국민대학교 식품영양학과
장윤지 교수 E-mail : ychang@kookmin.ac.kr
식품은 다양한 성분으로 구성되어 있어 미생물의 번식에 좋은 환경을 제공한다. 이는 식품 저장 중, 미생물에 의한 부패가 일어날 수 있으며, 식중독 미생물의 오염이 일어나 인체의 건강에 위협을 초래할 수 있다는 것을 의미하기도 한다. 식품 내 미생물 오염과 번식을 막기 위해 다양한 살균 처리법이 적용되고 있으며, 그 중 최근에는 특히 효과적이고 실제적인 방법으로 능동형 식품포장시스템 개발이 주목받고 있다.
식품포장 처리는 식품의 제조, 가공, 저장 및 유통 과정 중 발생 가능한 제품의 변질을 지연시켜 품질 향상을 이끌어낸다. 최근들어 다양한 기능성 물질을 함유한 코팅제를 식품에 직접 적용하거나 식품포장재 자체에 결합, 또는 향낭의 형태로 포장공간 내부에 넣어 항균 물질이 휘발된 형태로 존재하도록 하는 전략이 소개되고 있다. 특히, 항미생물 기능의 유용 물질을 식품 포장시스템에 적용할 경우, 식품에 오염되어 문제를 일으키는 식중독세균, 부패세균 및 곰팡이 등을 효과적으로 제어할 수 있어 주목받고 있다. 이는 궁극적으로 식품의 안전성 향상 및 저장기간 연장 효과를 이끌어낸다.
항미생물 활성 포장의 형태는 항미생물제를 고분자 물질에 이온/공유결합하여 고정화하는 방식, 항미생물제를 고분자 물질에 코팅하는 방식, 항미생물능을 갖는 천연고분자(chitosan 등)를 사용하는 방식, 휘발성 항미생물제를 함유한 향낭이나 패드를 포장재 내부에 넣거나 부착하는 방식 등으로 분류할 수 있다. 이 때, 항미생물 소재로는 천연물과 합성물을 모두 사용할 수 있으나, 점차 전세계적으로 친환경적이고 안전한 천연 물질을 선호하며 사용하고 있다. 따라서 향후 식품포장산업에서 활용이 기대되는 천연 항미생물 소재를 소개하고자 한다.
항생제 오남용으로 인한 슈퍼박테리아의 확산이 전세계적으로 심각한 문제로 대두됨에 따라 새로운 항미생물 소재로서 천연 항균물질에 대한 필요성이 강조된다. 따라서 이에 대한 대체제로 박테리오파지(bacteriophage, phage) 생물소재에 대한 관심이 급증하고 있다. Bacteriophage는 세균을 숙주로 하여 특이적으로 감염하는 바이러스로, 인체에 유해하지 않고 세균만 특이적으로 제어하는 이로운 물질이다. 이에 따라 2006년에는 미국 FDA에 의해 generally recognized as safe (GRAS)로 인정받아 안전성이 입증되어 북미와 유럽에서 친숙하게 사용되고 있다. 이러한 phage는 지구상의 다양한 환경에 널리 분포하여 약 1032 종류 이상 존재한다. 국내에서도 phage 기반의 산업 및 의료 제재들이 다수 개발되어 주목받고 있으며, 특히 차세대 염기서열 분석(next-generation sequencing) 기술의 발달로 인해 phage의 유전자 분석이 용이하게 되어 이에 대한 연구가 깊고 활발하게 이루어지고 있으며, 그 활용성이 상당히 기대된다.
Phage 유래의 murein hydrolase인 엔도라이신(endolysin) 역시 유용 항균 단백질로 큰 관심을 받고 있다. Endolysin은 phage가 숙주 균주의 펩티도글리칸층(peptidoglycan layer)을 분해하기 위해 만드는 단백질로 박테리아의 세포벽을 분해하고 숙주의 용해(lysis)를 야기하는 효소이다. 일반적으로 endolysin의 작용 기작은 홀린(holin) 단백질이 발현되어 inner membrane에 구멍(pore)을 형성하면 형성된 pore를 통해 활성화된 endolysin이 이동하여 peptidoglycan 층에 도달한 후, 선택적으로 결합을 끊어 분해함으로써 균을 사멸시키는 것으로 알려져 있다. 그람 양성 균주의 경우에는 holin 없이 endolysin을 박테리아 세포 외부에서 처리했을 때에도 숙주 세균을 수 초에서 수 분 이내의 시간에 빠른 세포 사멸을 유도한다는 보고가 있어 이것의 활용 가능성이 클 것으로 예상된다. 특히, 이들 phage와 endolysin은 특정 숙주 세균에만 특이적으로 작용하여 항균능을 보이는 특성이 있어 기존의 항균제와 차별화된다. 이처럼 phage와 endolysin은 우수한 항균 활성을 갖고 있는 천연의 안전한 소재로 인정받으며 식품, 바이오 및 의약 산업에서의 활용 가치가 높아 상당히 주목받고 있다.
박테리오신(bacteriocin)은 미생물이 자신의 유전자로부터 직접 생합성하며 광범위한 항미생물 활성을 갖는 천연의 펩타이드(antimicrobial peptide) 물질로, 일반적으로 그람 양성세균이 생산한다. 또한, 박테리오신을 생산하는 균주는 면역 관련 단백질을 합성하므로 이에 의해 스스로 사멸하지 않는다. 앞선 설명과 같이 이는 단백질계 물질이므로 인체 섭취 시, 소화기관에서 분비되는 단백질 가수분해 효소에 의해 분해되어 인체에 무해하며 잔류성이 없다는 장점이 있어 기존의 항생제와 비교된다.
유산균 박테리오신(lactic acid bacteria)이 가장 널리 연구가 되어 있으며, 이의 안전성이 입증되어 GRAS에 속한다. 대표적 종류로는 젖산균 Lactococcus lactis subsp. lactis가 생산하는 박테리오신인 nisin이 있으며, 이후 Lactobacillus, Leuconostoc 속 등에서 다양한 박테리오신이 발견되어 보고되고 있다. 이들 박테리오신은 다른 항균 물질과 다르게 숙주 세균들에 특이적인 항균 작용을 갖는다는 특징이 있으며, 따라서 향후 새로운 생물학적 보존제(biopreservative) 등으로의 다양한 활용이 기대된다.
항생제 내성에 대한 신규 대안책 중 하나로 식물 정유(essential oil)에 대한 관심이 높다. 식물의 정유는 꽃, 잎, 줄기, 뿌리 등으로부터 얻어지는 휘발성 오일을 말하며, 정유 및 이의 구성성분은 세균과 곰팡이의 생육을 넓은 범위로 제어한다고 보고되어 있다. 이와 관련하여 다수의 선행 연구들이 보고된 바 있는데, 특히 식중독 및 염증성 질환의 원인균인 황색포도상구균 중 항생제에 대한 내성을 갖는 황색포도상구균(methicillin resistant Staphylococcus aureus, MRSA)과 진균인 캔디다균뿐만 아니라 그람 음성 장내세균에 대해서도 넓은 범위로 항미생물 효과를 보이는 것이 확인되었다. 식물 정유는 이처럼 다양한 미생물의 생장을 억제하거나 사멸하는 효과를 보이는 강한 항균작용을 내면서도 항생제의 큰 문제점인 내성균 발생 현상이 없다는 것이 큰 장점이다. 이처럼 식물 정유의 활용은 상당히 중요하며, 따라서 향후 산업체에서 이의 활용성이 상당히 기대된다.
과거 식품포장은 외부 물리적 충격에 대한 식품의 보호, 식품을 담는 용기 등의 개념에 중점을 두었다면, 현재는 포장기술의 발달에 따라 식품 안전성을 향상시킬 수 있는 식품포장에 주목하고 있다. 하지만 항미생물 소재를 효과적으로 포장에 결합시키고, 또한 포장재에 함유되어 있는 소재가 식품으로 유효하게 옮겨져 효과를 잘 발휘할 수 있도록 하기 위한 심도있는 전략 연구가 계속하여 필요하다. 따라서 향후에도 많은 연구자들이 안전한 식품 확보를 위한 항미생물 포장 개발에 관심을 가져 주어 식품미생물 및 포장산업이 꾸준히 발전하기를 바란다.
