[논문]새로운 천연염료로서 수련 잎 추출색소의 염색성과 기능성(2): 견·모섬유를 중심으로

여영미; 신윤숙

doi:10.5764/tcf.2017.29.3.171

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This study was to investigate the practicality and functionality of water lily(Nymphaea tetragona) leaves as a natural dye resource while searching for various dyeing methods to utilize them. Effect of dyeing condition including methanol ratio of dyebath, dyeing temperature and time, mordanting meth...

This study was to investigate the practicality and functionality of water lily(Nymphaea tetragona) leaves as a natural dye resource while searching for various dyeing methods to utilize them. Effect of dyeing condition including methanol ratio of dyebath, dyeing temperature and time, mordanting method, etc were investigated. Colorants were prepared by extraction in methanol and followed drying process. When composing 30% of methanol in the dyebath, better dyeuptake and uniform dyeing were resulted. Pre-mordanting method gave better results in terms of dye uptake than post-mordanting method on the wool fabrics. Fe and Ti were effective for increasing the dye uptake on the silk fabrics. Depending on mordant type and mordanting method, the dyed fabrics got various color showing green, khaki, brownish yellow, dark brown, dark gray and so on. As for color fastness, the silk fabrics dyed with water lily extract showed relatively high rating in light fastness(3~4, 4~5 rating), washing fastness(4~5, 5 rating), and rubbing fastness(4, 4~5 rating). The silk and wool fabrics dyed with water lily leaves extract showed excellent antimicrobial activity over 98% of bacterial reduction rate against Staphylococcus aureus and Klebsiella pneumoniae. It was confirmed that water lily leaves can be used as a natural dye resource for dyeing wool and silk fabrics because its colorants showed excellent affinity and antimicrobial functionality as well as good colorfastness.

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문제 정의

본 연구에서는 수련 잎 색소의 염색성을 단백질 섬유인 견과 섬유에 대해 실험하였다. 최적의 염색 조건을 알아보기 위해 염색온도, 시간, 염액농도, pH를 변화하여 실험하였고 알루미늄, 철, 구리, 티타늄 매염에 의한 각각의 염색성 변화를 살펴보고 일광, 세탁, 마찰 견뢰도 평가와 항균성 실험을 통해 수련 염색포의 실용성과 기능성 여부를 알아보고자 한다.
새로운 천연염색 염재의 개발을 위해 수련 잎 색소의 견직물과 모직물에 대한 염색성을 알아보았다. 염색온도, 염액의 메탄올 함량, 염액의 농도, 염색시간, 염액의 pH, 매염제의 종류와 매염방법에 따른 염색성과 색상의 변화를 조사 하였다.
이에 본 연구에서는 현재 활용도가 거의 없는 수련잎에서 색소를 추출하여 새로운 천연염료로서의 가능성을 알아보고자 한다. 수련은 못이나 늪에 자라는 여러해살이 풀이다.

제안 방법

매염은 농도 3%(o.w.f.), 40℃, 30분, 욕비 1:50에서 선매염(매염-수세-건조-염색-수세-건조)과 후매염(염색-수세-건조-매염-수세-건조)을 각각 실시하였다.
수련 잎 색소의 매염방법과 매염제의 종류에 따른 염색성을 알아보기 위해 Al, Fe, Cu, Ti 매염제를 농도 3%(o.w.f.), 욕비 1:50, 40℃에서 30분 선매염과 후 매염을 각각 실시하였으며 염색은 최적조건인 욕비 1:50, 메탄올 비율 30%(v/v), 염액농도 2.5%(o.w.b.),100℃, 60분 조건에서 하였다. 이에 따른 염착량의 변화는 Figure 6, Figure 7과 같다.
수련 잎 색소의 염색 견뢰도를 평가하기 위해서 염색의 최적조건인 욕비 1:50, 메탄올 함량 30%(v/v), 염액농도 2.5%(o.w.b.), 100℃, 60분 염색하였다. 매염 제 Al, Cu, Fe, Ti를 사용하여 매염제 농도 3%(o.
4352) 두 균주에 대한정균 감소율을 측정한 결과는 Table 6과 같다. 순수한 수련 잎 색소에서의 항균성을 측정하기 위하여 무매염염색포를 사용하여 항균성 실험을 실시하였다. 실험 결과, 수련 잎 색소로 염색한 견직물과 모직물의 황색포도상구균과 폐렴균에 대한 균 감소율은 모두 98%이상으로 높은 항균성을 나타냈다.
새로운 천연염색 염재의 개발을 위해 수련 잎 색소의 견직물과 모직물에 대한 염색성을 알아보았다. 염색온도, 염액의 메탄올 함량, 염액의 농도, 염색시간, 염액의 pH, 매염제의 종류와 매염방법에 따른 염색성과 색상의 변화를 조사 하였다. 또한 수련 잎 색소의 실용성과 기능성을 알아보기 위해 일광·세탁·마찰 견뢰도와 항균성을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 수련 잎 색소의 염색성을 단백질 섬유인 견과 섬유에 대해 실험하였다. 최적의 염색 조건을 알아보기 위해 염색온도, 시간, 염액농도, pH를 변화하여 실험하였고 알루미늄, 철, 구리, 티타늄 매염에 의한 각각의 염색성 변화를 살펴보고 일광, 세탁, 마찰 견뢰도 평가와 항균성 실험을 통해 수련 염색포의 실용성과 기능성 여부를 알아보고자 한다.

대상 데이터

수련은 광주광역시 소재 전남대학교 캠퍼스 연못에 자생하는 잎을 채취하여 사용하였다. 세척 후 400g을 잘게 잘라 메탄올(C₂H₅OH) 1,000ml에 5시간 추출 후 여과하여 50℃에서 휘발, 건조하여 분말로 만들어 사용하였으며 수율은 3.
연구에 사용한 직물 시료는 정련, 표백된 100% 견, 모직물을 사용하였으며 그 특성은 Table 1과 같다.

이론/모형

마찰견뢰도는 마찰견뢰도 측정기(Crockmeter, Model CM-5, Atlas Electric Devices Co., USA)를 사용하여 AATCC Test Method 116-1989에 준하여 건조와 습윤 상태에서 각각 10회 마찰 시킨 후 변 퇴색 판정용 그레이 스케일과 오염판정용 스케일로 평가하였다.
세탁견뢰도는 세탁시험기(Launder-O-meter, Type LHD-EF, Atlas Electric Devices Co., USA)를 사용하여 AATCC Test Method 61-1989의 1A법에 준하여 200ml에 0.37% 세제를 넣고 40℃에서 45분간 세탁한 후 변퇴색 판정용 그레이 스케일(grayscale)과 오염 판정용 스케일(chromatic transference scale)을 사용하여 각각 측정 하였다.
수련 잎 색소 염색포의 항균성 측정은 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC No.6538)과 폐렴균(Klebsiella pneumoniae ATCC No.4352)을 공시균으로 하여 KS K 0693:2011에 준하여 실험하였다. 보존균을 한천 평판 배지에 접종하여 37℃에서 48시간 배양한 후에 배지 20ml에 접종하여 37℃에서 24시간 진동 배양하였다.
수련 잎 색소로 염색한 견·모직물의 표면 염착량은 색차계(Color-Eye 3,100, Macbeth, Germany)를사용하여 최대 흡수 파장인 400nm에서 염색포의 표면반사율(R)을 측정한 후 Kubelka-Munk식(1)에 의해 염착량 K/S값을 산출하였다. 또한 표면색은 CLE L*, a*,b*를 측정하고 Munsell의 색상(H), 명도(V), 채도(C)값을 측정하였다.
일광견뢰도는 내광시험기(Xenon Test Chamber, Q-Sun Xe-1-b, USA)를 사용하여 카본아크 전류 15~17A, 아크전압 125~140V, 기계내 온도는 블랙 패널(black panel) 온도계로 측정하여 AATCC 16에 의거 63℃, 기내습도 30%의 조건에서 20시간 광조사 하여 KS K 0218의 방법에 따라 등급을 평가하였다.

성능/효과

1. 수련 잎 색소는 염색온도 100℃, 염액 메탄올 비율은 30%(v/v), 염액농도 2.5%(o.w.b.), 염색시간 60분에서 최고의 염착량을 나타내어 최적의 염색조건임을 알 수 있었다.
4. 매염하지 않은 염색포의 황색포도상구균과 폐렴균에 의한 정균감소율은 모두 98%이상으로 높은 항균성을 나타냈다.
모직물에서는 선매염이 후매염보다 염착량 증진측면에서 더 효과적이었다. Cu 매염에 의해 녹색의 GY계열, 그 외 매염에서는 다양한 Y계열의 색상을 보여 다색성 염료로의 활용 가능성을 확인할 수 있었다. 염색성 증진과 색상의 다양성을 위해서는 선매염과 후매염 모두 필요한 것으로 판단된다.
순수한 수련 잎 색소에서의 항균성을 측정하기 위하여 무매염염색포를 사용하여 항균성 실험을 실시하였다. 실험 결과, 수련 잎 색소로 염색한 견직물과 모직물의 황색포도상구균과 폐렴균에 대한 균 감소율은 모두 98%이상으로 높은 항균성을 나타냈다.
이상의 결과로부터 수련 잎 추출색소를 이용한 견과 모직물의 염색은 적절한 염색 조건과 다양한 매염제의 종류와 방법에 따라 염착량이 우수한 다양한 색상을 얻을 수 있었고 높은 견뢰도와 항균성이 있는 새로운 천연염재로서의 사용 가능성을 확인 할 수 있었다.
이상의 염색조건에 따른 실험 결과를 보면, 같은 단백질 섬유이지만 잎 색소에 대한 염착성은 견보다는 모섬유에서 훨씬 높게 나타났다. 메탄올로 추출한 수련잎 색소에는 클로로필이 많이 함유되어 있으며, 클로로필구조에는 카복실기, 수산기 등이 존재하여 단백질 섬유의 아미노기와 결합하여 염착이 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Ellagic acid이 가진 효능은 무엇인가?	Ellagic acid은 폴리페놀 4개의 링으로 구성되어 있으며, 식물체 내에서는 전구물질인 엘라기탄닌(ellagitannin)형태로 존재한다. 이것은 포도, 딸기, 석류, 나무딸기, 땅콩류 및 녹차 등에 존재하는 식물성 페놀이며 항산화, 항바이러스, 항돌연변이, 항암기능을 가지고 있다. 유방 및 식도, 피부, 결장, 전립선과 췌장에서의 암세포 활동을 억제하는 역할을 하는 것으로 보고되어 있다9,10). 수련 색소의 염색성에 관한 연구는 한지와 면직물에 적용한 보고가 있다11,12).
	ellagic acid는 무엇인가?	수련에 포함되어 있는 ellagic acid는 폴리페놀 화합물로 콜라겐 분해와 UV-B에 의한 염증 반응을 예방하므로 만성적인 자외선 노출과 연관된 주름살이나 염증을 막아주었다7). 피부 노화 방지 효과때문에 기능성 화장품의 원료로 많이 사용하고 있으며 수련의 뿌리에 5.
	Ellagic acid은 무엇으로 구성되어 어떤 형태를 하는가?	Ellagic acid은 폴리페놀 4개의 링으로 구성되어 있으며, 식물체 내에서는 전구물질인 엘라기탄닌(ellagitannin)형태로 존재한다. 이것은 포도, 딸기, 석류, 나무딸기, 땅콩류 및 녹차 등에 존재하는 식물성 페놀이며 항산화, 항바이러스, 항돌연변이, 항암기능을 가지고 있다.

참고문헌 (14)

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M. Mirjalili, K. Nazarpoor, and L. Karimi, Eco-friendly Dyeing of Wool using Natural Dye from Weld as co-Partner with Synthetic Dye, J. Clean. Prod., 19, 1045(2011).

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Y. Jun, D. I. Yoo, and Y. Shin, Utilization of Metasequoia(Metasequoia glyptostroboides) Cone as a New Natural Dye Resource(1): Dyeing of Cotton Fiber, Textile Coloration and Finishing, 27(2), 142(2015).

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Y. Jun, D. I. Yoo, and Y. Shin, Utilization of Metasequoia(Metasequoia glyptostroboides) Cone as a New Natural Dye Resource(1): Dyeing Properties and Antimicrobial Functionality of Silk Fiber, Textile Coloration and Finishing, 27(4), 281(2015).

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Y. H. Kim, K. S. Kim, C. S. Han, H. C. Han, H. C. Yang, S. H. Park, K. H. Ko, S. H. Lee, K. H. Lee, N. H. Kim, J. M. Kim, and K. H. Son, Inhibitory Effects of Natural Products of Jeju Island on Elastase and MMP-1 Expression, J. Cosmet. Sci., 58, 19(2007).
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원문보기 상세보기
G. An, "The Science of Dyeing", Gyeongchunsa, Seoul, pp. 92-193, 2000.
G. Kim and J. Lee , "Chemistry of Dyeing", Hyungseol Publishing Co., Seoul, pp.184-185, 1994.

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