KR101104820B1

KR101104820B1 - 인디고의 환원방법

Info

Publication number: KR101104820B1
Application number: KR1020110068230A
Authority: KR
Inventors: 신윤숙; 류동일; 김근중; 손경희
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2012-01-16
Also published as: CN103842448A; WO2013009036A2; WO2013009036A3

Abstract

본 발명은 인디고의 환원방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 까다롭고 복잡한 발효공정 대신 가격이 저렴하고 구하기 쉬운 효모를 사용하여 제조공정이 간단하고 경제성이 뛰어난 천연 인디고 및 합성 인디고의 환원방법으로, 상기 방법은 효율적으로 직물의 염착량을 증가시킬 수 있고, 기존의 까다롭고 복합한 발효조건 등의 힘든 환원과정을 단순화 할 수 있어 인디고를 이용한 염색분야에 크게 기여할 수 있는 장점이 있다.

Description

인디고의 환원방법{Reduction method of indigo}

본 발명은 인디고의 환원방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 까다롭고 복잡한 발효공정 대신 가격이 저렴하고 구하기 쉬운 효모를 사용하여 제조공정이 간단하고 경제성이 뛰어난 천연 인디고 및 합성 인디고의 환원방법에 관한 것이다.

천연염료에 의한 직물염색에서 인디고는 청색계열을 대표하는 중요한 염료로 남(藍)이라고도 부른다.

인디고 색소를 함유하는 쪽의 종류는 지역에 따라 다르며, 우리나라에서 주로 재배되는 쪽은 여귀과에 속하는 일년생 초본으로 그 길이가 50 내지 100 cm로 자라는 폴리고늄 틴토리움(Polygonum tintorium)이다.

색소의 주성분인 인디고는 전구체인 인디칸(indican)이 잎에 존재하며, 인디칸은 수용액 중에서 천연 효소에 의해 인독실(indoxyl)과 글루코오스(glucose)로 가수분해되고, 인독실이 산화되어 인디고를 형성하게 된다.

상기 인디고는 물에 녹지 않는데 알칼리 조건에서 환원하면 류코 화합물(leuco compound)로 변해 수용성이 되어 각종 천연섬유에 친화력을 가지며, 수용성 구조는 산화되어 불용성 구조로 바뀌면서 색을 나타내게 된다.

쪽에서 색소를 추출하여 물들이는 방법은 크게 생잎 그대로를 천에 문지르거나 즙을 내어 사용하는 방법과 쪽 추출액에 잿물을 섞어 발효시켜 염색하는 방법 및 그리고 쪽색소를 침전시켜 얻은 앙금(니람; 한국, 중국, 러시아)이나 퇴비형태(스쿠모; 일본)의 염료원료로 제조한 후 발효시켜 염색하는 방법으로 나누어 볼 수 있다.

특히, 우리나라에서는 생즙염과 니람을 이용한 발효염색이 주를 이루어 왔으며, 상기 발효염색은 니람을 필요한 시점에 환원(발효)시키는 공정이 요구되며, 환원과 관련하여 잿물(lye)을 바탕으로 물엿 등의 탄수화물 성분을 첨가하는 방식이 알려져 있다. 그러나 이러한 환원발효 조건은 까다롭고 복잡하여 많은 시간과 노동력, 그리고 세밀한 기술이 요구되고 있으며, 무엇보다도 표준화가 힘든 환원과정은 전통 인디고 염색 현대화의 큰 걸림돌이 되고 있다.

이에, 천연 인디고를 이용한 염색에 산업화가 어려운 발효 방식을 대신하여 환원제로 하이드로설파이트(hydrosulfite, sodium dithionite), 알칼리로 NaOH, Na₂CO₃, Ca(OH)₂ 등이 사용되었으나, 하이드로설파이트의 경우 염욕이나 폐수로 황산염(sulphate), 아황산염(sulphite), 티오황산염(thiosulphate), 황화물(sulphide) 등 환경오염을 일으키는 각종 물질을 배출하는 문제점을 안고 있어(A. Roessler et al,. Direct electrochemical reduction of indigo, Electrochimica Acta, 47, 1989-1995(2002), 이를 해결하기 위한 다양한 방법들이 요구되고 있다.

한편, 효모는 술, 빵, 맥주 이외에 된장, 간장과 같은 장류의 발효에도 이용되며, 단백질과 비타민을 풍부하게 함유하고 있기 때문에 약용, 식용 및 사료용으로 널리 이용되고 있다.

효모는 39속으로 분류되고, 그 중 사카로마이세스 속(Saccharomyces)의 효모가 술 제조에 많이 사용되고 있다. 효모는 세포막을 투과(透過)하여 세포 안으로 흡수된 영양성분을 이용하는 단세포 진핵생물이다. 또한 인체에는 무해한 전형적인 GRAS(generally recognized as safe)의 일종으로 인체와 결부된 제품생산에서 선호되는 생물종이다.

현재까지 효모를 이용한 인디고의 환원방법은 보고된 바 없다.

KR 10-0983379 B1, 2010년 09월 14일

신윤숙, 조아랑, 류동일, 한국염색가공학회지, Vol. 21, No. 3, pp.10~18(2009.6. 7). A. Roessler, D. Crettenand, O. Dossenbach, W. Marte, and P. Rys, Electrochimica Acta, 47, 1989-1995(2002).

이에 본 발명자들은 소비자 의식 수준이 높아지고 건강과 환경을 고려하는 웰빙과 로하스라는 트렌드에 맞춰 환원제를 사용하지 않고, 기존의 발효공정과 비교할 경우 제조공정이 비교적 간단하고 또한 가격이 매우 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 효모를 사용함으로써, 친환경적 공정이면서 염착효율이 증가되어 천연 인디고 뿐 아니라 합성 인디고에서도 대량 염색이 가능한 인디고의 환원방법을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 효모를 이용한 인디고의 환원방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 환원방법을 이용하여 환원시키면서 동시에 직물에 침지한 후 산화시키는 천연 인디고 또는 합성 인디고를 사용하여 직물을 염색하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 효모를 이용한 인디고의 환원방법 및 상기 환원방법을 이용하여 환원시키면서 동시에 직물에 침지한 후 산화시키는 천연 인디고 또는 합성 인디고를 사용하여 직물을 염색하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 인디고의 환원방법은 효모(yeast)를 사용하여 천연 인디고 또는 합성 인디고를 환원시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 인디고의 환원방법은 상기 효모를 600 nm에서 측정한 OD(optical density) 값이 1.5 내지 3.5의 농도로 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 인디고의 환원방법은 20℃ 내지 40℃에서 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 직물의 염색방법은 효모를 이용하여 환원시키면서 동시에 직물에 침지한 후 산화시키는 방법으로, 천연 인디고 또는 합성 인디고를 직물에 염색하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 효모를 이용한 인디고의 환원방법을 제공한다.

보다 상세하게는 본 발명의 환원방법은 알카리성 수용액 존재 하에서, 효모(yeast)를 이용하여 불용성 인디고를 가용성으로 환원시키는 것으로 구성된다.

본 발명에 있어서, 상기 효모는 사카로미세스 세르비지애(Saccharomyces cerevisiae), 사카로미세스 로제이(Saccharomyces rosei), 사카로미세스 우바륨(Saccharomyces uvarum), 사카로미세스 시바리에리(Saccharomyces chevalieri), 한세눌라 속(Hansenula spp.), 사카로미세스 토루라스포라 델브루키(Torulaspora delbrueckii) 또는 클루베로마이세스 서모토러런스(Kluyveromyces thermotolerans)일 수 있고, 더욱 바람직하게는 사카로미세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 또는 한세눌라 속(Hansenula spp.)일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 효모의 농도는 600 nm에서 측정한 OD(optical density) 값이 1.5 내지 3.5인 것을 특징으로 한다. 만약 상기 농도가 1.5 미만이 되면 반응 속도가 떨어지며, 3.5를 초과하게 되면 효모가 응집되어 침강됨으로 환원반응이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명에 있어서, 상기 알카리성 수용액은 pH가 10 이상인 것으로, 보다 바람직하게는 pH 10.5 내지 11.5의 수용액에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 pH 범위는 알카리성 수용액에 포함된 인디고 단입자 상태에서 염색시 피염물에 대한 흡착 및 확산성이 좋아지게 되고, 응집된 색소입자에 의한 얼룩염색을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 있어서, 상기 환원방법은 20℃ 내지 40℃에서 수행되는 것으로, 반응 온도가 20℃ 미만일 경우 반응 속도가 떨어지고, 반응온도가 40℃를 초과할 경우 전세포(whole cell)효소의 불활성화가 유발되는 문제점이 있어, 보다 바람직하게는 25℃ 내지 35℃에서 환원과정을 수행하는 것이 효과적이다.

본 발명에 있어서, 상기 환원방법은 인디고를 환원시키기 위해 환원과정동안 교반작용을 더할 수 있으며, 이는 이후 섬유 또는 직물을 인디고 환원액에 침지 처리시 염착성을 증가시키고 환원력을 증가시키는 장점이 있다.

본 발명에 있어서, 상기 환원방법은 기존의 환원방법과 비교할 경우 제조공정이 비교적 간단하고 또한 가격이 매우 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 효모를 사용함으로써, 친환경적 공정이면서 시간당 생산 효율이 증가되어 경제적이기 때문에 천연 인디고 및 합성 인디고의 대량 염색에 용이한 것이 장점이다.

본 발명은 천연 인디고 또는 합성 인디고를 사용하여 직물을 염색하는 방법으로, 불용성 염료를 효모를 이용한 인디고의 환원방법을 이용하여 환원시키면서 동시에 직물에 침지한 후 산화시키는 것을 특징으로 하는 염색방법을 제공한다.

본 발명의 염색방법은 마, 무명 및 명주 등의 천연 섬유 또는 폴리에스테르나 폴리아미드 등의 합성 섬유를 포함하는 모든 종류의 섬유 및 이를 이용하는 직물에 모두 적용될 수 있고, 천연 섬유 또는 직물에 수행되는 것이 더욱 바람직하며, 마(hemp) 섬유 또는 직물에 수행되는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 염색방법은 20 내지 50℃에서 이루어지는 것으로, 상기 천연 인디고 또는 합성 인디고의 환원액속에 포함된 인디고 단입자 상태에서 염색시 피염물에 대한 흡착 및 확산성이 좋아지게 되고, 응집된 색소입자에 의한 얼룩염색을 최소화시킬 수 있으며, 반복 염색에 의한 염착 효과도 높아지는 장점이 있다.

본 발명에 따른 효모를 이용한 인디고의 환원은 기존 전통방법인 발효액 즉, 발효액 내 포함되어 있는 균주를 이용한 인디고의 환원 보다 짧은 시간 내 천연 인디고와 합성 인디고 모두를 효율적으로 환원시켜 직물의 염착량을 효율적으로 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 효모를 이용한 인디고의 환원은 천연 인디고 뿐 아니라 대용량의 합성 인디고에서도 효율적으로 직물의 염착량을 증가시킬 수 있고, 기존의 까다롭고 복합한 발효조건 등의 힘든 환원과정을 단순화 할 수 있어 인디고를 이용한 염색분야에 크게 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 효모를 이용한 천연 인디고 환원액으로 염색한 마직물을 보여주는 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 효모에 의한 합성 인디고 환원액으로 염색한 마직물을 보여주는 것이다.

이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 여러 가지 변형 또는 수정할 수 있음은 이 분야에서 당업자에게는 명백한 것이다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

[비교 제조예] 자연 쪽 발효용액 제조

쪽물은 전라남도 나주에서 재배된 쪽풀을 항아리에 담아 물을 채워 3일 정도 정치해 쪽물을 우려낸 후, 항아리에 담겨진 쪽풀을 건져내고 조개껍질 분말을 저양 투입하고 고무래질 하였다. 상기 고무래질을 한 후 석회와 함께 가라앉은 파랗고 보랏빛이 도는 색소 앙금 즉 니남(Indigo 양은 8.3%, Indirubin의 양은 0.11%)을 수득하였다.

발효용액의 제조는 콩대를 사용한 잿물 30ℓ(pH 12)에 상기 니남 3 ㎏을 섞어 항아리에 넣었을 때 pH 11.77이었고, 항아리 내부 온도를 27±3℃로 유지하면서 발효시켜, 자연 쪽 발효용액을 제조하였다.

[제조예] 효모의 배양

이스트(상품명: 빵 발효가 잘되는 이스트, E-MART, 한국), 상기 이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae, ITS 와 18S rRNA 서열 분석 결과 ATCC 32699 종과 같은 종으로 확인됨) 균주, 막걸리(상품명: 살아있는 효모 무등산 쌀 막걸리, 광주무등산탁주, 한국)로부터 분리 동정한 사카로미세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae, ITS 와 18S rRNA 서열 분석 결과 ATCC 32703 종과 같은 종으로 확인됨) 균주, 공시균주 한세눌라 미수마이엔시스(Hansenula misumaiensis) 균주(KCCM 50134)의 배양은 하기 동일한 배지를 사용하여 배양하였으며, 배지는 배양된 균주의 정량을 위해 100 mL씩 만들어 사용하였다. 배지는 펩톤(peptone) 1 g과 이효모 추출물(yeast extract) 1 g을 넣고 증류수를 부어 95 mL이 되도록 한 후 멸균(121℃, 15 min)한 용액과 40% 글루코스(glucose)를 멸균한 용액 5 mL를 혼합하여 100 mL이 되도록 하였다. 단, 사카로미세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)(이스트 균주, 막걸리 균주)는 30℃에서, 한세눌라 미수마이엔시스(Hansenula misumaiensis) 균주는 24℃에서 300 rpm으로 배양하였다.

5 mL의 배지에서 1차 배양한 균주 배양액 1 mL을 취하여 100 mL의 배지에서 2차 배양하였으며, 2차 배양한 균 현탁액 중 90 mL을 취하여 원심분리기(1580MGR, (주)자이로젠, 한국)를 사용하여(4100 rpm, 20 min, 5℃) 균을 가라앉힌 후 최대한 수분을 제거하고 정량하여 인디고의 환원에 사용하였다.

상기 균주 배양액의 배양정도는 UV 흡광광도계(Aglient 845, Aglient Technologies, Waldbronm, Germany)를 이용하여 600 nm에서 측정한 OD(optical density) 값이, 최종 2.5 내지 2.8이 되도록 하였다.

[ 비교예 1]

상기 비교 제조예에서 제조한 자연 쪽 발효용액을 이용하여 환원 및 염색을 수행하였다.

염색은 항아리의 아래 부분의 용액을 사용하여 액비 1:50으로 15분 동안 행하고 공기 중에서 산화, 발색 후 수세하였다. 염색에 이용한 직물은 마직물(모시)을 사용하였으며 마직물은 시중 판매 직물로 정련하여 사용하였다.

염착량 및 색 특성 측정은 염색한 직물을 색차계(Color-Eye 3100, Macbeth, USA)를 이용하여 최대 흡수파장에서의 K/S 값으로 표면염착을 평가하였다. 색 특성은 먼셀의 H V/C값을 측정하였으며, 염색하지 않은 직물을 기준으로 한 색차 ΔE*를 측정하였다.

상기 표 1의 결과로부터 처음 염색된 직물의 염착량은 매우 낮았으며, 시간이 지남에 따라 염착량이 다소 증가하였으나 염착 효율이 떨어짐을 확인할 수 있었다.

[실시예 1] 천연 인디고를 이용한 환원 및 염색

염색에는 시중 판매되는 마직물(모시)을 정련하여 사용하였다. 천연 인디고는 전라남도 나주에서 재배된 쪽에 소석회를 사용하여 색소를 침지시켜 니남을 만든 후 50℃ 오븐에서 건조한 분말색소(indigo %, indirubin %)를 사용하였다. 소석회(Ca(OH)₂), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 그리고 아세트산(CH₃COOH)은 모두 1급 시약을 사용하였다.

환원정도를 관찰하기 위해 이스트(상품명: 빵 발효가 잘되는 이스트, E-MART, 한국), 상기 이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 균주, 막걸리(상품명: 살아있는 효모 무등산 쌀 막걸리, 광주무등산탁주, 한국)로부터 분리 동정한 사카로미세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 균주, 공시균주 한세눌라 미수마이엔시스(Hansenula misumaiensis) 균주(KCCM 50134)의 첨가 후 경과일에 따라 마직물 염색을 행하였으며, 염색 후에는 환원액을 교반 시킨 후 pH를 측정하였다. 염색은 환원용액의 상등액에 마직물을 20분 동안 침지 후 공기중에서 산화, 발색, 수세하고 0.1% 아세트산 수용액으로 10분 중화 후 수세 건조하였다.

(1) 이스트를 이용한 환원 및 염색

환원 및 염색은 32℃의 항온수조에서 행하였으며, 환원용액은 알카리성 수용액으로 0.2% 탄산화나트륨 수용액(pH 10.85)을 사용하였다. 이스트(상품명: 빵 발효가 잘되는 이스트, E-MART, 한국)를 이용한 환원의 경우에는 뚜껑 있는 2 L 유리병에 탄산나트륨 수용액 700 mL과 천연 인디고 분말 50 g을 잘 섞어 혼합물을 제조하였다.

상기 혼합 5일째 탄산나트륨(Na₂CO₃) 2 g을 참가하여 pH를 조절한 후 6일째 이스트 7 g을 첨가하였으며, 경과일에 따른 환원효과를 살펴보았다. 경과일에 따라 마직물을 염색하였으며, 염색 후에는 염욕을 교반 시킨 후 pH를 측정하였다.

또한 1차 환원이 끝난 27일째 탄산나트륨 30 g을 재첨가하여 pH를 조절하고 31일째 이스트 15 g을 다시 첨가하여 경과일에 따른 2차 환원효과를 살펴보았다.

상기 표 2에서도 확인할 수 있듯이 1차 환원 결과 이스트 첨가 1일 후 바로 환원염색 됨을 확인할 수 있었으며, 2일째 최대 염착량을 나타내었고 21일 동안 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

또한 2차 환원 결과 이스트 첨가 1일 후 바로 환원염색 됨을 확인할 수 있었으며, 3일째 최대 염착량을 나타내었고 1차 환원시 보다 약간 더 높은 최대 염착량을 보였으며, 15일 동안 환원력이 유지됨을 확인할 수 있었다.

또한, 상기 표 3에서도 확인할 수 있듯이, 염색 후 염욕의 pH는 경과일이 많아짐에 따라 계속 저하되었으며, 2차 환원시에는 pH 저하 정도가 다소 적게 저하되었으며, 색상은 모두 PB 계열로 나타났다.

(2) 이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 ( Saccharomyces cerevisiae ) 균주를 이용한 환원 및 염색

상기 (1)의 결과로부터 이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 균주를 이용한 환원효과를 확인하였다.

환원은 뚜껑 있는 50 mL 시험관에 탄산나트륨 수용액 35 mL과 천연 인디고 2.5 g을 넣은 후 이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주(OD 2.5~2.8) 양을 달리하여 첨가하였다.

염색은 상기 (1)과 동일한 방법으로 수행하였다.

상기 표 4에서도 확인할 수 있듯이, 이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 0.5 g인 경우에는 2일 경과 후부터 환원 염색되었으며(염욕 pH 9.58, K/S 값 4.16), 4일째 최대 염착량(10.21)을 보였고 6일 후까지 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 1.0 g인 경우에는 1일 경과 후부터 바로 환원 염색되었고, 2일 경과시에는 균주 첨가량이 0.5 g인 경우에 비해 더 높은 염착량(염욕 pH 9.05, K/S 값 5.51)을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 4일 경과시에 최대 염착량(염욕 pH 8.71, K/S 값 12.64)을 보였으며 16일 후까지 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 2.0 g인 경우에도 1일 경과 후부터 바로 환원염색 되었으며, 균주 첨가량이 1.0 g인 경우에 비해 약간 높은 염착량(염욕 pH 9.19, K/S 값 1.00)을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 3일 경과시에 최대 염착량(염욕 pH 8.25, K/S 값 12.79)을 보였으며 24일 후까지 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 상기 표 5 내지 7에서도 확인할 수 있듯이, 염색 후 염욕의 pH는 경과일이 많아짐에 따라 계속 저하되었으며(단, 16일 후부터는 약간씩 상승하는 경향 보임), 이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 많을수록 pH 저하 정도가 더 커서 같은 경과일수에서는 균주 첨가량이 많을수록 더 낮은 pH값을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 균주 첨가량이 많을수록 더 높은 최대 염착량을 보였으며, 이때의 염욕 pH는 더 낮은 값을 나타내었다. 환원유지력의 경우 균주 첨가량이 많을수록 더 오랫동안 환원력이 유지되었고, 색상은 K/S 값 1.5 이하로 낮은 경우에는 B 계열을, 이외에는 모두 PB 계열은 나타내었다.

(3) 막걸리로부터 분리 동정한 사카로미세스 세레비지애( Saccharomyces cerevisiae ) 균주를 이용한 환원 및 염색

막걸리로부터 분리 동정한 사카로미세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 균주를 이용한 환원효과를 확인하였다.

환원은 뚜껑 있는 50 mL 시험관에 탄산나트륨 수용액 35 mL과 천연 인디고 2.5 g을 넣은 후 막걸리로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주(OD 2.5~2.8) 양을 달리하여 첨가하였다.

염색은 상기 (1)과 동일한 방법으로 수행하였다.

상기 표 8에서도 확인할 수 있듯이, 막걸리로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 0.5 g인 경우에는 2일 경과 후부터 환원 염색됨과 동시에 최대 염착량(염욕 pH 9.31, K/S 값 4.64)을 보였으며 4일 후까지 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

막걸리로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 1.0 g인 경우에는 1일 경과 후부터 바로 환원 염색되었고, 2일 경과시에는 균주량이 0.5 g인 경우에 비해 더 높은 염착량과 함께 최대 염착량(염욕 pH 9.05, K/S 값 5.51)을 보였으며 10일 후까지 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

막걸리로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 2.0 g인 경우에도 1일 경과 후부터 바로 환원 염색되었으며(염욕 pH9.03, K/S 값 0.56), 3일 경과시에 최대 염착량(염욕pH 8.25, K/S 값 12.79)을 보였고, 26일 후까지 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

또한 상기 표 9 내지 11에서도 확인할 수 있듯이, 염색 후 염욕의 pH는 막걸리로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량에 상관없이 경과일이 많아짐에 따라 계속 저하되는 것을 확인할 수 있었으며(단, 15일 후부터는 약간씩 상승하는 경향을 보임), 균주량이 많을수록 pH 저하 정도가 더 커서 같은 경과일수에서는 균주량이 많을수록 더 낮은 pH 값을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 막걸리로부터 분리한 사카로미세스세레비지애 균주 첨가량이 1.0 g 이상인 경우에는 하루 만에 천연 인디고가 환원되었으며, 균주양이 0.5 g인 경우에는 하루 늦은 2일째 환원되었으나 더 높은 염착량을 보였다. 뿐만 아니라 첨가되는 균주양이 많을수록 더 높은 최대 염착량을 보이는 것을 확인할 수 있었고, 이때의 염욕 pH는 더 낮은 값을 나타내었다.

환원유지력의 경우 균주 첨가량이 많을수록 더 오랫동안 환원력이 유지되었고, 색상은 K/S 값이 1.0 이하인 경우에는 B 계열을, 이외에는 모두 PB 계열로 염색되었다.

(4) 공시균주 한세눌라 미수마이엔시스( Hansenula misumaiensis ) 균주(KCCM 50134)를 이용한 환원 및 염색

공시균주 한세눌라 미수마이엔시스(Hansenula misumaiensis) 균주(KCCM 50134)를 이용한 환원효과를 확인하였다.

환원은 뚜껑 있는 50 mL 시험관에 탄산나트륨 수용액 35 mL과 천연 인디고 2.5 g을 넣은 후 공시균주 한세눌라 미수마이엔시스(OD 2.5~2.8)의 양을 달리하여 첨가하였다.

염색은 상기 (1)과 동일한 방법으로 수행하였다.

상기 표 12에서도 확인할 수 있듯이, 공시균주 한세눌라 미수마이엔시스 균주(KCCM 50134)의 첨가량이 0.5 g인 경우에는 2일 경과 후부터 환원 염색되었으며, 4일째 최대 염착량(염욕 pH 9.23, K/S 값 2.26)을 보였으나 이후에는 환원 염색되지 않는 것을 확인할 수 있었다.

한세눌라 미수마이엔시스 균주의 첨가량이 1.0 g인 경우에는 2일 경과 후부터 환원 염색되었으며, 4일째 최대 염착량(염욕 pH 8.98, K/S 값 3.15)을 보였고 6일 후까지 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

한세눌라 미수마이엔시스 균주의 첨가량이 2.0 g인 경우에는 1일 경과 후부터 바로 환원 염색되었으나, 균주의 첨가량이 더 적은 경우에 비해 약간 낮은 염착량(염욕 pH 9.28, K/S 값 0.60을 보였다)인 반면, 4일 경과시에 최대 염착량(염욕 pH 8.40, K/S 값 8.05)을 보였으며 11일 후까지 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

상기 표 12 내지 15에서도 확인할 수 있듯이, 염색 후 염욕의 pH는 첨가되는 한세눌라 미수마이엔시스 균주량에 상관없이 경과일이 많아짐에 따라 계속 저하되었으며, 균주량이 많을수록 pH 저하 정도가 더 커서 같은 경과일수에서는 균주량이 많을수록 더 낮은 pH 값을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 한세눌라 미수마이엔시스 균주 첨가량이 1.0 g 이하인 경우에는 2일 만에 천연 인디고가 환원되었으며, 균주 첨가량이 2.0 g인 경우에는 1일 만에 환원되었다.

최대 염착량의 경우 균주 첨가량이 많을수록 더 높은 최대 염착량을 보였으며, 이때의 염욕 pH는 더 낮은 값을 나타내었다.

환원유지력은 균주 첨가량이 많을수록 더 오랫동안 환원력이 유지되었고, 색상은 K/S 값이 1이하인 경우(B 계열)를 제외하고는 모두 PB 계열을 염색되었다.

[실시예 2] 합성 인디고를 이용한 환원 및 염색

(1) 이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애( Saccharomyces cerevisiae ) 균주를 이용한 환원 및 염색

환원은 뚜껑 있는 50 mL 시험관에 0,2% 탄산나트륨 수용액 35 mL과 합성 인디고 0.25 g을 넣은 후 이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주(OD 2.5~2.8) 양을 달리하여 첨가하였다.

염색 및 염색한 직물의 염색성은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.

상기 표 16 내지 표 18에서도 확인할 수 있듯이, 이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 0.17 g인 경우에는 6일 경과 후부터 환원 염색되어(염욕 pH 9.67, K/S 값 1.13) 7일째 최대 염착량(3.89)을 보였으나 그 이후에는 염색이 되지 않는 것을 확인할 수 있었다.

이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 0.33 g인 경우에는 6일 경과 후부터 환원 염색됨과 동시에 최대 염착량(염욕 pH 9.16, K/S 값 3.52)을 보였으나 7일까지만 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 0.5 g인 경우에는 6일 경과 후부터 환원 염색되었으며(염욕 pH 8.58, K/S 값 1.53), 7일째 최대 염착량(염욕 pH 8.04, K/S 값 2.40)을 보였고 8일까지만 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 염색 후 염욕의 pH는 이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량에 상관없이 경과일이 많아짐에 따라 계속 저하되었으며, 균주량이 많을수록 pH 저하 정도가 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

뿐만 아니라 환원개시는 균주량에 상관없이 모두 7일째부터 환원되었으며, 환원이 시작된 pH는 균주량이 많을수록 더 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

최대 염착량의 경우 균주 첨가량이 많을수록 더 낮은 최대 염착량을 보였으며, 이때의 염욕 pH는 더 낮은 값을 나타내었고, 환원유지력의 경우 2~3일 정도는 환원력이 유지되었으나 균주 첨가량에 따른 차이는 거의 없었으며, 색상은 모두 PB 계열을 염색되었다.

상기 염착량 및 합성 인디고의 환원력을 증가시키기 위하여 0.05%로 희석한 탄산나트륨 수용액에 35 mL에 합성 인디고 0.25 g을 넣은 후 이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주(OD 2.5~2.8) 양을 달리하여 첨가하였다. 또한, 4일째에 탄산나트륨을 각각 0.1 g, 0.15 g, 그리고 0.2 g 더 첨가하여 pH를 10.3으로 조절하여 주었다.

상기 표 19 내지 표 21에서도 확인할 수 있듯이, 이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 0.17 g인 경우에는 7일 경과 후부터 환원 염색되어(염욕 pH 10.13, K/S 값 3.03) 8일째 최대 염착량(5.43)을 보였으며, 환원력은 11일까지 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 0.33 g인 경우에는 7일 경과 후부터 환원 염색되어 9일째 최대 염착량(염욕 pH 9.98, K/S 값 6.33)을 보였으며, 12일까지 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

이스트로부터 분리한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 0.5 g인 경우에는 9일 경과 후부터 환원 염색되었으며(염욕 pH 10.10, K/S 값 4.99), 15일째 최대 염착량(염욕 pH 9.47, K/S 값 8.58)을 보였고 19일까지 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

최대 염착량의 경우 균주 첨가량이 많을수록 더 높은 최대 염착량을 보였으며, 이때의 염욕 pH는 더 낮은 값을 나타내었고, 환원유지력의 경우 균주 첨가량이 많을수록 더 오랫동안 환원력이 유지되었고, 색상은 모두 PB 계열을 염색되었다.

(2) 막걸리로부터 분리 동정한 사카로미세스 세레비지애( Saccharomyces cerevisiae ) 균주를 이용한 환원 및 염색

0.05% 탄산나트륨 수용액 35 mL에 합성 인디고 0.25 g을 넣은 후 막걸리로부터 분리 동정한 사카로미세스 세레비지애(OD 2.5~2.8) 양을 달리하여 첨가하고 경과일에 따른 환원효과를 살펴보았다.

단 2일째에 탄산나트륨 0.1 g을 첨가하여 pH를 조절하여 주었다.

염색은 상기 (1)과 동일한 방법으로 수행하였다.

상기 표 22에서도 확인할 수 있듯이, 막걸리로부터 분리 동정한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 0.5 g인 경우에는 5일 경과 후부터 환원 염색되었으며, 6일째에 최대 염착량(염욕 pH 8.65, K/S 값 4.03)을 보였고 10일 후까지 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

막걸리로부터 분리 동정한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 1.0 g인 경우에는 4일 경과 후부터 바로 환원 염색되었으나 균주량 0.5 g인 경우에 비해 더 낮은 염착량(염욕 pH 9.70, K/S 값 0.44)을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 5일 경과시에 최대 염착량(염욕 pH 8.64, K/S 값 7.22)을 보였으며, 14일 후까지 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

막걸리로부터 분리 동정한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 2.0 g인 경우에는 3일 경과 후부터 환원 염색되었으며(염욕 pH 8.96, K/S 값 0.49), 14일 경과시에 최대 염착량(염욕pH 8.25, K/S 값 12.79)을 보였고, 19일 후까지 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

상기 표 23 내지 25에서도 확인할 수 있듯이, 염색 후 염욕의 pH는 막걸리로부터 분리 동정한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량에 상관없이 경과일이 많아짐에 따라 계속 저하되었으며, 균주 첨가량이 많을수록 pH 저하 정도가 더 커서 같은 경과일수에서는 균주량이 많을수록 더 낮은 pH 값을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

환원개시는 균주량이 많을수록 환원이 더 빨리 일어났으며, 최대 염착량의 경우 막걸리로부터 분리 동정한 사카로미세스 세레비지애 균주의 첨가량이 2.0 g < 0.5 g < 1.0 g 순으로 최대 염착량을 나타내었으며, 최대 염착량을 보인 경과일수도 같은 순으로 더 빨라지는 것을 확인할 수 있었다.

환원유지력은 막걸리로부터 분리 동정한 사카로미세스 세레비지애 균주이 많을수록 더 오랫동안 환원력이 유지되었고, 색상은 K/S 값이 1.3 이하에서는 B 계열을, 그 이상에서는 PB 계열을 나타내었다.

(3) 공시균주 한세눌라 미수마이엔시스( Hansenula misumaiensis ) 균주(KCCM 50134)를 이용한 환원 및 염색

0.2% 탄산나트륨 수용액 35 mL에 합성 인디고 0.25 g을 넣은 후 공시균주 한세눌라 미수마이엔시스(OD 2.5~2.8)의 양을 달리하여 첨가하였다. 균주 첨가 전 합성 인디고의 교반 효과 및 균의 냉동/해동 효과를 함께 살펴보았다.

염색은 상기 (1)과 동일한 방법으로 수행하였다.

상기 표 26 내지 28에서도 확인할 수 있듯이, 공시균주 한세눌라 미수마이엔시스 생균을 첨가한 경우 5일만에 환원 염색되었으며, 6일만에 최대 염착량을 보였고(염욕 pH 8.94, K/S 값 1.66) 9일까지 환원 염색되어, 총 5일 동안 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

합성 인디고 12h 교반 후 공시균주 한세눌라 미수마이엔시스 생균을 첨가한 경우 환원개시일와 환원유지일은 교반하지 않은 경우와 같으나 7일만에 더 높은 최대 염착량(염욕 pH 8.90, K/S 값 2.26)을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

합성 인디고 12h 교반 후 냉동/해동한 공시균주 한세눌라 미수마이엔시스 균을 첨가한 경우 환원염색은 2일 더 늦은 7일만에 되었으나 더 높은 염책량을 보였으며(염욕pH 9.81, K/S 값 2.13), 최대 염착량도 더 높은 값을 보였다(염욕 pH 9.17, K/S 값 5.30). 반면 환원력은 3일 동안으로 가장 짧았다. 경과일에 따른 pH 저하도 8일까지는 가장 적게 나타으며, 색상은 K/S 값 1.25 이상에서는 모두 PB 계열을 나타내었다.

(4) 이스트를 이용한 환원 및 염색

상기의 (1) 내지 (3)의 결과를 바탕으로 이스트를 이용한 합성 인디고의 환원효과를 조사하였다.

환원 및 염색은 32℃의 항온수조에서 행하였으며, 환원용액은 알카리성 수용액으로 0.05% 탄산화나트륨 수용액(pH 10.85)을 사용하였다. 0.05% 탄산화나트륨 수용액 150 mL에 합성 인디고 양을 0.1, 0.3, 0.5, 그리고 1.0 g으로 첨가량을 달리하여 넣은 후 이스트 5 g을 첨가하여 경과일에 따른 환원효과를 살펴보았다.

경과일에 따라 마직물을 염색하였으며, 염색 후에는 염욕을 교반 시킨 후 pH를 측정하였다.

염색에는 시중 판매되는 마직물(모시)을 정련하여 사용하였다. 염색은 환원용액의 상등액에 마직물을 20분 동안 침지 후 공기중에서 산화, 발색, 수세하고 0.1% 아세트산 수용액으로 10분 중화 후 수세 건조하였다.

염색한 직물의 염색성은 색차계를 이용하여 최대 흡수파장에서의 표면염착량(K/S value)과 먼셀의 H V/C 값, 그리고 CIELAB 표색계에 의한 색좌표지수 a*, b*와 염색하지 않은 직물을 기준으로 한 색차 ΔE*를 측정하였다.

상기 표 28 및 하기 표 29 내지 32에서도 확인할 수 있듯이, 첨가되는 합성 인디고량에 상관없이 4일만에 모두 환원 염색되는 것을 확인할 수 있었으며, 최대 염착량은 합성 인디고 양이 많을수록 좀 더 높게 나타났으며, 모두 47일째 까지 계속 환원력이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

[실시예 3] 효모를 이용한 대용량의 합성 인디고의 환원 및 염색

상기 실시예 2의 결과를 바탕으로 이스트를 이용한 대용량 합성 인디고의 환원효과를 조사하였다.

환원 및 염색은 32℃의 항온수조에서 행하였으며, 환원용액은 알카리성 수용액으로 0.05% 탄산화나트륨 수용액(pH 10.85)을 사용하였다. 0.05% 탄산화나트륨 수용액 6 L에 합성 인디고 양을 20 g, 이스트 200 g을 첨가하여 환원효과를 살펴보았다.

상기 표 34의 결과에서도 확인할 수 있듯이, 대용량으로 합성 인디고를 환원하는 경우 7일만에 상기 표 29 내지 32에서 유사한 최대 염착량을 나타내었으며, 색상에서도 같은 PB 계열을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

상기의 비교예 1 및 실시예 1 내지 3의 결과로부터 본 발명에 따른 효모를 이용한 인디고의 환원은 기존 전통방법인 발효액 즉, 발효액 내 포함되어 있는 균주를 이용한 인디고의 환원 보다 짧은 시간 내 천연 인디고와 합성 인디고 모두를 효율적으로 환원시켜 직물의 염착량을 효율적으로 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

뿐만 아니라 본 발명에 따른 효모를 이용한 인디고의 환원은 천연 인디고 뿐 아니라 대용량의 합성 인디고에서도 효율적으로 직물의 염착량을 증가시킬 수 있고, 기존의 까다롭고 복합한 발효조건 등의 힘든 환원과정을 단순화 할 수 있어 인디고를 이용한 염색분야에 크게 기여할 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims

알카리성 수용액의 존재 하에, 사카로미세스 세르비지애(Saccharomyces cerevisiae), 사카로미세스 로제이(Saccharomyces rosei), 사카로미세스 우바륨(Saccharomyces uvarum), 사카로미세스 시바리에리(Saccharomyces chevalieri), 한세눌라 속(Hansenula spp.), 사카로미세스 토루라스포라 델브루키(Torulaspora delbrueckii) 또는 클루베로마이세스 서모토러런스(Kluyveromyces thermotolerans) 균주를 이용한 인디고의 환원방법.
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제 1항에 있어서,
상기 방법은 600 nm에서 측정한 균주의 OD(optical density) 값이 1.5 내지 3.5 농도인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 알카리성 수용액은 pH가 10 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 방법은 20℃ 내지 40℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서,
상기 방법은 교반작용 하에 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 인디고는 천연 인디고 또는 합성 인디고인 것을 특징으로 하는 방법.
천연 인디고 또는 합성 인디고를 사용하여 직물을 염색하는 방법으로, 불용성 염료를 제 1항, 제 4항 내지 제 8항 중 선택되는 어느 하나의 항에 따른 방법을 이용하여 환원시키면서 동시에 직물에 침지한 후 산화시키는 것을 특징으로 하는 염색방법.
제 9항에 있어서,
상기 염색은 20 내지 50℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 염색방법.