KR102179507B1

KR102179507B1 - 섬유소 분해효소를 이용한 섬유 개량방법

Info

Publication number: KR102179507B1
Application number: KR1020190063912A
Authority: KR
Inventors: 김영숙; 안채영; 김영균
Original assignee: 국민대학교산학협력단
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2020-11-17

Abstract

트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP) 균주 유래 셀룰레이즈를 유효성분으로 포함하는 섬유 가공제 및 상기 트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP) 균주 유래 셀룰레이즈를 이용한 섬유 개량방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 기존 상용 효소의 사용에 비해 섬유 감량률이 낮고, 색강도가 높으며, 인감강도 증가율이 높아 섬유의 바이오폴리싱에 유용하다.

Description

섬유소 분해효소를 이용한 섬유 개량방법{Method for Biopolising Fabric Using Cellulase}

본 발명은 섬유소 분해효소를 이용한 섬유 개량방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP) 균주 유래 셀룰레이즈를 유효성분으로 포함하는 섬유 가공제 및 상기 트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP) 균주 유래 셀룰레이즈를 이용한 섬유 개량방법에 관한 것이다.

섬유소는 자연계에 널리 분포하는 유기화합물로 자연계에서 구조적 기능을 담당한다. 면은 대부분 섬유소로 이루어진 자연 섬유로 직물을 만들 수 있는 자원이며, 면직물은 인체에 무해하고 환경 친화적이다. 면직물은 제조한 직후부터 다양한 스트레스를 받아 섬유소의 품질이 저하되며, 이에 따라 면직물의 품질을 결정하는 물성의 저하가 일어난다. 이를 극복하기 위해, 섬유소 분해효소인 셀룰라아제를 처리하여 잔털(fuzzy fiber)을 제거하고 표면을 매끄럽게 함으로써, 섬유표면의 광택 증가, 필링 발생 감소 및 색상을 선명하게 하여 면직물의 품질을 향상시킬 수 있다. 즉, 이러한 방법을 바이오폴리싱(biopolishing)이라고 한다.

셀룰라아제는 자연계에서 많이 생산되는 단백질로 생분해되므로 바이오폴리싱 후 환경문제를 유발하지 않기 때문에, 셀룰라아제가 섬유산업에서 바이오폴리싱의 용도로 널리 이용되고 있다. 또한, 셀룰라아제는 효소적 기질 특이성을 갖고 있기 때문에 섬유소에 선택적으로 반응한다. 따라서, 효소가 섬유에 반응할 부분을 선택적으로 작용함으로써 섬유 손상을 줄일 수 있다.

섬유소를 분해하는 셀룰라아제는 많은 미생물들이 생산하며, 크게 3가지 종류가 있다. 엔도-베타-글루카나아제(Endo-β-glucanase)는 섬유소의 내부에 작용하여 작은 분자의 섬유소를 만들어서 다른 두 종류의 효소가 작용할 수 있는 부위를 생성한다. 셀로바이오하이드로레이즈(cellobiohydrolase)는 섬유소의 말단에 작용하여 2개에서 4개 정도의 포도당으로 이루어진 분해물을 만들며, 베타-글루코시데이즈(β-glucosidase)는 최종적으로 작용하여 포도당으로 전환되게 한다. 이러한 3종류의 셀룰라아제의 비율은 사용목적에 따라 적절한 혼합비율을 가져야 한다.

이에, 본 발명자들은 바이오폴리싱에 효과적으로 적용할 수 있는 셀룰라아제를 개발하고자 예의 노력한 결과, 트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP) 유래 셀룰레이즈가 우수한 바이오폴리싱 효과가 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 바이오폴리싱에 효과적으로 적용할 수 있는 섬유소분해효소를 포함하는 섬유가공제를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 바이오폴리싱에 효과적으로 적용할 수 있는 섬유소분해효소를 이용한 섬유의 개량방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP) 유래 섬유소분해효소를 유효성분으로 함유하는 섬유가공제를 제공한다.

본 발명은 또한, 섬유에 트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP) 유래 셀룰레이즈를 처리하는 단계를 포함하는 섬유의 개량방법을 제공한다.

본 발명에 따른 트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP) 균주 유래 섬유소 분해효소는 기존 상용 효소에 비해 섬유 감량률이 낮고, 색강도가 높으며, 인감강도 증가율이 높아 섬유의 바이오폴리싱에 유용하다.

도 1은 면섬유를 pH 5.0, 50℃에서 60분간 0.3%(o.w.f) 셀룰레이즈 처리 후, 색 강도 (K/S) 값의 변화를 나타낸 것이다.
도 2는 면섬유를 pH 5.0, 50℃에서 60분간 0.4%(o.w.f) 셀룰레이즈 처리 후, 색 강도 (K/S) 값의 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 셀룰레이즈 처리 후 면 표면의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다(A: 미처리, B: 0.3%(o.w.f) KMF600 유래 셀룰레이즈, C: 0.4%(o.w.f) KMF600 유래 셀룰레이즈, D: 0.3%(o.w.f) Cellusoft 25000L, E: 0.4%(o.w.f) Cellusoft 25000L).

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.

본 발명에서는 목질계 바이오메스의 당화능이 우수한 트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP)(대한민국 특허출원 2018-0069387)유래 셀룰레이즈의 바이오폴리싱 효과를 상용효소(Cellusoft 25000L(Novozyme)와 비교하였다. 그 결과, 상용효소에 비하여, KMF006 균주 유래 섬유소분해효소가 기존 상용 효소에 비해 섬유 감량률이 낮고, 색강도가 높으며, 인장강도 증가율이 높아 섬유의 바이오폴리싱에 유용하다는 것을 확인하였다.

따라서, 본 발명은 일 관점에서, 트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP) 유래 셀룰레이즈를 유효성분으로 포함하는 섬유가공제에 관한 것이다.

본 발명에서, 상기 트리코더마 속 KMF006 균주는 셀룰로오스를 단당류(포도당)로 분해하는 과정에 필요한 엔도-β-1,4-글루카네이스, 셀로바이오하이드로레이스 및 베타-글루코시데이스를 모두 생산할 수 있다.

본 명세서에 사용된 용어, '셀룰레이스(cellulase)'는 셀룰로오스를 가수분해하는 효소의 총칭이며, '셀룰로오스(cellulose)'는 포도당이 β-1,4 글루코시드(β-1,4-glucosde) 결합으로 연결된 동종 중합체를 의미한다.

본 발명의 셀룰레이즈는 트리코더마 속 KMF006 균주를 배양한 배양액에서 수득되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 섬유는 면직물인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 ‘셀룰레이즈’는 트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP) 배양물, 세포 파쇄물, 정제된 효소 및 농축액 등을 모두 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 농축액이란, 상기 트리코더마 속 KMF006 균주의 배양물 또는 무세포( cell-free)배양액을 농축한 것을 의미한다.

본 발명의, 무세포(cell-free) 배양액이란 상기 미생물을 배양한 배지에서 배양된 미생물을 제거한 것을 의미하며, 배양물은 상기 배양된 미생물이 포함된 것을 의미한다.

다른 관점에서, 본 발명은 섬유에 트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP) 유래 셀룰레이즈를 처리하는 단계를 포함하는 섬유의 개량방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 처리는 pH 4~6 및 45~55℃에서 수행하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서, 섬유 중량대비 1~10% 효소 농도로 처리하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 셀룰레이즈는 섬유 중량의 0.01~1% 농도로 처리할 수 있으며, 바람직하게는 섬유 중량의 0.1~0.6%로 처리할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.2~0.5%로 처리할 수 있다.

본 발명의 일양태에서는 트리코더마 속 KMF006 균주 유래 셀룰레이즈를 면섬유에 처리하여, 섬유의 물리적 특징의 변화를 확인하였으며, KMF006 균주 유래 셀룰레이즈 처리한 섬유가 상용효소를 처리한 섬유에 비하여, 섬유의 감량률이 낮고, 색강도가 높으며, 인감강도 증가율이 높은 것을 확인하였으며, 이러한 결과로부터 KMF006 균주 유래 셀룰레이즈가 섬유의 바이오폴리싱에 유용하다는 것을 확인하였다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1: 셀룰레이즈 효소액의 제조

트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP)를 MEA 플레이트에서 5일 내지 7일 동안 배양하고, PDB 50 ㎖에 균사체를 접종하여 30℃에서 150 rpm으로 진탕하면서 5일 동안 전배양하였다.

본배양은 하기 표 1에 기재된 조건으로 액체배지를 제조하여 수행하였다. 제조된 액체배지에 전배양액 5%(w/v)를 접종하고, 150 rpm으로 30℃에서 24일간 배양하였다.

성분	농도
아비셀 (g/L)	30
효모 추출물 (g/L)	15
K₂HP0₄ (g/L)	5
KH₂P0₄(g/L)	5
MgS0₄(g/L)	3
pH	6.0

배양 완료 후 배양액을 Whatman 1 filter paper (GE Healthcare Life Sciences, Seoul, Korea)로 여과한 후, EMD Millipore Amicon™ Bioseparations Stirred Cells (Merck Millipore ㏇, Darmstadt, Germany)에 Ultracel　 10 kDa Ultrafiltration Discs를 이용하여 탈염, 농축하여 최종 효소 농축액을 확보하였다.

실시예 2: 셀룰레이즈 효소활성 측정

실시예 1에서 수득한 트리코더마 속 KMF006 균주 유래 효소액의 베타-글루코시데이스 활성, 엔도-베타-1,4-글루카네이스(endo-β-1,4-glucanase, EG) 활성 및 셀로바이오하이드로레이스(cellobiohydrolase, CBH)의 활성을 측정하였다.

2-1: 베타-글루코시데이스(β-glucosidase, BGL) 활성 측정

0.1M 아세트산 나트륨(sodium acetate, NaAC) 완충용액(pH 50) 0.8㎖에 10mM p-니트로페닐-β-D-글리코피라노시드(p-nitrophenyl-β-D-glycopyranoside,pNPG) 0.1 ㎖과 상기 본배양액 0.1 ㎖를 첨가하여 50℃에서 15분 동안 반응시켰다. 이후 2M 탄산나트륨(Na₂CO₃) 용액 0.1 ㎖를 첨가하여 반응을 정지시키고, 405㎚에서 흡광도를 측정하여 생성된 p-니트로페놀(p-nitrophenol)의 양을 확인하였다. 효소 활성 단위인 1 unit(U)은 일정 조건에서 15분 동안 p-니트로페놀 1 μmol을 생성하는데 필요한 효소의 양으로 정의하였다.

2-2: 엔도-베타-1,4-글루카네이스 활성

0.1M 아세트산 나트륨 완충용액(pH 5.0)에 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨을 2%(v/v) 농도로 용해시켜 효소 반응액을 제조하였다. 효소 반응액 45 ㎕에 배양액 5 ㎕를 첨가하여 50℃에서 30분 동안 반응시키고, 구리 용액 50 ㎕를 첨가한 후 100℃에서 10분 동안 가열하여 반응을 정지시켰다. 생성된 환원당의 양은 Somogyi-Nelson 방법으로 측정하였다(최신 실험 미생물학, p253, 2001) 효소 활성의 단위인 1 unit(U)은 일정 조건에서 30분 동안 글루코스(glucose) 1 μmol을 생성하는데 필요한 효소의 양으로 정의하였다.

2-3: 셀로바이오하이드로레이스 활성

0.1M 아세트산 나트륨 완충용액(pH 5.0) 08 ㎖에 p-니트로페닐-β-D-셀로바이오시드(p-nitrophenyl-β-D-cellobioside, pNPC) 0.1 ㎖과 배양액 0.1㎖를 첨가하여 50℃에서 15분 동안 반응시켰다. 이후 2M 탄산나트륨 용액 0.1 ㎖를 첨가하여 반응을 정지시키고, 405㎚에서 흡광도를 측정하여 생성된 p-니트로페놀(p-nitrophenol)의 양을 확인하였다. 효소 활성 단위인 1 unit(U)은 일정 조건에서 15분 동안 p-니트로페놀 1 μmol을 생성하는데 필요한 효소의 양으로 정의하였다.

효소활성단위 FPU(filter paper unit)는 트리코더마 속 KMF006 균주유래 셀룰레이즈를 이용하여, 셀룰레이즈 활성의 측정방법(Measurment of Cellulose Activity, NREL/TP-510-42628)에 의거하여 측정하였다. 기질로 50mg의 Whatman No. 1 여과지를 사용하여, 100mM sodium citrate buffer pH 4.5를 사용하였다. 기질인 50mg의 여과지를 넣은 테스트 튜브에 각 버퍼와 효소액을 넣고 50℃에서 60분간 반응시켰다. 그 후, 3mL DNS(3, 5 Dimitrosalicylic acid, Alfa Aesar) 시약을 넣고 5분간 끓는물에 넣고 반응을 정지시키고 상온으로 냉각시켰다. 펄프화된 여과지를 13500 rpm으로 10분간 원심분리하여 가라앉힌 후, 증류수와 일정비율로 섞어 540nM에서 흡광도를 측정하였다.

상기 방법으로 측정된 KMF006 균주 유래 효소액의 베타-글루코시데이스 활성, 엔도-베타-1,4-글루카네이스(endo-β-1,4-glucanase, EG) 활성 및 셀로바이오하이드로레이스(cellobiohydrolase, CBH)의 활성을 표 2에 나타내었다.

	효소 활성 (U/㎖)
효소 종류	베타-글루코시데이 스	엔도-베타-1,4-글루 카네이스	셀로바이오 하이드로레이스
KMF006 균주 유래 효소액	216.04±1094	202.13±785	8.9±034

실시예 3: 섬유에 섬유소 분해효소의 처리

실시예 1에서 제조한 KMF006 유래 셀룰레이즈의 섬유에 대한 바이오폴리싱 효과를 확인하였다.

농축 후, 효소활성은 KMF006의 경우, endo-β-glucanase활성이 1300.553 unit/mℓ, 상용효소(Reference Ⅱ)의 경우, endo-β-glucanase활성이 1454.559 unit/mℓ 인 것을 이용하였다. 동일한 활성의 효소를 사용하기 위하여 3000 unit/mℓ로 맞추어 효소량을 조절하였다.

대조군 효소로는 Cellusoft 25000L(Novozyme)을 사용하였다. 셀룰레이즈 처리과정은 적외선 염색기 (DL-6000, Starlet-2, DaeLim Starlet Co., Ltd., Shiheung, Korea)로 측정하였다. 처리에 사용된 섬유는 100% 면(한국생산기술연구원) 15.5g ± 0.7을 사용하였다.

계면활성제는 Tween 80(시그마알드리치)과 DGA(동아화학제, 한국)를 사용하였다. 계면활성제 농도는 일반적으로 섬유에 적용되는 농도인 1 g/L 수준으로 설정하였다. 이는 Na-Citrate pH 5.0의 Buffer에 농도를 맞추어 계량한 뒤 사용하였다.

셀룰레이즈 처리방법은 다음과 같다.

100% 면섬유를 15.5 ± 0.7 g가 되도록 자른 후, 90℃ 60분 건조 후, 항량에 도달 할때까지 데시게이터에서 처리하였다. 염색기 실린더를 개수에 맞게 준비하고 실린더에 버퍼+효소+계면활성제를 총 100mL이 되게 첨가하였다(액비 1:20). 면섬유를 말아서 실린더에 투입한 후, 염색기에 장착하고, pH 5.0 시작온도 50℃, 45rpm으로 회전, 60분 유지, 20분 동안 90℃로 승온, 90℃ 10분 유지 후 종료하였다. 처리된 섬유를 열수로 세척 후, 냉수로 세척한 후, 항량에 도달할 때까지 건조하였다.

3-1: 감량률 측정

감량률 계산은

= 감량률(%)방법으로 계산하였다.

효소 및 계면활성제 종류에 따른 면직물의 감량률을 표 3에 나타내었다.

셀룰레이즈 처리 후 면섬유의 감량률 변화

No.	효소	무게(g)		감량률 (%)	평균 감량률 (%)
No.	효소	처리전	처리 수	감량률 (%)	평균 감량률 (%)
1	KMF006 0.3%(o.w.f)	15.105	14.92	1.22476	1.08 ± 0.34
2		15.375	15.17	1.333333
3		15.205	15.1	0.690562
4	KMF006 0.4%(o.w.f)	15.405	15.23	1.135995	1.03 ± 0.09
5		15.295	15.14	1.013403
6		15.205	15.06	0.953634
7	Cellusoft 25000L 0.3%(o.w.f)	14.865	14.51	2.38816	1.63 ± 0.83
8		16.14	16.02	0.743494
9		15.705	15.43	1.751035
10	Cellusoft 25000L 0.4%(o.w.f)	15.305	14.88	2.77687	2.27 ± 0.48
11		15.46	15.18	1.811125
12		15.23	14.89	2.232436

* o.w.f:on the weight of fiber

표 3에 나타난 바와 같이, KMF006 유래 효소의 경우 0.3%(o.w.f)에서 1.08%의 감량률을 보이며 0.4%(o.w.f)를 처리하였을 때 1.03%의 감량률보다 더 큰 것으로 보아 0.3%(o.w.f)에서 최적조건을 나타낸다고도 볼 수 있으나 큰 차이를 보이지 않았다.

대조군인 Cellusoft 25000L의 경우 0.3%(o.w.f)에서 1.62%의 감량률을 보이며 0.4%(o.w.f)를 처리하였을 때 2.27%의 감량률로 KMF006 유래 효소보타 큰 감량율을 나타내었다.

또한 동일 0.3%(o.w.f)효소 농도의 경우에도 KMF006의 경우 1.08%의 감량률을 보이며 Cellusoft 25000L의 경우 1.62%의 감량률을 보여 Cellusoft 25000L의 감량율이 더 큰 것을 알 수 있다.

3-2: 표면 색 및 색 강도 (K/S) 측정

셀룰레이즈 처리 전후의 섬유의 표면색 및 색강도는 COLOR-EYE 3100(GretagMacbeth사)를 사용하여 측정하였으며, 효소 처리 후 400~700nm의 흡광 범위에서 3회씩 흡광도를 측정하여 그 평균값으로 나타내었다.

색강도 (K/S)는 색의 강도를 나타내는 것으로 섬유시료의 색이 빨강색에 가까울수록 540nm 파장에서 최대값을 보이는 것이 일반적이다.

그 결과, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 효소가 처리되지 않은 대조군 대비 효소처리된 시료가 모든 파장에서 색 강도(K/S)가 감소된 경향을 나타내었다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 0.3%(o.w.f)의 효소 처리 시, KMF006와 상용효소 (Cellusoft 25000L)의 색 강도 (K/S) 값이 480nm~560nm 파장 영역에서 대조군에 비해 낮은 경향을 나타내었다. KMF006의 경우 최대값을 나타내는 540nm 파장에서 KMF006이 2.473367nm로 상용효소 (Cellusoft 25000L)는 2.4368nm 에 비해 높은 값을 나타내어 상용효소 (Cellusoft 25000L)에 비해 색의 선명도가 더 높은 것으로 나타났다.

상기 3-1에서 0.3%(o.w.f)의 효소를 처리한 경우, KMF006의 감량률은 상용효소 (Cellusoft 25000L)에 비해 낮은 값을 보였으나 색의 선명도가 더 높은 것으로 나타나 KMF006의 Bio-polishing 효과가 상용효소 (Cellusoft 25000L)에 비해 우수한 것으로 판단된다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 0.4%(o.w.f)의 효소 처리 시, 색 강도 (K/S) 값은 최대값을 나타내는 540nm 파장에서 KMF006이 2.484833nm로 상용효소 (Cellusoft 25000L) 2.426533nm에 비해 높은 값을 나타내어 상용효소 (Cellusoft 25000L)에 비해 색의 선명도가 더 높은 것으로 판단되어 진다. 또한, 3-1에서 0.4%(o.w.f)의 효소 처리한 경우, KMF006의 감량률은 상용효소 (Cellusoft 25000L)에 비해 낮은 값을 보였으나 색의 선명도가 더 높은 것으로 나타나 KMF006의 Bio-polishing 효과가 상용효소 (Cellusoft 25000L)에 비해 우수한 것으로 판단된다.

효소 및 계면활성제 처리에 의한 면직물의 표면색 변화를 표 4에 나타내었다.

셀룰레이즈 처리 후 면섬유의 평균 색변화

No.	효소	L*	a*	b*	△E
미처리		57.91	41.97	-8.5	-
1	KMF006 0.3%(o.w.f)	57.9	40.98	-8.85	1.05
2		57.79	40.77	-8.76	1.23
3		57.67	40.67	-8.75	1.34
4	KMF006 0.4%(o.w.f)	57.79	40.78	-8.72	1.21
5		57.5	41.36	-8.8	0.8
6		58.09	40.8	-8.95	1.27
7	Cellusoft 25000L 0.3%(o.w.f)	57.89	40.57	-8.43	1.4
8		57.98	40.7	-8.43	1.27
9		58.25	41.34	-8.28	0.75
10	Cellusoft 25000L 0.4%(o.w.f)	57.93	41.01	-8.32	0.98
11		58.38	40.49	-8.24	1.58
12		57.99	41.17	-8.26	0.85

L* 값은 명도지수 (L* 값이 0은 검정이고 100은 흰색을 나타냄)를, a* 값은 redness-greenness (a* 값이 음수이면 초록이고 양수이면 빨강), b* 값은 yellow-blueness (b* 값이 음수이면 파랑이고 양수이면 노랑)를 나타내는 값이다. 또한 △E 값은 1이하일 때 색 변화가 없다는 것으로 의미하는 것으로 대부분의 경우, 1이상의 △E 값이 나타나 색 변화가 일어난 것으로 확인하였다.

KMF006 유래 효소처리의 경우 L값의 변화는 상용효소(Cellusoft 25000L)에 비해 전반적으로 변화폭이 작은 양상을 띄고 있으며 a*, b*값이 상용효소 (Cellusoft 25000L)에 비해 전반적으로 변화폭이 큰 것을 알 수 있다. 그러나 b*의 값이 KMF006의 경우 음의 값으로 Cellusoft 25000L의 경우 양의 값으로 변화하는 차이가 나타났다.

0.3%(o.w.f.)의 경우 △E 값이 KMF006의 값이 더 크고 0.4%(o.w.f.)의 경우 △E 값이 Cellusoft 25000L에서 더 큰 것을 알 수 있다.

3-1 및 3-2에서 0.4%(o.w.f) 농도의 효소를 처리한 경우 KMF006의 감량률이 상용효소(Cellusoft 25000L)에 비해 낮고 K/S값이 상용효소에 비해 높아 색의 선명도가 더 높으며 △E값도 상용효소에 비해 작은 것을 보아 KMF006의 Bio-polishing 효과가 상용효소(Cellusoft 25000L)에 비해 우수한 것으로 판단된다.

3-3 인장강도 측정

셀룰레이즈 처리 전후의 섬유의 인장강도는 한국산업표준 KS K 0520:2015의 Cut Strip법에 준하여 인장강도 시험기를 사용하여 경사방향으로 3회를 측정하여 평균값을 구하였다.

그 결과, 표 5에 나타난 바와 같이, 효소처리한 경우 KMF006과 Cellusoft 25000L 모두 최대하중이 증가한 것으로 관찰이 되었다.

0.3%(o.w.f.) 기준으로 KMF006의 경우 길이 방향으로 9.33%, 폭방향으로 33.41% 평균 21.37% 증가하고 Cellusoft 25000L의 경우 길이 방향으로 6.07% 폭 방향으로 16.41% 증가하여 평균 11.24% 증가하였다. KMF006의 인장강도율이 더 높은 것을 보아 Bio-polishing효과가 상용효소(Cellusoft 25000L)에 비해 우수한 것으로 판단된다.

0.4%(o.w.f.) 기준으로 KMF006의 경우 길이 방향으로 18.78%, 폭방향으로 23.49% 평균 21.135% 증가하고 Cellusoft 25000L의 경우 길이 방향으로 0.95% 감소하였고 폭 방향으로 15.58% 증가하여 평균 7.315% 증가하였다. KMF006의 인장강도율이 더 높은 것을 보아 Bio-polishing효과가 상용효소(Cellusoft 25000L)에 비해 우수한 것으로 판단된다.

셀룰레이즈 처리 후 면섬유의 인장강도 변화

	최대하중(kgf)
	길이	폭
미처리	17.78	8.47
KMF006 0.3%(o.w.f)	19.44	11.30
KMF006 0.4%(o.w.f)	21.12	10.46
Cellusoft 25000L 0.3%(o.w.f)	18.86	9.86
Cellusoft 25000L 0.4%(o.w.f)	17.61	9.79

3-1 및 3-2에서 0.4%(o.w.f) 농도의 효소를 처리한 경우 KMF006의 감량률이 상용효소(Cellusoft 25000L)에 비해 낮고 K/S값이 상용효소에 비해 높아 색의 선명도가 더 높으며 △E값도 상용효소에 비해 작으며 0.3%(o.w.f.)와 0.4%(o.w.f.)기준 모두 KMF006의 인장강도 증가율이 더 높은 것을 보아 KMF006의 Bio-polishing 효과가 상용효소(Cellusoft 25000L)에 비해 우수한 것으로 판단된다.

3-4: 필링(Pilling) 측정

셀룰레이즈 처리 전후의 섬유의 필링은 한국산업표준 KS K ISO 12945-1:2014의 필링 박스법에 준하여 시험편을 폴리우레탄 튜브에 끼워 일정한 속도로 회전하는 내부 표면이 코르크 판으로 되어 있는 상자 속에서 임의로 회전하여 시료 표면에 생긴 필링을 육안으로 평가하였다. 필링 측정 시 125mm x 125mm 크기의 4개 시료를 측정하여 이들의 평균치를 구하였다.

인위적으로 시료 표면에 필링이 생기도록 유도한 후 생기는 필링 정도에 따라 1~6등급으로 평가하며, 6등급인 경우 가장 필링이 적게 생기는 우수한 등급이다. 일반적으로 3등급 이상이면 합격이다.

그 결과, 표 6에 나타난 바와 같이, 미처리는 4등급이며, 그 외의 효소 처리군은 모두 5등급으로 미처리보다 향상된 결과를 나타내었다.

셀룰레이즈 처리 후 필링 검사 결과

	결과(급)
미처리	4
KMF006 0.3%(o.w.f)	5
KMF006 0.4%(o.w.f)	5
Cellusoft 25000L 0.3%(o.w.f)	5
Cellusoft 25000L 0.4%(o.w.f)	5

3-5: 표면 형태 관찰

셀룰레이즈 처리 전후의 섬유의 표면 형태 변화는 주사전자현미경(SEM, Hitachi S3500N, Hitachi High-Technologies Korea Co., Ltd, Korea)을 사용하여 30배, 50배, 100배의 배율로 관찰하였다.

그 결과, 도 3에 나타난 바와 같이, 셀룰레이즈 효소 처리시 미처리와 비교하여 유의미한 Bio-polishing 효과를 나타내었으나 각 0.3%(o.w.f.), 0.4%(0.w.f.)별 혹은 KMF006, 상용효소(Cellusoft 25000L)별 Bio-polishing 효과는 크게 두드러지게 나타나지 않았다.

3-6: 견뢰도 시험

효소처리가 면직물의 세탁, 일광 및 마찰 견뢰도에 미치는 영향을 고찰하고자 각각 한국산업표준 KS K ISO 150-C10:2010, KS K ISO 105-B02:2010, Ks K 0650:2011에 따른 평가를 실시하였다.

세탁 견뢰도는 Multfiber와 염색지를 10 cm x 4 cm 크기로 잘라 꿰맨 후, 비누액을 시험용기에 함께 넣어 50℃에서 45분간 작동시킨 후 건조시켜 grey scale로 등급을 판정하였다. 일광 견뢰도는 염색된 면직물의 햇빛에 대한 염료의 광 안정성을 측정하기 위한 것으로 인공광원인 카본 광원법으로 원단을 끼운 홀더를 일광 견뢰도 안에 장착 후 20시간 동안 노출시키고 표준포인 Blue wool과 비교하여 등급을 판정하였다. 등급은 0에서 8까지이며 0은 빛에 의해 색이 가장 많이 변한 것을 나타내며 8은 색변화가 가장 적은 것을 의미한다. 마찰 견뢰도는 마찰 견뢰도기의 하중자에 백면포를 씌운 후 원단위에 올려놓고 10회 왕복하였다. 이때 습마찰의 영향은 함수율 100% 백면포를 사용하여 측정하였다. 건조되면 동일하게 grey scale로 등급을 판정하였다.

그 결과를 표 7~9에 나타내었으며, 마찰 견뢰도의 경우는 KMF006. 0.4%(o.w.f)처리 시에는 마찰견뢰도의 차이가 없었으나, 나머지 효소 처리군의 경우는 반단계씩 마찰견뢰도가 반단계씩 낮아졌으며, 세탁견뢰도와 일광 견뢰도의 경우는 효소처리 후 견뢰도에 차이가 없어, 바이오 폴리싱 처리가 섬유의 견뢰도에 미치는 영향은 매우 적은 것으로 나타났다.

셀룰레이즈 처리 후 섬유의 세탁 견뢰도 측정결과

	오염(급)						변퇴 (급)
	Acetate	Cotton	Nylon	PET	Acrylic	Wool	변퇴 (급)
	미처리	4-5	4-5	4	4-5	4-5	4	4
KMF006 0.3%(o.w.f)	4-5	4-5	4	4-5	4-5	4	4
KMF006 0.4%(o.w.f)	4-5	4-5	4	4-5	4-5	4	4
Cellusoft 25000L 0.3%(o.w.f)	4-5	4-5	4	4-5	4-5	4	4
Cellusoft 25000L 0.4%(o.w.f)	4-5	4-5	4	4-5	4-5	4	4

셀룰레이즈 처리 후 면섬유의 마찰 견뢰도 측정결과

	오염(급)
	건	습
미처리	4-5	4
KMF006 0.3%(o.w.f)	4-5	3-4
KMF006 0.4%(o.w.f)	4-5	4
Cellusoft 25000L 0.3%(o.w.f)	4-5	3-4
Cellusoft 25000L 0.4%(o.w.f)	4-5	3-4

셀룰레이즈 처리 후 면섬유의 일광견뢰도 측정결과

	변퇴(급)
미처리	3
KMF006 0.3%(o.w.f)	3
KMF006 0.4%(o.w.f)	3
Cellusoft 25000L 0.3%(o.w.f)	3
Cellusoft 25000L 0.4%(o.w.f)	3

이상으로, 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims

다음 단계를 포함하는 섬유의 바이오폴리싱 방법:
(a) 섬유를 트리코더마 속 KMF006 균주(KCTC13500BP) 유래 엔도-베타-글루카나아제(Endo-β-glucanase), 베타-글루코시데이즈(β-glucosidase) 및 셀로바이오하이드로레이즈 (cellobiohydrolase)로 처리하여, 섬유의 인장강도 증가와 아울러, 색강도 감소율을 저하시키는 단계; 및
(a) 인장강도 증가와 아울러 색강도 감소율이 저하된 섬유를 수득하는 단계.
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제1항에 있어서, 상기 섬유는 면직물인 것을 특징으로 하는 섬유의 바이오폴리싱 방법.
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제1항에 있어서, 상기 처리는 pH 4~6 및 45~55℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는 섬유의 바이오폴리싱 방법.