Pseudomonas aeruginosa를 이용한 수용성 절삭유의 항균성 평가

김현주, 전진원, 김성배*, 배종찬1,송재화1

경상대학교 응용화학공학부 및 공학연구원, (주)한중유화1

sb_kim@nongae.gsnu.ac.kr

The Evaluation of Atimicrobial Activity against Pseudomonas aeruginosa

in  Water-soluble Cutting Fluid

Hyun-Joo Kim, Jin-Won Chun, Sung Bae Kim*, Jong Chan Bae1, Jae Hwa Song1

Division of Applied Chemical Engineering, Gyeongsang National University and Engneering Research Institute, Han Jung oil and Chemical Co.1

sb_kim@nongae.gsnu.ac.kr

서론

절삭유는 금속의 절삭 또는 연삭 가공 과정에서 윤활성과 냉각, 방청의 목적으로 사용되는 유제를 말하는 것으로, 사용 목적에 따라 크게 수용성 절삭유와 비수용성 절삭유로 구분될 수 있다. 이 중 수용성 절삭유는 사용하기 직전에 물로 10~30배 희석하여 사용함으로서 냉각성의 개선과 고온에서의 마모 방지, 잔열로 인한 뒤틀림 방지 등의 효과를 얻을 수 있다.

하지만 수용성 절삭유는 물로 희석하여 사용하며, 광유와 유화제 등 미생물의 영양원이 되는 물질을 많이 함유하기 때문에 미생물에 쉽게 오염된다. 미생물에 오염된 수용성 절삭유는 점도의 변화, 미생물에 의한 발효 산물로 인한 pH의 저하, 방청성의 저하 등을 유발하여 수용성 절삭유의 질을 크게 저하시키기 때문에 금속가공 산업에서도 오래된 문제점 중의 하나였다.

최근 이러한 미생물에 의한 오염문제를 해결하기 위해 적합한 첨가제의 선택과 적절한 배합으로 미생물의 증식을 최대한 억제하여 장기간 사용할 수 있는 biostable형의 수용성 절삭유가 개발되고 있다.

따라서 본 연구에서는 biostable형의 수용성 절삭유를 개발하고, 개발된 수용성 절삭유의 항균성을 객관적으로 평가하기 위해 수용성 절삭유제에 가장 빈번히 발생되며, 성장 및 생존력이 아주 강한 균으로 알려진 Pseudomonas aeruginosa1)를 이용하여 ASTM E 6862),3)(American Society for Testing and Materials  E 686 : Stand Method for Evaluation of Antimicrobial Agents in Aqueous Metal Working Fluids) 방법에 따라 실험을 수행하였다.

실험재료 및 방법

1. 접종액(inoculum)의 조제

균주로서 Pseudomonas aeruginosa ATCC 27835(P)를 사용하였으며, 균주 배양을 위해 액체배지로서 Tryptic Soy Broth(TSB, Difco Co.)를, 고체배지로서 Tryptic Soy Agar(TSA, Difco Co.)를 사용하였다. 접종액은 TSB에 냉장보관된 P를 백금 loop로 접종하여 shaking incubator에서 30℃, 150rpm으로 24시간 배양한 것을 사용하였다. 접종 직후 접종액의 생균수를 측정하였다.

2. 항균성 비교 실험

특수한 첨가제를 첨가하여 개발한 biostable형의 수용성 절삭유(A)의 항균성을 알아보기 위해 비교 대상으로 시중에 유통되고 있는 외국 유명제품인 B사의 biostable형 수용성 절삭유(B)를 선정하였으며, 시험방법은 ASTM E686에 따라 다음과 같이 행하였다.

① 1L의 뚜껑달린 병에 900mL의 수용성 절삭유(10% 유화)와 9g의 금속 chip을 넣는다.

② 미리 조제해 둔 접종액을 100mL 넣고 잘 흔들어 준다.

③ 전체 양(1L)에서 100mL를 덜어낸다.

④ 이렇게 준비된 sample(A와 B)을 30℃에서 64시간 방치한다.

⑤ air pump를 이용하여 5일간 폭기시킨다. 손실은 멸균된 증류수로 채운다.

⑥ 폭기를 정지하고 다시 64시간 방치한다.

⑦ 방치 후 90mL의 sample을 채취하고 손실량만큼 새 수용성 절삭유로 채운다.

⑧ 접종액 10mL를 재접종하고 폭기시킨다.

폭기(5일간),방치(64시간)를 반복하며 6주간 생균수와 pH, 색깔, 냄새, 유화의 상태를 관찰하였다. 생균수는 2, 3일 간격으로 측정하였으며 streak-plate법으로 incubator에서

30℃로 24시간 배양한 후 colony의 수를 세었다. pH는 매 64시간 방치 후 채취한 sample로부터 pH controller(Horizon ecology Co.)를 사용하여 측정하였다. 색깔이나 유화의 상태는 외관 상 관찰하였으며 변화가 뚜렷할 때마다 기록하였다. 실험은 동일한 방법으로 2회 실시하였는데, TEST 1의 경우 폭기를 강하게 하고 배양조건이 조금 가혹한 반면, TEST 2의 경우는 폭기를 약하게 하고 금속 chip를 약간 줄여 균의 성장을 유리하게 하였다.

결과 및 고찰

1. 생균수 측정 결과

Sample A와 B의 항균성을 평가하기 위해 균을 접종하고 배양하며 생균수를 측정해 본 결과, 그림 1과 2에서 볼 수 있듯이 B는 최초 접종일로부터 약 2주가 지난 후부터 균이 자라기 시작하여 꾸준히 성장하였다. 균이 자라나오기까지 2주가 소비되는 것은 pH가 높은 수용성 절삭유에 균이 적응하고 방부제의 효능이 저하되는 시간으로 생각된다. Pseudomonas aeruginosa가 호기성 균이기 때문에 산소가 공급되는 폭기 중에는 균이 급격히 증가하고 64시간 방치 후에는 상대적으로 많이 줄어들었지만 균의 성장은 지속적으로 나타났다. 그에 반해 개발한 수용성 절삭유의 경우 6주가 지나도 균의 성장을 전혀 관찰할 수 없었다. 이것은 A가 미생물에 쉽게 분해되지 않는 첨가제를 선택하고, 선택된 첨가제를 잘 배합함으로써 매우 안정한 상태이기 때문에 균이 성장하기 어려운 것으로 생각된다.

Figure 1. TEST 1의 생균수 측정 결과

A: 개발한 수용성 절삭유,B: B사의 수용성 절삭유

Figure 2. TEST 2의 생균수 측정 결과

A: 개발한 수용성 절삭유,B: B사의 수용성 절삭유

2. pH 측정 결과

수용성 절삭유가 미생물에 오염되어 균이 성장하게 되면 pH가 떨어지게 된다. 그림 3과 4는 pH의 측정 결과를 나타낸 것으로 균의 성장이 나타난 B는 pH가 급격히 저하되

Figure 3. TEST 1의 pH 측정 결과

A: 개발한 수용성 절삭유,B: B사의 수용성 절삭유

Figure 4. TEST 2의 pH 측정 결과

A: 개발한 수용성 절삭유,B: B사의 수용성 절삭유

는 반면 A는 pH가 거의 일정하게 유지되었다. pH가 급격히 저하되는 시기가 균이 성장하는 시기와 일치하며 절삭유에서 pH를 일정하게 유지하도록 원료를 배합하는 것이 매우 중요함을 알 수 있었다.

3. 색깔, 냄새 및 유화의 상태

균의 성장에 따라 색깔과 유화의 상태를 외관 상 관찰한 결과, B는 균의 성장이 나타나는 2주 뒤부터 색깔이 탁해지며 크림층의 형성이 뚜렷하게 나타났다. 그리고 4주 후 크림층이 아주 두꺼워지고 뻑뻑해짐을 관찰할 수 있었다. 그리고 악취가 아주 심해졌다. 그에 반해 A의 경우 유화의 상태가 아주 양호하였으며 색깔의 변화도 없었다. 균의 성장으로 수용성 절삭유가 오염되는 것은 유화의 상태와 관련이 있으며 유화의 상태가 양호하면 균의 성장에 어려움을 줄 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 적절한 첨가제들의 배합으로 유화의 안정성을 최대한 높여주는 것이 항균성에 중요한 영향을 미침을 알 수 있었다.

결론

개발한 수용성 절삭유의 항균성을 기존 biostable형 수용성 절삭유와 비교 평가하였다. 기존 수용성 절삭유는 균이 꾸준히 성장하고 균이 성장함에 따라 pH가 저하되고 색깔이나 유화의 상태가 악화되는 반면에 개발한 수용성 절삭유는 균이 전혀 자라지 못하고 pH의 변화도 거의 없음을 확인할 수 있었다. 그리고 색깔이나 유화의 상태도 아주 양호하여 비교 대상으로 선정한 제품에 비해 아주 뛰어난 항균성을 가진 것으로 생각된다. 따라서 biostable형의 수용성 절삭유를 개발하기 위해 적절한 첨가제의 선택은 물론 다른 첨가제들과의 적절한 배합으로 유화의 안정성을 높여주는 것이 중요한 것으로 생각된다.

참고문헌

1. H. Sondossi, H. W. Rossmoore, E.S. Lashen, Influence of biocide treatment regimen     on resistance development to methylchloro-/methylisothiazolone in Pseudomonas       aeruginosa, International Biodeterioration ＊ Biodegradation, 43(1999) 85-92

2. American Society for Testing and Materials(ASTM) Designation E 686-91, in Annual    Book of ASTM Standards, Vol. 1104, ASTM, Philadelphia(1991)

3. Jerry P. Byers, MetalWorking Fluids, Marcel Dekker, Inc., New York·Basel