STEAM R&E 연구결과보고서 ( 다당류를이용한천연계면활성제개발 ) 죽전고등학교 과제명연구목표연구내용연구성과 < 연구결과요약 > 다당류를이용한천연계면활성제개발 생물에서추출할수있는물질중세척에사용될수있을소재를찾다발견한것이천연다당류이다. 특히세포와

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원미 원
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1 STEAM R&E 연구결과보고서 ( 다당류를이용한천연계면활성제개발 ) 죽전고등학교 과제명연구목표연구내용연구성과 < 연구결과요약 > 다당류를이용한천연계면활성제개발 생물에서추출할수있는물질중세척에사용될수있을소재를찾다발견한것이천연다당류이다. 특히세포와세포사이를연결시켜주는접착제역할을하는펙틴은친수성과소수성기를섞이게하거나흡착해주는역할을할수있을것으로생각되었다. 이미 jam과같은음식을만드는데사용가능하기에안정성도가지고있다. 따라서펙틴의계면활성제로서의가능성을알아보는것을본연구의주제로선정하였다. 비이온성계면활성제로서의활용여부를확인하기위해용해성, forming force, 유화활성을측정하였고, forming force 및 form stability를증가시키기위해음이온계면활성제로의변화를모색하였으며첨가제사용의필요성에대하여연구하였다. 연구과정은다음과같다. 기존계면활성제는용해성, 거품정도, 유화활성능력, 세포독성및생존률, 산화질소생성테스트를거친다. 1) 다당류인펙틴은계면활성제능력을일부가지고있다고생각하였다. 펙틴을천연계면활성제로선정한이유는다음과같다. - 첫째펙틴의카복시기와알코올은친수성, 탄소사슬은친유성으로물과기름을매개하는역할을할수있다. - 둘째본래펙틴은식물의세포벽을연결하는역할로서자연친화적인천연재료이다. 따라서세포에안좋은영향을미치지않고, 생물생존율에큰문제는발생하지않을것이다. - 셋째펙틴은질소를가지고있지않다. 따라서펙틴자체만을가지고는산화질소를생성하여하천의부영양화를초래하진않아환경에부담이되지않는다. 이밖에용해성, forming force, 유화활성및 stability는실험을통해검증하였다. 펙틴은기름을유류오염물질의계면장력을감소시켜마이셀로바꾸는능력이있으며 stability이우수했다. 하지만거품력과없었으며합일현상으로인해마이셀을일정크기이하로는줄어들지못했다. 이에 NaHCO 을첨가제로사용하여음이온계면활성제로변환하여기름의계면장력을급격히줄일수있었으며착염효과로인해형성된 MIC( 미셀형성임계농도 ) 층을유지시켜주었다. 이를정리하면다음과같다. 펙틴은용해성, 유화활성및안정성이크다. 펙틴은 forming force가약하고합일현상이잘일어나므로비이온계면활성제로의변화가필요하다. 펙틴에 NaHCO 을첨가할경우비이온계면활성제및착염효과로인해유류오염물질의계면장력을급격히감소시켜기존의계면활성제를대체할수있다. 최적의계면활성제가되기위한펙틴젤의최소농도는 1% 이다. 물 _ 기름용매에서 3% 펙틴젤 : NaHCO = 17 :10 이유류오염물질제거를위한최적비율이다. 물 _ 기름용매에서 1% 펙틴젤 : NaHCO 3 : 2 이유류오염물질제거를위한최적비율이다.

2 연구성과 주요어 펙틴을비롯한천연다당류는거의모든생물에의해만들어지는것으로통상식용이가능하고물에녹거나분산된다. 현재는주로증점제로서의기능에주안점을두고기포안정제, 결착제, 잼용증점안정제, 화장품등에활용되었다. 2) 효모, 곰팡이, 박테리아등다양한미생물이세포외또는세포내에생산하는생물계면활성제는화학합성계면활성제에비해무독성으로생분해가용이한친환경적물질일뿐아니라, 다양한온도와 ph에서도계면활성제의물리화학적성상을안정하게유지한다. 펙틴과같은생물계면활성제는식품, 제약, 화장품, 농산물가공업, 생물정화 (bioremediation) 등에다양하게활용되고있고병을치료하는효과를갖고있어의약품으로도활용할수있다. 음이온계면활성제의경우세정을목표로한제품으로세정제기재및세정첨가제로사용가능하다. 천연계면활성제, 펙틴, 다당류 다당류를이용한천연계면활성제개발 Ⅰ 연구동기설거지를하다가하수구로흘러들어가는많은양의거품을보게되면과연계면활성제가좋은것인가? 라는생각을하게된다. 과연무엇이문제일까? 생활수준의향상과공업화가이루어지면서수질오염이더심해지고있다. 오염원중에는생활하수중의세제와샴푸에의한오염원도큰비중을차지하고있다. 세제의주성분은환경오염의심각성으로인하여 ABS LAS LEA로생분해성이우수한원료를사용함으로써하천의오염도를줄이려고하지만자연적정화능력을초과하는오염물로인하여하천의수질은나빠지고있다. 3) 만약원재료에 PHMG( 폴리헥사메틸렌구아디닌 ) 인산염과 PGH( 염화에톡시에틸구아디닌 ) 이포함되어있었다면옥시사건과같은일이발생하여해결할수없는문제점에봉착한다. 이런불안심리는천연계면활성제시장의활성화로이어지고있다. 실제로온라인쇼핑몰옥션에따르면친환경세탁세제와주방세제의판매량이지난해에비해증가했다. 이처럼최근소비추세중하나인노케미족의증가는천연계면활성제시장에활기를불어넣을수있을것으로생각되지만효율적인천연계면활성제에대한연구는경제성등이이유로미진한형편이다. 현시장의요구에순응하여천연계면활성제의가치를재조명하고새로운천연계면활성제의개발및상품화에목표를두고이연구를시작하게되었다. Ⅱ 연구주제의선정및연구방법 문제의착안점합성세제의단점을파악한후천연계면활성제를발굴및개발하고자하였다. 이미지방산, 인지질, 단백질유도체, 사포닌등이사용되고있지만효과가미비한편이다. 4) 새로운소재는자연에서추출했기에환경오염이적고, 이미안전성은확인되었지만계면활성제로는사용되지않는물질이어야한다. 연구주제선정생물에서추출할수있는물질중세척에사용될수있을소재를찾다발견한것이천연다당류이다. 특히세포와세포사이를연결시켜주는접착제역할을하는펙틴은친수성과소수성기를섞이게하거나흡착해주는역할을할수있을것으로생각되었다. 이미 jam과같은음식을만드는데사용가능하기에안정성도가지고있다. 따라서펙틴의계면활성제로서의가능성을알아보는것을본연구의주제로선정하였다. 연구방법비이온성계면활성제로서의활용여부를확인하기위해용해성, forming force, 유화활성을측정하였고, forming force 및 form stability를증가시키기위해음이온계면활성제로의변화를모색하였으며첨가제사용의필요성에대하여연구하였다. 연구과정은다음과같다.

현재사용되고있는천연세제를직접성분을조합하여만들어보고계면활성제의원리와세척력에도움을주기위한첨가물에대해탐색한다. 펙틴의농도에따른유화활성을통해 MIC( 미셀형성임계농도 ) 를찾는다. NaHCO 의첨가를통해음이온계면활성제를만들고유화활성의변화를통해펙틴과 NaHCO 의최적혼합비를찾는다. 펙틴과 NaHCO 혼합제를이용하여천연계면활성제를만든다. Ⅲ 연구분야및적용범위 1.

3 현재사용되고있는천연세제를직접성분을조합하여만들어보고계면활성제의원리와세척력에도움을주기위한첨가물에대해탐색한다. 펙틴의농도에따른유화활성을통해 MIC( 미셀형성임계농도 ) 를찾는다. NaHCO 의첨가를통해음이온계면활성제를만들고유화활성의변화를통해펙틴과 NaHCO 의최적혼합비를찾는다. 펙틴과 NaHCO 혼합제를이용하여천연계면활성제를만든다. Ⅲ 연구분야및적용범위 1. 연구분야계면활성제의응용범위는매우다양하다. 가정용인세제, 식기세척제, 세척제, 신체용제품등이있으며공업용으로는식품, 의약품, 농업, 섬유산업, 플라스틱공업, 제지, 피혁, 금속공업용, 전해공업, 접착제, 건축용등은물론최근에는전자부품용소재개발, 세라믹가공용등에도널리이용되고있다. 5) 본연구는계면활성제의정의를제한하는데서시작하였다. 계면활성제의조건은다음과같다. 용해성 계면장력변화 거품력 (forming force) 및거품유지력 (forming stability) 유화활성 Nitric Oxide (NO) 생성및정량 세포독성각요소에따라활용가능한범위가달라지는데, 우리는세정력을갖춘계면활성제를만드는것으로범위를제한하였다. 계면활성제를이용한세정및세척메커니즘은유류오염물질의계면장력 (interfacial tension) 을감소시켜오염물질을용해시키거나용탈시켜이동하게하는공정으로표면장력으로대신할수있다. 표면장력은마이셀 (micelle) 을형성하는계면활성제의특성만을나타내주고있으므로유류오염물질과의관계를알기위해서는계면장력측정이적합하다. 따라서본연구에서는용해성, 계면장력의변화및유화활성, 거품력을측정하였다. Nitric Oxide (NO) 생성과세포독성은다당류와 NaHCO 의화학구조분석을통해대체한다. 6) 2. 적용범위펙틴을활용한비이온계면활성제는세정, 유화, 침투의목적으로향장품, 의료용ㆍ주거용세제가정용제품및공업용제품에이르기까지광범위하게이용가능하다. 7) 이들은수중전해질의영향을받지않으므로농업, 섬유산업등까지확대하여사용할수있다. 8) 첨가제를활용하여음이온계면활성제를만들경우세정력이우수해지기때문에세정제기제또는세정보조제로사용할수있다. 9) 물론첨가제를통해양이온계면활성제도만들수있지만이는 stability가낮으므로활용에참고한다. 10) Ⅲ 연구방법및내용 [ 연구 1] 펙틴의성질실험 1. 펙틴의용해성및 forming force 실험 2. 펙틴의유화활성및 stability [ 연구 2] NaHCO 첨가를통한음이온계면활성제로의개발실험 1. 펙틴과기존계면활성제와의비교실험 2. 첨가제로서 NaHCO 효과검증 [ 연구 3] 펙틴과 NaHCO 의최적비율을이용한천연계면활성제개발실험 1. 펙틴의최적첨가양실험 2. 펙틴과 NaHCO 의최적비율찾기

Ⅳ 이론적배경 2. 계면활성제의구분및특성 11) 구분 특성 1. 계면활성제 계면활성제는친수성머리와친유성꼬리로이루어진구조이다. 보통의식기의때는기름으로계면활성 제의친유성꼬리가기름때와결합하여마이셀을이룬다. 음이온 계면활성제 음이온활성제는수용액중에서이온해리되어음이온부분이계면활성을나타내는물질이다.

양이온 계면활성제 양이온활성제는유화제, 분산제, 흡착력, 침투력등의계면활성을갖고또한대전방지작용등을갖고있다. 이들성질을이용하여섬유류의염색조제및유연마무리제, 화장품의린스 ( 모발유연제 ), 소독, 합성수지의대전방지제등에널리이용되고있다. 양이온활성제는산성쪽에는안정적이지만알칼리나음이온활성제와배합하면물에녹지않는물질을생성하여효력을잃는다.

4 Ⅳ 이론적배경 2. 계면활성제의구분및특성 11) 구분 특성 1. 계면활성제 계면활성제는친수성머리와친유성꼬리로이루어진구조이다. 보통의식기의때는기름으로계면활성 제의친유성꼬리가기름때와결합하여마이셀을이룬다. 음이온 계면활성제 음이온활성제는수용액중에서이온해리되어음이온부분이계면활성을나타내는물질이다. 음이온활성제는비누에서시작되어점차합성계면활성제로써로오트유가등장하고그후합성세제를비롯하여섬유공업, 고분자공업등에있어서대량으로소비되고있는알킬벤젠술폰산염이나고급알콜황산에트르염등에나타나고현재에도전계면활성제사용량의주요부문을차지하고있다. 합성세제에가장많이쓰이고분산제, 농약등에사용된다. 양이온 계면활성제 양이온활성제는유화제, 분산제, 흡착력, 침투력등의계면활성을갖고또한대전방지작용등을갖고있다. 이들성질을이용하여섬유류의염색조제및유연마무리제, 화장품의린스 ( 모발유연제 ), 소독, 합성수지의대전방지제등에널리이용되고있다. 양이온활성제는산성쪽에는안정적이지만알칼리나음이온활성제와배합하면물에녹지않는물질을생성하여효력을잃는다. 특히 4 급암모늄염이가장다량으로이용되고있다. 비이온 계면활성제 수용액에서이온으로해리된기를갖지않은계면활성제를총칭하여비이온활성제라부른다. 음이온활성제에이어서다량으로생산되어소비되고있다. 비이온활성제는대체로거품이일어나는것이적고다른거품을억제하는경향이있으므로시판되고있는저기포성세정제에배합되어있다. 기포력이적어오히려소포제로도사용한다. 침투제, 유화제, 섬유마무리제에매우적당하다. 또한상호용제로써수중유의분산제, 유중수의오점을제거하는데중요한역할을한다. 그리고독성이적어서식품의약품의유화제로쓰인다. 계면활성제에의한기름때의분해과정 양성이온 계면활성제 양성계면활성제는구조에있어서양이온기능과음이온성기능를하나. 또는그이상을동시에가지고있는것으로이음이온성과양이온성의균형이이루어져있는것은다른형의계면활성제와자유롭게혼합하여알칼리성에서음이온성경향을보이고산성에서양이온성을보이는경우에도이적합성이약해지는것이아니다. 양이온성계면활성제는분자내에음이온성친수기와양이온성친수기를동시에갖기때문에용액의 PH 에의해음이온양이온모두해리하고알칼리쪽에서는음이온, 산성측에서는양이온, 중성부근에서는비이온활성제로써작용한다. 용도는살균력이강력하여내경수성이우수하고양이온음이온비이온활성제와혼합성이좋다. 가용화성, 유화성, 습윤성, 세정성등의우수한성질을가지고있다. 음이온보다는세척력이떨어진다. 3. 합성계면활성제와천연계면활성제 1) 합성계면활성제 1 알킬페놀류 12) : 독성이강한환경호르몬으로합성세제와섬유유연제, 세정용품등에서계면활성제성분으로사용하고있다. 하수구를통해배출되어수생생태계를교란시킨다. 알킬페놀류의하나인노닐페놀, 옥틸페놀은피부를통해몸속에흡수되면내분비계를교란시켜여러호르몬의분비를방해하며주로성호르몬에악영향을끼치는것으로알려져있다. 2 SLS(Sodium Lauryl Sulfate) 13) : 본래산업용오일제거제나바닥청소용클렌저로만들어진성분이었으나, 워낙세정력이좋아인체세정용으로도쓰이기시작, 여러공정을거쳐현재는거의모든저가제품에포함된성분이다. 3 SLES (Sodium Laureth Sulfate) 14) : 성분은 SLS에 1급발암물질인에틸렌옥사이드를정제해

만든합성계면활성제로우리가흔히쓰고있는가정용 1종세제의대표적계면활성제다. 빨래나설거지를할때사용되는몇방울의세제안에들어있는성분이기도하다. 2) 천연계면활성제 15) 천연계면활성제는보통식물성오일과다당류로만들어진다. 옥수수, 인삼, 계란노른자등에서추출할수있는데실글루코사이드, 사포닌, 레시틴등이현재까지천연계면활성제에쓰이고있다.

황백색의거칠거나미세한가루로서냄새가없고점액질의맛을갖는다. 2) 펙틴의구조펙틴은감귤류또는사과즙의찌꺼기를묽은산으로추출하여얻어지는정제된탄수화물의중합체로서펙틴사슬의주요부분은 D-galacturonic acid 단위의 α-1, 4 결합으로구성되어있다.

5 만든합성계면활성제로우리가흔히쓰고있는가정용 1종세제의대표적계면활성제다. 빨래나설거지를할때사용되는몇방울의세제안에들어있는성분이기도하다. 2) 천연계면활성제 15) 천연계면활성제는보통식물성오일과다당류로만들어진다. 옥수수, 인삼, 계란노른자등에서추출할수있는데실글루코사이드, 사포닌, 레시틴등이현재까지천연계면활성제에쓰이고있다. 1 코코베타인 : 코코넛오일에서추출 2 올리브계면활성제 : 올리브오일에서추출한음이온계면활성제 3 애플계면활성제 : 사과쥬스에서추출한아미노산을아살레이션반응시켜만듦 4. 펙틴 16) 1) 펙틴의성질감귤류또는사과즙의찌꺼기를묽은산으로추출하여얻어지는정제된탄수화물의중합체로식품에응고제, 증점제, 안정제, 고화방지제, 유화제등으로사용된다. 황백색의거칠거나미세한가루로서냄새가없고점액질의맛을갖는다. 2) 펙틴의구조펙틴은감귤류또는사과즙의찌꺼기를묽은산으로추출하여얻어지는정제된탄수화물의중합체로서펙틴사슬의주요부분은 D-galacturonic acid 단위의 α-1, 4 결합으로구성되어있다. 카복시기의일부는 methyl esterification되어있으며나머지는유리산또는암모늄, 칼륨, 나트륨염으로존재한다 17) Ⅴ 연구과정및결과기존계면활성제는용해성, 거품정도, 유화활성능력, 세포독성및생존률, 산화질소생성테스트를거친다. 18) 다당류인펙틴은계면활성제능력을일부가지고있다고생각하였다. 펙틴을천연계면활성제로선정한이유는다음과같다. - 첫째펙틴의카복시기와알코올은친수성, 탄소사슬은친유성으로물과기름을매개하는역할을할수있다. - 둘째본래펙틴은식물의세포벽을연결하는역할로서자연친화적인천연재료이다. 따라서세포에안좋은영향을미치지않고, 생물생존율에큰문제는발생하지않을것이다. - 셋째펙틴은질소를가지고있지않다. 따라서펙틴자체만을가지고는산화질소를생성하여하천의부영양화를초래하진않아환경에부담이되지않는다. 이밖에용해성, forming force, 유화활성및 stability는실험을통해검증하였다. 연구 1 펙틴의성질 실험 1. 펙틴의용해성및 forming force 1) 준비물 : 정제수, 전자저울, 교반기, 비커, 펙틴 4mg, 폐수통 2) 실험과정 1 정제수 125ml에펙틴젤을 4mg, 12mg 각각넣는다. 2 빠르게교반시키면서용해성, 거품이생기는정도를육안으로관찰한다. 3) 실험결과 [ 그림5] 를보면펙틴의양을 3배이상증가시켰음에도펙틴이고르게용해되었다. 펙틴은많은 OH 와 COOH를가지고있어물에대한용해성이크다. 이밖에도글리세린, ethylene glycol, 에탄올과같은용매에도잘용해된다. 하지만펙틴의양을증가시켜도거품이생기지않았다. 이는펙틴의긴고분자사슬구조가점성이크기때문이다. 거품을생성하기위해음이온계면활성제로의변화가필요하다.

실험 2. 펙틴의유화활성및 stability 1) 준비물 : 식용유, 정제수, 전자저울, 교반기, 비커 250ml 4개, 나무젓가락, 가루펙틴 2) 실험과정 1

3 3% 펙틴젤을 5g씩추가한후 2을반복한다. 4 48시간에걸쳐 2와 3의마이셀층, 기름층, 물층의높이변화를관찰한다.

을보면물과기름층의경계가뚜렷한대조군과달리펙틴젤을첨가할수록미이셀층의높이는증가하고마이셀의크기가작아진다.

이실험을통해물 125ml에대해 3% 펙틴젤은 10~15g 사이에서 MIC를형성할것으로예상된다.

하지만 NaHCO 을첨가하면물과의반응을통해음이온계면활성제를얻을수있다. 음이온계계면활성제는수중전해질의영향을받지않고세척효능을가진장점이있다.

6 실험 2. 펙틴의유화활성및 stability 1) 준비물 : 식용유, 정제수, 전자저울, 교반기, 비커 250ml 4개, 나무젓가락, 가루펙틴 2) 실험과정 1 기름과물을 100g씩비커에담고아무것도첨가하지않은상태로교반기로섞어마이셀층을생성한다. 2 비커에 3% 펙틴젤을 5g 첨가하고 2분동안교반기로섞고 4분후관찰한다. 3 3% 펙틴젤을 5g씩추가한후 2을반복한다. 4 48시간에걸쳐 2와 3의마이셀층, 기름층, 물층의높이변화를관찰한다. 3) 실험결과 펙틴젤의양 0g( 대조군 ) 5g 10g 15g 사진 4) 결과분석 [ 표1] 을보면물과기름층의경계가뚜렷한대조군과달리펙틴젤을첨가할수록미이셀층의높이는증가하고마이셀의크기가작아진다. 하지만 [ 그림6] 과같이 1시간후에는 3% 펙틴젤 10g을넣은것이마이셀층의안정성이더크다. 마이셀간의합일현상이덜일어났기때문이다. 이실험을통해물 125ml에대해 3% 펙틴젤은 10~15g 사이에서 MIC를형성할것으로예상된다. 연구2 NaHCO 첨가를통한음이온계면활성제로의개발천연계면활성제개발을위해기존제품과의비교를통해개선점을탐색한다. 원래본연의펙틴젤로만들수있는것은비이온계면활성제이다. 하지만 NaHCO 을첨가하면물과의반응을통해음이온계면활성제를얻을수있다. 음이온계계면활성제는수중전해질의영향을받지않고세척효능을가진장점이있다. 19) 또한, NaHCO 은분해시킨마이셀을둘러싸서착염의효과를낼것으로예측하고연구를진행하였다. 실험 1. 펙틴과기존계면활성제와의비교 1) 준비물 : 기름, 정제수, 3% 펙틴젤, 합성세제, 천연세제, 비커, 교반기, 전자저울, 마블링물감, 현미 경 ) 실험과정 1 기름에푸른색마블링물감을넣어색을입힌다. 2 다음과같이준비하여 5분간교반한후마이셀을육안및 50배, 200μm스케일의현미경으로관찰 한다. stability

3) 실험결과 008 천연세제 시료 002 보다시료 003 의물층의색이더진하게변하였다.

4) 결과분석이실험은마블링물감을넣은기름층이계면활성제에의해마이셀로변한후물층으로내려갈것임을가정한실험이다.

[ 그림7] 과 [ 그림8] 은합성세제와펙틴에의한마이셀의크기를현미경으로살펴본것이다.

펙틴-계면활성제와소수성오염물질사이에발생되는장력이작기때문에합일현상이일어나기때문이다.

7 3) 실험결과 008 천연세제 시료 002 보다시료 003 의물층의색이더진하게변하였다. 시료 004 보다시료 005 는물층의색이더진하다. 시료시료 008 의경우물이뿌옇고표면에거품이없다. 4) 결과분석이실험은마블링물감을넣은기름층이계면활성제에의해마이셀로변한후물층으로내려갈것임을가정한실험이다. [ 표2] 의시료003과시료005, 시료008을보면물층의색이일부푸른색으로변한것을확인할수있다. [ 그림7] 과 [ 그림8] 은합성세제와펙틴에의한마이셀의크기를현미경으로살펴본것이다. 합성세제의계면마이셀의크기가펙틴의계면마이셀보다크기가훨씬작다는것을알수있다. 펙틴-계면활성제와소수성오염물질사이에발생되는장력이작기때문에합일현상이일어나기때문이다. 우리는펙틴의구조를살펴본후 [ 그림10] 의비이온계면활성제중 SE일것으로추정하고본연구를시작하였으나고분자인만큼분자간인력이너무커오염물질을유리시킨후마이셀상태를지속시키는능력이부족했다. 이는거품력이적은이유와도일맥상통하다. 이를해결하기위해펙틴의계면장력을보완하고세척력을증진시킬수있는첨가제에대해연구하게되었다. 실험 2. 첨가제로서 NaHCO 효과검증 1) 준비물 : 물, 기름, 약 3% 펙틴젤, 비커, 교반기, 전자저울, NaHCO, 마블링물감, 현미경 최대 : 20.44, 최소 : 측정불가 최대 : 최소 : ) 실험과정 1 3% 펙틴젤에 NaHCO 를비롯한시료를다음과같이넣고 5 분간교반한다. NaHCO 2 1 을 50 배, 200 μm스케일의현미경으로관찰한다. 최대 : 23.64, 최소 : 측정불가

3) 실험결과 시료 006 시료시료 007 첨가제 NaHCO 펙틴 +NaHCO 사진 특징 시료006,

시료006, 시료007은시료005보다물층의더푸르게변했다. NaHCO NaHCO 최대 : 25.

64 μm, 최소 : 측정불가 4) 실험결과 3% 펙틴젤만을사용했을때교반기를멈추면마이셀의크기가커지는데이는합일현상때문이다.

8 3) 실험결과 시료 006 시료시료 007 첨가제 NaHCO 펙틴 +NaHCO 사진 특징 시료006, 시료007은시료005보다마이셀보다크기가작으며, 시료003( 합성세제 ) 와거의비슷하다. 시료006, 시료007은시료005보다물층의더푸르게변했다. NaHCO NaHCO 최대 : μm, 최소 : 측정불가 최대 : μm, 최소 : 측정불가 최대 : μm, 최소 : 측정불가 4) 실험결과 3% 펙틴젤만을사용했을때교반기를멈추면마이셀의크기가커지는데이는합일현상때문이다. NaHCO 는착염제역할을하면서기름을작은알갱이형태로분해하고 form stability를증진시키는효과가있다. [ 그림 13] 을 [ 그림 11], [ 그림 14] 와비교해보면펙틴과 NaHCO 의혼합물이천연세제만큼의효과를낼수있을것이라기대할수있다. 펙틴첨가후마이셀의크기 _ 최대 : μm최소 :

9 연구 3 펙틴과 NaHCO 의최적비율을이용한천연계면활성제개발펙틴과 NaHCO 을혼합하여천연계면활성제를만들기위한최적의비율을찾아본다. 실험 1. 펙틴의최적첨가양 1) 실험목적 : 일정량의오염물을제거하기위해필요한펙틴의최소첨가량과최적첨가량을확인한다. 3) 실험과정 1 물과염색된기름이담긴비커를준비한다. 2 1에 3% 펙틴젤을 32g, 34g, 36g씩각각넣은후 NaHCO 을 10g 단위로추가하여넣는다. 3 1에 1% 펙틴젤 34g, 0.5% 펙진젤을각각넣은후과정 2를반복한다. 4 마이셀의크기, NaHCO 침전량을이용하여펙틴과 NaHCO 의최적비율의찾는다. 4) 실험결과 2) 준비물 : 물, 기름, 마블링물감 ( 파랑 ), 3% 펙틴젤, 교반기, 비커, 전자저울 NaHCO 3) 실험과정 1 물100g, 염색한기름 25g을비커에담는다. 2 1에 3% 펙틴 (7.5g, 12,5g, 25.0g, 50.0g,100g) 을각각넣은후교반기로 5분동안섞고관찰한다. 3) 실험결과 펙틴의양 7.5g 12.5g 25.0g 50.0g 100g 사진 4) 결과분석 3% 펙틴젤을 12.5g 이하첨가하거나 50g을초과하여첨가했을경우에는마이셀의크기가크고안정성이취약하지만, 25g~50g 첨가했을때는마이셀의크기가매우작고안정성이뛰어났다. 따라서기름 25g을제거하기위한 3% 펙틴젤의최소첨가량은 12.5g이고, 최적값은 25g~37.5g일것이다. NaHCO 실험 2. 펙틴과 NaHCO 의최적비율찾기 펙틴젤의 농도 NaHCO 의양 펙틴젤의양 10g 20g 30g 40g 50g 1) 실험목적 : 기름 25g 을효과적으로제거하기위한펙틴과 NaHCO 의비율을찾는다. 펙틴의범위 값은실험 1 에근거하여 3% 펙틴젤 32g~36g 으로선정하고, 25 에서의용해도에근거하여 NaHCO 의범위값은 10g~50g 로정하고실험 2 를시작한다. 또한경제성높은천연계면활성제를제적하기위 한최소한의펙틴농도를확인한다. 1% 34g 2) 준비물 : 물, 기름, 마블링물감 ( 파랑 ), 3% 펙틴젤, 1% 펙틴젤, 0.5% 펙틴젤, 교반기, 비이커, 전자저울, 나무젓가락, NaHCO 0.5% 34g 17 18

NaHCO NaHCO g g g g g NaHCO 을첨가제로사용하여음이온계면활성제로변환하여기름의계면장력을급격히줄일수있었으며착염효과로인해형성된 MIC(

펙틴은 forming force가약하고합일현상이잘일어나므로비이온계면활성제로의변화가필요하다.

최적의계면활성제가되기위한펙틴젤의최소농도는 1% 이다. 물 _ 기름용매에서 3% 펙틴젤 : NaHCO = 17 :10 이유류오염물질제거를위한최적비율이다.

현재는주로증점제로서의기능에주안점을두고기포안정제, 결착제, 잼용증점안정제, 화장품등에활용되었다.

등에다양하게활용되고있고병을치료하는효과를갖고있어의약품으로도활용할수있다. 음이온계면활성제의경우세정을목표로한제품으로세정제기재및세정첨가제로사용가능하다.

3% 펙틴젤 34g에 NaHCO 이 20g 이하일때침전물이생성되지않았다. 15 에서 NaHCO 의용해도가 8.

따라서물 _ 기름용매에 3% 펙틴젤 : NaHCO = 17 :10을최적비율이라고생각한다.

5% 펙틴젤을사용할경우합이현상이빠르게진행하였다. 따라서본연구에서계면장력을유지하는최소펙틴질의농도는 1% 이다. 1% 펙틴질과 NaHCO 의최적비를계산해보았다.

10 NaHCO NaHCO g g g g g NaHCO 을첨가제로사용하여음이온계면활성제로변환하여기름의계면장력을급격히줄일수있었으며착염효과로인해형성된 MIC( 미셀형성임계농도 ) 층을유지시켜주었다. 이를정리하면다음과같다. 펙틴은용해성, 유화활성및안정성이크다. 펙틴은 forming force가약하고합일현상이잘일어나므로비이온계면활성제로의변화가필요하다. 펙틴에 NaHCO 을첨가할경우비이온계면활성제및착염효과로인해유류오염물질의계면장력을급격히감소시켜기존의계면활성제를대체할수있다. 최적의계면활성제가되기위한펙틴젤의최소농도는 1% 이다. 물 _ 기름용매에서 3% 펙틴젤 : NaHCO = 17 :10 이유류오염물질제거를위한최적비율이다. 물 _ 기름용매에서 1% 펙틴젤 : NaHCO 3 : 2 이유류오염물질제거를위한최적비율이다. 2. 활용 펙틴을비롯한천연다당류는거의모든생물에의해만들어지는것으로통상식용이가능하고물에녹 NaHCO 거나분산된다. 현재는주로증점제로서의기능에주안점을두고기포안정제, 결착제, 잼용증점안정제, 화장품등에활용되었다. 20) 효모, 곰팡이, 박테리아등다양한미생물이세포외또는세포내에생산하는생물계면활성제는화학합성계면활성제에비해무독성으로생분해가용이한친환경적물질일뿐아니라, 다양한온도와 ph에서도계면활성제의물리화학적성상을안정하게유지한다. 펙틴과같은생물계면활성제는식품, 제약, 화장품, 농산물가공업, 생물정화 (bioremediation) 등에다양하게활용되고있고병을치료하는효과를갖고있어의약품으로도활용할수있다. 음이온계면활성제의경우세정을목표로한제품으로세정제기재및세정첨가제로사용가능하다. 21) 5) 결과분석 [ 표5] 를보면펙틴각 32,34,36g에 NaHCO 을 10g씩증가시키면서첨가하였더니기름층의두께와침전물의양이다르게측정되었다. 3% 펙틴젤 34g에 NaHCO 이 20g 이하일때침전물이생성되지않았다. 15 에서 NaHCO 의용해도가 8.8g인것에근거할때포화점을넘었음에도침전이일어나지않은것은기름분해에사용되었기때문으로생각된다. 따라서물 _ 기름용매에 3% 펙틴젤 : NaHCO = 17 :10을최적비율이라고생각한다. 5000원 /1kg 가격을갖는펙틴의양을최소화하기위해펙틴의농도를달리하여실험해보았다. [ 표6] 을보면 1% 펙틴젤을사용할경우마이셀이안정적으로유지되지만, 0.5% 펙틴젤을사용할경우합이현상이빠르게진행하였다. 따라서본연구에서계면장력을유지하는최소펙틴질의농도는 1% 이다. 1% 펙틴질과 NaHCO 의최적비를계산해보았다. [ 표7] 을보면 1% 펙틴젤 23g 첨가하였을때마이셀의크기가가장작았다. 이게근거하여 1% 펙틴젤과 NaHCO 을이용하여경제성있는천연계면활성제를만들려면물 _ 기름용매에 1% 펙틴젤 : NaHCO = 34 :23 3 : 2가적합하다. 증점제 : 화장품의원료 기포안정제 : 거품발생감소로인한하천의용존산소차단억제 식품 gel화제 : 식용이가능하다는특성을이용 제약 : 식용이가능하다는특성을이용 농산물가공업 : 식용이가능하다는특성을이용 생물정화 : 친환경적인구조로환경과생물에부정적인영향을미치지않음. Ⅵ 연구결과및활용 1. 연구결과펙틴은기름을유류오염물질의계면장력을감소시켜마이셀로바꾸는능력이있으며 stability이우수했다. 하지만거품력과없었으며합일현상으로인해마이셀을일정크기이하로는줄어들지못했다. 이에 세정제 : 연구를통해얻은결과를통해주방세제로활용 음이온계면활성제 : 첨가제를추가함으로서음이온계면활성제개발 19 20

11 3. 제언다당류인펙틴을이용한천연계면활성제개발연구를하면서펙틴자체에는계면활성제로서사용하기에부적합한부분이있었다. NaHCO 를추가한계면활성제는음이온계면활성제로마이셀의크기가현저히작고 stability가우수하다. 이를활용해펙틴을이용한새로운천연계면활성제를만들수있다고생각한다. 물론아쉬움은있다. 펙틴및펙틴첨가제를이용하여세정력을갖춘주방세제까지의개발은하지못했다. 후에세척력을확인하여객관적인자료를얻고보급형세제연구를하고싶다. 또한유통기한을증가시키지못했다. 기존천연계면활성제는짧은유통기한과높은가격때문에계면활성제시장에서우위를차지하지못하고있는상황이다. 우리가사용한펙틴을활용한계면활성제도보존제를첨가하지않았기에유동기한이 1달정도이다. 추후천연보존제를첨가하여유통기한과곰팡이문제에대해덜예민한천연계면활성제를개발하고싶다. 문 Ⅶ 참고문헌 3) 최대웅, 계면활성제의생분해비교, ) 장아름, 비누풀잎추출물로부터천연계면활성제개발, ) 김덕희, 계면활성제, ) 장아름, 비누풀잎추출물로부터천연계면활성제개발, ) 김덕희, 계면활성제, ) 김홍열, 양이온성계면활성제거품지속성증진방법연구, ) 김덕희, 계면활성제, ) 김홍열, 양이온성계면활성제거품지속성증진방법연구, ) 12) 알킬페놀류 13) 소듐라우릴설페이트 14) 소듐라우레스설페이트 15) 천연계면활성제의종류 16) 펙틴 17) 펙틴의구조 naver.net%2f3582_000_1%2f _gpuljlepj.jpg%2fcf6_20608_f1.jpg%3ftype%3d m4500_4500_fst%26wm%3dn&cid=42411&categoryid= ) 장아름, 비누풀잎추출물로부터천연계면활성제개발, ) 김홍열, 양이온성계면활성제거품지속성증진벙법연구, ) 펙틴 시료 ) 김홍열, 양이온성계면활성제거품지속성증진방법연구,

최민지 / 세계무역기구과 / :16:24-2 -

최민지 / 세계무역기구과 / :16:24-2 - - 2 - - 3 - - 4 - - 5 - - 6 - - 7 - - 8 - - 9 - - 10 - - 11 - - 12 - - 13 - - 14 - - 15 - - 16 - - 17 - - 18 - 안식향산안식향산나트륨안식향산칼륨안식향산칼슘 파라옥시안식향산메틸파라옥시안식향산에틸 0.6 이하 ( 안식향산으로서, 파라옥시안식향산에틸또는파라옥시안식향산메틸과병용할때에는안식향산으로서사용량과파라옥시안식향산으로서사용량의합계가