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문제 정의
- 본 연구에서는 쉽게 구할 수 있고 제품화되어 재현성을 가지는 시판되는 건조 사자발쑥(Artemisia princeps)을 사용하여 추출한 후 염액의 농도를 흡광도로 측정하여 일정 농도로 사용하였다. 기능성 의류 및 피부 접촉이 많은 내의 등으로 사용되는 면, 텐셀, 일반 나일론 66, 나일론 66의 중공사 직물에 쑥을 물과 에탄올로 추출한 염액으로 염색조건에 따른 염색성의 과학적 자료를 구축함과 함께 그램 양성의 Staphylococcus aureus(S. aureus)와 그램 음성의 Klebsiella pneumoniae(K. pneumonia)에 대한 항균성을 조사하여 인체에 대한 독성이 없고 환경 친화적인 쑥 추출물의 활용방법을 제안하고자 본 연구를 수행하였다.
- 농도와 흡광도의 관계는 Beer법칙에 잘 맞으므로 본 연구에 사용한 쑥 염액의 흡광도로부터 농도를 알 수 있으며, 본 연구에서는 일정 흡광도의 염액을 사용함으로써 농도가 일정하여 재현성있는 염색결과를 얻어낼 수 있어 과학적 방법이라 할 수 있다.
제안 방법
- 건조하여 시판되므로 쉽게 구할 수 있는 사자발 쑥을 증류수 또는 에탄올로 추출하여 면, 텐셀, 나일론 66, 나일론 66 중공사 직물을 일정한 흡광도의 염액으로 재현성있게 염색할 때의 염색성과 S. aureus와 K. pneumonia에 대한 항균성을 측정하여 다음의 결론을 얻었다. 천연 염색에 일반적인 금속매염제의 사용은 친환경적이 아니므로 무매염으로 쑥의 염색에 대한 기초자료를 조사하였다.
- 그 후 UV-Vis Spectrophotometer(2401, Shimadzu)로 660nm에서 흡광도를 측정하고 평판배지에 도말하여 배양한 후 콜로니 수를 확인하여 미리 작성한 흡광도와 콜로니 수에 대한 검량곡선을 사용하여 1.0×105cfu/mL의 접종액을 만들었다.
- 그 후 유리병에 중화용액 20mL를 넣고 충분히 흔든 뒤 여기서 100µL를 취해 단계별로 희석한 용액을 고체배지에 도말하여 균주에 따른 적정 조건에서 배양하고 콜로니 수를 세어 항균성인 정균 감소율을 [Eq. 1]과 같이 계산하였다.
- 4%이었다. 또한 염료를 에탄올로도 추출하였는데 쑥 70g을 700mL 에탄올에서 60분 동안 끓여 추출하는 과정을 4회 반복하여 추출된 쑥 추출액을 합쳐 감압 농축하고 동결 건조하여 겔 상태로 만들었으며 수율은 4.6%이었다.
- 매염없이 에탄올과 증류수 혼합 쑥 추출물로 염색한 직물에 대한 항균성이 세탁 후 제거되므로 이에 대한 보완방법으로 5×5cm 원포 직물에 에탄올 추출물 100µL를 골고루 점적하고 24시간 동안 상온에서 건조 후 121℃에서 20분 동안 멸균하여 접종액을 가하고 배양 후 시료에 남은 균수를 측정하여 항균성을 계산한 결과는 [Table 4]와 같다.
- 본 연구에서는 쉽게 구할 수 있고 제품화되어 재현성을 가지는 시판되는 건조 사자발쑥(Artemisia princeps)을 사용하여 추출한 후 염액의 농도를 흡광도로 측정하여 일정 농도로 사용하였다. 기능성 의류 및 피부 접촉이 많은 내의 등으로 사용되는 면, 텐셀, 일반 나일론 66, 나일론 66의 중공사 직물에 쑥을 물과 에탄올로 추출한 염액으로 염색조건에 따른 염색성의 과학적 자료를 구축함과 함께 그램 양성의 Staphylococcus aureus(S.
- 쑥의 물 추출용액과 에탄올 추출용액의 흡광도 곡선은[Fig. 3(b)]와 같은데, 물 추출 시는 물 100mL에 0.57g의 동결 건조 겔을 용해하여 1/100로 희석하였으며, 에탄올 추출 시는 에탄올 100mL에 0.13g의 동결 건조 겔을 용해하여 피크가 나타나도록 1/5로 에탄올로 희석하여 측정하였다. 물 추출물은 진한 갈색이나, 에탄올 추출물은 진한 녹색이었으며, 에탄올 추출 시에 chlorophyll b의 피크는 뚜렷하지 않았으나 chlorophyll a의 663nm와 429nm의 피크가 나타났다(Wu et al.
- 염색 시 염액의 농도는 흡광도를 측정하여 조절하였으며 액비 30:1로 염색하였다. 염색조건으로 시간, 농도, pH, 염색횟수를 달리하여 IR 자동 염색기(DL6000, 대림 스타릿)로 상온에서 염액과 직물을 넣고 2℃/min의 속도로 가온하여 80℃에서 일정 시간 유지하여 염색한 후 증류수로 3회 헹구고 공기 중에서 건조하였다. 염액의 pH 조절 시 pH 3.
- 염색한 직물의 색상은 색차계(Color i5, X-rite)를 사용하여 D65 광원, 10º 시야에서 CIE L*a*b* 값을 동일 조건에서 시료 4매 이상 측정하여 평균을 내었다.
- 염색조건으로 시간, 농도, pH, 염색횟수를 달리하여 IR 자동 염색기(DL6000, 대림 스타릿)로 상온에서 염액과 직물을 넣고 2℃/min의 속도로 가온하여 80℃에서 일정 시간 유지하여 염색한 후 증류수로 3회 헹구고 공기 중에서 건조하였다. 염액의 pH 조절 시 pH 3.5, 4.5, 6.0은 0.1M의 글리신에 0.1M의 염화나트륨을 혼합한 용액과 0.1M의 염산을 사용하였으며, 염기성의 pH 8.5, 10.8은 탄산나트륨으로 조절하였다. 염액의 흡광도는 염액을 100배 희석하여 UV-Vis Spectrophotometer(UV-2401 PC, Shimadzu)로 물 추출액은 320nm, 에탄올 추출물은 330nm에서 측정하였다.
- 염액의 농도에 따른 직물의 염색성을 알아보기 위하여 물 100mL에 염료를 각각 0.57g, 0.75g, 1.50g, 2.70g을 가하여 1/100로 희석하였을 때의 흡광도 0.95, 1.17, 2.14, 3.66의 염액에서 60분동안 1회 염색하였을 때에 직물의 CIE L* a* b* 값의 변화를 원포 직물과 함께 나타낸 것은 [Fig. 5]와 같다. 염액의 흡광도가 높아질수록 염색시간이 길어질 때와 같이 L* 값은 88.
- 지금까지 연구된 천연 염색은 대부분 일정 양의 염재를 추출한 액으로 염색을 하여 색상을 비교하였는데 염액농도의 정량은 전혀 이루어지지 않아 염색조건이 과학적이지 못하므로 본 연구에서는 모두 염액의 농도를 흡광도로 정확히 측정하여 염색성을 조사하였다. 이를 위하여 추출한 염액을 감압증류 후 동결 건조한 겔의 농도와 흡광도의관계를 조사한것은 [Fig.
- pneumonia에 대한 항균성을 측정하여 다음의 결론을 얻었다. 천연 염색에 일반적인 금속매염제의 사용은 친환경적이 아니므로 무매염으로 쑥의 염색에 대한 기초자료를 조사하였다.
대상 데이터
- aureus subsp. (KACC 11596)와 그램 음성인 K. pneumoniae(KACC 14817) 균주를 농업유전자원센터에서 분양받아 사용하였다. 시험균주의 배양을 위한 배지로 BactoTM Peptone(DIFCO Lab.
- pneumoniae(KACC 14817) 균주를 농업유전자원센터에서 분양받아 사용하였다. 시험균주의 배양을 위한 배지로 BactoTM Peptone(DIFCO Lab.), beef extract(DIFCO Lab.), BactoTM Agar(Becton, Dickinson and Company)를 사용하였고 중화용액은 Trition X-100(Sigma Chemical Co.)을 사용하였다.
-
1. 시료와 시약
시험포는 면, 텐셀, 나일론 66, 중공나일론 직물을 사용하였으며 특성은 [Table 1]과 같다. 면은 사용 전 10%(o.
- 염재는 시판되는 건조 쑥인 사자발쑥(강화쑥마니)을 사용하였고, 염액의 pH 조절을 위한 글리신(삼전화학), 염화나트륨(삼전화학), 염산(삼전화학), 탄산나트륨(삼전화학)과 그 외의 시약은 시약 1급을 사용하였다.
이론/모형
- 쑥 추출 염색포의 항균성은 KS K 0693직물의 항균도 시험방법을 참고하였다. 배지용액 중 액체배지는증류수 1L에 Bacto Peptone 5g과 beef extract 3g을 용해시키고, 평판배지는 동일 조건에 Bacto Agar 15g을 더 가하였으며, 중화용액은 증류수 1L에 염화나트륨 5g과 Trioton X-100 2g을 용해하여 각각 121℃에서 20분 동안 멸균하여 사용하였다.
성능/효과
- 7]과 같다. pH 변화에 따라 셀룰로오스 직물과 나일론 직물의 L*, a*, b* 값의 변화가 모두 다른 양상을 보였다. L* 값은 면과 텐셀의 셀룰로오스 직물은 pH가 3.
- 나일론과 중공나일론 직물에서 L* 값, b* 값의 변화율은 비슷하였다. 농도증가와 반복 염색 시의 염색성을 비교하기 위하여 농도가 4.7배인 흡광도 3.7과 5회 반복 염색의 염색성에서 셀룰로오스 직물은 L*, a*, b* 값 모두 높은 농도에서의 염색성이 좋은 편이나 나일론 직물은 반복 염색 시에 L* 값이 낮으나 b*값은 더 높았다. 그러므로 셀룰로오스 직물은 반복 염색보다 높은 농도에서 염색효과가 더 좋으나 나일론 직물은 반복 염색이 더 효과적인데 이는 염료가 섬유에 흡착되는 방법의 차이에 기인되는 것으로 추론된다.
- 0이었다. 또한 쑥 추출액으로 염색한 셀룰로오스 직물과 나일론 직물의 색상이 달라 염색성을 반사율만의 함수인 K/S 값으로 비교하는 것은 정확하지 못하여 CIE L*a*b* 값으로 나타내었다.
- 0의 증류수 쑥 추출염액으로 80℃에서 60분 동안 염색시킨 직물을 시험편으로, 원포를 대조편으로하여정균감소율로나타낸항균성은 [Table 2]와 같다. 매염제 없이 염색한 직물도 항균성을 가지며, 염색성이 셀룰로오스 직물인 면, 텐셀보다 나일론 직물에서 좋은 것과 같이 항균성도 나일론 직물이 높은 경향을 보였다. 증류수의 쑥 추출액으로 염색한 직물의 항균성은 균주에 따라 차이가 있어 그램 음성인 K.
- 쑥의 물 추출물을 무매염으로 염색 시 면보다 나일론의 염색성이 더 좋으나 갈색이었으며 세탁견뢰도는 낮았고, 낮은 수준이나 항균성을 가짐이 확인되었다. 물 추출물에 에탄올 추출물의 첨가 시 항균성이 우수하였지만 세탁으로 항균성이 저하되어 이 단점을 보완하고자 후처리 방법인 에탄올 추출액을 포에 점적 처리하였을 때에 K. pneumonia의 제거는 완전치 않으나 S. aureus는 매우 우수한 항균성으로 거의 완전히 제거되었다. 그러므로 최근 아토피 피부염의 발생빈도가 제법 많은데 S.
- 6]과 같다. 셀룰로오스 섬유인 면과 텐셀은 2회 반복 염색부터 L* 값 감소, a*, b* 값의 증가가 매우 적었으나 나일론 직물은 5회까지 지속적으로 L* 값은 감소하고, a*, b* 값은 증가하였다. 나일론과 중공나일론 직물에서 L* 값, b* 값의 변화율은 비슷하였다.
- 중공나일론 직물만 염색시간이 60분에서 90분으로 증가할 때 염색성이 향상되었고 나머지의 면, 텐셀, 나일론 직물은 60분 이상에서는 거의 변화가 없었다. 시간이 길어지면 L* 값은 감소하고 b*값은 양의 방향으로 증가하나 a*값의 변화는 매우 적어 색이 어두워지고 노란색이 증가하여 녹색보다는 갈색으로 진해졌다. 셀룰로오스의 면과 텐셀 직물은 폴리아미드인 나일론보다 염색성이 떨어져 잿빛에 가깝게 되었다.
- 쑥 추출액을 처리한 직물은 아토피의 주범이 되는 S. aureus균에 대한 억제력을 보여주나 충분치 않으므로 1,8-cineol, thujone 등의 항균성분과 클로로필을 추출할 수 있는 유기용매로 추출시 항균성의 증가를 예상할 수 있다.
- 쑥의 물 추출물액의 농도와 흡광도는 비례관계를 나타내었으며, 물 추출액에 비하여 에탄올 추출액의 FTIR 스펙트럼에서 항균성을 갖는 클로로필, 1,8-cineol, thujone, caffeoylqunic acid의 피크가 강하게 나타났다. 쑥의 물 추출물을 무매염으로 염색 시 면보다 나일론의 염색성이 더 좋으나 갈색이었으며 세탁견뢰도는 낮았고, 낮은 수준이나 항균성을 가짐이 확인되었다.
- 쑥의 물 추출물액의 농도와 흡광도는 비례관계를 나타내었으며, 물 추출액에 비하여 에탄올 추출액의 FTIR 스펙트럼에서 항균성을 갖는 클로로필, 1,8-cineol, thujone, caffeoylqunic acid의 피크가 강하게 나타났다. 쑥의 물 추출물을 무매염으로 염색 시 면보다 나일론의 염색성이 더 좋으나 갈색이었으며 세탁견뢰도는 낮았고, 낮은 수준이나 항균성을 가짐이 확인되었다. 물 추출물에 에탄올 추출물의 첨가 시 항균성이 우수하였지만 세탁으로 항균성이 저하되어 이 단점을 보완하고자 후처리 방법인 에탄올 추출액을 포에 점적 처리하였을 때에 K.
- 95의 물추출물을 15:85로혼합한 용액으로 염색한 직물의 항균성을 측정한 결과는 [Table 3]과 같다. 이때 그램 양성의 S. aureus는 99.9%로 모두 제거되었으며 그램 음성의 K. pneumonia는 99.8%로 S. aureus보다는 낮으나 매우 우수한 항균성을 보여 효과적인 방법임을 알 수 있다. 하지만 세탁에 대한 내구성은 비교적 낮았으나 물 추출물보다는 높은 경향을 보였고 역시 나일론 직물이 셀룰로오스 직물보다 더 좋은 항균성을 나타냈다.
- 4]와 같다. 중공나일론 직물만 염색시간이 60분에서 90분으로 증가할 때 염색성이 향상되었고 나머지의 면, 텐셀, 나일론 직물은 60분 이상에서는 거의 변화가 없었다. 시간이 길어지면 L* 값은 감소하고 b*값은 양의 방향으로 증가하나 a*값의 변화는 매우 적어 색이 어두워지고 노란색이 증가하여 녹색보다는 갈색으로 진해졌다.
- , 2010)라 추정되며 다만 1409cm-1는 C-N신축 진동으로 클로로필에서 기인된 것을 알 수 있다. 즉 정유성분과 클로로필이 물 추출물보다 에탄올 추출물에 더 많이 포함되었으므로 에탄올 추출물에서 항균성이 더 높고 녹색이 더 진할 것으로 예측된다.
- 매염제 없이 염색한 직물도 항균성을 가지며, 염색성이 셀룰로오스 직물인 면, 텐셀보다 나일론 직물에서 좋은 것과 같이 항균성도 나일론 직물이 높은 경향을 보였다. 증류수의 쑥 추출액으로 염색한 직물의 항균성은 균주에 따라 차이가 있어 그램 음성인 K. pneumonia보다 그램 양성의 S. aureus에서 항균성이 더 좋았다. 하지만 세탁 후 두 균주는 모두 원포보다는 균수가 적으나 항균성이 낮은데, 이는 쑥 추출물의 무매염 처리는 세탁에 대한 내구성을 갖지 못하기 때문이다.
- aureus보다는 낮으나 매우 우수한 항균성을 보여 효과적인 방법임을 알 수 있다. 하지만 세탁에 대한 내구성은 비교적 낮았으나 물 추출물보다는 높은 경향을 보였고 역시 나일론 직물이 셀룰로오스 직물보다 더 좋은 항균성을 나타냈다. 이는 항균성을 갖는 성분과 나일론 섬유에서 조염결합도 이루어지나 1,8-cineol, thujone 등의 소수성 물질은 셀룰로오스보다 나일론 섬유와 친화력이 더 크기 때문이다.
후속연구
- 알칼리에서 클로로필은 가수분해되므로 색이 옅게 되는데, 셀룰로오스 섬유에서만 pH 10.8에서 오히려 어두워지는 것은 면직물에 플라보노이드류인 안토시아닌이 주성분인 와인(Chung & Kim, 2011)과 코코아(Chung & Kim, 2012) 오구가 pH 11의 세액에서 오히려 색상이 진해진 것과 같은 경향을 보이나 이에 대한 원인 규명을 위해서는 세밀한 추가 연구가 필요하다.
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