KR100599864B1

KR100599864B1 - 야생마 유래의 친환경성 방오제

Info

Publication number: KR100599864B1
Application number: KR1020040055437A
Authority: KR
Inventors: 신현웅
Original assignee: 신현웅
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-07-12
Also published as: KR20060006416A

Abstract

본 발명은 야생마 유래의 친환경성 방오제에 관한 것으로, 아세토페논(acetophenone), 1-옥타데카놀(1-octadecanol) 또는 아라차딕산(arachadic acid) 중 선택된 1종 이상의 물질을 함유하며, 본 발명에 의하여 환경에 무해하며, 광범위한 대상생물에 대하여 방오능을 가지고, 천연물로부터 추출하였으므로 제조원가가 저렴한 방오제를 얻을 수 있으므로 TBT와 같은 독성 방오제의 사용으로 야기되었던 해양 환경의 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.

방오제, 착생, 야생마, 아세토페논, 1-옥타데카놀, 아라차딕산

Description

야생마 유래의 친환경성 방오제{Environmental-friendly pollution-proof material made from dioscorea batatas}

도1은 분획구 F1-F6의 포자 부착 억제효과를 나타 낸 그래프이고,

도2는 분획구 F2의 HPLC 프로파일이고,

도3은 분획구 F5의 HPLC 프로파일이고,

도4는 아세토페논의 GC-Mass 스펙트럼의 프로파일이고,

도5는 1-옥타데카놀과 아라차딕 산의 GC-Mass 스펙트럼의 프로파일이고,

도6은 아세토페논의 ¹³C NMR 스펙트럼의 프로파일이고,

도7은 아세토페논의 ¹H NMR 스펙트럼의 프로파일이고,

도8은 아세토페논의 2차원 NMR 스펙트럼이고,

도9는 1-옥타데카놀과 아라차딕 산의 ¹³C NMR 스펙트럼의 프로파일이고,

도10은 1-옥타데카놀과 아라차딕 산의 ¹H NMR 스펙트럼의 프로파일이고,

도11은 1-옥타데카놀과 아라차딕 산의 2차원 NMR 스펙트럼이다.

본 발명은 친환경성 방오제에 관한 것으로, 보다 상세하기로는 야생마(Dioscorea batatas)로부터 유래된 친환경성 방오제에 관한 것이다.

해양에서의 부착 생물은 양식장 시설뿐만 아니라 해양 인공시설물, 선박표면, 잠수함 표면 원자력 발전소의 냉각장치, 교각, 양식장의 가두리 망등에 부착하여 이들의 기능을 저하시키는 문제를 발생시키는데 그 피해는 심각한 실정이다. 선박이나 해양구조물에 부착하는 오손생물(fouling organism) 중 연성 착생 생물로는 대표적으로 Enteromorpha 종류들을 들 수 있고 경성 착생 생물로는 따개비, 담치류들이 주를 이룬다. 이들 부착생물들은 화물선과 유조선 등과 같은 대형선박에 특히 많이 부착하여 마찰력의 증가를 야기 시키고 이것에 의한 속력감소와 연료소모와 같은 문제점을 야기시킨다.

선박의 밑면에 부착생물들이 붙게 되면 선체 표면이 거칠어져 자주 보수를 해줘야 하며, 속도저하 등의 문제점이 있다. 부착생물에 의해 두께가 10㎛증가 할 때 연료 소비 6% 증가하고, 부착(fouling) 비율이 5%이면 연료소비는 약 10%증가하고, 12-15%이면 30%증가, 50-100%가 되면 연료 소비는 40%에 달한다고 한다. 대형 선박의 경우 연료비가 선박운영비의 50%를 차지하므로 선박 밑면의 부착생물 문제는 사회, 문화, 경제적으로 심화되고 있다.

부착 방지를 위한 물리적 방법으로는 주로 인위적인 세척법을 사용하고 있 지만 번거로운 문제로 인해 방오제를 첨가한 방오 페인트를 사용하고 있다. 방오제로는 주로 구리와 주석류의 물질들이 알려져 있는데 종래에는 산화제1구리가 주로 쓰였으나 1970년대 이후부터는 뛰어난 방오 효과를 가진 TBT(tributyltin)가 주로 사용되어왔다. TBT를 비롯한 유기주석 화합물들은 PVC 안정제, 각종 플라스틱 첨가제, 산업용 촉매, 살충제, 살균제, 목재 보존제 등으로 매우 광범위하게 사용되고 있다. 특히 선박용 페인트 속에 첨가되는 TBT는 높은 부착 방해효과로 인해 1970년대 이후 널리 사용되기 시작하였다. 종래에는 구리가 첨가된 선박 페인트를 사용했었지만 부착 방해 효과가 월등한 TBT로 대체 되어 쓰이기 시작했으며, TBT는 선박뿐만 아니라 해양구조물, 어망등에 부착생물들이 달라붙지 못하도록 하는 부착방해제로도 널리 사용되기 시작했다.

경제적 문제점으로 인해 방오도료에 TBT 화합물을 첨가하여 사용하고 있지만, 이들 물질은 비표적 생물(non-target organism)에게 영향을 미치어 수산생물의 감소와 생물체내에 축척 등 치명적인 문제를 일으키고 있는 실정이다. 외국의 경우, 굴양식장의 생산량 감소는 채묘 부진에서 많은 연유를 찾을 수 있는데 그 이유는 바로 연안 해역의 TBT 오염 때문인 것으로 알려져 있다. TBT는 매우 강한 독성을 지닌 화합물로서 어패류 등에 농축되며 농도에 따라 수정억제, 발생억제, 운동성 저하 등의 문제를 일으키고 오염이 매우 심화되면 굴의 패각이 기형화되고 성장도 더디게 된다. 특히 고둥, 대수리, 소라 등 복족류에서는 임포섹스(imposex) 현상을 일으킨다.

현재까지의 연구 결과에 따르면 TBT는 패류 유생의 치사와 착생의 저해에 영 향을 줄뿐만 아니라, 굴의 성장저하와 껍질이 두꺼워지는 등의 변형을 일으키는 것이 실험적으로 증명되었다. 또한 어류에 대한 TBT의 급성독성 작용은 연구자에 따라 결과가 상당히 차이를 보이고 있지만 반수치사농도 범위가 1.5에서 240 ㎍/ L이나 된다고 보고하고 있다. 연이은 독성 실험을 통해서 TBT가 굴의 성장억제와 패각기형을 일으키고, 치패의 성장에 영향을 미치며, 담치의 성장 속도를 감소시키고, 담치 유생의 높은 사망률을 유도한다는 것이 밝혀졌다. 또한 복족류에 임포섹스를 일으키는 것이 밝혀지면서 임포섹스는 TBT 오염의 유용한 생물지표로 활용되고 있으며, 해수 내 1 ng /L 이하의 TBT 농도에서도 임포섹스가 유발되는 것으로 알려져 있다. 유기 주석화합물의 독성은 유기 그룹의 개수 및 성질과 관계가 있다. 특히 triorganotin일 때 독성이 크며 그 중에서도 TBT가 가장 독성이 강하다. TBT가 주로 방오용 페인트에 사용되는데 효과를 증대시키기 위해 TPT (triphenyltin)이 함께 사용된다.

TBT에 의한 생물의 피해는 굴 산업에 큰 타격을 받은 프랑스에서 최초로 보고되기 시작하였다. 많은 생물의 번식, 성장에 치명적 영향을 준다는 사실을 들어 방오 도료제의 사용을 규제하고 있다. 이러한 추세로 보트에도 TBT 사용을 금지 시켰고, 그 결과 TBT 농축은 어느 정도 감소되었고 굴 생산량도 다시 회복 되었지만 최근 연구에 의하면 TBT 사용은 억제 되었지만 퇴적물에 농축되어 있는 TBT는 아직도 널리 퍼져 있는 상태라고 보고 되고있다. 프랑스에서의 굴 사건 이래로 상업성이 높은 패류에 대한 TBT의 영행에 관한 연구가 광범위하게 수행되었다. 이러한 독성으로 인해 프랑스, 영국, 캐나다, 미국 등에서 우선적으로 선체 길이 25m이하의 선박에 사용을 금지하고 있다.

최근들어 TBT의 사용금지 추세와 함께 TBT 대체 물질 개발이 진행되고 있다. 현재 개발 되어진 방오 후보물질로는 chlorathalonil, irogarol, dichlofuanoid 등이 대표적이라 할수 있으며 해면에서 분리한 kalihinene 과 ceratinamide 등도 보고되었다. 일부 해조류에서도 방오 활성물질을 가지고 있다는 사실이 외국의 연구자들에 의해 알려져 왔다. 그 중 Sargassum natans로 부터는 tannin이 Rhodomela larix로 부터는 bromophenol이 Dictyota menstrulais로 부터는 diterpen(Schmitt et al. 1995)이 Delisea pulchra로 부터는 halogenated furanone(de Nys et al. 1995)이 분리되어 부착저해 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이차 대사물질이나 천연물질을 이용한 방오제 개발은 지속되고 있으나 탁월한 친환경 방오제가 발견되지 못했다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 환경에 무해하고 방오능이 우수한 친환경성 방오제를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 다른 목적은 생산원가가 저렴한 방오제를 제공하는 것이다.

본 발명의 방오제는 아세토페논(acetophenone), 1-옥타데카놀(1-octadecanol)과 아라차딕산(arachadic acid; Eicosanoic acid) 중 선택된 1종 이상 을 함유한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 환경에 무해한 방오제를 개발하기 위하여 다양한 해조류 및 육상식물에 대하여 방오능을 테스트하였다. 부착방지효과는 연성 부착 해조류의 하나인 구멍갈파래 (Ulva pertusa)를 대상으로 실험하였다. 구멍갈파래는 강릉 근교의 경포대에서 채집하였고 실험실로 운반하여 구멍갈파래 만을 분류한 후, 부착생물들을 제거하기 위해 초음파 처리를 1분 동안 3회 반복한 후 살균된 해수로 깨끗하게 씻은 다음 실험에 이용하였다.

실험 결과 야생마의 부착방지효과가 우수한 것으로 나타 났으며, 야생마 추출물 중에서 방오능을 발휘하는 성분은 아세토페논(acetophenone), 1-옥타데카놀(1-octadecanol)과 아라차딕산(arachadic acid)임을 밝혀 내게 되었다.

육상식물 중 마(Dioscorea batatas DECNE)는 마과에 속하는 다년생 덩굴성 초본으로 자주 빛이 돌고 뿌리는 육질로서 땅속으로 깊이 들어가며 잎이 대생 또는 윤생한다. 줄기는 자색이고, 능선이 있으며 가늘고 모가 졌으며 여러 개의 가지가 다른 것을 감아 길게 뻗어 나간다. 잎은 삼각형에 가까운 하트 모양으로 두껍고 피혁질인데 줄기 덩굴에 마주 달리고 긴 잎자루는 잎맥과 더불어 자주 빛이 돌며 잎겨드랑이에 육아(肉芽)가 생긴다. 잎은 마주나거나 세 개가 돌려나기도 하며 모양은 난형으로 길이 3-7㎝, 너비 2-4㎝이며 모양의 변화가 많다. 6, 7월경에 수상화서로 웅꽃은 곧게, 자꽃은 아래로 처져서 핀다. 줄기뿌리는 원주형으로 비후하며 땅속으로 곧장 깊게 들어가 길고 큰 덩어리를 이루는데, 외피는 회갈색이며, 섬유 질이 없는 육질로 쉽게 부러진다. 덩이줄기는 곤봉형으로 길이 1m이상 달하며, 연질이며 끈기가 있다. 동속식물로는 도꼬로마, 단풍마, 둥근마 등이 있다. 외피를 벗겨 그대로 말린것이 모산약(毛山藥)이며, 이 중 굵은것을 골라 물에 불려서 부드럽게 만든 다음 평판위에서 밀어 균일한 원주형으로 가공한 것을 광산약(光山藥)이라 한다.

한방에서는 마와 참마를 산약이라 부르며 자양, 익정, 보폐등의 효과가 있어 신체허약, 폐결핵, 정력부족, 야뇨증, 설사, 당뇨병, 대하증, 소변 자주보는 병을 치료하는데 처방되며, 부채마와 단풍마를 천상룡이라 하여 관절염, 요통, 타박상, 해소, 천식에 사용하고 있다. 마는 많은 양의 전분과 단백질을 함유하고 있으며 비타민 C가 풍부하며 약용성분으로는 아밀로스(amylose), 알라기닌(araginine), 요노게닌(yonogenin), 사포닌(saponin), 디오스신(dioscin), 뮤신(mucin), 알라토인(allatoin), 콜린(choline), 비타타신(batatasin), 아밀라제(amylase), 아미노산등이 들어있다(Seong, 1996). 야생마에 함유되어 있는 스테로이드(steroid)물질을 이용해서 현대 의학적으로는 피임약과 성호르몬을 생산하고 있으며, 관절염 치료제인 코르티손(cortison)도 야생마에서 뽑아낸 코르티코스테로이드(corticosteroid)가 주원료로 알려져 있다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

(실시예 1)

* 시료의 채취 및 추출

야생마(D. batatas)를 안동, 진양, 영풍지방에서 채취하여 이 물질을 제거하 고 세척한 후 음건 한 다음 분쇄하여 야생마 30kg의 분말을 만들었다. 메탄올 50ℓ에 시료 분말 30kg을 넣고 24시간 동안 보관 한 후 추출하여 상등액 만을 모아 이를 3회 반복하여 모두 합친 후 37℃에서 감압농축기를 이용해 메탄올을 10% 로 증발시켜 제거한 후 0.22 ㎛ 필터로 여과한 다음 -20℃에서 보관하면서 실험에 사용하였다.

(실시예 2)

* 1차 분획

실시예1에서 얻어진 추출물을 실리카 겔 크로마토그래피를 이용하여 아래의 방법으로 5개(A-E)의 분획구로 분획하였다.

실리카 겔 (70-230 mesh)을 헥산하에서 충진하였고, 유리관 칼럼 (10cm × 90 cm, PYREX)은 시료의 양에 따라 선택하여 사용하였으며, 실리카 겔의 양은 시료양의 50-60배로 하였다. 주 전개용매로는 [헥산, 헥산:에틸 아세테이트=95:5, 헥산:에틸 아세테이트=90:10, 헥산:에틸 아세테이트=85:15, 헥산:에틸 아세테이트=80:20, 헥산:에틸 아세테이트=70:30, 헥산:에틸 아세테이트=60:40, 헥산:에틸 아세테이트=50:50, 에틸 아세테이트, 에틸 아세테이트:메탄올=95:5, 에틸 아세테이트:메탄올=90:10, 에틸 아세테이트:메탄올=80:20] 하여, 순차적으로 5 ㎖/ min의 유속으로 분취하였다. 동일한 전개용매 조건하에서 박층 크로마토그래피를 수행하여 6개의 분획구로 분획하였다.

분획되어진 6개의 분획구 (I-Ⅵ)를 대상으로 포자운동성 억제 활성실험을 실 시하여 활성이 좋은 분획구 중 Ⅰ, Ⅱ를 합친 후 2차 실리카 겔 컬럼을 실시하였으며 주 전개용매로는 [헥산, 헥산:에틸 아세테이트=95:5, 헥산:에틸 아세테이트=90:10, 헥산:에틸 아세테이트=85:15, 헥산:에틸 아세테이트=80:20, 헥산:에틸 아세테이트=70:30, 헥산:에틸 아세테이트=60:40, 헥산:에틸 아세테이트=50:50, 에틸 아세테이트, 에틸 아세테이트:메탄올=95:5, 에틸 아세테이트:메탄올=90:10, 에틸 아세테이트:메탄올=80:20]하여, 순차적으로 3 ㎖/ min의 유속으로 분취하였다. 동일한 전개용매 조건하에서 박층 크로마토그래피를 수행하여 5개의 분획구로 분획하였다.

(실시예 3)

* 구멍 갈파래의 포자 운동성 저해효과 시험

육상식물과 해조류 추출물의 부착방지 효과는 대표적인 연성 부착 해조류 중 하나인 구멍갈파래 (Ulva pertusa)를 대상으로 실험하였다. 구멍갈파래는 강릉 근교의 경포대에서 채집하였고 실험실로 운반하여 구멍갈파래 만을 분류한 후, 부착생물들을 제거하기 위해 초음파 처리를 1분 동안 3회 반복한 후 살균된 해수로 깨끗하게 씻었다. 그리고 1% betadine 및 2% trition X-100 혼합용액에 1분간 침지시켜서 간단한 멸균처리 후 반 건조시켰다.

반 건조된 파래를 멸균해수에 넣고 80μ㏖/ m² s, 20℃ 배양기에 넣어 포자방출을 유도하였다. 준비된 튜브에 10㎕의 dimethyl sulfoxide (DMSO)를 넣고 포자가 방출된 해수를 첨가하여 희석농도별 500, 1000, 1500, 2000, 4000㎕ 에 따른 포자 운동성 저해 효과를 현미경 (Olympus CK-2)으로 X100 배율로 검정하였다. 운동성이 전혀(100%) 관찰되지 않는 경우는 ++++로, 포자의 운동성이 95%-75%인 경우는 +++, 75%-50%인 경우는 ++로, 50%-20%인 경우는 +로 나타내었으며, 포자의 운동성 저해효과가 전혀 없는 경우는 - 로 나타내었다. 각 희석농도별 접종 전에 해수 내 포자의 운동 상태를 확인하여 대조군과 비교 사용하였다.

실시예 2에 의하여 분획되어진 5개의 분획구 (A-E)를 대상으로 포자운동성 억제 활성실험을 실시하였으며, 그 결과는 아래의 표1과 같았다.

Conc. (㎍/㎖)	Activity
Conc. (㎍/㎖)	A	B	C	D	E
4,000	++++	++++	++++	++++	++++
2,000	++++	++++	++++	++++	++++
1,000	++++	++++	++++	++++	++++
500	++++	++++	++++	++++	++++
250	++++	+++	+++	+++	+++
125	++++	+++	+++	+++	+++

상기 표1에서 확인되는 바와 같이, 분획구 A가 가장 우수한 포자의 운동성 억제효과를 발휘하였다.

(실시예 4)

*2차 분획 및 방오성시험

분획구 A를 분획 채취용 고속 액체 크로마토그래피 C18 reversed phase column(Microsorb, 21.4㎜ × 250㎜)에 적용하여, 안정된 조건으로 80% 메탄올과 20% 물 혼합용매를 사용하여 60분 동안 유속 5㎖/ min로 용출시켰으며 254nm에서 그 흡광도를 측정하면서 각 분획구들을 F1 - F6 분획구 6개로 분취하여 각각 분획 하였다. 각 분획에 대한 파래의 운동성 억제 효과는 F2와 F5에서 가장 강력한 활성을 보였으며(표2), 포자 부착 저해 효과(ADM)는 도1에 나타내었다. 10ppm과 100ppm 의 농도에서는 분획구 F2와 F5가 75%의 부착 저해를 보였고 1ppm의 농도에서는 50%의 부착 저해 효과를 보였다. 분획구 F1, F3, F4, F6에서는 포자의 부착 저해 효과가 나타나지 않았다.

Conc. (㎍/㎖)	Activity
Conc. (㎍/㎖)	F1	F2	F3	F4	F5	F6
4,000	++++	++++	++++	++++	++++	++++
2,000	++++	++++	++++	++++	++++	++++
1,000	+++	++++	+++	++++	++++	++++
500	+++	++++	+++	++++	++++	++++
250	+++	++++	+++	+++	++++	+++
125	+	++++	++	+++	++++	++

(실시예 5)

* 액체/ 기체 크로마토그래피 질량 분석 스펙트럼(HPLC/ GC Mass Spectrum)

분획 채취용 고속 액체 크로마토그래피를 사용하여 분취한 각 분획구들을 고성능 액체 크로마토그래피C18 reversed phase column (Microsorb, 4.6㎜ × 250mm, Cosmosil)에 적용하여, 안정된 조건으로 80% 메탄올과 20% 물 혼합용매를 사용하여 60분 동안 유속 1.0ml/ min로 용출시켰으며, 254nm에서 흡광도를 측정하면서 분취되어진 각 분획구들을 나타내었다(도 2, 3). 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)에서 활성부분(메탄올 농도 80%) 만을 회수하여 건조시킨 후 메탄올에 녹인 다음 1㎎을 기체 크로마토그래피 질량 분석 스펙트럼(Hewlett-Packard, 30m × 0.25mm × 0.25㎛)에 적용하여 이동상인 기체는 헬륨을 사용하였고 주입비율은 0.6 ㎖/min으로 분할 주입법 (1:50)을 사용하여 분석하였다.

F2, F5에 대한 액체/기체 크로마토그래피 질량 분석 스펙트럼(LC,GC/MS)을 사용하여 분자량을 구하였으며 도 4, 5와 같은 스펙트럼으로 나타났다. 기체 크로마토 그래피 질량분석 스펙트럼의 분석결과는 Rt:2.8-7.163min, 71.56min Molecular ion:M+ -369, -342 으로 확인되었다.

(실시예 6)

* 핵자기 공명 스펙트럼(Nuclear Magnetic Resonance)

고성능 액체 크로마토그래피를 사용하여 분취한 F2와 F5에 대한 수소-핵자기 공명 및 탄소-핵자기 공명에 의한 분석 결과(도 6-11), F2의 ¹H NMR(500 MHz, CDCl₃/TMS) 스펙트럼은 δ2.05에서 단일신호의 카르보닐기를 기초로한 메틸 그룹이 보여지며 이것은 아마도 아세톡시 메틸 프로탄 그룹을 나타내고 있고, δ7.53 과δ7.72 에서는 복잡한 형태로 4개의 aromatic 프로톤들로 나타났다. F2는 aromatic keto 로, ¹³C NMR 스펙트럼은 δ171.4에서 아세톡시 카르본, 또 다른 aromatic 카본들은 δ18-131에서 나타났다. 이러한 자료들을 종합한 결과 F2는 아세토페논(acetophenone)으로 판명되며(화학식 1), F5의 ¹H NMR(500 MHz, CDCl₃/TMS) 스펙트럼은 δ0.95-1.03에서 3쌍으로 이루어진 6개의 메틸 프로톤들이 보여지며 δ1.25에서는 단일신호로 메틸렌 프로톤이 보여진다. 또한 δ3.45에서는 복잡한 신호로 하이드록실 프로톤들과 하이드록실 산으로 보여진다.

이러한 자료를 종합한 결과 복잡한 긴 사슬로 연결된 알코올과 산으로 판명 되며, ¹³C NMR 스펙트럼은 δ175.5에서 메틸과 메틸렌 그리고 아세딕 카르보닐기가 나타났다. 모든 자료를 분석한 결과 F5는 1- octadecanol 과 arachadic acid (Eicosanoic acid)가 혼합된 물질로 판명되었다(화학식 2, 3).

본 발명에 의하여 환경에 무해하며, 광범위한 대상생물에 대하여 방오능을 가지고, 천연물로부터 추출하였으므로 제조원가가 저렴한 방오제를 얻을 수 있으므로 TBT와 같은 독성 방오제의 사용으로 야기되었던 해양 환경의 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.

Claims

아세토페논(acetophenone), 1-옥타데카놀(1-octadecanol) 또는 아라차딕산(arachadic acid) 중 선택된 1종 이상의 물질을 함유하는 친환경성 방오제.