KR101841353B1 - 전복 패각을 유효성분으로 포함하는 항미생물 조성물 및 이의 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전복의 패각을 유효성분으로 포함하는 항미생물 조성물 및 이를 포함한 줄눈재에 관한 것으로, 본 발명의 전복 패각을 이용한 줄눈재는 항미생물 활성이 뛰어나므로 특히 수분과 접촉하는 건물 바닥 타일의 시공이나 어항, 수영장 등에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

전복 패각을 유효성분으로 포함하는 항미생물 조성물 및 이의 용도{Antimicrobial composition comprising abalone shell as effective ingredient and uses thereof}

본 발명은 전복의 패각을 유효성분으로 포함하는 항미생물 조성물 및 이를 포함한 줄눈재에 관한 것이다.

전복조개의 껍질은 방해석 층, 단백질콘키올린 층, 아라고나이트(진주) 층을 포함하고 있다. 전복조개 껍질의 바깥은 탄산칼슘이 주성분인 방해석 층이고, 안쪽의 진주층은 아라고나이트라고 불리는 탄산칼슘 층이며, 이들은 콘키올린이란 단백질에 의하여 층층으로 연결되어 있다. 이에 따라 전복조개의 껍질은 단단하고 잘 깨지지 않는 특성을 갖는다. 또한 전복조개 껍질의 진주층은 주로 탄산칼슘의 무색투명한 결정으로 이루어져 있는데, 빛을 받으면 프리즘과 같은 색광현상을 일으켜서 청록 빛깔을 띤 복잡한 색상을 보이게 된다. 이러한 시각적 미려함으로 인하여, 전복조개 껍질의 진주층은 자개 제조에 많이 사용되어 왔다.

패각을 산업적으로 활용한 예로는 대한민국 특허출원 제10-2009-0018339호에 개시된 패각 입자를 활용하여 친환경적, 내충격성, 방수성, 방오성, 단열성 및 접착성이 우수한 인조대리석을 제조하는 기술, 대한민국 특허출원 제10-2004-0044875호에 개시된 패각을 이용한 건축물 내외장용 코팅재 등이 있으나, 전복 패각의 미생물 생장 억제 효과에 대해 구체적으로 개시된 내용은 없다.

한편 급수 및 배수시설이 갖추어진 건물의 바닥은 타일 시공이 되어 있는데 이들 타일의 시공방법은 콘크리트 마감재 상부에 타일본드나 콘크리트 등을 이용하여 얇게 도포한 후 그 도포된 타일본드나 콘크리트에 타일을 일정한 간격을 두고 부착한 후에 타일 사이의 공간을 백색 시멘트를 이용하여 메워 평평하게 하는 방법으로 이루어진다. 상기와 같이 타일 사이의 공간에 채워진 백색 시멘트를 '줄눈'이라고 하는데, 통상 줄눈은 시멘트와 같은 경화물질을 이용하여 형성되기 때문에 기간이 경과하면 물이 스며들거나 균열이 발생할 뿐만 아니라 곰팡이 등 미생물이 번식하기 쉬운 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1387125호 대한민국 등록특허 제10-1086633호

본 발명의 목적은 전복의 패각을 이용한 항미생물 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전복의 패각을 이용한 줄눈재 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전복의 패각가루를 유효성분으로 포함하는 항미생물 조성물을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 항진균 및 항조류(anti-algae) 활성을 나타낸다.

또한, 본 발명은 상기 항미생물 조성물을 포함하는 줄눈재(joint filler) 조성물을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 줄눈재 조성물은 전복의 패각가루 성분을 5 내지 15 중량%의 비율로 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 전복 패각가루의 항미생물 활성은 패각가루 성분을 5 중량% 함유하였을 때부터 나타났으며 그 이후로는 함량에 따른 효과의 상승이 크지는 않았다. 한편 패각가루를 20 중량% 이상의 비율로 함유하였을 때는 줄눈재의 부서짐 현상이 심하였다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 줄눈재 조성물은 경화제 및 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 줄눈재 조성물은 백시멘트를 85 내지 95 중량%의 비율로 함유하는 것일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 줄눈재 조성물은 수조, 수영장 또는 어항 등과 같이 물과 접촉하는 곳에 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 전복의 패각을 분쇄하여 패각가루를 준비하는 단계; 상기 패각가루를 백시멘트와 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 성형하는 단계를 포함하는 항미생물 활성을 갖는 줄눈재 조성물의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 패각가루는 줄눈재 조성물의 5 내지 15 중량%의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 패각가루를 준비하는 단계는, 전복 패각을 수세, 건조 및 조분쇄한 후 분쇄물을 소성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 전복 패각을 이용한 줄눈재는 항미생물 활성이 뛰어나므로 특히 수분과 접촉하는 건물 바닥 타일의 시공이나 어항 등에 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 작은 어항 안에 넣어둔 전복과 가리비 패각의 조류 부착 정도를 관찰한 사진이다. 오른쪽 사진이 약 5개월 후의 상태이며, 각 사진 속 어항의 왼쪽이 전복 패각, 오른쪽이 가리비 패각이다.
도 2는 백시멘트에 전복 패각가루와 가리비 패각가루를 각각 0, 5, 10, 20 중량%의 비율로 혼합하여 만든 타일 줄눈재를 타일 사이에 넣어 제작한 타일의 어항 내 조류 생장 억제 효과를 확인한 사진이다. 남조류 군체 중 가장 큰 것을 디지털현미경으로 촬영하고 그 장경을 측정하였다(60배 배율).
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전복 패각가루가 포함된 타일 줄눈의 조류 부착 억제 효과를 나타낸 결과이다.
도 4는 가리비 패각가루가 포함된 타일 줄눈의 조류 부착 억제 효과를 나타낸 결과이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 백시멘트와 혼합한 전복 패각가루의 곰팡이 생장 억제 실험을 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 백시멘트와 혼합한 전복 패각가루의 곰팡이 생장 억제 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 대조군인 가리비 패각가루가 포함된 백시멘트의 곰팡이 생장 억제 실험 결과이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유기물에 혼합한 전복 패각가루의 곰팡이 성장 억제 실험 결과이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 배지에 혼합한 전복 패각가루의 곰팡이 성장 억제 실험 결과이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 배지에 혼합한 전복 패각가루의 곰팡이 성장 억제 실험 결과 사진이다.
도 11은 전복 패각의 표면을 디지털현미경으로 촬영한 사진이다.
도 12는 전복 패각 안쪽 면의 SEM 사진이다(2,000X, 15,000X, 30,000X 배율).
도 13은 전복 패각 안쪽 면 주름 부위의 SEM 사진이다(4,000X, 30,000X, 60,000X 배율).
도 14는 전복과 가리비 패각 안쪽 면의 SEM 사진을 비교한 것이다.
도 15는 전복(좌)과 가리비(우) 패각가루의 원소 조성을 분석한 결과이다.
도 16은 종래의 항균시멘트와 본 발명의 전복 패각성분이 포함된 타일의 조류 생장 억제 비교 실험 결과이다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.

<실시예 1>

전복 패각의 조류 생장 억제 효과

<1-1> 어항 속 전복 패각의 조류 생장 억제

전복과 가리비의 패각을 솔로 깨끗하게 씻고 작은 어항에 넣은 뒤 약 5개월 후에 패각의 상태를 눈으로 관찰하였다.

그 결과 가리비 패각에 비해 전복 패각에 부착된 조류의 양이 훨씬 적은 것을 확인할 수 있었다(도 1). 전복과 가리비 패각을 어항에 넣은 직후(도 1의 왼쪽 사진)에는 전복 패각(사진의 왼쪽 패각)과 가리비 패각(사진의 오른쪽 패각) 모두 조류가 부착되지 않은 깨끗한 상태였으나, 약 5개월 후(도 1의 오른쪽 사진)에는 육안으로 보아도 전체적으로 조류의 부착과 생장의 차이가 매우 크게 나타났으며, 이는 전복의 패각이 조류의 부착과 생장을 억제하는 효과가 우수함을 보여준다.

<1-2> 전복 패각 가루를 포함한 타일 줄눈재의 조류 생장 억제

백시멘트에 전복 패각가루와 가리비 패각가루를 각각 0, 5, 10, 20 중량%의 비율로 혼합하여 타일의 줄눈을 만든 후 타일 사이에 넣어 제작한 타일을 수조 속에 넣었다. 그 후 줄눈에 발생한 남조류 군체 중 가장 큰 것을 촬영하고 그 장경을 측정하여, 시간의 경과에 따른 전복 패각 성분의 조류 생장 억제 효과를 검증하였다(표 1 및 도 2 내지 4).

전복과 가리비 패각가루가 포함된 타일 줄눈에 사는 조류의 상태 (단위 : mm)

구분		대조군 (0%)	패각 5% 함유	패각 10% 함유	패각 20% 함유
전복 패각	1차	0.168	0.046	0.020	0.020
	2차	0.110	0.069	0.030	0.030
	3차	0.177	0.147	0.086	0.084
	평균	0.15	0.09	0.05	0.04
가리비패각	1차	0.131	0.133	0.133	0.116
	2차	0.165	0.165	0.149	0.155
	평균	0.15	0.15	0.14	0.14

그 결과, 전복 패각가루를 함유한 타일 줄눈의 경우, 대조군(패각가루 미포함) 타일 줄눈에 비해 패각가루 성분의 비율이 높아짐에 따라 남조류 군체의 장경이 작아지는 것을 확인하였고, 특히 패각가루를 10% 혼합한 줄눈부터는 상당한 생장 억제효과가 관찰되었다. 그러나 가리비 패각에서는 패각가루의 함량을 증가시켜도 조류 생장 억제 효과가 나타나지 않았다.

< 실시예 2>

전복 패각의 곰팡이 생장 억제 효과

<2-1> 백시멘트에 혼합한 전복 패각의 곰팡이 생장 억제

백시멘트에 전복 패각가루를 일정 비율로 넣어 만든 재료를 곰팡이가 잘 자라는 곳에 설치하고 약 4주 동안 관찰한 결과 곰팡이가 발생하지 않은 것을 확인하였다(도 5 왼쪽 사진).

이에 상기 제작한 재료에 면봉으로 곰팡이(Aspergillus niger)를 접종하고 디지털 현미경으로 특정 표면을 촬영하고(도 5 오른쪽 사진), 수분을 충분하게 공급한 용기 내에서 1주간 배양 후 그 위치를 다시 촬영하여 변화를 관찰한 결과 전복 패각가루가 5 중량% 함유된 백시멘트 재료부터 곰팡이 생장 억제 효과가 관찰되기 시작하였고 전복 패각가루가 20 중량% 함유된 백시멘트 재료에서는 뚜렷한 효과가 나타났다(도 6). 반면에 가리비 가루는 그 효과를 확인하기 어려웠다(도 7). 따라서 전복 패각가루는 곰팡이의 생장을 억제하는 고유한 특성을 가지고 있음을 알 수 있었다.

<2-2> 유기물에 혼합된 전복 패각의 곰팡이 생장 억제

전복 패각 성분이 곰팡이의 생장에 미치는 영향을 알아보기 위해서 패각 가루를 유기물에 혼합하여 곰팡이의 생장 억제 효과를 관찰하였다. 국산 찹쌀가루와 수입산 밀가루, 국산 밀가루에 전복 패각가루를 각각 5, 10, 15, 20, 30 중량%로 혼합하여 실험하였을 때 모두 곰팡이 등 미생물이 나타나지 않았다. 그래서 다시 1, 2, 5 중량% 비율로 혼합하였을 때 대조군인 0 중량%에서는 미생물이 관찰되었지만 전복 패각가루가 1 중량% 들어갔을 때부터 상당한 억제 효과가 있음을 볼 수 있었다(표 2 및 도 8). 그러나 국산 밀가루의 경우 수분이 다량으로 발생하여 굳지 않았기 때문에 미생물이 관찰되지 않았다.

전복 패각가루가 포함된 유기물의 곰팡이 생장 억제 (단위: 콜로니 수)

구분		대조군(0%)	실험군(1%)	실험군(2%)	실험군(5%)	비고
찹쌀 가루	1회	30	8	6	3	유기물 중 곰팡이가 가장 많이 자람
	2회	50	12	4	1
	평균	40	10	5	2
수입산 밀가루	1회	50	0	0	0	수입 과정 에서 사용한 방부제 영향
	2회	50	0	0	0
	평균	50	0	0	0
국산 밀가루	1회	0	0	0	0	수분이 많이 생김
	2회	0	0	0	0
	평균	0	0	0	0

<2-3> PDA 배지에 혼합한 전복 패각의 곰팡이 생장 억제

전복 패각가루의 곰팡이 생장 억제 효과를 조사하기 위하여 PDA(Potato Dextrose Agar) 배지에 전복 패각가루를 1, 2, 5 중량%로 혼합하여 곰팡이 3종(생물R&E실험실에 있는 오염된 배지에서 추출한 △, ＊, ㆍ)에 대하여 곰팡이의 생장 억제 효과를 조사하였다. 그 결과 전복 패각가루가 없는 대조군에 비하여 1 중량% 있는 실험군에서 70% 정도가 억제되었고, 나아가 2 중량%에서는 80% 이상, 5%에서는 90% 이상의 억제되는 것을 확인하였다(표 3 및 도 9 내지 10).

전복 패각가루가 포함된 배지의 곰팡이 생장 억제 1차 [단위: 균사체 크기(mm)]

구분	대조군 (con)	실험군 1%	실험군 2%	실험군 5%	비고
a (△)	7	4	3	0
b (＊)	22	0	0	0
c (ㆍ)	9	6	3	3
평균	12.67	3.33	2.00	1.00

< 실시예 3>

전복 패각의 물리화학적 특성 분석

전복 패각의 항미생물 활성의 원인을 분석하기 위해 여러 물리적 및 화학적 특성을 조사하였다.

<3-1> 전복 패각 진주층의 표면 관찰

전복 패각의 진주층을 디지털현미경으로 촬영하여 분석한 결과 전복 패각도 나무의 나이테처럼 반복되는 많은 주름을 가지고 있는 것을 확인하였으며, 주름이 있는 각도에 따라 반사되는 색상에도 차이가 있었다(도 11).

가리비나 백합 조개의 패각에는 조류가 부착하여 잘 자라지만 전복 패각에서는 잘 자라지 않는 이유가 전복 패각의 진주층 때문인지 알아보기 위하여 송곳으로 표면에 골을 내어 수조에 넣고 관찰하였다. 그 결과 진주층과 더불어 골에도 조류가 부착하여 생장함을 알 수 있었다. 특히 송곳으로 파낸 골에는 조류가 더 많이 붙었는데, 그 이유는 진주층의 오목한 곳처럼 골이 깊어 금붕어와 기포 발생기에 의해 생기는 물의 흐름에 대한 영향을 적게 받기 때문인 것으로 보인다.

<3-2> 전복 패각의 주사전자현미경( SEM ) 사진 분석

전복 패각 진주층의 표면을 더 자세히 관찰하기 위하여 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하고 분석한 결과, 손으로 만질 때는 매끈하게 느껴졌던 진주층의 표면이 SEM 사진(15,000X, 30,000X 배율)에서는 작은 우물과 같은 구조를 가지고 있음을 확인하였다(도 12).

또한, 4,000X 배율에서는 진주층의 표면에서 관찰할 수 있었던 선이 더 뚜렷하게 나타났으며, 특히 60,000X 배율에서 우물 모양이 더욱 조밀하게 되어있는 것을 확인하였다(도 13). 이때 전복 표면의 작은 우물 모양의 장경은 0.5㎛ 이하로, 남조류(Aphanocapsa rivularis Rebenhorst ; 직경 4~6㎛)나 곰팡이 포자(1~10㎛)의 크기보다 작았다. 따라서 이러한 크기의 차이와 물의 유동성으로 인하여 조류의 부착이 더 어려워지므로 생장 억제에 영향을 주는 것으로 판단된다.

한편 주사전자현미경(SEM)으로 확인한 결과 전복 안쪽의 조밀한 우물 구조에 비하여 가리비는 납작한 판 모양이 겹겹이 싸여 있는 구조를 보였다(도 14).

<3-3> 전복과 가리비 패각가루의 조성 분석

상기 실시예들에 사용한 전복과 가리비의 패각가루의 성분을 분석하였다. 분석 실험은 울산과학기술원(UNIST)에서 수행하였다. 본 분석에서는 전복과 가리비 패각을 각각 건조 후 가루를 만들어 1차 CHNS(탄소, 수소, 질소, 황) 함유량 분석과 O(산소) 분석으로 나누어 실시하였다.

전복과 가리비 패각가루의 성분 분석 (단위 : 중량%)

구분		습도(%)	CHNS TEST					Oxygen TEST
			무게	질소	탄소	수소	황	무게	산소
전복 패각	1차	0	0.601	0	14.37	0.59	0	1.019	36.64
	2차	0	0.637	0	14.39	0.60	0	0.428	35.81
	3차	0	0.713	0	14.30	0.59	0	0.514	35.65
	평균	0	0.65	0.00	14.35	0.59	0.00	0.65	36.03
가리비 패각	1차	0	0.867	0	13.67	0.36	0	0.854	36.14
	2차	0	0.771	0	14.12	0.44	0	0.503	35.50
	3차	0	0.747	0	13.31	0.31	0	0.612	35.91
	평균	0	0.80	0..00	13.70	0.37	0.00	0.66	35.85

분석 결과 전복 패각가루가 가리비에 비하여 각각 탄소와 산소의 함유량이 조금 높게 나타났고, 특히 가리비에 비해 전복의 수소 함량이 상대적으로 더 많은 것을 알 수 있었다(표 4 및 도 15). 즉 전복 패각은 유기매트릭스로 구성되어 있으며 가리비보다 무기물에 대한 유기물의 비 또한 더 클 것으로 판단되며, 이로 인해 결합력이 강해지고 나노 크기의 우물 구조가 형성된 것으로 생각된다.

< 실시예 4>

본 발명에 따른 줄눈재의 조류 생장 억제 효과 비교실험

<4-1> 전복 패각을 이용한 줄눈재의 제조

해안 등에서 채취한 전복 패각을 깨끗한 물을 이용 세척하여 이물질을 제거한 후, 건조로에서 100~150℃에서 4~6시간 동안 건조한 후 선별기를 통해 분쇄기로 파쇄하고, 이 패각 입자 5~15%와 백시멘트 85~95%를 혼합하여 타일 줄눈 재료로 사용하였다.

<4-2> 종래의 항균시멘트와의 조류 생장 억제 비교

종래 시판되고 있는 항균백시멘트(제품명 : 칼라멘트, KS인증업체 : (주)삼OOOO, 항균 방수 기능 첨가)와 본 발명의 전복 패각성분이 포함된 타일 줄눈재의 조류 생장 억제 효과를 비교하기 위해 다음과 같이 비교실험을 수행하였다.

가. 수조에 찌꺼기를 가라앉히기 위하여 수조 장식 돌을 바닥에 깔음

나. 물을 붓고 가리비에 붙은 남조류를 송곳으로 긁어 넣음

다. 전복 패각성분을 각각 5%, 10%, 20% 혼합하여 만든 줄눈으로 제작한 타일을 수조에 넣음(대조군: 백시멘트 100%, 항균백시멘트 100% A, B세트)

라. 디지털현미경으로 군체의 크기를 관찰하고 장경을 측정함

위 측정 결과 항균시멘트는 대조군인 백시멘트에 비하여 약 10%의 억제 효과를 나타내었다(표 5).

구분 [전복 패각 가루 비율(%)]	군체의 크기가 가장 큼	군체의 크기가 2번째 큼	평균	상대크기	비고 (효과)
백시멘트 (0%)	0.344mm 이하	0.299mm 이하	0.322mm	비교군
항균백시멘트 A (0%)	0.353mm 이하	0.273mm 이하	0.313mm	97.2%	약 10%
항균백시멘트 B (0%)	0.300mm 이하	0.233mm 이하	0.267mm	82.9%

또한, 전복 패각가루의 농도에 따라서 남조류 균사체의 크기와 군체의 수가 현저히 감소함을 확인하였다(표 6 및 도 16 참조).

구분 [전복 패각 가루 비율(%)]	군체의 크기가 가장 큼	군체의 크기가 2번째 큼	평균	상대크기	비고 (효과)
백시멘트 (0%)	0.344mm 이하	0.299mm 이하	0.322mm	대조군
전복 패각 (5%)	0.210mm 이하	0.169mm 이하	0.190mm	약 59%	약 41%
전복 패각 (10%)	0.194mm 이하	0.161mm 이하	0.178mm	약 55%	약 45%
전복 패각 (20%)	0.137mm 이하	0.128mm 이하	0.133mm	약 41%	약 59%

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 전복의 패각가루 5 내지 20 중량% 및 백시멘트 80 내지 95 중량%의 비율로 포함하는 줄눈재(joint filler) 조성물.
4. 삭제
5. 제3항에 있어서,
   상기 줄눈재 조성물은 경화제 및 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
6. 삭제
7. 제3항에 있어서,
   상기 줄눈재 조성물은 수조, 수영장 또는 어항에 사용되는 것을 특징으로 하는 조성물.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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