[논문]합성섬유 소재에 대한 효소적용 바이오가공 기술

김미경; 윤석한; 윤남식

합성섬유 소재에 대한 효소적용 바이오가공 기술 원문보기

염색가공 = Dyeing and finishing, v.5, 2010년, pp.83 - 97

김미경 (한국염색기술연구소 연구개발본부) , 윤석한 (한국염색기술연구소 연구개발본부) , 윤남식 (경북대학교 섬유시스템공학과)

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문제 정의

이처럼 합성섬유 소재에 대한 효소적 표면개질 효과가 부여될 수 있음이 확인됨에 따라 이러한 효소를 이용한 바이오 가공기술이 polyester 등의 합성소재 및 이의 복합소재의 가공공정에 적용될 경우 친환경의 고품위 합성섬유 제품 생산이 가능할 것으로 기대된다. 그러나 이러한 polyester 소재에 대한 효소적 표면개질 가공 방법은 아직까지 연구단계로서, 현재까지 산업적 의미를 가질 수 있는 수준의 polyester 소재 표면개질을 위한 최적 효소의 발굴이나 공정의 최적화는 이루어지지 않고 있어 이에 대한 공정확립이 절실히 요구되는 바이다.
그러나 효소가공을 이용하여 생산되고 있는 섬유제품은 아직까지 주로 천연섬유 및 재생섬유 소재에만 적용되고 있어 섬유분야에서의 이용에 한계가 있다. 따라서, 본고에서는 합성섬유의 친환경고부가 소재로의 다양한 전개를 위해 효소가공의 필요성 및 효소를 이용한 바이오 가공 적용 가능성에 대해 검토해 보고자 한다.

제안 방법

14. Bis(benzoyloxyethyl) terephthalate의 효소적 가수분해 후 benzoic acid 검출 분석.
12는 p-nitrophenyl butyrate를 가수분해하는 효소인 Thermomonospara fusca KW3b 유래 lipolytic효소를 이용하여 aromatic 포함 polyester 기질을 처리한 후 이들 기질들의 가수분해 효과를 확인한 것이다. phosphate buffer(pH7.2) 효소용액 내에서 5cm의 polyester yarn을 조건별로 처리하고 최대흡수파장 240nm에서의 absorbance에서 가수분해 산물인 terephthalic acid(aromatic compound) 생성을 확인하였다. 반응시간 증가할수록 240nm에서의 absorbance는 점차 증가하고 있으며, 50℃ 보다 70℃에서 반응온도가 증가할수록 absorbance가 더욱 증가하는 것으로 나타나 polyester의 가수분해 현상이 더욱 향상됨을 보이고 있다²¹⁾.

성능/효과

그러나, cutinase는 이러한 활성 사이트의 세린을 차폐하는 소수성의 flap이 존재하지 않으므로 계면활성화 현상이 나타나지 않아 보다 용이하게 용매와 기질에 접근할 수 있게 된다. 따라서 일반적인 lipase 보다 낮은 기질 농도에서도 활성을 나타내어 에스테르기를 함유한 기질의 분해속도가 대부분의 esterase, lipase에 비해 높아질 수 있는데4,35-38) 이러한 cutonase 특성으로 polyester 섬유에 대하여 보다 효과적이고 실용적인 바이오 가공효과를 부여할 수 있을 것으로 보인다.

후속연구

. 더불어 polyester 섬유의 표면개질을 위해 효소가 이용됨으로서 정련 및 개질 공정에 알칼리를 이용하는 경우와 같은 고부하감량폐수도 발생시키지 않아 전처리 및 가공공정 전반에 걸쳐 polyester 소재에 대한 친환경적인 저에너지 바이오 가공이 가능할 것이다(Fig. 3-4)^14-21).
그러나 cutinase의 경우는 aromatic polyester 기질에 대한 가수분해 활성이 보다 우수하여 degradation 현상이 나타나고 있으며, 이로서 aromatic polyester 기질에 대한 신속한 접근과 체인 길이에 적당한 가수분해 현상은 cutinase의 고유 특성으로 나타남을 알 수 있다¹⁰⁾. 따라서 aliphatic-aromatic polyester 구조인 결정성 polyester 섬유의 효과적 개질을 위해서는 aromatic polyester 가수분해 성능이 보다 우수한 cutinase를 이용하는 것이 더욱 유용할 것이다.
따라서 polyester/wool 및 polyester/rayon 등의 복합소재의 필링방지 및 촉감 개선을 위한 공정에서도 친환경 가공공정 요구와 더불어 섬유 손상방지를 위해 효소 이용 등의 바이오 가공 공정 적용이 유리할 것이다.
이러한 lipolytic 효소 중 polyester 소재 개질을 위해 최적의 효소를 선별하여 적절히 이용할 경우 기존에 효소를 이용한 개질가공이 고려되지 못하였던 polyester 섬유에 대해서 표면개질 효과가 부여될 수 있을 뿐만 아니라 cotton, wool 등 천연섬유에 대해서도 지방질 등의 협잡물 제거 및 개질 등의 전처리 가공공정이 가능할 것으로 예상된다³⁴⁾. 따라서 polyester/천연섬유 복합소재에 대해서 정련 및 표면개질 효과 등의 선택적인 가공효과가 부여될 수 있어 합성섬유에 대한 새로운 가공법전개가 가능할 것으로 판단된다.
합성섬유 소재에 대한 효소가공 기술을 실용적으로 적용한다면 현재 업계에서 사용 중인 화학적이고 기계적인 가공공정을 대체하는 환경 친화적이고 온화한 공정을 제공할 수 있을 것이다. 또한 이러한 효소가공은 용도와 기능성에 따른 가공의 중요성 뿐만 아니라 무한 재생 가능한 친환경 저에너지 가공기술이라는 점에서 향후 개발의 파급효과는 크다고 할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이 polyester 섬유 품질 개선을 위한 효소가공 기술 적용시 산업적으로 효과적인 바이오 가공이 가능하다면 알칼리 조제 사용에서 보다 섬유 손상이 적어 기계적 물성 개선이 요구되는 용도로의 적용과 함께 알칼리 가공조건이 까다로운 polyester/wool, polyester/rayon 등의 복합소재에도 적용됨으로서 효소를 이용한 바이오 가공이 확대될 수 있을 것으로 기대된다.
또한 cellulase와 cutinase 혼합용액 적용시 각 효소농도를 증가시킬수록 필링노트가 더욱 향상되어 필링현상이 더욱 감소됨을 알 수 있다³⁴⁾. 이로서 효소를 이용한 polyester/cotton복합 직물의 bio-polishing 가공에 있어서 cutinase와 cellulose 각 단독 효소 보다는 두 효소를 조합한 경우 공정 적용에 더욱 유리할 것으로 보인다.
이처럼 합성섬유 소재에 대한 효소적 표면개질 효과가 부여될 수 있음이 확인됨에 따라 이러한 효소를 이용한 바이오 가공기술이 polyester 등의 합성소재 및 이의 복합소재의 가공공정에 적용될 경우 친환경의 고품위 합성섬유 제품 생산이 가능할 것으로 기대된다. 그러나 이러한 polyester 소재에 대한 효소적 표면개질 가공 방법은 아직까지 연구단계로서, 현재까지 산업적 의미를 가질 수 있는 수준의 polyester 소재 표면개질을 위한 최적 효소의 발굴이나 공정의 최적화는 이루어지지 않고 있어 이에 대한 공정확립이 절실히 요구되는 바이다.
합성섬유 소재에 대한 효소가공 기술을 실용적으로 적용한다면 현재 업계에서 사용 중인 화학적이고 기계적인 가공공정을 대체하는 환경 친화적이고 온화한 공정을 제공할 수 있을 것이다. 또한 이러한 효소가공은 용도와 기능성에 따른 가공의 중요성 뿐만 아니라 무한 재생 가능한 친환경 저에너지 가공기술이라는 점에서 향후 개발의 파급효과는 크다고 할 수 있다.
향후, polyester 등 합성섬유의 효소가공에 이용될 효소의 생산기술이 수립된다면 이를 이용하여 polyester에 대한 기본적인 적용뿐만 아니라 기존 lipase, cellulase 및 protease 등의 상업용 효소와 병용 처리함으로서 wool, rayon, cotton섬유 등과 복합된 polyester 복합소재³³⁾의 품질개선 효과도 고려해 볼 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	섬유가공에 효소를 적용할시 얻을 수 있는 이득은?	따라서, 일반적으로 알카리 조제 적용과 같은 화학적 공정으로 섬유가공 시에는 섬유 내외부적으로 다소 불특정하게 개질될 수 있는 데 반해, 섬유에 대한 효소적용 가공 시에는 효소 종류별로 섬유에 존재하는 특정 성분(기질)에 매우 특정적으로 적용되므로 원하는 부분만 개질 가능하여 부반응으로 인한 섬유손상이 적어 섬유자체 고유 특성이 유지될 수 있다. 예로 pectinase를 이용한 효소정련 공정에서 효소적 활성반응(enzymatic action)은 특정하게 pectin polymer를 타겟으로 하므로 cellulose polymer들은 전혀 손상되지 않을 수 있다.
	효소이용 기술이 선호되는 이유는?	효소이용 기술은 무약품, 무공해라는 차원에서 화학공정과 달리 유해 화학품을 사용하지 않으면서 효소 그 자체 또한 미생물에 의해 분해 가능한 환경 친화적인 특성 때문에 섬유를 포함한 모든 산업분야에서 선호되고 있는 기술로서 효소는 고도의 초정밀성, 특이성, 선택성 및 고효율성의 특성을 가져 기능면에서는 산업적 적용범위가 무한하기 때문에 인간이 영위하고 있는 다양한 산업에 그 이용이 확대되고 있다(Fig. 1).
	Polyester직물과 cotton 직물에 대해 효소를 이용한 bio-polishing 처리 실험 결과, 적합한 효소의 발굴이 중요한 이유로 밝혀진 것은?	이는 cutinase B가 cutinase A 보다 polyester 기질에 대한 특이활성이 높게 나타나 polyester 소재에 대한 bio-polishing 가공 적용에 cutinase B가 유리함을 알 수 있다. 이로서 동일한 균주에서 생산된 효소라도 각 효소마다 고유한 기질특이성을 가져 적용기질에 대한 활성이 상이할 수 있으므로 효소 가공시 대상기질인 섬유소재에 적합한 효소의 발굴이 매우 중요할 것이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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