KR20230169689A - Bacteria Cellulose-Milk Protein Complex and Method Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박테리아 셀룰로오스 섬유를 포함하는 다공성 구조체; 및 상기 다공성 구조체 내부의 기공 또는 상기 다공성 구조체의 표면에 구비된 우유 단백질 입자를 포함하는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 입자 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 형태안정성, 세탁 견뢰도, 방추도, 방수성, 및 난연성이 우수하여 동물 가죽을 대체할 수 있으며, 가죽으로 제작하는 난연성 물품에 사용될 수 있다. The present invention provides a porous structure comprising bacterial cellulose fibers; and a bacterial cellulose-milk protein particle complex comprising milk protein particles provided in pores inside the porous structure or on the surface of the porous structure, and a method for manufacturing the same. The bacterial cellulose-milk protein complex according to the present invention has excellent shape stability, washing fastness, spindle resistance, water resistance, and flame retardancy, so it can replace animal leather and can be used in flame-retardant articles made from leather.

Description

박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 및 이의 제조방법 {Bacteria Cellulose-Milk Protein Complex and Method Thereof}Bacteria Cellulose-Milk Protein Complex and Method Thereof}

본 발명은 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to bacterial cellulose-milk protein complexes and methods for their preparation.

천연가죽은 의류, 가구, 액세서리 등의 제품에 광범위하게 사용되고 있으나, 그 자원이 한정되어 수요를 충분히 충족시키지 못할 뿐만 아니라 각종 환경 문제와 동물 보호 문제로 수급이 더 줄어들고 있는 실정이다. 이러한 천연가죽의 대체품으로 인조가죽을 사용하고 있다. 인조가죽이란, 부직포와 폴리우레탄을 소재로 하여 인공적으로 만든 가죽 모조품을 의미하는 것으로, 현재 사용되고 있는 기존 인조가죽은 동물가죽만큼 유연성, 방추도 등이 좋지 않아 기존 동물 가죽을 대체하기가 쉽지 않다. 또한 일부 천연가죽의 경우, 난연성 성질을 나타내어 용접 도구 보관함, 화재 진압시 사용되는 장갑 및 부츠 등을 제작할 때 사용되고 있으나, 동물 보호 문제와 환경 문제 등으로 수급이 어려운 실정이므로, 난연성을 띠면서도 동물 가죽과 유사한 가죽 대체품이 필요한 실정이다. Natural leather is widely used in products such as clothing, furniture, and accessories, but its resources are limited and cannot fully meet demand, and supply and demand are further decreasing due to various environmental and animal protection issues. Artificial leather is used as a replacement for natural leather. Artificial leather refers to an artificial leather imitation made of non-woven fabric and polyurethane. The existing artificial leather currently used does not have as good flexibility and spindle resistance as animal leather, making it difficult to replace existing animal leather. In addition, some natural leathers exhibit flame retardant properties and are used in the manufacture of welding tool storage boxes, gloves and boots used for fire suppression, etc. However, supply is difficult due to animal protection and environmental issues, so animal leather, although flame retardant, is difficult to supply. There is a need for leather substitutes similar to these.

대한민국 등록공보 제10-2192110호(2020.12.10)Republic of Korea Registered Publication No. 10-2192110 (2020.12.10)

일 양상은 박테리아 셀룰로오스 섬유를 포함하는 다공성 구조체; 및 상기 다공성 구조체 내부의 기공 또는 상기 다공성 구조체의 표면에 구비된 우유 단백질 입자를 포함하는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 및 이를 포함하는 인조가죽을 제공하는 것이다. One aspect includes a porous structure comprising bacterial cellulose fibers; and a bacterial cellulose-milk protein complex containing milk protein particles provided in pores inside the porous structure or on the surface of the porous structure, and artificial leather containing the same.

다른 양상은 정제수에 우유 단백질을 혼합하여 우유 단백질 용액을 생성하는 단계; 우유 단백질 용액에 가교제와 촉매제를 첨가하여 혼합물을 생성하는 단계; 상기 혼합물에 박테리아 셀룰로오스 섬유를 포함하는 다공성 구조체를 침지시켜 상기 다공성 구조체 내부 기공 또는 표면의 적어도 일부에 우유 단백질이 구비된 복합체를 제조하는 단계; 및 상기 복합체를 건조하는 단계;를 포함하는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조 방법 및 이를 통하여 제조된 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제공하는 것이다.Another aspect includes mixing milk protein with purified water to produce a milk protein solution; Adding a cross-linking agent and a catalyst to the milk protein solution to create a mixture; immersing a porous structure containing bacterial cellulose fibers in the mixture to prepare a composite in which milk proteins are provided on at least a portion of the inner pores or surface of the porous structure; and drying the complex; to provide a method for producing a bacterial cellulose-milk protein complex, and a cellulose-milk protein complex produced thereby.

본 명세서에서 용어 '복합체'는 두 가지 이상의 구성요소를 포함하는 물체를 말한다. 예를 들면, '박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 입자 복합체'는 박테리아 셀룰로오스 및 우유 단백질 입자를 포함한다. As used herein, the term 'composite' refers to an object containing two or more components. For example, 'bacterial cellulose-milk protein particle complex' includes bacterial cellulose and milk protein particles.

일 양상은 박테리아 셀룰로오스 섬유를 포함하는 다공성 구조체; 및 상기 다공성 구조체 내부의 기공 또는 상기 다공성 구조체의 표면에 구비된 우유 단백질 입자를 포함하는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제공하는 것이다. One aspect includes a porous structure comprising bacterial cellulose fibers; and providing a bacterial cellulose-milk protein complex including milk protein particles provided in pores inside the porous structure or on the surface of the porous structure.

상기 박테리아 셀룰로오스 섬유를 포함하는 다공성 구조체는 통상의 기술자에게 알려진 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 다공성 구조체는 박테리아 셀룰로오스 겔(BC gel)을 효모 추출물과 함께 배양하여 제조한 것일 수 있으며, 또는 스코비(SCOBY, symbiotic culture of bacteria and yeast)로부터 제조된 다공성 구조체일 수 있다. 예를 들면 글루코스, 수크로스, 만니톨 등 탄소원 (Carbon source) 분말에 효모 추출물 및 펩톤 분말 등 질소원(Nitrogen source)을 증류수와 함께 혼합하여 가열한 후 25℃에서 식히는 단계와 박테리아 셀룰로오스 겔(BC gel)을 혼합물에 투여하여 8일간 배양하는 단계, 그 후 NaOH로 세척하는 단계, 아세트산(Acetic acid)로 중화시키는 단계, H2O2로 표백하는 단계 및 건조하는 단계를 반복함으로써 제조할 수 있고, 구체적으로는 논문 [Han, Shim and Kim. Effects of cultivation, washing, and bleaching conditions on bacterial cellulose fabric production. Textile Research Journal 2018, 89(6): 1094-1104] 에 기재되어 있는 방법을 참고할 수 있다.The porous structure containing the bacterial cellulose fibers can be manufactured by methods known to those skilled in the art. For example, the porous structure may be manufactured by culturing bacterial cellulose gel (BC gel) with yeast extract, or it may be a porous structure manufactured from SCOBY (symbiotic culture of bacteria and yeast). For example, mixing carbon source powder such as glucose, sucrose, and mannitol with nitrogen source such as yeast extract and peptone powder with distilled water, heating, cooling at 25°C, and bacterial cellulose gel (BC gel). It can be prepared by repeating the steps of adding to the mixture and culturing for 8 days, then washing with NaOH, neutralizing with acetic acid, bleaching with H2O2, and drying. Specifically, the paper [Han, Shim and Kim. Effects of cultivation, washing, and bleaching conditions on bacterial cellulose fabric production. You can refer to the method described in [Textile Research Journal 2018, 89(6): 1094-1104].

상기 박테리아 셀룰로오스 섬유를 포함하는 다공성 구조체의 셀룰로오스는 셀룰로오스를 생산하는 균을 통해 제조된 것으로, 셀룰로오스를 생산할 수 있는 모든 균이 사용될 수 있다.The cellulose of the porous structure containing the bacterial cellulose fibers is manufactured through bacteria that produce cellulose, and any bacteria that can produce cellulose can be used.

일 구체예에 따르면, 상기 박테리아 셀룰로오스는 아세토박터 자일리늄 (Acetobacter xylinum), 코마가타이박터 자일리누스 (Komagataeibacter xylinus), 또는 글루코나세토박터 자일리누스 (Gluconacetobacter xylinus)로 제조된 것일 수 있다.According to one embodiment, the bacterial cellulose may be manufactured from Acetobacter xylinum, Komagataeibacter xylinus , or Gluconacetobacter xylinus .

일 구체예에 따르면, 상기 우유 단백질은 분리 유청 단백질 (WPI, Whey protein isolate) 또는 카제인 (casein)일 수 있다. According to one embodiment, the milk protein may be whey protein isolate (WPI) or casein.

일 구체예에 따르면, 상기 우유 단백질 입자는 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체의 100 중량부를 기준으로 30 중량부 내지 70 중량부, 40 중량부 내지 60 중량부, 또는 45 중량부 내지 55 중량부일 수 있다. 상기 복합체가 우유 단백질 입자를 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체 100 중량부를 기준으로 45 중량부 내지 55 중량부일 때 가장 난연성이 우수할 수 있다. According to one embodiment, the milk protein particles may be 30 parts by weight to 70 parts by weight, 40 parts by weight to 60 parts by weight, or 45 parts by weight to 55 parts by weight based on 100 parts by weight of the bacterial cellulose porous structure. The flame retardancy may be the best when the composite contains 45 to 55 parts by weight of milk protein particles based on 100 parts by weight of the bacterial cellulose porous structure.

상기 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 입자 복합체는 난연성 성질을 나타내는 것일 수 있다. 상기 난연성은 연소하기 어려운 재료의 성질을 의미하는 것으로, 화재의 확대를 늦추거나 또는 멈추게 하는 역할을 할 수 있다.The bacterial cellulose-milk protein particle complex may exhibit flame retardant properties. The flame retardancy refers to the property of a material that is difficult to burn, and can play a role in slowing or stopping the spread of a fire.

일 구체예에 따르면, 상기 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 가교제를 더 포함하는 것일 수 있다. According to one embodiment, the bacterial cellulose-milk protein complex may further include a cross-linking agent.

상기 가교제는 시트르산 (Citric acid), 글루코스 (Glucose), 글리옥살(Glyoxal), 글루타르알데하이드 (Glutaraldehyde), 폴리아크릴산 (polyacrylic acid), BTCA (1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid) 일 수 있다. 예를 들면, 시트르산일 수 있다.The crosslinking agent may be citric acid, glucose, glyoxal, glutaraldehyde, polyacrylic acid, or BTCA (1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid). . For example, it may be citric acid.

상기 가교제는 전체의 5% 내지 15% 농도일 수 있으며, 또는 박테리아 셀룰로오스 100 중량부를 기준으로 50 중량부 내지 150 중량부일 수 있다. 예를 들면, 박테리아 셀룰로오스 100 중량부를 기준으로 시트르산이 70 중량부 내지 130 중량부 일 수 있다.The cross-linking agent may have a concentration of 5% to 15% of the total, or may have a concentration of 50 to 150 parts by weight based on 100 parts by weight of bacterial cellulose. For example, citric acid may be 70 to 130 parts by weight based on 100 parts by weight of bacterial cellulose.

다른 양상은 박테리아 셀룰로오스 섬유를 포함하는 다공성 구조체; 및 상기 다공성 구조체 내부의 기공 또는 상기 다공성 구조체의 표면에 구비된 우유 단백질 입자를 포함하는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 포함하는 인조가죽을 제공하는 것이다. Other aspects include porous structures comprising bacterial cellulose fibers; and a bacterial cellulose-milk protein complex containing milk protein particles provided in pores inside the porous structure or on the surface of the porous structure.

일 구체예에 따르면, 상기 우유 단백질 입자는 분리 유청 단백질 (WPI) 또는 카제인 (casein)인 것일 수 있다. According to one embodiment, the milk protein particles may be whey protein isolate (WPI) or casein.

일 구체예에 따르면, 상기 우유 단백질 입자는 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체 100 중량부를 기준으로 30 중량부 내지 70 중량부, 40 중량부 내지 60 중량부, 또는 45 중량부 내지 55 중량부일 수 있다. 상기 복합체가 우유 단백질 입자를 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체 100 중량부를 기준으로 45 중량부 내지 55 중량부일 때 가장 난연성이 우수할 수 있다. According to one embodiment, the milk protein particles may be 30 parts by weight to 70 parts by weight, 40 parts by weight to 60 parts by weight, or 45 parts by weight to 55 parts by weight based on 100 parts by weight of the bacterial cellulose porous structure. The flame retardancy may be the best when the composite contains 45 to 55 parts by weight of milk protein particles based on 100 parts by weight of the bacterial cellulose porous structure.

상기 인조가죽은 난연성 성질을 나타내는 것일 수 있다. 상기 난연성은 연소하기 어려운 재료의 성질을 의미하는 것으로, 화재의 확대를 늦추거나 또는 멈추게 하는 역할을 할 수 있다.The artificial leather may exhibit flame retardant properties. The flame retardancy refers to the property of a material that is difficult to burn, and can play a role in slowing or stopping the spread of a fire.

상기 인조가죽은 상기 외피의 반대면에 부착되는 탄성시트, 탄성시트의 이면에 부착되는 내피를 적층시켜 제조할 수 있다. 상기 외피는 질감을 향상 시키기 위해 아크릴 계열 또는 우레탄 계열의 수지를 코팅할 수 있고, 외피에 천연 가죽 무늬나 기하학 무늬를 구현하기 위해 엠보싱 처리를 할 수 있다.The artificial leather can be manufactured by laminating an elastic sheet attached to the opposite side of the outer skin and an inner skin attached to the back side of the elastic sheet. The outer shell can be coated with an acrylic-based or urethane-based resin to improve the texture, and can be embossed to create a natural leather pattern or geometric pattern on the outer shell.

또 다른 양상은 정제수에 우유 단백질을 혼합하여 우유 단백질 용액을 생성하는 단계; 우유 단백질 용액에 가교제와 촉매제를 첨가하여 혼합물을 생성하는 단계; 상기 혼합물에 박테리아 셀룰로오스 섬유를 포함하는 다공성 구조체를 침지시켜 상기 다공성 구조체 내부 기공 또는 표면의 적어도 일부에 우유 단백질 입자가 구비된 복합체를 제조하는 단계; 및 상기 복합체를 건조하는 단계;를 포함하는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조 방법을 제공하는 것이다. Another aspect includes mixing milk protein with purified water to produce a milk protein solution; Adding a cross-linking agent and a catalyst to the milk protein solution to create a mixture; immersing a porous structure containing bacterial cellulose fibers in the mixture to prepare a composite in which milk protein particles are provided on at least a portion of the inner pores or surface of the porous structure; and drying the complex. To provide a method for producing a bacterial cellulose-milk protein complex including a step.

일 구체예에 따르면, 상기 혼합물을 생성하는 단계는 단백질 변성 공정을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 단백질 변성 공정은 pH 9 내지 pH 11으로 적정하고 진탕 배양하는 단계일 수 있으며, 상기 진탕 배양은 75 내지 85℃ 에서 하는 것일 수 있다. 또한 상기 진탕 배양은 10분 내지 30분 동안 60 내지 100rpm으로 실시하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the step of generating the mixture may further include a protein denaturation process. The protein denaturation process may include titrating to pH 9 to pH 11 and cultivating with shaking, and the shaking culturing may be performed at 75 to 85°C. Additionally, the shaking culture may be performed at 60 to 100 rpm for 10 to 30 minutes.

일 구체예에 따르면, 상기 우유 단백질은 분리 유청 단백질 (WPI) 또는 카제인 (casein)일 수 있다. According to one embodiment, the milk protein may be whey protein isolate (WPI) or casein.

일 구체예에 따르면, 상기 가교제와 촉매제의 구성비는 4:3 내지 1:2인 것일 수 있다. According to one embodiment, the composition ratio of the crosslinking agent and catalyst may be 4:3 to 1:2.

일 실시예에 따르면, 상기 가교제와 촉매제의 구성비가 2:1에서 1:1로 변경될 때 난연성이 현저히 증가하였으며, 1:1에서 1:2로 변경될 때 난연성이 점차 감소하는 것을 확인하였다. According to one example, it was confirmed that flame retardancy significantly increased when the composition ratio of the crosslinking agent and catalyst was changed from 2:1 to 1:1, and that flame retardancy gradually decreased when changed from 1:1 to 1:2.

일 구체예에 따르면, 상기 가교제는 시트르산 (Citric acid), 글루코스 (Glucose), 글리옥살(Glyoxal), 글루타르알데하이드 (Glutaraldehyde), 폴리아크릴산 (polyacrylic acid), BTCA (1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid) 일 수 있다. 예를 들면, 시트르산 (Citric acid)일 수 있다. According to one embodiment, the cross-linking agent is citric acid, glucose, glyoxal, glutaraldehyde, polyacrylic acid, BTCA (1,2,3,4- butanetetracarboxylic acid). For example, it may be citric acid.

상기 가교제는 전체의 5% 내지 15% 농도일 수 있으며, 또는 박테리아 셀룰로오스 100 중량부를 기준으로 50 중량부 내지 150 중량부일 수 있다. 예를 들면, 박테리아 셀룰로오스 100 중량부를 기준으로 시트르산이 70 중량부 내지 130 중량부 일 수 있다.The cross-linking agent may have a concentration of 5% to 15% of the total, or may have a concentration of 50 to 150 parts by weight based on 100 parts by weight of bacterial cellulose. For example, citric acid may be 70 to 130 parts by weight based on 100 parts by weight of bacterial cellulose.

일 구체예에 따르면, 상기 촉매제는 하이포아인산나트륨 (Hypophosphite Sodium), 이산화티타늄 (Titanium dioxide), 염화수소 (Hydrogen chloride), 황산 (Sulfuric acid), 과황산칼륨 (Potassium persulfate)일 수 있다. 예를 들면, 하이포아인산나트륨(Hypophosphite Sodium)일 수 있다. According to one embodiment, the catalyst may be sodium hypophosphite, titanium dioxide, hydrogen chloride, sulfuric acid, or potassium persulfate. For example, it may be sodium hypophosphite.

다른 양상은 정제수에 우유 단백질을 혼합하여 우유 단백질 용액을 생성하는 단계; 우유 단백질 용액에 가교제와 촉매제를 첨가하여 혼합물을 생성하는 단계; 상기 혼합물에 박테리아 셀룰로오스 섬유를 포함하는 다공성 구조체를 침지시켜 상기 다공성 구조체 내부 기공 또는 표면의 적어도 일부에 우유 단백질 입자가 구비된 복합체를 제조하는 단계; 및 상기 복합체를 건조하는 단계;를 포함하는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조 방법으로 제조된 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제공하는 것이다. Another aspect includes mixing milk protein with purified water to produce a milk protein solution; Adding a cross-linking agent and a catalyst to the milk protein solution to create a mixture; immersing a porous structure containing bacterial cellulose fibers in the mixture to prepare a composite in which milk protein particles are provided on at least a portion of the inner pores or surface of the porous structure; and drying the complex. To provide a bacterial cellulose-milk protein complex prepared by a method for producing a bacterial cellulose-milk protein complex comprising.

상기 혼합물을 생성하는 단계, 가교제, 및 촉매제는 상기에 기재되어 있는 것과 동일하다.The steps for producing the mixture, crosslinking agents, and catalysts are the same as described above.

상기 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 인조가죽으로 사용할 수 있으며, 상기 인조가죽은 상기 외피의 반대면에 부착되는 탄성시트, 탄성시트의 이면에 부착되는 내피를 적층시켜 제조할 수 있다. 상기 외피는 질감을 향상 시키기 위해 아크릴 계열 또는 우레탄 계열의 수지를 코팅할 수 있고, 외피에 천연 가죽 무늬나 기하학 무늬를 구현하기 위해 엠보싱 처리를 할 수 있다.The bacterial cellulose-milk protein complex can be used as artificial leather, and the artificial leather can be manufactured by laminating an elastic sheet attached to the opposite side of the outer skin and an inner skin attached to the back side of the elastic sheet. The outer shell can be coated with an acrylic-based or urethane-based resin to improve the texture, and can be embossed to create a natural leather pattern or geometric pattern on the outer shell.

본 발명에 따른 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 형태안정성, 세탁 견뢰도, 방추도, 방수성, 및 난연성이 우수하여 동물 가죽을 대체할 수 있으며, 가죽으로 제작하는 난연성 물품에 사용될 수 있다. The bacterial cellulose-milk protein complex according to the present invention has excellent shape stability, washing fastness, spindle resistance, water resistance, and flame retardancy, so it can replace animal leather and can be used in flame-retardant articles made from leather.

도 1은 물리적 포괄 방법을 사용하여 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제조하는 방법에 관한 모식도이다.
도 2는 가교결합을 통한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제조하는 방법에 관한 모식도이다.
도 3은 물리적 포괄 및 가교결합을 통한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제조하는 방법에 관한 모식도이다.
도 4A는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조시 난연성 성질을 현저히 나타낼 수 있는 분리 유청 단백질의 적정 함량을 확인한 데이터이고, 도 4B는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조시 난연성 성질을 현저히 나타낼 수 있는 카제인의 적정 함량을 확인한 데이터이다.
도 5는 물리적 포괄 방식과 가교결합 방식의 순서를 변경함에 따라 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 난연성 성질을 확인한 데이터이다.
도 6는 가교제 종류를 변경하여 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 표면과 복합체를 접었을 때 모양을 나타낸 데이터이다.
도 7은 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조시 가교제인 시트르산의 함량에 따른 난연성 성질의 정도를 확인한 데이터이다.
도 8은 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조시 가교제와 촉매제의 비율에 따른 난연성 성질의 정도를 확인한 데이터이다.
도 9은 FT-IR로 화학구조를 분석한 데이터로, A는 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체, 분리 유청 단백질을 사용하여 물리적 포괄로 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 (BC-WPI-ent) 및 분리 유청 단백질을 사용하여 물리적 포괄 및 가교결합으로 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 (BC-WPI-x)의 FT-IR 분석 결과이고, B는 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체, 카제인을 사용하여 물리적 포괄로 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 (BC-casein-ent) 및 카제인을 사용하여 물리적 포괄 및 가교결합으로 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 (BC-casein-x)의 FT-IR 분석 결과이다.
도 10은 XRD로 결정도를 분석한 데이터로, A는 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체, 분리 유청 단백질을 사용하여 물리적 포괄로 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 (BC-WPI-ent) 및 분리 유청 단백질을 사용하여 물리적 포괄 및 가교결합으로 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 (BC-WPI-x)의 XRD 분석 결과이고, B는 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체, 카제인을 사용하여 물리적 포괄로 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 (BC-casein-ent) 및 카제인을 사용하여 물리적 포괄 및 가교결합으로 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 (BC-casein-x)의 XRD 분석 결과이다.
도 11은 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체 및 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 표면 구조를 SEM으로 관찰한 사진이다.
도 12는 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체 및 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 표면 원소를 EDS로 분석한 데이터이다.
도 13은 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체 및 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 난연성 성질을 확인한 데이터이다.
도 14는 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체 및 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 접촉각을 확인한 데이터이다.
도 15는 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체 및 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 물 흡수 정도 (방수 정도)를 확인한 데이터이다.
도 16은 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체 및 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 유연성 정도를 확인한 데이터이다.
도 17은 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체 및 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 방추도를 확인한 데이터이다.
도 18은 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체 및 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 형태안정성을 확인한 데이터이다.
도 19는 박테리아 셀룰로오스 다공성 구조체 및 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 세탁 견뢰도를 확인한 데이터이다.
Figure 1 is a schematic diagram of a method for preparing bacterial cellulose-milk protein complex using a physical encapsulation method.
Figure 2 is a schematic diagram of a method for producing a bacterial cellulose-milk protein complex through cross-linking.
Figure 3 is a schematic diagram of a method for producing a bacterial cellulose-milk protein complex through physical encapsulation and cross-linking.
Figure 4A shows data confirming the appropriate content of whey protein isolate, which can significantly exhibit flame retardant properties when manufacturing a bacterial cellulose-milk protein complex, and Figure 4B shows the titration of casein, which can significantly exhibit flame retardant properties when manufacturing a bacterial cellulose-milk protein complex. This is data confirming the content.
Figure 5 shows data confirming the flame retardant properties of the bacterial cellulose-milk protein complex by changing the order of the physical encapsulation method and the cross-linking method.
Figure 6 is data showing the surface of a bacterial cellulose-milk protein complex prepared by changing the type of cross-linker and the shape when the complex is folded.
Figure 7 shows data confirming the degree of flame retardancy according to the content of citric acid, a cross-linking agent, when manufacturing a bacterial cellulose-milk protein complex.
Figure 8 shows data confirming the degree of flame retardancy according to the ratio of cross-linking agent and catalyst when producing a bacterial cellulose-milk protein complex.
Figure 9 is data analyzing the chemical structure by FT-IR, where A is a bacterial cellulose porous structure, a bacterial cellulose-milk protein complex (BC-WPI-ent) prepared by physical encapsulation using whey protein isolate, and whey protein isolate. FT-IR analysis results of bacterial cellulose-milk protein complex (BC-WPI-x) prepared by physical inclusion and cross-linking using B, B is bacterial cellulose porous structure, bacterial cellulose prepared by physical inclusion using casein. -This is the result of FT-IR analysis of milk protein complex (BC-casein-ent) and bacterial cellulose-milk protein complex (BC-casein-x) prepared by physical encapsulation and cross-linking using casein.
Figure 10 shows data analyzing the crystallinity by B is the XRD analysis result of the bacterial cellulose-milk protein complex (BC-WPI-x) prepared by physical inclusion and cross-linking, and B is the bacterial cellulose-milk protein complex prepared by physical inclusion using the bacterial cellulose porous structure, casein ( This is the result of XRD analysis of bacterial cellulose-milk protein complex (BC-casein-x) prepared by physical inclusion and cross-linking using BC-casein-ent) and casein.
Figure 11 is a photograph of the surface structure of the bacterial cellulose porous structure and the bacterial cellulose-milk protein complex observed by SEM.
Figure 12 shows data analyzed by EDS on surface elements of a bacterial cellulose porous structure and a bacterial cellulose-milk protein complex.
Figure 13 shows data confirming the flame retardant properties of the bacterial cellulose porous structure and the bacterial cellulose-milk protein complex.
Figure 14 shows data confirming the contact angle of the bacterial cellulose porous structure and the bacterial cellulose-milk protein complex.
Figure 15 is data confirming the degree of water absorption (degree of waterproofing) of the bacterial cellulose porous structure and the bacterial cellulose-milk protein complex.
Figure 16 shows data confirming the degree of flexibility of the bacterial cellulose porous structure and the bacterial cellulose-milk protein complex.
Figure 17 is data confirming the spindle diagram of the bacterial cellulose porous structure and the bacterial cellulose-milk protein complex.
Figure 18 shows data confirming the morphological stability of the bacterial cellulose porous structure and the bacterial cellulose-milk protein complex.
Figure 19 shows data confirming the washing fastness of the bacterial cellulose porous structure and the bacterial cellulose-milk protein complex.

이하 하나 이상의 구체예를 실시예를 통해 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, one or more embodiments will be described in more detail through examples. However, these examples are intended to illustrate one or more embodiments and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1. 박테리아 셀룰로오스 섬유를 포함하는 다공성 구조체 제조Example 1. Preparation of porous structure containing bacterial cellulose fibers

논문 [Han, Shim and Kim. Effects of cultivation, washing, and bleaching conditions on bacterial cellulose fabric production. Textile Research Journal 2018, 89(6): 1094-1104]에 기재되어 있는 방법에 따라 박테리아 셀룰로오스 섬유를 포함하는 다공성 구조체 (박테리아 셀룰로오스 구조체)를 제작, 세척 및 표백을 하였으며, 논문 [Song JE, Su J, Loureiro A, Martins M, Cavaco-Paulo A, Kim HR, Silva C (2017) Ultrasound-assisted swelling of bacterial cellulose. Engineering in Life Science 17(10): 1108-1117.]에 기재되어 있는 방 법에 따라 팽윤 전처리를 하였다.Paper [Han, Shim and Kim. Effects of cultivation, washing, and bleaching conditions on bacterial cellulose fabric production. A porous structure containing bacterial cellulose fibers (bacterial cellulose structure) was fabricated, washed, and bleached according to the method described in Textile Research Journal 2018, 89(6): 1094-1104, and the paper [Song JE, Su J , Loureiro A, Martins M, Cavaco-Paulo A, Kim HR, Silva C (2017) Ultrasound-assisted swelling of bacterial cellulose. Swelling pretreatment was performed according to the method described in [Engineering in Life Science 17(10): 1108-1117.].

실시예 2. 물리적 포괄을 통한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조Example 2. Preparation of bacterial cellulose-milk protein complex via physical inclusion

물리적 포괄을 통한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 도 1과 같은 순서를 통하여 제조되었다. 분리 유청 단백질 (Whey protein isolate, WPI, Purunsan Agricultural Corp.) 또는 소 우유에서 추출한 카제인 (Casein, Sigma-Aldrich)을 상기 실시예 1에서 제조한 박테리아 셀룰로오스 구조체 100 중량% 대비 0 내지 60 중량%를 비커에 담고, 이 혼합물의 10배의 증류수를 첨가하여 혼합하였다. 그 후, pH 9.5 내지 pH 10.5로 80℃에서 20분간 80rpm에서 변성시키고, 박테리아 셀룰로오스 구조체 100중량%를 침지하여 25℃에서 30분간 초음파를 처리하였다. 유청 단백질 또는 카제인을 포괄 포집한 박테리아 셀룰로오스 복합체를 제조하기 위하여, 30℃에서 1시간동안 80rpm으로 진탕배양하였다. 그 후 20℃에서 24시간동안 건조하므로 물리적 포괄을 통한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제조하였다. Bacterial cellulose-milk protein complex through physical inclusion was prepared through the procedure shown in Figure 1. 0 to 60% by weight of whey protein isolate (WPI, Purunsan Agricultural Corp.) or casein extracted from cow milk (Casein, Sigma-Aldrich) compared to 100% by weight of the bacterial cellulose structure prepared in Example 1 in a beaker. It was placed in a container, and 10 times the amount of distilled water was added and mixed. Afterwards, it was denatured at pH 9.5 to pH 10.5 at 80 rpm for 20 minutes at 80°C, and 100% by weight of the bacterial cellulose structure was immersed and treated with ultrasonic waves at 25°C for 30 minutes. To prepare a bacterial cellulose complex encapsulating whey protein or casein, culture was performed at 30°C for 1 hour with shaking at 80 rpm. Afterwards, it was dried at 20°C for 24 hours to prepare a bacterial cellulose-milk protein complex through physical encapsulation.

실시예 3. 가교 결합을 통한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조Example 3. Preparation of bacterial cellulose-milk protein complex through cross-linking

가교 결합을 통한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 도 2와 같은 순서를 통하여 제조되었다. 분리 유청 단백질 (Whey protein isolate, WPI, Purunsan Agricultural Corp.) 또는 소 우유에서 추출한 카제인 (Casein, Sigma-Aldrich)을 상기 실시예 1에서 제조한 박테리아 셀룰로오스 구조체 100 중량% 대비 0 내지 60 중량%를 비커에 담고, 이 혼합물의 10배의 증류수를 첨가하여 혼합하였다. 가교제로 시트르산 (citric acid)을 상기 박테리아 셀룰로오스 구조체 100 중량% 대비 10 내지 200 중량%, 하이포아인산나트륨 (sodium hypophosphite)을 상기 박테리아 셀룰로오스 100 중량% 대비 5 내지 100 중량%를 혼합하였다. 이후, pH 9.5 내지 pH 10.5로 80℃에서 20분간 80rpm에서 변성시키고, 박테리아 셀룰로오스 구조체 100 중량%를 혼합물에 침지하였다. 30분 후, 침지한 박테리아 셀룰로오스를 꺼내어 160℃에서 5분간 경화하여 가교반응이 일어나도록 유도하였다. 이후 20℃에서 24시간동안 건조하여 가교결합을 통한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제조하였다.The bacterial cellulose-milk protein complex through cross-linking was prepared through the procedure shown in Figure 2. 0 to 60% by weight of whey protein isolate (WPI, Purunsan Agricultural Corp.) or casein extracted from cow milk (Casein, Sigma-Aldrich) compared to 100% by weight of the bacterial cellulose structure prepared in Example 1 in a beaker. It was placed in a container, and 10 times the amount of distilled water was added and mixed. As a crosslinking agent, citric acid was mixed at 10 to 200% by weight based on 100% by weight of the bacterial cellulose structure, and sodium hypophosphite was mixed at 5 to 100% by weight based on 100% by weight of the bacterial cellulose. Afterwards, it was denatured at pH 9.5 to pH 10.5 at 80 rpm for 20 minutes at 80°C, and 100% by weight of the bacterial cellulose structure was immersed in the mixture. After 30 minutes, the immersed bacterial cellulose was taken out and cured at 160°C for 5 minutes to induce a crosslinking reaction. Afterwards, it was dried at 20°C for 24 hours to prepare a bacterial cellulose-milk protein complex through cross-linking.

실시예 4. 물리적 포괄 및 가교 결합을 통한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조Example 4. Preparation of bacterial cellulose-milk protein complex through physical inclusion and cross-linking.

물리적 포괄 및 가교결합을 통한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 도 3과 같이 순서를 통하여 제조되었다. 분리 유청 단백질 (Whey protein isolate, WPI, Purunsan Agricultural Corp.) 또는 소 우유에서 추출한 카제인 (Casein, Sigma-Aldrich)을 상기 실시예 1에서 제조한 박테리아 셀룰로오스 구조체 100 중량% 대비 0 내지 60 중량%를 비커에 담고, 이 혼합물의 10배의 증류수를 첨가하여 혼합하였다. 그 후, 가교제로 시트르산 (citric acid)을 상기 박테리아 셀룰로오스 100 중량% 대비 10 내지 200 중량%, 하이포아인산나트륨 (sodium hypophosphite)을 상기 박테리아 셀룰로오스 100 중량% 대비 5 내지 100 중량%를 혼합하였다. pH 9.5 내지 pH 10.5로 80℃에서 20분간 80rpm에서 변성시키고, 박테리아 셀룰로오스 구조체 100중량%를 침지하여 25℃에서 30분간 초음파 처리하여 단백질을 물리적으로 포괄하였다. 분리 유청 단백질 또는 카제인을 포괄 포집한 박테리아 셀룰로오스 복합체를 제조하기 위하여, 30℃에서 1시간동안 80rpm으로 진탕배양하였다. 이후 160℃에서 5분간 경화하여 가교반응이 일어나도록 유도하였다. 그 후 20℃에서 24시간동안 건조하여 물리적 포괄 및 가교결합을 통한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제조하였다.The bacterial cellulose-milk protein complex through physical encapsulation and cross-linking was prepared through the sequence shown in Figure 3. 0 to 60% by weight of whey protein isolate (WPI, Purunsan Agricultural Corp.) or casein extracted from cow milk (Casein, Sigma-Aldrich) compared to 100% by weight of the bacterial cellulose structure prepared in Example 1 in a beaker. It was placed in a container, and 10 times the amount of distilled water was added and mixed. Then, as a crosslinking agent, citric acid was mixed at 10 to 200% by weight based on 100% by weight of the bacterial cellulose, and sodium hypophosphite was mixed at 5 to 100% by weight based on 100% by weight of the bacterial cellulose. It was denatured at pH 9.5 to pH 10.5 at 80 rpm for 20 minutes at 80°C, and 100% by weight of the bacterial cellulose structure was immersed and sonicated at 25°C for 30 minutes to physically encapsulate the protein. To prepare a bacterial cellulose complex encapsulating isolated whey protein or casein, culture was performed at 30°C for 1 hour with shaking at 80 rpm. Afterwards, it was cured at 160°C for 5 minutes to induce a crosslinking reaction. Afterwards, it was dried at 20°C for 24 hours to prepare a bacterial cellulose-milk protein complex through physical encapsulation and cross-linking.

실시예 5. 분리 유청 단백질 및 카제인의 최적 함량 조건 선정Example 5. Selection of optimal content conditions for whey protein isolate and casein

분리 유청 단백질 및 카제인의 최적 함량을 확인하기 위해서 TGA 분석을 하였다. TGA는 난연성을 분석하기 위해서 사용하는 방법 중 가장 간단한 방법이다. 열중량 분석 (thermogravimetric analyzer, TA Instruments, Discovery SDT 650, USA)을 통하여, 1000℃의 고온에서 태운 후, 남아있는 잔여물의 중량비를 확인하여 비교 분석하였다.TGA analysis was performed to confirm the optimal content of whey protein isolate and casein. TGA is the simplest method used to analyze flame retardancy. Through thermogravimetric analyzer, TA Instruments, Discovery SDT 650, USA, after burning at a high temperature of 1000°C, the weight ratio of the remaining residue was confirmed and compared.

도 4에서 보이는 바와 같이, 분리 유청 단백질 및 카제인이 50 중량%일 때 잔여물이 가장 많다는 것을 확인하므로, 박테리아 셀룰로오스 무게 대비 50 중량%일 때 난연성이 가장 우수하다는 것을 확인하였다. As shown in Figure 4, it was confirmed that the amount of residue was the highest when whey protein isolate and casein were at 50% by weight, and therefore, it was confirmed that flame retardancy was the best when it was at 50% by weight relative to the weight of bacterial cellulose.

실시예 6. 생산 방법 선정 Example 6. Production method selection

상기 실시예 5와 같은 방법으로 TGA를 사용하여 난연성이 가장 우수한 생산 방법을 확인하기 위하여, 박테리아 셀룰로오스 섬유, 물리적 포괄만 사용한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체, 가교결합을 물리적 포괄 전, 후로 실행한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 및 실시예 4와 같이 가교결합을 물리적 포괄 과 동시에 실행한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 열중량 분석을 하였다.In order to confirm the production method with the best flame retardancy using TGA in the same manner as in Example 5 above, bacterial cellulose fibers, bacterial cellulose-milk protein complex using only physical inclusion, and bacterial cellulose with crosslinking performed before and after physical inclusion were used. Thermogravimetric analysis was performed on the milk protein complex and the bacterial cellulose-milk protein complex in which cross-linking was performed simultaneously with physical inclusion as in Example 4.

그 결과, 도 5에서 보이는 바와 같이, 물리적 포괄과 동시에 가교결합을 한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체가 난연성이 현저히 좋았으며, 그 다음으로 물리적 포괄 후 가교결합을 실행한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체가 난연성이 다른 섬유 또는 단백질 복합체보다 현저한 것을 확인하였다. As a result, as shown in Figure 5, the bacterial cellulose-milk protein complex that was cross-linked after physical encapsulation had significantly better flame retardancy, followed by the bacterial cellulose-milk protein complex that was cross-linked after physical encapsulation. It was confirmed that this was more remarkable than other fiber or protein complexes.

실시예 7. 가교제 (cross linker) 선정Example 7. Selection of cross linker

가교 결합에서 가교제의 적합한 물질을 선정하기 위하여, 시트르산, 소르비톨 (Sorbitol), 폴리에틸렌 글리콜 (PEG 400), 에틸렌 글리콜 (Ethylene glycol), 글루코스 (Glucose)를 가교제로 사용하여 박테리아 셀룰로오스- 우유 단백질 복합체를 제조하였다. 제조 후, 각 가교제로 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 열중량 분석 (TGA)을 하였다. 시트르산의 경우, 하이포아인산나트륨을 촉매제로 사용하였다. In order to select a suitable cross-linking agent for cross-linking, citric acid, sorbitol, polyethylene glycol (PEG 400), ethylene glycol, and glucose were used as cross-linking agents to prepare bacterial cellulose-milk protein complex. did. After preparation, thermogravimetric analysis (TGA) was performed on the bacterial cellulose-milk protein complex prepared with each cross-linking agent. In the case of citric acid, sodium hypophosphite was used as a catalyst.

그 결과 하기 표 1에서 보이는 바와 같이, 글루코스를 가교제로 사용하였을 때 난연성이 가장 높았으며, 에틸렌 글리콜, 시트르산 순으로 가교제를 사용하였을 때 난연성이 높은 것을 확인하였다. As a result, as shown in Table 1 below, flame retardancy was highest when glucose was used as the cross-linking agent, and flame retardancy was confirmed to be high when ethylene glycol and citric acid were used as the cross-linking agent in that order.

SampleSample ProteinProtein CrosslinkerCrosslinker CatalystCatalyst Residual wt% at 1,000℃Residual wt% at 1,000℃ Crosslinking onlyCrosslinking only WPIWPI Citric acidCitric acid Sodium hypophosphiteSodium hypophosphite 15.25515.255 Crosslinking onlyCrosslinking only WPIWPI SorbitolSorbitol -- 11.01211.012 Crosslinking onlyCrosslinking only WPIWPI PEG 400PEG 400 -- 5.7085.708 Crosslinking onlyCrosslinking only WPIWPI Ehylene glycolEhylene glycol -- 16.22416.224 Crosslinking onlyCrosslinking only WPIWPI GlucoseGlucose -- 27.53127.531

그러나 도 6에서 보이는 바와 같이, 시트르산을 가교제로, 하이포아인산나트륨을 촉매제로 사용하여 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 (WPI) 복합체는 기존의 박테리아 셀룰로오스 섬유와 촉감이 비슷하고, 매우 유연하다는 것이 확인되었으나, 그 외 다른 가교제를 사용하여 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 (WPI) 복합체의 경우, 모두 종이와 같은 외관 및 촉감을 가지고, 뻣뻣한 재질을 가져 구부렸을 때 유연하게 휘어지는 것이 아니라 반으로 접히는 현상을 확인하였다. However, as shown in Figure 6, it was confirmed that the bacterial cellulose-milk protein (WPI) complex prepared using citric acid as a cross-linking agent and sodium hypophosphite as a catalyst had a similar feel to existing bacterial cellulose fibers and was very flexible. In the case of bacterial cellulose-milk protein (WPI) complexes prepared using other cross-linking agents, all of them had a paper-like appearance and feel, and were confirmed to be made of a stiff material, so when bent, they folded in half rather than bending flexibly. did.

따라서 난연성은 글루코스를 가교제로 사용하였을 때 가장 높았으나, 가죽 질감을 유지하면서 난연성을 가지는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 시트르산을 가교제로, 하이포인산나트륨을 촉매제로 사용하여 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체라는 것을 확인하였다. Therefore, the flame retardancy was highest when glucose was used as a cross-linking agent, but the bacterial cellulose-milk protein complex that maintains the leather texture and is flame retardant is a bacterial cellulose-milk protein complex prepared using citric acid as a cross-linking agent and sodium hypophosphate as a catalyst. It was confirmed that.

실시예 8. 시트르산 최적 함량 선정Example 8. Selection of optimal citric acid content

난연성 성질을 나타내는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제조할 때 시트르산의 최적 함량을 확인하기 위하여, 시트르산의 함량에 따른 난연성을 확인하였다. 난연성은 TGA를 사용하여 확인하였다. 시트르산 함량은 혼합물을 기준으로 %를 계산하여 나타내었다. In order to confirm the optimal content of citric acid when manufacturing a bacterial cellulose-milk protein complex showing flame retardant properties, flame retardancy according to the citric acid content was confirmed. Flame retardancy was confirmed using TGA. The citric acid content was expressed as a percentage calculated based on the mixture.

그 결과, 도 7에서 보이는 바와 같이, 분리 유청 단백질과 카제인 모두 시트르산의 농도가 10%일 때 난연성이 가장 높았으며, 그 이상의 농도에서는 오히려 난연성이 감소하거나 유사한 정도로 나타나는 것을 확인하였다.As a result, as shown in Figure 7, it was confirmed that both whey protein isolate and casein had the highest flame retardancy when the citric acid concentration was 10%, and that at higher concentrations, the flame retardancy decreased or appeared to a similar degree.

실시예 9. 가교제와 촉매제의 비율 선정Example 9. Selection of ratio of crosslinking agent and catalyst

난연성 성질을 나타내는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제조할 때 가교결합제와 촉매제의 최적 비율 조건을 확인하기 위하여, TGA에 분석을 통하여 평가하였다. In order to confirm the optimal ratio of cross-linking agent and catalyst when preparing a bacterial cellulose-milk protein complex showing flame retardant properties, TGA analysis was performed.

그 결과, 도 8에서 보이는 바와 같이, 가교제와 촉매제의 비율이 1:1일 때 현저히 난연성이 높아지는 것을 확인하였다. As a result, as shown in Figure 8, it was confirmed that flame retardancy was significantly increased when the ratio of crosslinking agent and catalyst was 1:1.

실시예 10. 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 표면 분석Example 10. Surface analysis of bacterial cellulose-milk protein complexes

10-1. FT-IR 분석10-1. FT-IR analysis

FT-IR 분광 광도계 (Nicolet IS50; Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 사용하여 박테리아 셀룰로오스- 우유 단백질 복합체의 화학 구조를 분석하였다. 32 스캔으로 해상도 0.4 cm-1 과수 650 내지 4000 cm-1 범위에서 FT-IR 스펙트럼을 수집하였다. OMNIC 소프트웨어 (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 사용하여 각 스펙트럼의 기준선을 정규화하였다. The chemical structure of the bacterial cellulose-milk protein complex was analyzed using a FT-IR spectrophotometer (Nicolet IS50; Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). Resolution 0.4 cm -1 with 32 scans, fruit tree 650 to 4000 cm -1 FT-IR spectra were collected over the range. The baseline of each spectrum was normalized using OMNIC software (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).

화학 구조 분석 결과는 도 9에서 보이는 바와 같으며, 물리적 포괄 방법으로만 제작한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체에서는 1500~1700 cm-1 에서 아마이드 (amide) 피크가 관찰되나, 가교결합 후에는 관찰되지 않는 것을 확인하였다. 이는 가교결합으로 인하여 박테리아 셀룰로오스 구조체와 우유 단백질 분자들이 결합하면서 화학적 구조가 변화하기 때문에 확인되는 것으로, 가교결합을 통하여 박테리아 셀룰로오스와 우유 단백질이 효과적으로 화학 결합을 하고 있음을 확인하였다.The results of the chemical structure analysis are as shown in Figure 9. In the bacterial cellulose-milk protein complex produced only by the physical inclusion method, an amide peak is observed at 1500~1700 cm -1 , but is not observed after cross-linking. confirmed. This was confirmed because the chemical structure changes as the bacterial cellulose structure and milk protein molecules combine due to cross-linking. It was confirmed that bacterial cellulose and milk protein are effectively chemically bonding through cross-linking.

10-2. XRD 분석10-2. XRD analysis

XRD (X-ray diffraction, D8 ADVANCE diffractometer; Bruker AXS Inc.)를 사용하여 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 결정도를 확인하였다. The crystallinity of the bacterial cellulose-milk protein complex was confirmed using XRD (X-ray diffraction, D8 ADVANCE diffractometer; Bruker AXS Inc.).

도 10에서 보이는 바와 같이, 가교결합 후 셀룰로오스 피크의 강도가 전반적으로 줄어드는 것을 확인하였다. 또한, 하기 표 2에서 보이는 바와 같이, 가교결합 후에는 결정도가 물리적 포괄 또는 기존 박테리아 셀룰로오스 구조체 대비 줄어드는 것을 확인하였다. 이는 박테리아 셀룰로오스의 OH기가 분리 유청 단백질 또는 카제인 분자와 가교 결합하였기 때문에 나타나는 현상으로 추정하였다. As shown in Figure 10, it was confirmed that the intensity of the cellulose peak decreased overall after crosslinking. In addition, as shown in Table 2 below, it was confirmed that after cross-linking, the crystallinity decreased compared to the physically encompassed or existing bacterial cellulose structure. It was assumed that this phenomenon occurred because the OH group of bacterial cellulose was cross-linked with isolated whey protein or casein molecules.

또한, 하기 표 2에서 보이는 바와 같이, 결정도가 다소 감소되지만 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 자체 강도에 영향을 주지는 않는 정도인 것을 확인하였다. 따라서 박테리아 셀룰로오스와 분리 유청 단백질 또는 카제인 분자가 효과적으로 가교결합 하였다는 것을 확인하였다. In addition, as shown in Table 2 below, it was confirmed that although the crystallinity was slightly reduced, it did not affect the strength of the bacterial cellulose-milk protein complex. Therefore, it was confirmed that bacterial cellulose and isolated whey protein or casein molecules were effectively cross-linked.

SampleSample Crystallinity (%)Crystallinity (%) Original BCOriginal B.C. 89.3±6.989.3±6.9 BC-WPI-entBC-WPI-ent 88.0±1.188.0±1.1 BC-WPI-xBC-WPI-x 60.2±3.160.2±3.1 BC-casein-entBC-casein-ent 89.9±0.889.9±0.8 BC-casein-xBC-casein-x 62.4±4.662.4±4.6

10-3. FE-SEM 분석10-3. FE-SEM analysis

박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 표면 구조를 분석하기 위하여, FE-SEM (JSM-7800F Prime; JEOL Ltd.)으로 표면을 관찰하였다. To analyze the surface structure of the bacterial cellulose-milk protein complex, the surface was observed using FE-SEM (JSM-7800F Prime; JEOL Ltd.).

도 11에서 보이는 바와 같이, 표면 구조를 관찰한 결과, 가교결합을 한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 표면이 단단하게 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있는 반면, 물리적 포괄 방법만 사용한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 내부의 섬유 구조가 보이고, 섬유 구조 내부에 분리 유청 단백질 또는 카제인 분자가 고르게 분포되어 있지 않다는 것을 확인하였다. 따라서, 가교결합을 통하여 박테리아셀룰로오스 구조체 표면에 분리 유청 단백질 또는 카제인이 단단하게 코팅되어 있기 때문에 박테리아 셀룰로오스 복합체의 난연성이 향상된 것을 확인하였다. As shown in Figure 11, as a result of observing the surface structure, it was confirmed that the surface of the cross-linked bacterial cellulose-milk protein complex was tightly coated, while the bacterial cellulose-milk protein complex using only the physical encapsulation method was The internal fiber structure was visible, and it was confirmed that the isolated whey protein or casein molecules were not evenly distributed inside the fiber structure. Therefore, it was confirmed that the flame retardancy of the bacterial cellulose composite was improved because the isolated whey protein or casein was tightly coated on the surface of the bacterial cellulose structure through cross-linking.

10-4. EDS 분석10-4. EDS analysis

박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 표면의 원소를 분석하기 위하여, EDS (JSM-7800F Prime; JEOL Ltd.)를 사용하여 분석하였다.To analyze the elements on the surface of the bacterial cellulose-milk protein complex, EDS (JSM-7800F Prime; JEOL Ltd.) was used.

도 12 및 표 3에서 보이는 바와 같이, 가교결합 후 질소 (N)와 인 (P) 원소의 함량이 현저히 증가하는 것을 확인하였으며, 황 (S)의 함량도 증가하는 것을 확인하였다. 이 때 증가하는 질소와 인은 난연제의 주성분으로, 가교결합시 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체에 인과 질소의 원소 함량이 현저히 증가하여 난연성 효과를 나타낸다는 점을 확인하였다. As shown in Figure 12 and Table 3, it was confirmed that the content of nitrogen (N) and phosphorus (P) elements significantly increased after crosslinking, and the content of sulfur (S) also increased. At this time, it was confirmed that the increased nitrogen and phosphorus are the main components of the flame retardant, and that the elemental content of phosphorus and nitrogen in the bacterial cellulose-milk protein complex significantly increases during cross-linking, showing a flame retardant effect.

Elements (wt%) Elements (wt%) SampleSample CC NN OO PP SS Original BCOriginal B.C. 48.7448.74 -- 40.7940.79 -- -- BC-WPI-entBC-WPI-ent 60.5760.57 3.463.46 35.0535.05 0.140.14 0.770.77 BC-WPI-xBC-WPI-x 52.0252.02 6.626.62 32.1832.18 8.268.26 0.920.92 BC-casein-entBC-casein-ent 49.5949.59 -- 50.1050.10 0.230.23 0.080.08 BC-casein-xBC-casein-x 44.0444.04 5.045.04 43.6843.68 7.137.13 0.120.12

실시예 11. 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 무게, 두께 및 난연성 비교Example 11. Comparison of weight, thickness and flame retardancy of bacterial cellulose-milk protein complexes

박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 제조 방법에 따라 두께, 무게 및 난연성을 비교하였다. Thickness, weight, and flame retardancy of the bacterial cellulose-milk protein complex were compared according to the manufacturing method.

그 결과, 하기 표 4에서 보이는 바와 같이, 물리적 포괄만 실행한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 두께보다 물리적 포괄 및 가교결합을 한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 두께가 현저히 증가한 것을 확인하였으며, 물리적 포괄 및 가교결합을 한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 두께는 소가죽의 두께와도 유사하다는 점을 확인하였고, 다만 유사한 두께의 소가죽보다 무게는 현저히 무겁다는 점을 확인하였다. As a result, as shown in Table 4 below, it was confirmed that the thickness of the bacterial cellulose-milk protein complex that was physically encapsulated and cross-linked was significantly increased compared to the thickness of the bacterial cellulose-milk protein complex that was physically encapsulated only. It was confirmed that the thickness of the cross-linked bacterial cellulose-milk protein complex was similar to the thickness of cow leather, but it was confirmed that it was significantly heavier than cow leather of similar thickness.

또한, 도 13에서 보이는 바와 같이, 물리적 포괄 및 가교결합을 한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 물리적 포괄만 실행한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 및 유사한 두께의 소가죽보다 현저히 난연성 성질이 우수한다는 것을 확인하였다. In addition, as shown in Figure 13, it was confirmed that the physically encapsulated and cross-linked bacterial cellulose-milk protein complex had significantly better flame retardant properties than the physically encapsulated bacterial cellulose-milk protein complex and cowhide of similar thickness. .

FabricFabric Thickness (mm)Thickness (mm) Weight (g/mWeight (g/m 22 )) Original BCOriginal B.C. 0.92±0.130.92±0.13 186.67±12.47186.67±12.47 Cowhide leathercowhide leather 0.72±0.140.72±0.14 466.67±18.26466.67±18.26 BC-WPI-entBC-WPI-ent 0.20±0.030.20±0.03 127.80±8.61127.80±8.61 BC-WPI-xBC-WPI-x 0.76±0.080.76±0.08 1036.80±92.891036.80±92.89 BC-casein-entBC-casein-ent 0.27±0.100.27±0.10 171.73±41.61171.73±41.61 BC-casein-xBC-casein-x 0.76±0.050.76±0.05 1053.2±76.601053.2±76.60

실시예 12. 내구성 확인Example 12. Durability confirmation

12-1. 접촉각 분석12-1. Contact angle analysis

표면에 물의 접촉각을 분석하기 위하여, 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 에 물을 떨어뜨린 후, 접촉각 (WCA, water contact angle)을 확인하였다. To analyze the contact angle of water on the surface, water was dropped on the bacterial cellulose-milk protein complex and the contact angle (WCA, water contact angle) was checked.

도 14에서 보이는 바와 같이, 물리적 포괄만 실행하고 유청 분리 단백질을 사용한 복합체 (BC-WPI-ent)는 일반 소가죽보다 접촉각이 작았으나, 물리적 포괄만 실행하고 카제인을 사용한 복합체 (BC-casein-ent)는 일반 소가죽보다 접촉각이 큰 것을 확인하였다. 그러나 물리적 포괄 및 가교 결합을 사용하여 제조한 복합체 (BC-WPI-x 및 BC-casein-x)는 소가죽보다 큰 접촉각이 현저히 크다는 것을 확인하였다.As shown in Figure 14, the complex using only physical inclusion and whey isolate protein (BC-WPI-ent) had a smaller contact angle than regular cowhide, but the complex using only physical inclusion and casein (BC-casein-ent) ) was confirmed to have a larger contact angle than regular cowhide. However, it was confirmed that the composites (BC-WPI-x and BC-casein-x) prepared using physical encapsulation and cross-linking had significantly larger contact angles than cowhide leather.

12-2. 방수 효과 확인 12-2. Check the waterproof effect

방수 효과를 확인하기 위하여, 박테리아 셀룰로오스 구조체, 소가죽, 및 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 에 물을 떨어뜨린 후 흡수성을 확인하였다. To confirm the waterproof effect, water was dropped on the bacterial cellulose structure, cowhide, and bacterial cellulose-milk protein complex, and then the absorbency was checked.

도 15에서 보이는 바와 같이, 물리적 포괄 방법으로 제작한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 는 5분~10분 이내에 물이 모두 흡수되는 것을 확인하였다. 반면, 물리적 포괄 방법과 가교결합 방법을 함께 사용한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 의 경우 물을 떨어뜨린 후 10분이 경과해도 물이 흡수되지 않았으며, 30분이 경과한 후에는 모두 흡수된 것을 확인하였다.As shown in Figure 15, it was confirmed that the bacterial cellulose-milk protein complex produced by the physical encapsulation method absorbed all water within 5 to 10 minutes. On the other hand, in the case of the bacterial cellulose-milk protein complex using both the physical encapsulation method and the cross-linking method, water was not absorbed even 10 minutes after dropping the water, and it was confirmed that all water was absorbed after 30 minutes.

따라서, 물리적 포괄과 가교결합 방법으로 제작한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 가 상대적으로 물을 덜 흡수하는 것으로 확인하였다. Therefore, it was confirmed that the bacterial cellulose-milk protein complex prepared by physical encapsulation and cross-linking method absorbed relatively less water.

12-3. 유연성 확인12-3. Check flexibility

유연성을 확인하기 위하여, 박테리아 셀룰로오스 구조체, 소가죽, 및 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 의 유연도를 측정하였다. To confirm the flexibility, the flexibility of bacterial cellulose structure, cowhide, and bacterial cellulose-milk protein complex was measured.

유연성을 확인하기 위하여, KS K 0538 하트루프법(the heart-loop method)을 사용하여 수행하였다. 샘플의 크기는 5 cm × 10 cm로 수정하였고, 실험 시간을 1분으로 수정하여 루프를 만들고 1분 후 각 샘플의 변화를 확인하였다. 모든 실험은 5회 수행하고 평균 값으로 결과를 나타내었다. 샘플이 유연할수록 1분 뒤 루프의 길이와 처음 루프의 길이 차이가 길어지는 것을 확인하였다. To check flexibility, KS K 0538 was performed using the heart-loop method. The size of the sample was modified to 5 cm × 10 cm, and the experiment time was modified to 1 minute to create a loop and check the change in each sample after 1 minute. All experiments were performed five times and the results were expressed as average values. It was confirmed that the more flexible the sample, the longer the difference between the length of the loop after 1 minute and the length of the initial loop.

그 결과, 도 16에서 보이는 바와 같이, 물리적 포괄 방법으로만 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 는 박테리아 셀룰로오스 구조체보다는 유연하였으나, 소가죽보다 유연하지 않은 것을 확인하였다. 반면, 물리적 포괄 및 가교결합을 사용하여 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 소가죽보다 2배 가량의 길이 차이를 보여 유연도가 현저히 우수한 것을 확인하였다. As a result, as shown in Figure 16, it was confirmed that the bacterial cellulose-milk protein complex prepared only by the physical encapsulation method was more flexible than the bacterial cellulose structure, but less flexible than cowhide. On the other hand, the bacterial cellulose-milk protein complex manufactured using physical encapsulation and cross-linking showed a length difference of about twice that of cowhide, confirming that it had significantly superior flexibility.

12-4. 방추도 (Crease recovery) 확인12-4. Check spindle (Crease recovery)

방추도란 샘플을 구부렸다가 폈을 때 샘플이 손상되지 않고 원래 상 태로 되돌아가는 성질로, 방추도가 우수할수록 복합체의 내구성이 우수하다는 것을 의미한다. 따라서 방추도를 확인하기 위하여, KS K 0550 개각도법(the recovery angle method)를 사용하여 수행하였다. 샘플의 크기는 5 cm × 10 cm로, 실험 시간은 1분으로 수정하여 수행하였다. 주름 회복률은 하기 식에 따라 계산하였다. 모든 실험은 5회 수행하고 평균 값으로 결과를 나타내었다.Spindle degree is the property of returning to its original state without damage when the sample is bent and unfolded. The better the spindle degree, the better the durability of the composite. Therefore, to check the spindle angle, KS K 0550 was performed using the recovery angle method. The sample size was 5 cm × 10 cm, and the experiment time was 1 minute. The wrinkle recovery rate was calculated according to the following formula. All experiments were performed five times and the results were expressed as average values.

[식][ceremony]

Crease recovery(방추도 %)= crease recovery angle (주름회복각도°)/180° x 100Crease recovery (spindle degree %) = crease recovery angle (wrinkle recovery angle °) / 180° x 100

방추도 측정 결과, 도 17에서 보이는 바와 같이, 카제인으로 물리적 포괄 방법을 사용한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제외한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 기존 박테리아 셀룰로오스 구조체 대비 방추도가 현저히 향상된 것을 확인하였다. 카제인으로 물리적 포괄 방법을 사용한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 경우 뻣뻣하여 방추도 측정이 불가능하였다. 또한, 물리적 포괄과 가교결합을 통하여 제조한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 유사한 두께의 소가죽보다 방추도가 우수한 것을 확인하였다. As a result of measuring the spindle degree, as shown in Figure 17, it was confirmed that the spindle degree of the bacterial cellulose-milk protein complex, excluding the bacterial cellulose-milk protein complex using the physical encapsulation method with casein, was significantly improved compared to the existing bacterial cellulose structure. In the case of the bacterial cellulose-milk protein complex using the physical inclusion method with casein, spindle measurement was not possible because it was stiff. In addition, it was confirmed that the bacterial cellulose-milk protein complex prepared through physical encapsulation and cross-linking had superior spindle strength than cowhide leather of similar thickness.

12-5. 형태 안정성 (Dimentional stability) 확인 12-5. Check dimensional stability

형태 안정성이란, 물체가 온도, 습도 등의 조건에서 치수 및 형태가 변화하지 않는 성질이다. 형태 안정성을 확인하기 위하여, KS K ISO 7771:1985 냉수 침지에 의한 천의 형태 변화 측정(Determination of dimensional changes of fabrics induced by cold-water immersion)을 사용하여 수행하였다. 샘플 크기는 5 cm X 10 cm로, 실험 시간은 60~180 분으로 수정하여 수행하였다. 형태 안정성을 분석하기 위하여, 각 샘플을 습윤제인 도데실벤젠술폰산나트륨 (Sodium Dodecylbenzenesulfonate (C18H29NaO3S))에 일정 시간 담근 후 건조했을 때 형태가 변화하는 정도를 측정하였다. 형태 안정성은 하기 식에 따라 계산하였으며, 모든 실험은 5회 수행하고 평균 값으로 결과를 나타내었다.Shape stability is the property of an object not changing its size or shape under conditions such as temperature and humidity. To confirm dimensional stability, KS K ISO 7771:1985 Determination of dimensional changes of fabrics induced by cold-water immersion was performed. The sample size was 5 cm To analyze shape stability, each sample was soaked in sodium dodecylbenzenesulfonate (C18H29NaO3S), a wetting agent, for a certain period of time and then dried to measure the degree to which the shape changed. Shape stability was calculated according to the formula below, and all experiments were performed 5 times and the results were expressed as the average value.

[식][ceremony]

Dimensional stability(형태 안정성 %)=(침지 후 샘플의 치수/침지 전 샘플의 치수) × 100Dimensional stability (shape stability %) = (dimension of sample after immersion/dimension of sample before immersion) × 100

도 18에서 보이는 바와 같이, 분리 유청 단백질을 물리적 포괄 및 가교결합하여 제작한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 형태 안정성은 유사한 두께의 소가죽과 동일하게 습윤제에 180분 침지 후 건조하여도, 형태가 변하지 않고 일정하게 유지되는 것을 확인하였다. 또한, 카제인을 물리적 포괄 및 가교결합 하여 제작한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 120분 침지 후 건조시 형태가 일정하게 유지되었으나, 180분 침지 후에는 형태에 약간의 변형이 생기는 것을 확인하였다. 또한, 물리적 포괄 방법으로 제각한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 물리적 포괄 및 가교결합하여 제작한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체보다 형태 안정성이 낮은 것을 확인하였으며, 분리 유청 단백질을 사용하여 물리적 포괄 방법을 사용한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 경우 180분 침지 후 건조시에는 큰 폭으로 변화한다는 것을 확인하였다. As shown in Figure 18, the shape stability of the bacterial cellulose-milk protein complex produced by physically encapsulating and cross-linking whey protein isolate is the same as that of cowhide of similar thickness, with the shape remaining unchanged even after immersion in a wetting agent for 180 minutes and then drying. It was confirmed that it remained constant. In addition, the bacterial cellulose-milk protein complex produced by physically encapsulating and cross-linking casein maintained a constant shape when dried after immersion for 120 minutes, but it was confirmed that there was a slight change in shape after immersion for 180 minutes. In addition, it was confirmed that the bacterial cellulose-milk protein complex prepared by the physical encapsulation method had lower morphological stability than the bacterial cellulose-milk protein complex prepared by physical encapsulation and cross-linking, and the bacterial cellulose-milk protein complex prepared by the physical encapsulation method using whey protein isolate was confirmed to have lower morphological stability. In the case of cellulose-milk protein complex, it was confirmed that it changed significantly when dried after immersion for 180 minutes.

따라서 물리적 포괄 및 가교결합하여 제작한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체가 물리적 포괄만 사용하여 제작한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체보다 형태 안정성이 현저히 우수한다는 점을 확인하였다. Therefore, it was confirmed that the bacterial cellulose-milk protein complex prepared by physical inclusion and cross-linking had significantly better shape stability than the bacterial cellulose-milk protein complex prepared using only physical inclusion.

12-6. 물세탁 견뢰도 측정12-6. Water washing fastness measurement

물세탁 견뢰도는 세탁 후 난연성 성질이 남아있는 정도로 측정하였다. Water washing fastness was measured by the degree to which flame retardant properties remained after washing.

제작한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 논문 [Kim, Song, and Kim. Ex situ Coloration of Laccase-Entrapped Bacterial Cellulose with Natural Phenolic Dyes. Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles 2021, 45(5): 866-880.]의 물세탁 견뢰도 시험 방법에 따라 물세탁 견뢰도를 측정하였다. 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 중량 대비 50배의 증류수에 복합체를 침지 후, 25℃에서 30분간 110 rpm의 속도로 수조 (water bath)에서 물세탁하였다. 세탁한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 25℃에서 2시간 건조 후, 1.5 × 1.5 cm크기로 잘라 5초간 불꽃에 노출시킨 후, 타는 면적을 측정하여 연소 전후 샘플의 면적비를 계산하였다.The bacterial cellulose-milk protein complex produced was described in the paper [Kim, Song, and Kim. Ex situ Coloration of Laccase-Entrapped Bacterial Cellulose with Natural Phenolic Dyes. The water washing fastness was measured according to the water washing fastness test method of [Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles 2021, 45(5): 866-880.]. The complex was immersed in distilled water 50 times the weight of the bacterial cellulose-milk protein complex, and then washed in a water bath at 25°C for 30 minutes at a speed of 110 rpm. The washed bacterial cellulose-milk protein complex was dried at 25°C for 2 hours, cut into 1.5 × 1.5 cm pieces, exposed to a flame for 5 seconds, and the burned area was measured to calculate the area ratio of the sample before and after combustion.

도 19에서 보이는 바와 같이, 분리 유청 단백질을 물리적 포괄 및 가교결합하여 제작한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 최대 2회 세탁한 후에도 난연성이 유지되는 것으로 나타났으며, 카제인을 물리적 포괄 및 가교결합하여 제작한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 최대 3회까지 반복 세탁이 가능한 것으로 확인하였다. 반면, 물리적 포괄 방법으로 제작한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체는 모두 세탁 후에는 난연성이 현저히 저하되는 것으로 확인되었다. 이는 가교 결합으로 인해 박테리아 셀룰로오스에 우유 단백질이 단단하게 결합되어 있어 세탁 후에도 난연성이 유지된다는 것을 의미한다.As shown in Figure 19, the bacterial cellulose-milk protein complex produced by physically encapsulating and cross-linking whey protein isolate was found to maintain flame retardancy even after washing up to two times, and the bacterial cellulose-milk protein complex produced by physically encapsulating and cross-linking casein It was confirmed that one bacterial cellulose-milk protein complex can be washed repeatedly up to three times. On the other hand, it was confirmed that the flame retardancy of all bacterial cellulose-milk protein complexes produced by the physical encapsulation method was significantly reduced after washing. This means that the milk protein is tightly bound to the bacterial cellulose due to cross-linking, so the flame retardancy is maintained even after washing.

실시예 13. 가교결합과 물리적 포괄에 따른 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 난연성 비교 Example 13. Comparison of flame retardancy of bacterial cellulose-milk protein complexes according to cross-linking and physical inclusion.

제작 방법에 따른 난연성을 비교하기 위하여, 제작 방법을 달리하여 분리 유청 단백질을 사용한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제작하고 난연성을 비교하였다. In order to compare flame retardancy according to the production method, bacterial cellulose-milk protein complexes using whey protein isolate were produced using different production methods, and the flame retardancy was compared.

그 결과 하기 표 5에서 보이는 바와 같이, 물리적 포괄 방법만 사용한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 (Entrapment only)보다 가교결합만 사용한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 (Crosslinking only)의 난연성이 현저하다는 것을 확인하였으며, 물리적 포괄 및 가교결합을 사용하는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 (Entrapment+Crosslinking)은 물리적 포괄만 사용하거나 가교결합만 사용한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체보다 난연성이 현저히 증가하는 것을 확인하였다. As a result, as shown in Table 5 below, it was confirmed that the flame retardancy of the bacterial cellulose-milk protein complex using only crosslinking (Crosslinking only) was significantly higher than that of the bacterial cellulose-milk protein complex using only the physical entrapment method (Entrapment only). It was confirmed that the flame retardancy of the bacterial cellulose-milk protein complex using entrapment and cross-linking (Entrapment+Crosslinking) was significantly increased compared to the bacterial cellulose-milk protein complex using only physical entrapment or cross-linking.

SampleSample ProteinProtein CrosslinkerCrosslinker CatalystCatalyst Residual wt% at 1,000℃Residual wt% at 1,000℃ Original BCOriginal B.C. WPIWPI -- -- 3.0803.080 Entrapment onlyEntrapment only WPIWPI -- -- 7.5247.524 Crosslinking onlyCrosslinking only WPIWPI Citric acidCitric acid Sodium hypophosphiteSodium hypophosphite 15.25515.255 Entrapment+ CrosslinkingEntrapment+Crosslinking WPIWPI Citric acidCitric acid Sodium hypophosphiteSodium hypophosphite 56.29856.298

실시예 14. 가교결합과 물리적 포괄에 따른 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체의 성분 비교 Example 14. Comparison of components of bacterial cellulose-milk protein complexes according to cross-linking and physical inclusion

제작 방법에 따른 난연성 차이의 원인을 확인하기 위하여, 제작 방법을 달리하여 분리 유청 단백질을 사용한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체를 제작하고 EDS 분석을 하였다.In order to determine the cause of the difference in flame retardancy depending on the production method, bacterial cellulose-milk protein complexes using whey protein isolate were produced using different production methods, and EDS analysis was performed.

그 결과 하기 표 6에서 보이는 바와 같이, 물리적 포괄과 가교결합 방법을 동시에 사용하여 제작한 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체에서 질소 (N), 인 (P), 및 황 (S) 원소의 함량이 증가하였으며, 특히 인의 함량이 현저히 증가한 것을 확인하였다. As a result, as shown in Table 6 below, the content of nitrogen (N), phosphorus (P), and sulfur (S) elements increased in the bacterial cellulose-milk protein complex produced using both physical inclusion and cross-linking methods. , In particular, it was confirmed that the phosphorus content increased significantly.

SampleSample Elements (wt%)Elements (wt%) CC NN OO PP SS Original BCOriginal B.C. 48.7448.74 -- 40.7940.79 -- -- Entrapment onlyEntrapment only 60.5760.57 3.463.46 35.0535.05 0.140.14 0.770.77 Crosslinking onlyCrosslinking only 58.4958.49 7.977.97 32.2132.21 1.051.05 0.280.28 Entrapment + CrosslinkingEntrapment + Crosslinking 52.0252.02 6.626.62 32.1832.18 8.268.26 0.920.92

Claims (9)

박테리아 셀룰로오스 섬유를 포함하는 다공성 구조체; 및
상기 다공성 구조체 내부의 기공 또는 상기 다공성 구조체의 표면에 구비된 우유 단백질 입자를 포함하는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체.
A porous structure containing bacterial cellulose fibers; and
A bacterial cellulose-milk protein complex comprising pores inside the porous structure or milk protein particles provided on the surface of the porous structure.
제1항에 있어서,
상기 우유 단백질은 분리 유청 단백질 (WPI) 또는 카제인 (casein)인 것인,
박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체.
According to paragraph 1,
The milk protein is whey protein isolate (WPI) or casein,
Bacterial cellulose-milk protein complex.
제1항 내지 제2항의 복합체를 포함하는 인조가죽.
Artificial leather comprising the composite of claims 1 to 2.
정제수에 우유 단백질을 혼합하여 우유 단백질 용액을 생성하는 단계;
우유 단백질 용액에 가교제와 촉매제를 첨가하여 혼합물을 생성하는 단계;
상기 혼합물에 박테리아 셀룰로오스 섬유를 포함하는 다공성 구조체를 침지시켜 상기 다공성 구조체 내부 기공 또는 표면의 적어도 일부에 우유 단백질 입자가 구비된 복합체를 제조하는 단계; 및
상기 복합체를 건조하는 단계;를 포함하는 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조 방법.
Mixing milk protein with purified water to produce a milk protein solution;
Adding a cross-linking agent and a catalyst to the milk protein solution to create a mixture;
immersing a porous structure containing bacterial cellulose fibers in the mixture to prepare a composite in which milk protein particles are provided on at least a portion of the inner pores or surface of the porous structure; and
A method of producing a bacterial cellulose-milk protein complex comprising the step of drying the complex.
제4항에 있어서,
상기 우유 단백질은 분리 유청 단백질 (WPI) 또는 카제인 (casein)인 것인,
박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조 방법.
According to paragraph 4,
The milk protein is whey protein isolate (WPI) or casein,
Method for preparing bacterial cellulose-milk protein complex.
제4항에 있어서,
상기 가교제와 촉매제의 구성비는 4:3 내지 1:2인 것인,
박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조 방법.
According to paragraph 4,
The composition ratio of the cross-linking agent and catalyst is 4:3 to 1:2,
Method for preparing bacterial cellulose-milk protein complex.
제4항에 있어서,
상기 가교제는 시트르산 (Citric acid), 글루코스 (Glucose), 글리옥살(Glyoxal), 글루타르알데하이드 (Glutaraldehyde), 폴리아크릴산 (polyacrylic acid), BTCA (1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid) 인 것인,
박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조 방법.
According to paragraph 4,
The crosslinking agent is citric acid, glucose, glyoxal, glutaraldehyde, polyacrylic acid, and BTCA (1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid). ,
Method for preparing bacterial cellulose-milk protein complex.
제4항에 있어서,
상기 촉매제는 하이포아인산나트륨 (Hypophosphite Sodium), 이산화티타늄 (Titanium dioxide), 염화수소 (Hydrogen chloride), 황산 (Sulfuric acid), 과황산칼륨 (Potassium persulfate) 인 것인,
박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체 제조 방법.
According to paragraph 4,
The catalyst is sodium hypophosphite, titanium dioxide, hydrogen chloride, sulfuric acid, and potassium persulfate.
Method for preparing bacterial cellulose-milk protein complex.
제4항 내지 제8항의 제조방법으로 제조된 박테리아 셀룰로오스-우유 단백질 복합체Bacterial cellulose-milk protein complex prepared by the production method of claims 4 to 8
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