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문제 정의
- 본 연구에서는 큰느타리 SMS 추출액을 산업염료 탈색에 적용하기 위하여 직물염료를 포함한 8종류의 염료를 대상으로 탈색효과의 최적조건을 조사하였으며 더 나아가 공장 폐수염료 탈색을 시험하였던 바 그 결과를 보고하고자 한다.
- 5M 2,2'-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid (ABTS)를 기질로 첨가하여 실온에서 5분 동안 반응시키고 20%의 trichloroacetic acid (TCA)로 반응을 정지시킨 후, OD 420 nm 파장에서 ABTS의 산화를 OD값으로 측정하였다. 정제된 느타리 laccase (Sigma, 11 unit/mL)를 50배 희석하고 본 연구의 SMS의 laccase 활성을 비교하기 위하여 사용되었다.
제안 방법
- 물과 SMS를 3:1(v/w) 의 비율로 혼합하여 2시간 동안 실온에서 200 rpm에서 진탕하였다. SMS혼합액을 미라크로스로 거르고 10,000 rpm에서 15분 동안 원심 분리하여 SMS 잔여물을 침전 제거하고 상등액을 SMS extract (SMSE)로 하여 탈색실험에 이용하였다.
- 반응 조건은 10 μL의 SMS추출액을 90 μL의 각각의 염료와 섞어서 진행하였으며, 10~60℃의 다양한 온도 조건에서 온도별 탈색률은 24시간 반응하여 확인하였다. 또한 각 염료의 시간에 따른 반응을 확인하고자 0~24시간 동안의 탈색률을 조사하였다. 탈색백분율(%)는 (A0−A/A0)×100으로 나타내었으며, A0=염료의 최대 흡수파장이며, A=반응샘플의 흡수파장을 나타낸다.
- 반응 조건은 10 μL의 SMS추출액을 90 μL의 각각의 염료와 섞어서 진행하였으며, 10~60℃의 다양한 온도 조건에서 온도별 탈색률은 24시간 반응하여 확인하였다.
- 본 연구는 큰느타리 SMS 추출액의 다양한 염료탈색효과를 조사하기 위하여 8가지 염료 Bromophenol blue(605 nm), Congo red (532 nm), Coomassie brillient blue(627 nm), Crystal violet (589 nm), Methylen blue (587 nm), Ramazol brillient blue R (597 nm)와 일반적으로 직물염료를 사용하는 Rit-blue (510 nm), Rit-red (603 nm)에서 염료에 따른 특징적인 파장에서 측정하였다. Fig.
- 곰팡이가 생산하는 리그닌 분해효소의 탈색효과 연구에서 manganese peroxidase, arylalcohol oxidase 그리고 lignin peroxidase보다 laccase가 탈색에 직접적으로 관련되어 있다고 보고되었다[20]. 본 연구에서도 laccase가 탈색에 직접적인 관련이 있을 것으로 판단되어 시판하는 laccase 효소와 느타리, 큰느타리 SMS 물추출액을 이용하여 ABTS의 산화반응으로 laccase의 함량을 OD 값으로 비교하였다. 그 결과 큰느타리가 느타리 SMS보다 높은 laccase활성을 함유하고 있음을 확인하였고, 시판하는 laccase(1/50)보다는 1.
- 큰느타리 SMS 추출액의 염료폐수의 탈색효과를 검정하기 위하여 안산 섬유공장에서 수거한 염료 폐액 1 mL에 큰느타리 SMS 추출액을 각각 10, 20, 30, 40, 50 μL를 첨가하여 3일간 실온에서 반응하여 탈색여부를 확인하였다.
- 큰느타리 SMS의 8가지 염료에대한 탈색효과를 시간과 온도를 달리 하여 조사하였다. 10~60℃의 다양한 온도 조건에서 각각의 염료탈색효과를 확인한 결과 10~50℃의 온도에서 비교적 안정된 탈색효과를 보였다(Fig.
- 큰느타리 SMS추출물의 섬유공장으로부터 수거한 산업폐수의 탈색효과를 조사하였다. 이를 위하여 안산에 위치한 섬유공장으로부터 산업용 폐 염료를 얻어 실험에 사용하였다.
- 물로 추출한 큰느타리 SMS 추출액을 시중에서 판매하는 직물염색에 이용되는 Rit-blue (500 ppm), Rit-red (500 ppm)를 포함하여 Bromophenol blue (100 ppm), Congo red(500 ppm), Coomassi brillient blue (100 ppm), Crystal violet(500 ppm), Methylen blue (100 ppm), Ramazol brilliant blue R (500 ppm) 등 인공색소까지 총 8종의 염료에 적용하였다. 탈색률은 각 염료의 최대 파장을 400~700 nm 영역을 스캔하여 조사하였다. 반응 조건은 10 μL의 SMS추출액을 90 μL의 각각의 염료와 섞어서 진행하였으며, 10~60℃의 다양한 온도 조건에서 온도별 탈색률은 24시간 반응하여 확인하였다.
- 폐수 염료에 대한 큰느타리 SMSE의 탈색효과를 검정하기 위하여 SMSE를 10, 20, 30, 40, 50 μL씩을 폐수 1 mL와 혼합하여 25℃에서 반응하였다.
대상 데이터
- 물로 추출한 큰느타리 SMS 추출액을 시중에서 판매하는 직물염색에 이용되는 Rit-blue (500 ppm), Rit-red (500 ppm)를 포함하여 Bromophenol blue (100 ppm), Congo red(500 ppm), Coomassi brillient blue (100 ppm), Crystal violet(500 ppm), Methylen blue (100 ppm), Ramazol brilliant blue R (500 ppm) 등 인공색소까지 총 8종의 염료에 적용하였다. 탈색률은 각 염료의 최대 파장을 400~700 nm 영역을 스캔하여 조사하였다.
- 이를 위하여 안산에 위치한 섬유공장으로부터 산업용 폐 염료를 얻어 실험에 사용하였다.
- 큰느타리 SMS는 병 재배 버섯농가에서 분양 받았으며 Lim 등[2]의 방법에 의하여 추출액을 준비하였다. 물과 SMS를 3:1(v/w) 의 비율로 혼합하여 2시간 동안 실온에서 200 rpm에서 진탕하였다.
성능/효과
- 큰느타리 SMS의 8가지 염료에대한 탈색효과를 시간과 온도를 달리 하여 조사하였다. 10~60℃의 다양한 온도 조건에서 각각의 염료탈색효과를 확인한 결과 10~50℃의 온도에서 비교적 안정된 탈색효과를 보였다(Fig. 3).
- 본 연구는 큰느타리 SMS 추출액의 다양한 염료탈색효과를 조사하기 위하여 8가지 염료 Bromophenol blue(605 nm), Congo red (532 nm), Coomassie brillient blue(627 nm), Crystal violet (589 nm), Methylen blue (587 nm), Ramazol brillient blue R (597 nm)와 일반적으로 직물염료를 사용하는 Rit-blue (510 nm), Rit-red (603 nm)에서 염료에 따른 특징적인 파장에서 측정하였다. Fig. 2은 각 염료에 SMSE를 실온에서 처리 24시간 후 확인한 염료 탈색률을 측정한 것으로 bromophenol blue는 가장 높은 93.7%의 탈색율로 옅은 노란색으로 탈색되었으며, 그 다음으로 88.7%의 탈색을 보인 푸른색 염료인 remazol brillient blue R은 노란색으로 탈색되었다. 그밖에 72.
- 본 연구에서도 laccase가 탈색에 직접적인 관련이 있을 것으로 판단되어 시판하는 laccase 효소와 느타리, 큰느타리 SMS 물추출액을 이용하여 ABTS의 산화반응으로 laccase의 함량을 OD 값으로 비교하였다. 그 결과 큰느타리가 느타리 SMS보다 높은 laccase활성을 함유하고 있음을 확인하였고, 시판하는 laccase(1/50)보다는 1.4배 정도 높은 활성을 보였다(Fig. 1). 전 연구에서 국내에서 식용으로 재배하고 있는 다양한 버섯 SMS추출물의 효소활성을 조사한 바 타 버섯 종의 SMS에 비하여 큰느타리버섯 SMS에서 많게는 10배 이상의 높은 laccase활성이 있는 것으로 보고된 바 있다[4].
- 높은 laccase 활성을 보유한 큰느타리 수확 후 배지추출물(SMSE)은 bromophenol blue과 remazol brillient blue R 염료에서 각각 93.7%와 88.7%의 높은 탈색효과를 나타내었다. 그 외의 Congo red는 72.
- 일반적으로 laccase는 분자상의 산소를 전자수용체로 이용하는 phenoloxidase로 작용하여 mono- 및 폴리페놀성 기질의 ortho- 및 para-hydroxyl group이나 방향족 아민을 직접적으로 산화하며 산화 환원 매개체로서 작용하는 인공기질이나 대사산물이 존재할 경우 비페놀성 리그닌 단위 뿐만 아니라 몇몇 방향족 인공화합물과 지방족 인공화합물을 분해하는 것으로 보고되어 있다[7]. 따라서 본 연구에 이용된 염류는 각각의 특징적인 화학구조를 가지고 있어 큰느타리 SMS 추출액 내에 존재하는 laccase 등의 효소의 탈색기작이 염료에 따라 다르게 나타난 것으로 사료된다.
- 또한 Lentinus polychrous SMS 내의 laccase가 remazol brilliant blue R탈색에 중요한 작용을 한다고 보고된 바 있다[18]. 따라서 큰느타리 SMS추출액에는 높은활성의 laccase가 다양한 염료탈색에 작용하는 것으로 사료되었다.
- 4%의 비교적 낮은 탈색율을 보였으며 Methylen blue 염료는 탈색률이 검출되지 않았다. 염료는 20~30℃의 온도에서 가장 높은 탈색률을 보였고, 50℃까지 높은 염료 탈색효과를 보였다. 시간에 따른 염료 탈색효과 실험에서 bromophenol blue와 remazol brillient blue R은 SMSE 처리 1시간 후에 반응이 나타나기 시작하여 12시간 후에는 80% 이상의 높은 탈색율을 보였으나 다른 염료들은 탈색 정도가 서서히 증가되어 24시간 후 최고 60%의 탈색율을 보였다.
- 6%의 탈색율로 핑크색 탈색이 나타났다. 직물염색에 사용되는 Rit (red)와 Rit (blue)는 51.6%와 30.4%의 비교적 낮은 탈색율을 보였으며 Methylen blue 염료는 탈색률이 검출되지 않았다. 대조구로 사용된 100℃ 고온 열처리된 큰느타리 SMS추출물은 모든 염료에서 탈색효과가 없었다.
- 13%을 보인 반면에 다른 염료는 60% 내의 탈색효과를 나타내었다. 특히 직물염색에 사용되는 Rit (red)와 Rit (blue)는 51.6%와 30.4%의 비교적 낮은 탈색율을 보였으며 Methylen blue 염료는 탈색률이 검출되지 않았다. 염료는 20~30℃의 온도에서 가장 높은 탈색률을 보였고, 50℃까지 높은 염료 탈색효과를 보였다.
후속연구
- 일반적으로 공장 폐 염료의 탈색은 고온, 고압과 산화처리 등 부가적인 처리시설이 필요하며 결과물이 일반 폐수로 흘려 버려지기 때문에 환경오염의 원인이 될 수 있다[13-15]. 따라서 환경친화적인 생물학적 염료 탈색법이 요구되고 있으며 향후 산업적 적용이 보완된다면 국내에서 대량 생산되는 농업 폐 자원인 큰느타리 SMS를 산업 폐 염료의 생물학적 탈색제로서 이용 가능할 것으로 기대된다.
- 5). 본 실험에 사용된 산업 폐 염료에 부가적인 다양한 화학성분이 함유되어 있을 것으로 추정되며 이러한 물질이 탈색반응을 억제함으로서 탈색효과가 지연된 것으로 사료된다. 일반적으로 공장 폐 염료의 탈색은 고온, 고압과 산화처리 등 부가적인 처리시설이 필요하며 결과물이 일반 폐수로 흘려 버려지기 때문에 환경오염의 원인이 될 수 있다[13-15].
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