KR101591734B1 - 고구마 저장병 방제를 위한 감마선과 항균제 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고구마 연부병 방제를 위해 감마선과 항균제를 함께 처리하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 고구마의 품질을 떨어뜨리는 방사선의 선량을 줄이고 저장 중의 고구마 품질을 높이기 위한 처리 방법에 관한 것이다. 감마선과 항균제의 동시 처리를 통해 고구마의 연부병을 감소시킴과 동시에 고구마 발아 억제에도 도움을 주며, 고구마에 묻은 토양 성분을 제거하기 위한 별도의 공정을 제외할 수 있어 시간과 비용을 절감할 수 있는 효과를 얻음으로써, 저장 중의 고구마 품질 유지를 효율적으로 수행할 수 있었다.

Description

고구마 저장병 방제를 위한 감마선과 항균제 처리 방법{Processing method of gamma-irradiation and NaDCC on the growth of postharvest Rhizopus soft rot pathogen}
본 발명은 고구마 연부병 방제를 위해 감마선과 항균제를 함께 처리하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 고구마의 품질을 떨어뜨리는 방사선의 선량을 줄이고 저장 중의 고구마 품질을 높이기 위한 처리 방법에 관한 것이다.
고구마(sweet potato) 연부병을 방제하기 위해 사용되는 살균제 디클로란(dicloran)은 2008년 1월 유럽연합에서 잔류 등의 문제로 사용이 금지되었다. 이에 따라, 디클로란을 대신하여 고구마 연부병을 방제할 수 있는 새로운 기술을 필요로하게 되었다. 이 중 감마선 처리는 높은 투과력을 바탕으로 대량의 대상체를 살균할 수 있는 기술로서, 세계 각국에서 수출 농산물의 병해충을 억제하기 위한 검역처리에 널리 사용하고 있다. 그러나, 상기 감마선 처리시 고구마 연부병을 억제하기 위해서는 고선량의 감마선을 조사해야 하기 때문에 고구마의 품질에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서, 고구마의 품질을 유지하면서 충분한 살균 효과를 나타내기 위해 감마선의 조사량을 줄이면서 다른 살균처리를 병용하여 실시하는 새로운 기술의 개발이 절실한 상황이다.
Ajlouni and Hamdy, Effect of combined gamma-irradiation and storage on biochemical changes in sweet potato. J. Food Sci. 53:477-481 (1988).
본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위해 감마선 선량을 감소시키고, 항균제로서 NaDCC(sodium dichloroisocyanurate)를 함께 처리함으로써 저장 중의 고구마 품질을 유지하고자 하였다.
본 발명은 감마선 및 항균제를 처리하는 단계를 포함하는 고구마 연부병 방제를 위한 처리방법에 관한 것이다.
고구마에 대해 감마선 처리를 수행하는 경우 연부병을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 고구마의 발아를 억제할 수 있는 효과도 함께 얻을 수 있어, 일반 약물 처리만을 수행하는 것에 비해 효과가 높다.
본 발명에서 상기 감마선은 제한되지는 않지만 0.001 내지 1.0 kGy의 선량으로 조사할 수 있다.
미국 FDA에서 과일에 1 kGy의 감마선 조사를 허용하였지만 고구마 연부병을 억제하기 위해서는 3 kGy 이상의 고선량이 필요하므로 고구마의 품질을 떨어뜨리는 부작용이 발생하게 된다. 부작용 방지를 위해 감마선의 선량을 감소시키기 위해서는 다른 항균제를 감마선과 함께 처리하는 것이 필요하다.
본 발명에서 상기 항균제는 제한되지는 않지만 NaDCC(sodium dichloroisocyanurate), 에탄올, 과산화수소, 치아염소산나트륨, 염소, 요오드로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 바람직하게 상기 NaDCC는 0.001 내지 12 ppm (v/v) 농도로 처리할 수 있다.
NaDCC는 미국 EPA(Environmental Protection Agency)와 WHO(World Health Organization)에 사용이 허가되었으며, 미생물의 개체수 제어에 효과적으로 사용될 수 있음이 알려졌다.
본 발명에서 상기 고구마 연부병을 일으키는 병원균은 Rhizopus 속에 속하는 균, 페니실리움 디지타텀(Penicillium digitatum) 또는 페니실리움 이탈리컴(Penicillium italicum)일 수 있다. 페니실리움 이탈리컴은 고구마를 16 ℃ 이하에서 저장할 때 다른 병원균에 고구마 조직이 병들었거나 상처가 생겼을 때 침입하여 고구마 연부병을 일으킨다.
고구마의 병든 조직은 다소 단단한 편이며, 마르거나 약간 축축하기도 하며 갈색을 띤다. 병든 조직위에 곰팡이가 피는 것이 특징이며 흰 균사덩어리가 보이기도 한다. 고구마 연부병의 예방을 위해서는 저장 시 상처가 생기지 않도록 주의하여 관리하고 저장 시 온도가 16 ℃ 이하가 되지 않도록 하는 방법 등이 있다.
본 발명을 통한 감마선과 항균제의 동시 처리를 통해 고구마의 연부병을 감소시킴과 동시에 고구마 발아 억제에도 도움을 주며, 고구마에 묻은 토양 성분을 제거하기 위한 별도의 공정을 제외할 수 있어 시간과 비용을 절감할 수 있는 효과를 얻음으로써, 저장 중의 고구마 품질 유지를 효율적으로 수행할 수 있었다.
도 1은 감마선에 노출된 이후의 Rhizopus sp.의 생존 곡선이다.
도 2는 Rhizopus sp.의 콜로니 형성 단위(colony forming units, CFU)에서 방사선량과 NaDCC의 저해 효과에 관한 것이다.
도 3은 고구마의 rhizopus soft rot 상의 감마선과 NaDCC 병용처리의 시너지 효과에 관한 것이다.
(A) 대조군, (B) 600 Gy, (C) 1.2 kGy, (D) 10 ppm NaDCC + 200 Gy, (E) 10 ppm NaDCC + 600 Gy, (F) 10 ppm NaDCC + 1.2 kGy.
이하 본 발명을 실시예와 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(병원균의 검출 및 배양)
2013년 1월에 부패된 고구마(해남, 대한민국)를 저온 상태에서 분리하였다. 병원균은 부패된 고구마에서 Rhizopus soft rot의 단일 포자로부터 확보하였다. 상기 단일 포자는 25 ℃의 PDA(potato dextrose agar) 상에서 7일간 배양한 것을 사용하였으며, 분리된 병원균은 -80 ℃에서 20 %(w/v) 글리세롤에 보관하였다.
(포자 현탁액의 제조)
접종체 생산을 위해, Rhizopus sp.의 아가 디스크(agar disc)를 PDA가 포함된 페트리 디쉬에 접종하고 25 ℃에서 10일간 배양하였다. Rhizopus sp.의 곰팡이 균사와 주머니홀씨를 조심하면서 긁어내어 멸균된 1 %(v/v) Tween-80 용액 15mL에 주머니홀씨(sporangiospores)를 수득하였다. 포자 현탁액은 네 겹으로 이루어진 면직물을 통과하게 하여 균사 조각들과 아가를 제거하고, 혈구계산기(hemocytometer; 제조사, 국가)를 이용하여 약 1.0 x 105 spores/mL로 분생자의(conidial)의 농도를 조절하였다.
(생존 곡선(survival curves)의 구축)
생존 곡선은 CFU/mL 대비 실제 방사선량을 도시하여 완성하였다. 개체수 90% 감소에 필요한 선량인 D10 값은 생존 곡선의 직선부위에서 기울기의 역수로 정하였다(Ley, 1983).
(실시예 1) 감마선 및 NaDCC(sodium dichloroisocyanurate) 처리
감마선 처리
포자 현탁액 과 아가 디스크에 대한민국 ARTI-KAERI에 위치한 60Co 감마선 조사기(150 TBq 용량; ACEL Canada)를 사용하여 감마선을 조사하였다. 샘플은 각각 0.4, 0.8, 1.2, 1.6, 2.0, 2.4 및 2.8 kGy 선량으로 조사하였다. 감마선 조사되거나 조사되지 않은 포자의 생존성은 25 ℃에서 30시간 동안 희석판방법(dilution plate method; Aquino et al., 2005)을 사용하여 판단하였다.
감마선 처지 전 최초 Rhizopus sp.의 개체수는 2.72 log10 CFU/mL로 측정되었다. 0.4, 0.8, 1.2, 1.6, 2.0 kGy의 감마선을 조사한 후, 포자 발아 저하율(inhibition rate)은 각각 2.57, 2.27, 1.92 및 0.23 log10 CFU/mL로 감소하였다. 2.8 kGy의 선량으로 조사하였을 때 포자 발아가 완전히 저하되었다(치사량).
표 1에는 감마선 조사선량에 따른 포자 발아의 저해 효과를 나타내었다.
[표 1]
Figure 112014024292985-pat00001

배양 이틀 후 감마선에 노출된 Rhizopus sp. 포자의 생존곡선을 이용하여 D10 값을 계산하였다. Rhizopus sp.의 D10 (0.54 kGy) 값을 도 1과 같이 나타내었다. 1.5 내지 2.5 kGy의 선량에서 포자 생존력이 급격하게 감소하는 것을 확인하였다.
NaDCC 처리
NaDCC(Sigma-Aldrich, Poole, UK) 용액은 증류수를 사용하여 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm 및 20 ppm이 되도록 희석하여 제조하였다. 포자 현탁액과 각각의 NaDCC 용액을 서로 혼합하고 살균한 증류수로 희석하였다. 희석 용액을 PDA 상에 뿌리고 25 ℃로 유지하였다.
상기 농도의 NaDCC 처리 결과, 포자 개체수는 5.29, 5.29, 4.72, 3.52 및 1 log10 CFU/mL로 감소하였다(표 2). 20 ppm의 농도로 NaDCC를 가하였을 때 포자 발아가 완전히 저하되었다(치사량).
[표 2]
Figure 112014024292985-pat00002

NaDCC와 감마선 처리의 융합 효과
포자의 생존을 제어하기 위한 감마선 조사와 NaDCC 처리의 융합 효과는 10 ppm NaDCC 용액에 포자 현탁액을 담근 후, 감마선에 노출시킴으로써 측정하였다. 감마선 처리 후, 용액은 연속적으로 멸균 증류수로 희석하고 PDA 상에 분산하여 25 ℃에서 배양하였다. 상기 실험 결과는 도 2에 나타내었다.
(방사선 조사된 고구마의 물리적 특성 측정)
저장 전후의 방사선 조사 유무 조건 각각에 대해 고구마의 색도, 경도 및 중량 감소를 측정하였다.
고구마의 색도 측정
색도는 색도 측정기(CR-300; Minolta Camera Co., Osaka, Japan)를 이용하여 측정하였다. 샘플을 흰색의 표준 플레이트(plate) 상에 놓고 헌터 값(Hunter values) L*, a*, b*를 결정하였다. 각 샘플은 고구마의 다른 위치에서 5번씩 측정하였다. 흰색 표준 플레이트의 헌터 L*, a*, b* 값은 L*=97.70, a*=0.07 및 b*=0.86이다. 전체 색도 차이(ΔE)는 하기와 같은 [수학식 1]을 통해 계산하였다.
[수학식 1]
ΔE = [(L*-L0*)2 + (a*-a0*)2 + (b*-b0*)2]1/2,
여기서, L*, a* 및 b*는 방사선 조사된 고구마의 측정값이며, L0*, a0* 및 b0*는 방사선 조사되지 않은 고구마의 측정값을 나타낸다.
15 ℃에서 30 일 간의 감마선 조사에 따른 색도 변화를 표 3에 나타내었다.
[표 3]
Figure 112014024292985-pat00003

고구마의 경도 측정
경도는 5 kg의 기계적 하중이 걸린 셀을 구비한 조직 측정 장치(TA-XT2i, Stable Micro System, Surrey, England)를 이용하여 다섯 곳의 위치에서 측정하였다. 고구마 조직은 11 mm 직경의 프로브(probe)를 이용하여 압축하였다. 조직 압축시 기록된 경도의 최대 힘(force)으로 경도 값을 나타내었다.
15 ℃에서 30 일 후의 감마선 조사에 따른 경도 변화를 표 4에 나타내었다.
600, 800, 1000 및 1200 Gy 선량 조사 후 경도는 22, 26 ,40 및 42% 줄어들었다.
[표 4]
Figure 112014024292985-pat00004

고구마의 중량 손실 측정
중량 손실은 저장 기간 동안 신선한 고구마 뿌리의 중량의 변화를 모니터링하여 결정하였다. 중량 손실은 초기 중량에 대비하여 손실 중량을 퍼센트 비율로 나타내어 기록하였다.
15 ℃에서 30 일 후의 감마선 조사에 따른 중량 변화를 표 5에 나타내었다. 대부분의 중량 손실은 호흡(respiration) 및 증산(transpiration) 작용에 의한 수분 손실에 의해 일어나는 것으로 수확 후 곡물의 신선도 저하의 주요 요인이다. 저장 30일 후, 감마선의 조사선량에 따른 중량 손실의 양에는 큰 변화를 나타내지 않았으며, 대조군과도 유사한 값으로 9 내지 15%의 값을 나타내었다.
[표 5]
Figure 112014024292985-pat00005

(실시예 2) In vivo 시험
품종 호박 고구마의 뿌리(해남, 대한민국)를 이용하여 시험을 수행하였다. 70 중량% 에탄올을 사용하여 1분간 표면을 멸균처리한 후, 표면에 뿌리당 2 x 3 x 1mm의 상처를 냈다. 각 상처 부위에 105 spores/mL 포자 현탁액 10 μL를 가하였다. 대조군에는 상기와 같이 상처를 낸 고구마에 유사한 방울 크기의 멸균수(sterile water)를 가하였다.
상기와 같이 처리한 후, 멸균 플라스틱 상자(295 x 230 x 118 mm, 5.5 L; Lock&Lock, Korea)에 넣고 24 시간 동안 방치하였다. 각 뿌리를 10 ppm NaDCC 용액에 담근 후, 200, 400, 600, 800, 1000 및 1200 Gy 선량의 방사선에 각각 노출시킨 후 멸균 플라스틱 상자에 15 ℃를 유지하여 7 일간 방치하였다. 배양 중, 뿌리 상에 부드러운 부식이 일어난 경우 부패한 것으로 간주하였다.
도 3에는 상기와 같이 처리한 실험군에 대한 결과 중 일부를 선택적으로 도시하였다. 저장 7일 후 감마선과 NaDCC가 병용처리된 경우에 비해, 대조군의 경우 병원균에 의한 부패가 심각하게 진행된 것을 확인하였다.

Claims (5)

  1. 0.001 내지 1.0 kGy의 선량의 감마선 및 NaDCC(sodium dichloroisocyanurate)를 처리하는 단계를 포함하는 Rhizopus 속에 속하는 균에 의해 발생한 고구마 연부병 방제를 위한 처리방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 NaDCC는 0.001 내지 12 ppm (v/v) 농도로 투여하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
  5. 삭제
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