는 육류를 하이드로겔 없이 진공상태에서 보관한 경우 항균 효과를 나타낸 결과이다.
도 5는 육류를 자몽종자추출물 함유 하이드로겔 부착하여 호기상태에서 보관한 경우 항균 효과를 나타낸 결과이다.
도 6은 육류를 자몽종자추출물 함유 하이드로겔 부착하여 진공상태에서 보관한 경우 항균 효과를 나타낸 결과이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
[0020] 이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
[0021] 일 관점에서, 본 발명은 식품의 신선도 유지를 위한 하이드로겔 조성물에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 식품의 신선도 유지, 특히, 육류, 어류와 같은 수산물 [0022] 등의 식재료의 냉장과 냉동 뿐만아니라 실온상태 보관에서도 미생물 생육을 억제함으로써 더 오래 식품의 신선도를 유지할 수 있는 하이드로겔조성물에 관한 것이다.
[0023] 본 발명에 있어서, 적용가능한 식품의 종류에는 제한됨이 없이, 육류, 수산물 등을 포함한다.
[0024] 본 발명에 있어서, 상기 하이드로겔 조성물은 식품에 직접 또는 간접적으로 부착되-carrageenan), 카복시 메틸셀룰로오스(CMC)와 같은 천연 폴리머; 잔탄(xanthan), 콜라겐(collagen), 키토산, 글루코만난, 아가과 같은 천연 코폴리머; Al3+, Ca2+, Na+, heat, pH, 염화칼슘(CalCl2), 염화칼륨(KCl), 글리세롤과 같은 가교제;를 포함한다.
[0025] 본 발명의 일 구현 예로, 알긴산(alginate), 아가(agar), 글리세롤(glycerol), 염화칼슘을 포함할 수 있으며,잔량의 물을 포함할 수 있다.
[0026] 본 발명에 따른 하이드로겔 조성물은 식품의 신선도 유지를 위해, 우수한 항균활성, 스웰링(swelling) 능력, 우수한 유연성, 등의 효과를 가지고 있다.
[0027] 특히, 이러한 효과를 나타내기 위해서, 사용하는 폴리머; 코폴리머; 가교제의 적절한 조합 또한 중요하다.
[0028] 본 발명에 있어서, 항균을 나타내는 균 범위는 일 실시예에 따라, 대표적으로, L. monocytogenes, B. cereus,E. coli 등이나, 이들 균 범위에 제한되지 아니하고, 예컨대, Salmonella spp., Enteritidis, Pseudomonasspp., Clostridium spp. 등 식품의 신선도 저하에 따라 생장 또는 증식 되는 다양한 박테리아에 대한 항균 활성을 나타낸다.

[0029] 일 관점에서, 본 발명은 (a) 알긴산(alginate), 아가(agar) 및 글리세롤(glycerol)을 혼합하여 제조한 혼합물에염화칼슘(CaCl2) 수용액을 혼합하여 하이드로겔 조성물을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 하이드로겔 조성물을 성형한 후 건조하여 하이드로겔을 제조하는 단계;를 포함하되, 상기 하이드로겔 조성물은 전체 조성물 100중량부 대하여 1 내지 10중량부의 알긴산, 0.1 내지 2 중량부의 아가, 30 내지 50 중량부의 글리세롤, 0.05 내지0.5 중량부의 염화칼슘를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성 하이드로겔의 제조방법을 제공한다. 상기 조성물에 나머지 중량부는 물을 포함할 수 있다.
[0030] 상기 단계 (a)는, 알긴산, 아가, 글리세롤, 염화칼슘, 및 선택적으로 물을 혼합하여 하이드로겔 조성물을 제조하는 단계이다.
[0031] 상기 하이드로겔 조성물에 포함되는 알긴산은 갈조류와 해조류의 세포벽을 구성하는 천연 다당류이고 D-만누론산(D-mannuronic acid)과 L-글루쿠론산(L-glucuronic acid)이 1,4-글리코시드 결합(1,4-glycosidic linkage)을통해 결합된 공중합체(copolymer)로서, 인체에 무해하고, 소화기관에 대해서 매우 안정적이며, 금속이온과의 반응성에 의한 중금속을 흡착하고, 유해 미생물의 증식을 억제하는 역할을 할 수 있다.
[0032] 상기 알긴산은 후술할 단계에서 제조되는 하이드로겔의 강도, 흡습성, 팽윤성 등의 물성을 조절하는 역할을 할수 있으며, 알긴산의 포함함량이 높을수록 하이드로겔의 강도는 증가하지만, 흡습성과 팽윤성은 감소되는 특성을 나타낼 수 있다. 상기 알긴산은 하이드로겔 조성물의 총 100중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부의 비율로포함될 수 있으며, 상기 알긴산의 포함함량이 1 중량부 미만일 경우 하이드로겔의 강도를 충분히 확보하기 힘들고, 10 중량부를 초과할 경우 흡습성과 팽윤성이 크게 감소하여 하이드로겔 고유의 특성을 유지하기 어려운 문제가 있다.
[0033] 바람직하게는, 상기 하이드로겔 조성물은 상기 알긴산은 5 중량부의 비율로 포함하여 식품 포장용으로 활용되기위한 충분한 강도 및 팽윤성을 갖는 하이드로겔을 제조하도록 구성할 수 있다.
[0034] 상기 아가는 수용성 천연 고분자로서 한천이라고도 하며, 아가의 포함함량을 조절하여 후술할 하이드로겔의 기공 크기(pore size), 기계적 강도(mechanical stiffness), 함수율 및 팽윤성 등의 물리적, 구조적 성질을 제어할 수 있다. 특히, 상기 아가를 혼합하여 제조한 하이드로겔의 경우 친수성 표면 성질을 형성할 수 있고, 이로인해 다량의 수분을 함유할 수 있기 때문에, 제조한 하이드로겔을 식품 표면 적용 제품에 구비되는 수분 흡수재로 활용할 수 있는 특성을 부여하게 된다.
[0035] 바람직하게는, 상기 아가는 상기 하이드로겔 조성물의 전체 100 중량부 기준으로 0.1 내지 2 중량부의 비율로혼합될 수 있으며, 상기 아가의 함량이 0.1 중량부 미만일 경우 후술할 하이드로겔의 강도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 2 중량부를 초과할 경우 수분 흡수시 팽윤성과 흡습성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 아가는 1 중량부의 함량으로 혼합하여 하이드로겔 제조를 위해 활용할 수 있다.
상기 글리세롤은 다가 알코올로서 하이드로겔 조성물에 첨가되어 후술할 [0036] 하이드로겔에 흡수된 수분이 건조되는것을 방지하고, 하이드로겔에 첨가되는 항균물질 등의 유효성분의 유실을 방지하며, 하이드로겔에 신장률을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 바람직하게는, 하이드로겔 조성물의 전체 100중량부를 기준으로 상기 글리세롤을30 내지 50 중량부의 비율로 혼합할 수 있으며, 상기 글리세롤의 포함함량이 30 중량부 미만일 경우 하이드로겔에서 수분이 쉽게 유실되는 문제가 발생할 수 있고, 50 중량부를 초과할 경우 하이드로겔의 강도가 저하되고 하이드로겔에 끈적임이 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 하이드로겔 조성물의 총 100중량부를 기준으로 상기 글리세롤을 40 중량부의 비율로 혼합할 수 있다.
[0037] 상기 염화칼슘은 수용액 내에서 칼슘 이온을 형성하여 양이온 교환을 유도하며, 이와 같은 염화칼슘이 가교제로작용하여 양이온 교환으로 인해 알긴산의 가교 결합을 유도하여 강도를 상승시켜 수용성 겔을 형성시키는 역할을 하며, 이로 인해, 하이드로겔에 성형성과 안정성을 부여하게 된다.
[0038] 상기 염화칼슘은 알긴산에 의한 하이드로겔의 겔 형성능을 상승시켜 적합한 흡습성과 팽윤성을 갖는 하이드로겔을 형성할 수 있도록 적정량을 첨가하는 것이 좋고, 바람직하게는 하이드로겔 조성물은 상기 염화칼슘을 0.05내지 0.5 중량부의 비율로 혼합할 수 있으며, 0.05 중량부를 초과하는 비율로 혼합할 경우 하이드로겔의 강도발현이 발생되지 않는 문제가 있고, 0.5 중량부를 초과할 경우 국부적인 겔화가 발생하거나 상분리에 의해 하이드로겔에 불균일이 발생할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 하이드로겔 조성물은 상기 염화칼슘을 0.2 중량부의비율로 혼합할 수 있다.
[0039] 또한, 상기 염화칼슘은 알긴산 아가, 글리세롤을 혼합한 후 균일하게 혼합되도록 지속적으로 교반되는 조건에서염화칼슘을 물과 혼합한 염화칼슘 수용액을 혼합하도록 하고, 염화칼슘 수용액의 첨가속도를 조절하여 균일한특성을 갖는 하이드로겔이 형성될 수 있도록 한다.
[0040] 본 단계에서는, 상기 알긴산, 아가 및 글리세롤을 혼합하여 혼합물을 제조하고, 제조한 혼합물에 염화칼슘 수용액을 혼합하도록 하여 하이드로겔 조성물을 제조할 수 있으며, 상기 하이드로겔 조성물을 교반봉 등의 수단을이용해 지속적으로 교반하여 염화칼슘이 균일하게 혼합되도록 하고, 하이드로겔 조성물에 겔화가 서서히 진행되는 시점에서는 후술할 단계에서 성형하도록 하여 하이드로겔을 제조하도록 구성할 수 있다.
[0041] 상기 단계 (b)는, 상기 하이드로겔 조성물을 성형한 후 건조하여 하이드로겔을 제조하는 단계로서, 상기 하이드로겔은 물을 분산 매체로 하고, 삼차원 망상 구조를 갖는 친수성 고분자 물질로서 다량의 수분을 흡수할 수 있으며, 유연성이 있어 식품과의 밀착성이 뛰어나고 부드러운 질감을 제공한다.
[0042] 본 단계에서는, 전술한 단계에서 제조한 하이드로겔 조성물을 교반하여 염화칼슘에 의한 알긴산의 가교를 유도하고, 하이드로겔 조성물이 서서히 굳어 겔화되는 시점에서 상기 하이드로겔 조성물을 평판 플레이트 등과 같은성형틀 또는 몰드에 공급하여 성형하고 성형체를 자연 건조, 열풍건조, 진공건조 등의 방법으로 건조하여 하이드로겔을 제조하도록 구성할 수 있다. 상기와 같이, 건조를 수행하면, 하이드로겔에 포함된 물이 증발하게 되면 알긴산과 아가가 완전히 겔화되어 하이드로겔을 형성하게 되며, 이와 같은 하이드로겔의 건조는 최종적으로제조되는 하이드로겔의 물성을 좌우하는 주요 인자 중에 하나이다.
[0043] 구체적으로, 제조한 하이드로겔은 건조도가 높을수록 강도가 크고 흡습성, 팽윤성과 함수율이 낮으며 단단하고질긴 하이드로겔이 형성되고, 하이드로겔의 건조도가 낮을수록 강도가 낮고 함수율이 높으며 유연하고 부드러운하이드로겔을 제조할 수 있게 되므로, 하이드로겔의 종류 및 정도에 부합하는 물성을 보유한 하이드로겔을 제조할 수 있다.
[0044] 바람직하게는, 본 단계에서는, 상기 하이드로겔의 제조를 위해, 상기 하이드로겔 조성물을 성형한 후 30 내지50℃의 온도로 24 내지 72시간 동안 건조하도록 하여 하이드로겔을 제조할 수 있으며, 상기 하이드로겔을 24시간 미만 건조할 경우 하이드로겔에 수분함량이 높아 팽윤성과 흡습성이 다소 떨어진다는 문제가 발생할 수있고, 72시간을 초과하여 건조할 경우 하이드로겔의 흡습율이 감소하고 딱딱해지며, 유연성이 감소하는 부작용이 발생할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 하이드로겔 조성물을 성형한 후, 42oC의 온도로 48시간 동안 건조하도록 하여 하이드로겔을 제조할 수 있다.
[0045] 본 발명에 있어서, 상기 하이드로겔은 평균 두께가 0.5 내지 10 mm일 수 있으며, 하이드로겔의 평균 두께가 0.5mm 미만일 경우 하이드로겔의 두께가 너무 얇아 기계적 강도가 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 10 mm를 초과하면 하이드로겔이 수분을 흡수하여 팽윤 될 시, 흡수율이 감소함과 동시에 두께가 너무 두꺼워 식품 포장용으로적합하지 않다는 문제가 있을 수 있으며, 보다 바람직하게는, 상기 하이드로겔은 1 내지 3 mm의 평균 두께를 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 하이드로겔은 전형적으로, 패치, 필름 등과 같은 시트 [0046] 형태로서 이에 제한되는 것은 아니며, 선택된 성형틀에 따른 어떠한 크기 및 모양도 가능하다.
[0047] 나아가, 본 단계에서는, 상기와 같은 방법으로 제조한 하이드로겔에 항균력을 향상시키기 위해서, 제조한 하이드로겔을 항균물질을 포함하는 수용액에 침지시켜 상기 하이드로겔을 팽윤시키는 단계를 추가로 포함하도록 구성할 수 있다.
[0048] 구체적으로, 상기와 같은 방법으로 제조한 하이드로겔은 수분함량이 낮은 상태로서, 물을 흡습하여 팽윤 할 수있는 성질을 나타내며, 이와 같은 팽윤성을 이용해 하이드로겔의 조직 내부로 항균물질을 흡수시켜 항균성이 향상된 하이드로겔을 제조할 수 있다.
[0049] 상기 항균물질은 키토산 등과 같은 항균성 고분자, 이산화티탄 등과 같은 금속 산화물, 자몽종자추출물 또는 감귤추출물 등과 같은 천연 식물 추출물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 상기 항균물질은 자몽종자추출물, 감귤추출물 또는 이들의 혼합물 등과 같은 천연 항균물질을 사용하여 하이드로겔에 각종 미생물의 생육을 효과적으로 저해하는 항균물질이 충분히 흡수되도록 하는 것이 좋다.
[0050] 특히, 상기 자몽종자추출물(grapefruit seed extract)은 아스코르빈산을 다량 포함하며, 플라보노이드계 화합물인 나린진과 시트랄 등의 항균물질을 함하고, 금속이온의 환원제로 작용 수소라디칼을 생성하여 세포막에 분포된 효소 성을 저해하여 세포막 기능을 약화시켜 미생물의 세포 호흡을 저해하여 미생물의 생육을 억제하는 항균활성을 나타낼 수 있다. 아울러, 강한 방취력을 보유하고 있어 악취와 부패취를 없애는 데에도 도움을 준다.
[0051] 상기 자몽 종자 추출물은 종자를 물 또는 에탄올로 추출하여 수득한 추출물을 사용할 수 있으며, 이외의 다양한방법을 추출한 추출물을 활용할 수도 있고, 상기와 같은 자몽종자추출물은 천연 식품 첨가물로서 안전성을 인정받았기 때문에 하이드로겔에 첨가되는 항균물질로 활용할 수 있다.
[0052] 상기 감귤추출물은 리모넨, 비타민, 플라보노이드, 에센셜 오일 등과 같은 성분을 다량 포함하여 항균 활성을나타내며, 감귤의 과피, 과육 폐감귤박을 물 또는 에탄올로 추출하여 얻어지는 통상적인 다양한 형태의 추출물을 사용할 수 있으며, 상기 감귤추출물 또한 천연 식품 첨가물로서 안전성을 인정받았기 때문에 하이드로겔의항균성을 향상시키기 위해 첨가될 수 있다.
[0053] 본 단계에서는, 상기 하이드로겔을 제조한 후, 상기와 같은 자몽종자추출물 또는 감귤추출물을 상기 하이드로겔조성물의 총 100중량부를 기준으로 0.001 내지 1.5 중량부의 비율로 포함하는 수용액에 제조한 하이드로겔을 침지시키고, 상기 하이드로겔이 수용을 흡수하도록 하여 항균활성이 우수한 하이드로겔을 제조하도록 구성할 수있다. 상기와 같이 자몽종자추출물 또는 감귤추출물을 포함하는 수용액에 침지시켜 제조한 하이드로겔은 리스테리아 모노사이토제네스(Listeria monocytogenes) 또는 바실러스 세레우스(Bacillus cereus) 등과 같은 유해 미생물
[0054] 의 생육을 저해하는 항균활성이 우수하다.
[0055] 바람직하게는, 1 내지 1.5 중량부의 함량으로 자몽종자추출물 또는 감귤추출물을 포함하는 수용액에 침지시켜항균활성이 우수한 하이드로겔을 제조할 수 있으며, 이와 같은 하이드로겔은 L. monocytogenes 또는 B. cereus등과 같은 유해 미생물 균주의 생육을 완전히 저해하는 우수한 항균활성을 갖는다.
[0056] 또한, 바람직하게는, 상기 하이드로겔을 상기 항균물질을 포함하는 수용액에 30분 내지 4시간 동안 침지시키도록 하여 항균성이 우수한 하이드로겔을 제조하도록 구성할 수 있으며, 보다 바람직하게는, 제조한 하이드로겔을1 내지 2시간 동안 침지시킬 수 있다.
[0057] 아울러, 상기와 같은 방법으로 하이드로겔을 항균물질을 포함하는 수용액에 침지시켜 하이드로겔에 항균물질을흡수시킨 후, 항균물질을 흡수한 하이드로겔을 5 내지 1440분 동안 건조하도록 하여 항균활성이 우수한 하이드로겔을 제조할 수 있으며, 이와 같은 방법으로 제조한 하이드로겔을 식품에서 유출되는 수분을 흡수할 수 있는수분 흡수재로 즉시 활용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 건조는 5 내지 120분 동안 수행할 수 있으며, 건조 시간이 120분을 초과할 경우 하이드로겔의 형태가 흐트러지거나 항균성이 오히려 저감되는 문제가 발생할 수있고, 5분미만일 경우 수분함량이 너무 높아 흡습성이 낮은 문제가 발생할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 하이드로겔의 제조방법에 따르면, 알긴산, [0058] 아가, 글리세롤, 천연 항균물질 등과 같은 인체에 안전한 물질을 성형하여 건조하는 간단한 방법을 통해 항균성이 우수하면서도, 흡습성이 뛰어난하이드로겔을 제조할 수 있다.
[0059] 일 관점에서, 본 발명은 상기 하이드로겔 (조성물)이 포함된, 식품에 직,간접적으로 적용하기 위한 기재(substrate)에 관한 것이다.
[0060] 구체적으로 상기 기재는 패드의 형태를 띨 수 있으며, 상기 하이드로겔의 상면 및 하면에 배치되는 상부 필름및 하부 필름이 구비되어 식품에서 유출되는 수분을 흡수할 수 있는 흡수 패드 등과 같은 통상적인 식품 표면적용 제품이 갖는 다양한 형태를 가질 수 있다.
[0061] 일례로, 상기 상부 필름은 유체투과성 필름을 사용하여 식품에서 유출되는 수분을 쉽게 흡수하도록 하고, 하부필름은 유체불투과성 필름을 사용하여 식품 포장 용기로의 수분 배출을 방지하여 장시간 식품의 신선도를 유지하게 구성할 수 있으며, 이에 제한받지 않고, 밀착포, 흡습포 등과 같이 다양한 형태를 가질 수 있다.
[0062] 상기와 같은 형태를 갖는 식품 표면 적용 제품은 상기와 같은 방법으로 제조한 하이드로겔을 흡수재로 포함함에따라, 흡습성, 팽윤성 등의 특성이 우수하여 식품에서 유출되는 수분을 다량 흡수할 수 있어 식품과 액체가 서로 분리된 상태를 유지하도록 하여 식품의 신선도 저하를 방지할 수 있다.
[0063] 또한, 상기 식품 표면 적용 제품은 인체에 유해한 성분을 배출하지 않아 안전성이 우수하면서도, 항균성이 우수하여 식품 표면에 세균이 번식을 효과적으로 방지할 수 있어 식품 포장 시 식품과 식품을 포장하기 위한 용기사이에 배치되는 흡수 패드로 용이하게 활용될 수 있다. 식품으로써 육류, 생선류 등의 포장을 위한 식품 포장용 흡수 패드로 용이하게 활용될 수 있으며, 육류, 생선류 포장을 위한 포장재, 포장 용기에 바람직하게 사용될수 있다.
[0064] 본 발명의 하이드로겔은 일종의 팩과 같은 형태로, 포장팩 내부에 항균 패치 (즉, 흡습포 내부에 하이드로겔을충전하는 형태)를 항균 용액과 함께 넣어 포장하고, 포장을 뜯어 꺼내기 전까지 항균 용액을 흡수하고 있는 형태, 또는 하이드로겔 패치와 항균 물질(용액)을 따로 포장하여 제공하는 형태일 수 있다.
[0065] 일 관점에서, 본 발명은 상기 하이드로겔이 적용된 식품에 관한 것으로, 상기와 같은 식품은 육류, 생선류 등제한없다.
[0067] 이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하도록 한다.
[0068] 제시된 실시예는 본 발명의 구체적인 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
[0070] <실시예> 하이드로겔 제조
[0071] 5 중량%의 알긴산(alginate)과 1 중량%의 아가(agar)를 넣은 삼각플라스크에 40 중량% 글리세롤(glycerol)을 넣고 교반(stir)하여 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 0.2 중량%의 CaCl2를 물과 혼합하여 제조한 염화칼슘 수용액을 상기 혼합물과 혼합하고 다시 교반하여 혼합하였다. 겔이 형성되면 square dish에 혼합물을 0.2 cm 두께로고루 펴 42oC의 인큐베이터에서 48시간 동안 건조시켜 도 1에 나타낸 바와 같은 형태를 갖는 하이드로겔(alginate 5% + agar 1% + CaCl2 0.2% +glycerol 40%)을 제조하였다.
[0072] 도 1에 나타난 바와 같이, 제조한 하이드로겔은 무취의 투명한 겔로, 칼슘 양이온과 결합하여 단단한 겔을 형성하였으며, swelling 능력이 우수하고, 항균물질을 swelling 하면 겔이 약하게 용해되면서 크기가 커지며 건조시 수축하는 성질을 갖는 것으로 확인되었다.
[0073] <비교예> 일반 하이드로겔의 제조
[0074] 1 중량% κ-카라기난(κ-carrageenan), 1 중량%의 잔탄검(xanthan)과 40 중량%의 글리세롤(glycerol)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법을 이용해 일반 하이드로겔(κ-carrageenan 1% + xanthan 1% +glycerol 40%)을 제조하였다.
실험예 1: 항균물질의 [0076] 최소저해농도(MIC) 분석
[0077] 대수생장기까지 배양한 그람양성 세균 2종[L. monocytogenes (엘. 모노사이토제네스), B. cereus (비.세레우스)]의 O.D600을 0.1이 되도록 한 후, 96-well plate의 모든 칸에 20 μL씩 접종하였다. 이를 위해, 각각의 well에 배지 90 μL, 항균물질 90 μL, 세균 20 μL가 포함될 수 있도록 각각 공급하였다. 양성대조군에는항균물질을 제외한 배지 180 μL와 균 20 μL를 넣었고, 음성대조군으로는 배지 90 μL에 항균물질 90 μL를 첨가하여 항균물질의 최소저해농도 분석 실험을 수행하였다.
접종한 균의 배양 조건을 적용하여 96-well plate는 30o[0078] C에서 24시간 동안 배양하였고, 배양 후에 L.monocytogenes와 B. cereus를 Palcam 배지와 MYP 배지에 각각 획선도말하여 30oC의 인큐베이터에서 24시간 동안배양하여 균의 최소저해농도를 확인하였으며, 그 결과를 하기의 표 1과 표 2에 나타내었다.
[0079] 단, 표 1은 L. monocytogenes에 대한 자몽종자추출물과 감귤추출물의 최소저해농도 확인한 결과이고, 표 2는 B.cereus에 대한 자몽종자추출물과 감귤추출물의 최소저해농도 확인한 결과이다.
표 1
[0080] 세균농도 자몽종자추출물 감귤추출물
7 log CFU/mL 0.002% 0.002%
3 log CFU/mL 0.001% 0.001%
표 2
[0081] 세균농도 자몽종자추출물 감귤추출물7 log CFU/mL 0.004% 0.004%3 log CFU/mL 0.001% 0.001%
[0082] 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 자몽종자추출물과 감귤추출물은 0.001 내지 0.002%의 낮은 농도로도 고농도의 L. monocytogenes를 제어하는 것을 확인하였고, B. cereus보다 L. monocytogenes가 항균물질에 의해 더 쉽게 저해된다는 사실을 확인할 수 있었다.
[0083] 또한, 자몽종자추출물과 감귤추출물은 고농도(7 log CFU/ml)의 B. cereus를 제어하기 위하여 0.004% 농도로 L.monocytogenes 제어보다 2배 더 높은 농도의 항균물질을 필요로 한다는 사실을 확인할 수 있었다.
[0085] 실험예 2: 하이드로겔에 항균물질 탑재 후 항균효과 분석
[0086] (1) 노출 시간에 따른 저해효과 확인
[0087] 1 cm × 1 cm 크기로 자른 실시예 1에서 제작한 하이드로겔을 1 mL의 항균물질(자몽종자 추출물 0.1%, 감귤 추출물 0.1%)을 담은 24-well plate에서 30분, 2시간, 4시간 동안 하이드로겔을 침지하여 팽창(swelling)시켰다.
[0088] 대수 생장기까지 배양한 L. monocytogenes의 O.D600을 0.1이 되도록 한 후, 멸균 면봉을 이용하여 TSAYE에 균액을 도말하고, 그 위에 항균물질의 swelling 시간을 다르게 한 항균 하이드로겔을 각각 올려 30oC에서 24시간 동안 배양한 후, 클리어 존(clear zone)의 크기를 측정하였으며, 하기의 표 3에 실시예의 하이드로겔과 비교예의일반 하이드로겔의 swelling 시간별 항균활성(자몽종자 추출물, 감귤 추출물 0.1%)을 확인한 결과를나타내었다.
표 3
[0089] 하이드로겔 조성
clear zone 크기 (mm)
자몽종자추출물 0.1% 감귤 추출물 0.1%
30분 60분 120분 240분 30분 60분 120분 240분
표 3에 나타낸 바와 같이, 120분 스웰링(swelling) 하였을 경우에 가장 항균효과가 [0091] 높게 확인되었고 그 이상을흡수시킬 경우 오히려 항균물질의 흡수력이 감소하는 것으로 확인되었다.
[0092] 따라서, 스웰링(swelling) 시간은 1 내지 2시간이 항균물질을 잘 흡수하기 위한 조건으로 판단되었으며, 이 후,2시간의 swelling 시간을 거쳐 항균 하이드로 겔 패치를 제작하고자 하였다.
[0094] (2) 건조시간에 따른 저해효과
[0095] 1 cm × 1 cm의 크기로 자른 하이드로겔을 2시간 동안 swelling시킨 후, 상온에서 5분, 1시간, 2시간, 24시간동안 건조하였다.
[0096] 대수생장기까지 배양한 L. monocytogenes의 O.D600을 0.1이 되도록 한 후, 멸균면봉을 이용하여 TSAYE에 균액을도말하고, 그 위에 항균물질 건조 시간을 다르게 한 항균 하이드로겔을 각각 올려 30oC에서 24시간 동안 배양한후, clear zone의 크기를 측정하였으며, 건조시간에 따른 하이드로겔의 항균활성(자몽종자추출물, 감귤추출물0.1%)을 확인한 결과를 하기의 표 4에 나타내었다.
표 4
[0097] 하이드로겔 조성
[0098] 표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예의 하이드로겔(alginate 5% + agar 1% + CaCl2 0.2% + 40% glycerol)은 2시간건조시간 이후에도 항균활성을 그대로 유지하는 것으로 확인되었다. 비교예의 하이드로겔(κ-carrageenan 1% +xanthan 1% + 40% glycerol)이 2시간 건조한 후 항균활성이 급격히 저해된다는 사실을 확인할 수 있었고, 실시예의 하이드로겔은 항균활성이 장시간 유지될 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다.
[0100] (3) 항균물질 농도별 저해효과
[0101] 제조한 겔을 1 cm × 1 cm 의 크기로 잘라 24-well plate에서 각각의 농도 별 항균물질(자몽종자추출물 0.1%,0.3%, 0.5%, 0.7%, 감귤추출물 0.1%, 0.3%, 0.5%, 0.7%)에 2시간 동안 swelling 후, 상온에서 30분 동안 건조하여 항균물질의 종류와 농도에 따른 항균활성을 확인하였다.
대수생장기까지 배양한 그람양성 세균 2종(L. monocytogenes, B. cereus)의 O.D600을 [0102] 0.1이 되도록 한 후, 멸균면봉을 이용하여 L. monocytogenes는 TSAYE, B. cereus는 TSA에 도말하였고, 그 위에 1 cm × 1 cm의 크기로제조한 항균 하이드로겔을 각각 올려 상기 세균들의 생장온도인 30oC에서 24시간 동안 배양한 후, clear zone의크기를 측정하였다.
[0103] 먼저, 자몽종자추출물 농도에 따른 L. monocytogenes와 B. cereus에 대한 하이드로겔의 항균활성을 확인한 결과를 하기의 표 5에 나타내었다(단, 하기의 표 5에서 * 표기는 항균효과 없음을 나타내는 것임).
표 5
[0104] 하이드로
겔 조성
clear zone 크기 (반지름 cm±SD)
L. monocytogenes B. cereus
자몽종자추출물
0.1% 0.3% 0.5% 0.7% 0.1% 0.3% 0.5% 0.7%
5%
alginate+1
% agar+
0.2%
CaCl2+ 40%
glycerol
0.12±0.13 0.23±0.16 0.33±0.28 0.50±0.00 0.12±0.08 0.18±0.08 0.27±0.08 0.25±0.07
1%
Κ-carrage
nan + 1%
xanthan +
40%
glycerol
0.05±0.05 0.10±0.11 0.14±0.17 0.30±0.00 0.02±0.04 0.03±0.06 0.03±0.06 -*
[0106] 표 5에 나타낸 바와 같이, 자몽종자추출물을 흡수시킨 실시예의 하이드로겔과 비교예의 하이드로겔은 각각 0.1내지 0.7%의 농도에서 항균활성을 나타내었으며, 항균물질의 농도가 증가할수록 항균활성 또한 증가한다는 사실을 확인할 수 있었고, 실시예의 하이드로겔이 L. monocytogenes와 B. cereus에 대한 항균 활성이 비교예의 하이드로겔에 비해 더욱 우수하다는 사실을 확인할 수 있었다.
[0107] 특히, B. cereus에 대한 항균활성은 0.5%의 자몽종자추출물을 swelling 시킨 하이드로겔에서 가장 높은 항균활성을 나타낸다는 사실을 확인할 수 있었다.
[0108] 또한, 감귤추출물 농도에 따른 L. monocytogenes와 B. cereus에 대한 하이드로겔의 항균활성을 확인한 결과를하기의 표 6에 나타내었다(단, 하기의 표 6에서 * 표기는 항균효과 없음을 나타내는 것임).
표 6에 나타낸 바와 같이, 감귤추출물을 흡수한 실시예의 하이드로겔은 0.1 [0111] 내지 0.7%의 농도에서 항균효과를보였으며, 항균물질의 농도가 높아질수록 항균활성 또한 증가하는 것으로 확인되었고, 비교예의 하이드로겔 보다는 실시예의 하이드로겔이 나타내는 항균효과가 더욱 우수하였다.
[0112] B. cereus에 대한 항균효과는 L. monocytogenes에 비하여 낮은 항균 활성을 나타내는 것으로 확인되었으나,0.5% 이상의 농도로 항균물질을 swelling하였을 때 항균활성이 우수한 것으로 확인되었다.
[0114] 실험예 3: 항균 하이드로겔의 정량적 저해효과
[0115] (1) 제조한 하이드로겔의 세균 생장 저해능 확인
[0116] 대수생장기까지 배양한 그람양성 세균 2종의 O.D600을 0.1이 되도록 한 후, 멸균면봉을 이용하여 L.
monocytogenes는 TSAYE, B. cereus는 TSA에 도말하였고, 그 위에 2.5 cm × 2.5 cm 크기로 제조한 항균 하이드로겔을 올려 30oC 온도의 인큐베이터에서 24시간 동안 배양한 후에 하이드로겔 및 하이드로겔이 접촉된 배지 부분을 잘라 BPW 10 mL을 넣어 Palcam과 MYP 배지에 각각 도말하여 항균물질을 적용하지 않은 하이드로겔 패치의세균 수와 정량적으로 비교하였으며, 제조한 하이드로겔의 세균 생장 저해 효과를 확인하기 위한 L.monocytogenes와 B. cereus에 대한 하이드로겔의 정량적 항균효과 분석결과를 하기의 표 7에 나타내었다(단, 하기의 표 7에서 * 표기는 균이 제어되어 자라지 않음을 타내는 것임).
[0119] 표 7에 나타낸 바와 같이, 하이드로겔을 균을 접종한 배지에 함께 배양하였을 때, 균의 생장을 저해하는 능력을정량적으로 확인한 결과, 항균물질을 흡수한 실시예의 하이드로겔은 균의 생장을 완전히 저해시킨다는 사실을확인할 수 있었다.
[0120] 또한, 항균물질을 함유하지 않은 하이드로겔 또한 B. cereus를 저해하는 효과가 있는 것으로 확인되었으며, 이는, 항균효과가 있는 천연 polymer를 선정하는 과정에서 선택된 alginate가 기초적인 항균활성을 보유하고 있기때문에 유도되는 효과인 것으로 사료되며, alginate를 포함하는 겔이 swelling 과정에서 항균물질을 잘 흡수하는 것으로 확인되었다.
(2) 제조한 하이드로겔의 [0122] 세균 저감효과 확인 실험
[0123] 대수생장기까지 배양한 그람양성 세균 2종의 O.D600 0.1이 되도록 한 후, 멸균면봉으로 L. monocytogenes는TSAYE, B. cereus는 TSA에 도말하여 30oC 온도의 인큐베이터에서 24 h 배양하였고, 균이 자란 배지(8-9 logCFU/g)에 항균 하이드로겔을 올려 4oC에서 24시간 동안 배양한 다음, 하이드로겔 및 하이드로겔이 접촉된 배지부분을 잘라 BPW 10 mL을 넣고 Palcam과 MYP 배지에 각각 도말하여 항균물질을 적용하지 않은 하이드로겔 패치의 세균 수와 정량적으로 비교하였으며, L. monocytogenes와 B. cereus에 대한 하이드로겔의 정량적 항균효과(저감화 효과)를 확인한 결과를 하기의 표 10에 나타내었다.