항균성 삼베 개발

나재운, 전현정

순천대학교 공과대학 고분자공학과

Development of Antibacterial Hemp Cloth

Jae-Woon Nah, Hyun-Jeong Jeon

Dept. of Polym. Sci. and Eng., Sunchon National University, Chonnam 540-742, Korea

1. 서 론

최근 생활의 향상과 국민 의식의 향진으로 전통적 생활에 대한 복고성향이 일고 있다. 의식주 중에서 전통복식과 전래직물에 대한 관점도 변하여 그 이용이 늘고 있으며 삼베의 경우 1990년대 들어서면서 50%씩 소비증가세를 보였다. 그러나 30∼50%나 값싼 동남아 삼베가 들어오면서 국내 삼베생산업계는 매우 위기에 처해 있다. 타계방안으로 삼베의 염색, 자수 등의 품질의 다양화를 꽤하고 있으며, 침구류·속옷·식탁보·자동차 커버·가정용품 등의 제품의 다양화가 이루어 지고 있으나, 국내 삼베업계는 규모의 영세성, 신기술개발 능력의 부족으로 인해 기술개발이 미흡한 실정에 있다.

본 연구에서는 삼베에 crocetin이라는 천연염료를 염색한 후 항균제를 방사액에 함유시켜 초음파 공정(초음파는 액체중에 過壓과 負壓의 생성에 의해 전파되는 것으로 그 부압이 액체 분자간의 인력보다 클 때, 액체 중에 케피테이션 기포를 발생시킨다. 캐피테이션 기포는 압축 팽창을 반복하여 성장하다가 일정한 크기가 되면 눌려서 터트려져, 터지기 직전에 고온, 고압 상태가 된다. 즉, 액체중에 고에너지의 hot spot가 나타난다. 이러한 hot spot가 여러 가지 물리화학적 효과를 가짐)으로 처리한 다음 피부병의 원인균 trichophyton mentagrophytes의 성장을 억제시키고, 보습성, 항미생물 등 복합적인 기능을 부여하고자 천연고분자 물질인 chitosan으로 표면처리하여 미생물의 번식과 침투를 막고 세균류의 기생을 방지하는 고품질의 삼베를 개발하고자 한다.

2. 실 험

2.1. 천연염료의 염색 및 항균처리 공정

천연염료의 염색 및 항균처리 공정은 다음 3단계로 이루진다. 1단계로 천연염료인 치자의 가용성 색소인 crocetin 염료를 추출하여 그 염액에 삼베를 담가 염색한다. 2단계로 피부사상균, 진균 및 효모균류를 직접 사멸 억제하는 clotrimazole 항균제를 ultrasonic 공정으로 고정화시킨다. 3단계로 피부병의 원인 균주인 trichophyton mentagrophytes의 성장을 억제시키고, 보습성, 항미생물 등 복합적인 기능을 부여하고자 천연고분자 물질 chitosan으로 처리한다.

2.2. Chitosan의 제조

게껍질에는 chitin외에 단백질, 탄산칼슘, 색소등이 존재하기 때문에 화학적 처리 방법에 따라서 다음과 같이 chitin을 제조하였다. 게껍질을 수집하여 실온에서 2N-HCl 수용액에 12시간 동안 침적시켜 CaCO3을 용출시키고 믹서로 분쇄하였다. 이것을 2N-HCl 수용액 중에서 24시간동안 실온에서 처리하고 증류수로 충분히 세척한 후에 4%-NaOH 수용액으로 15℃이하에서 탈아세틸화가 일어나지 않도록 24시간 동안 처리하여 단백질을 분해 제거하고 증류수로 충분히 씻었다. 이와같은 산처리와 알칼리처리를 3회 반복한 후 3%-H2O2-1N-HCl 수용액으로 실온에서 6시간 동안 잔존하고 있는 색소를 산화처리하고 마지막으로 알칼리처리를 한 후에 증류수로 씻고 건조하여 순백색의 chitin chip을 얻었다. 이것을 볼밀로 분쇄하여 120mesh의 chitin 분말을 증류수, 에탄올 및 에테르의 순으로 씻어 80℃에서 진공건조하였다. Chitin 분말시료 60g을 47%-NaOH 600mL 수용액으로 110℃에서 1시간 동안 탈아세틸화 반응을 행하여 chitosan을 제조하였고, 탈아세틸화도를 향상시키기 위하여 위와 같은 반응을 4회 반복하였다. 반응후에 chitosan은 증류수로 충분히 씻어서 알칼리를 제거하고 에탄올, 에테르 순으로 씻어 80℃에서 진공건조시켰다.

2.3. Chitosan의 탈아세틸화도 측정

Chitosan 1.0g을 증류수 100mL와 0.4M acetate buffer(pH 4.0) 100mL의 혼합 용액에 용해시켰다. 용해된 chitosan 콜로이드 용액 1g을 채취하여 증류수 30mL와 혼합하고 toluidine blue 지시약 2방울을 떨어뜨려 2.5mN potassium polyvinylsulfate 용액으로 적정하였다. 이때 용액의 색깔이 푸른색에서 보라색으로 변하는 점을 종말점으로 하여 탈아세틸화도(DAc)를 식 (1)에 의해 계산하였다[3]. 여기서 V는 적정액의 부피(mL)이다.

100

DAc = □□□□□□□□□□□□□□□□□□□        (1)

50

( □□□□□ - 1) 0.793+1

4.30V

2.4. Chitosan의 평균분자량 측정

4M urea, 0.2M CH3COOH 및 0.1M NaCl(1:1:1, v/v) 용액에 진공 건조된 chitosan 분말을 각각 0.05, 0.1, 0.15 및 0.2%가 되도록 용해하고 냉암소에 24시간 동안 방치하였다. 25±0.05℃ 항온조에서 각각 Cannon-Fenske형 모세관 점도계(Kimax No. 100)를 사용하여 모세관을 통과한 시간을 측정, 고유점

도[□]를 계산하고 식 (2)에 의하여 점도평균분자량을 계산하였다[4].

[□]=8.93×10-4Mw0.71 (dL/g)         (2)

2.5. Chitosan의 구조 분석

FT-IR spectrophotometer(Bruker IFS 66)로 chitin을 무수포름산에 0.7%로 용해하여 얇은 필름으로 만든 다음 필름 내부에 잔존하는 포름산을 제거하기 위하여 0.1N-NaOH 수용액에 6시간동안 담그었다가 증류수에 8일간 방치한 후 건조시켜 IR 스펙트럼으로 확인하였고, chitosan은 무수초산에 0.7%로 용해하여 chitin과 같은 방법으로 필름을 제조하여 확인하였다.

2.6. 항균력((Minimum Inhibitory Concentrations) 실험

항균성 삼베에 대한 균측정법에 대한 평가는 Shake Flask(SF)와 Halo법(AATCC Test Method 90) 등의 방법이 있다. 항균활성(MIC)의 평가는 어느 방법으로 해야된다는 규정은 없으나 평가방법을 선정할 필요는 있다. 본 연구에서는 Shake Flask법을 준용하여 다음과 같은 방법으로 하였다.

시험균주: 삼베를 멸균 증류수와 1% dimethylsulfoxide 용액에 각각 적셔 시험균주가 도말되어 있는 배지에 얹었다. 항균활성을 측정하기 위하여 Bacillus subtilis ATCC 6633, Micrococcus luteus ATCC 9341, Staphylococcus aureus KCTC 1928(R 209), Escherichia coli AB 1157, Salmonella typhimurium TV 119, Pseudomonas aeruginosa KCTC 1637, Candida albicans IFO 1594(ATCC 10231), Candida parapsilosis KCTC 7214, Trichophyton mentagrophytes KCTC 6077, Microsporum gypseum KCTC 1252 등의 시험균주를 사용하였다.

배지조성: Bacteria는 Nutrient agar-Peptone 5g, Beef extract 3g, Agar 15g, 증류수 1000mL로 이루어진 배지를 사용하였다. Fungi는 Sabouraud glucose agar-Glucose 40g, Peptone 10g, Agar 20g, 증류수 1000mL, pH 6.5로 제조하여 사용하였다.

배양조건: Bacteria는 37℃에서 배양하였으며 Fungi는 27℃에서 배양하였다.

성장억제환(inhibition zone): Bacteria, Candida albicans, Candida parapsilosis는 24시간 배양 후 나타나는 성장억제환의 크기를 측정하였으며 Microsporum gypseum, Trichophyton mentagrophytes는 3일 배양 후 나타나는 성장억제환의 크기를 측정하였다.

2.7. 토양내에서 미생물발육도 관찰

토양에서의 미생물발육도를 알아보기 위해 3L짜리 화분에 삼베와 항균삼베를 20□ 깊이에 매몰한 다음 60일 경과 후의 변화를 주사전자현미경(SEM,  HITHACHI S-510)으로 표면관찰하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. Chitosan의 구조 확인

Chitosan 특성 peak인 CH stretching는 2878cm-1에서 그리고 amideⅠ,Ⅱ,Ⅲ vibration의 강한 peak는 각각 1655, 1550, 1310cm-1에서 나타난 것으로 보아 chitosan이 순수하게 제조되었음을 확인할 수 있었다. Chitosan의 탈아세틸화도는 84.0%, 고유점도는 10.63dL/g, 평균분자량(Mw)은 약 5.5×105이었다.

3.2. 삼베의 항균성

항균력 결과 판정은 Bacteria 및 Candida albicans, Candida parapsilosis는 24시간 배양 후 나타나는 성장억제환의 크기를 측정하였다. 그리고 Trichophyton mentagrophytes, Microsporum gypseum는 3일 배양 후 나타나는 성장억제환의 크기를 측정하였다. 항균성 삼베포의 성장억제환 크기는 Gram 양성균인 Bacillus subtilis ATCC 6633과 Micrococcus luteus ATCC 9341 균주에 대해서 각각 11(10), 12.5(12)mm로 균의 발육을 억제하였다. 그러나 Gram 양성균 Staphylococcus aureus KCTC 1928(R 209)와 Gram 음성균 Escherichia coli AB 1157, Salmonella typhimurium TV 119, Pseudomonas aeruginosa KCTC 1637 균주에는 감수성을 나타내지 않았다. 진균인 Candida parapsilosis KCTC 7214, Trichophyton mentagrophytes KCTC 6077 및 Microsporum gypseum KCTC 1252 균주에 각각 21(20), 10(10) 및 12(11)mm로 균의 발육을 억제하였으나, Candida albicans IFO 1594(ATCC 10231) 균주에는 감수성을 나타내지 않았다. 이러한 결과는 주로 피부, 피부점막 및 호흡기질환을 유발하는 Gram 양성균(B. subtilis, M. luteus)과 진균(C. parapsilosis, T. mentagro- phytes, M. gypseum)에 탁월한 항균력을 보였다.

4. 결 론

삼베에 crocetin이라는 천연염료를 염색한 후 항균제를 방사액에 함유시켜 특수공정-초음파는 액체중에 과압과 부압의 생성에 의해 전파되는 것으로 그 부압이 액체 분자간의 인력보다 클 때, 액체 중에 케피테이션 기포를 발생시킨다. 캐피테이션 기포는 압축 팽창을 반복하여 성장하다가 일정한 크기가 되면 눌려서 터트려져, 터지기 직전에 고온, 고압 상태가 된다. 즉, 액체중에 고에너지의 hot spot가 나타난다. 이러한 hot spot가 여러 가지 물리화학적 효과-으로 처리한 다음 피부병의 원인균 trichophyton mentagrophytes의 성장을 억제시키고, 보습성, 항미생물 등 복합적인 기능을 부여하고자 천연 고분자 물질인 chitosan으로 표면처리하여 삼베에 부착한 미생물의 번식과 침투를 막고 세균류의 기생을 방지하는 고품위의 항균성 삼베를 개발하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 항균성 삼베포의 성장억제환 크기는 Gram 양성균인 Bacillus subtilis ATCC 6633과 Micrococcus luteus ATCC 9341 균주에 대해서 각각 11(10), 12.5(12)mm로 균의 발육을 억제하였다. 그러나 Gram 양성균 Staphylococcus aureus KCTC 1928(R 209)와 Gram 음성균 Escherichia coli AB 1157, Salmonella typhimurium TV 119, Pseudomonas aeruginosa KCTC 1637 균주에는 감수성을 나타내지 않았다. 진균인 Candida parapsilosis KCTC 7214, Trichophyton mentagrophytes KCTC 6077 및 Microsporum gypseum KCTC 1252 균주에 각각 21(20), 10(10) 및 12(11)mm로 균의 발육을 억제하였으나, Candida albicans IFO 1594(ATCC 10231) 균주에는 감수성을 나타내지 않았다. 이러한 결과는 주로 피부, 피부점막 및 호흡기질환을 유발하는 Gram 양성균(B. subtilis, M. luteus)과 진균(C. parapsilosis, T. mentagrophytes, M. gypseum)에 탁월한 항균력을 나타내어 항균성 삼베로의 이용 가능성을 실현시켰다.

참고문헌

1. □染色·加工□, [纖維學會誌], 40, 286(1984).

2. □綿□ 染色牽牢度 向上□ 注目的□, [加工技術], 22, 5(1987).

3. M. Maeda, H. Murakami, H. Ohta, and M. Tajima, Biosci. Biotech. Biochem.,

56, 427(1992).

4. F. A. Rutherford Ⅲ and  P. R. Austin, Proc. Int. Conf. Chitin/Chitosan,

1st, 182(1978).