아미노산-구리(Ⅱ) 계면활성제의 살균성에 대한 연구

이상태, 최상원, 방정환*, 김정우**

여수대학교 화학공학과, 서남대학교 화학과*, 서남대학교 생물학과**

Disinfectant properties of  aminoacid-copper(Ⅱ) surfactant

Sang Tae Lee, Sang Won Choi, Jeong Whan Bang*, Jung Woo Kim**

Dept. of Chemical Engineering, Yosu Univ., Yosu, 550-749, Korea,

Dept. of Chemistry, Seo Nam Univ., Nam Won 590-170, Korea*

Dept. of Biology, Seo Nam Univ., Nam Won 590-170, Korea**

1. 서론

현재 살균성이 있는 비누라 하면 곧바로 역성 비누 혹은 양쪽성 비누를 연상할 정도로 이들의 살균성은 강력하며 또한 널리 보급되어 있다. 역성 비누의 살균성은 1935년 독일의 G. Domagk(1)가 4차 암모늄 화합물의 강력한 살균성에 대해서 확실한 결론을 내려, 오늘날 미국 등에서 약품으로도 사용되고 있는 Zipehrol을 소개하기 시작하였으며, 1973년에는 C.G. Dunn이 이에 대한 상세한 연구를 발표하였다.(2) 그러나 역성 비누의 살균성은 1940년 이후에는 보편적으로 인정을 받았으나 요즘은  여러 가지 단점과 독성문제로 재검토 되고 있다.양쪽성 비누는 1948년 A. Schmitz에 의해 강력한 살균성이 있다는 것이 발표된 후 살균제로서 주목을 받았다. 양쪽성 계면활성 비누(Tego계)는 독성이 양이온 계면활성제의 약 1/60. 석탄산의 약 1/20인 강력한 살균제로 사용되고 있다.(2)

최근에는 Yamashita등은  N-(long chain acyl) basic amino acid와 항균성의 금속화합물을 강한 알칼리 수용액에서 혼합함으로써 항균성을 지닌 염화합물을 제조하여 항균성의 계면활성제로 이용한다고 보고하였다.(3) 또 NITSUKO, Miy

-oshi yushi(4-6)도 이와 유사한 화합물의 항균성 계면활성제를 제시하고 있다.

본 연구에서는 살균제중 양쪽성 계면활성제가 독성이 낮고 뛰어난 살균성을 지닌점에 착안하여 먼저 쇠고기로 부터 양쪽성을 계면활성제로 분해하고 이것을 정량화 하였다. 이렇게 분해된 양쪽성 계면활성제를 이용하여 구리착물 살균제를 합성하고 염소계 살균제, 유사제품, 4차 암모늄 살균제들과 E. Coli를 대상으로 이들의 살균력을 비교 검토해 보았다.

2. 실험

2.1 시약

Copper(Ⅱ) sulfate pentahydrate(CuSO4·5H2O from Tedia company), ammoni

-a(NH3 from Junsei Chemical. Co), sodium hydroxide(NaOH from 德山藥品)는 별다른 정제없이 사용하였고, 양쪽성 계면활성제를 합성하기 위한 재료로는 시중에서 쇠고기를 구입하고 이 것을 가수분해하여 사용하였다.

2.2 양쪽성 계면활성제

양쪽성 계면활성제는 시중에서 구입한 쇠고기 100g을 잘게 분쇄하여 500ml 반응기에 넣고 4.2N NaOH을 100g을 넣고 110℃까지 온도를 서서히 올린 다음 110℃로 22시간동안 condenser를 설치하고 환류시키면서 양쪽성 계면활성제를 얻었다.(7-8) 가수분해된 양쪽성 계면활성제는 상온에서 방치후 식으면 filtering하여 여액을 다른 처리 없이 이용하였다.

[eqn: NH_2 -CHR-CO-(NH-CHR-CO)_n-2 -NH-CHR-COOH + nNaOH~ #-> ~nNH_2 -CHR-COONa +nH_2 O]

Scheme 1. Preparation route to Zwitterionic surfactant.

2.3 계면활성을 띤 살균제 합성

가수분해된 양쪽성 계면활성제를 50g을 취하여 500ml 반응기에 취하고 여기에 암모니아수를 10ml를 넣는다 8.24g의 황산구리 5수화물을 물 50ml에 녹여 놓은 것을 반응기에 Mechanical stirrer로 저으면서 서서히 주입한다. 주입되는 동안  Bubble의한 유출에 유의 하면서 3시간 정도 격렬하게 교반하여 반응을 시킨다. 반응이 끝나면 이것을 filtering한다.

2.4 분석

2.4.1. 양쪽성 계면활성제 분석

구입한 쇠고기의 단백질양은 Kjedahl정량법(9)으로 질소를 정량하여 산출하였다. 양쪽성 계면활성제 가수분해 반응의 확인은 적외선분광 분석기(FT-IR, Nicolet Impact 410)를 이용하여 KBr법으로 합성된 분자들의 구조를 확인하였으며, 가수 분해된 양쪽성 계면활성제는 고성능 액체 크로마토 그래피(High perfor

-mance liquidchromatography-fluorometric analysis system)로 분해정도와 정량화 하였다. 이때, 3.9×300nm, 4□의 column(ACCQ-tag, waters)을 사용하였고, Detector는 Waters 996 Photodiode array detector(PDA)를 사용하여 검출하였다

2.4.2. 살균제 분석

착물의 확인은 자외선-가시광선분석기(UV-Spectroscopy, SHIMADZU 2101PC)

를 이용하여 착물형성을 확인하였고 합성된 살균제의 free-copperion양은 합성된 물질을 1/100로 희석하여 지시약(Murexide)을 이용하여M/100 E.D.T.A로 Chela

-te 적정을 실시하였다.(10) 같은 방법으로  시중에 시판되는 L사 유사제품을 비교분석 하였다.

2.4.3. 살균효과 비교시험

살균효과를 보기위해 시험균으로 Escherichia coli (E.Coli 1039)를 사용하였으며, 이때 E.Coli는 Beef-Extract, Peptone, Agar배지에서 36℃ 17시간배양하였다. 살균시험은  멸균된 물에 각각의 균을 1000배 희석하여 실시 하였다. 합성된 살균제와  염소계로 하이포아 염소산나트륨(NaClO from Junsei Chemical. Co), 시중에 시판되는 L사 유사제품, D사 4급 암모늄을 농도별로 투입하고 Shaking Water bath에서 30분 방치후 blank와 sample들을 Phosphate Buffer Solution(PB

S)에 각각 희석하여 E.Coli는 36℃에서 12시간 방치후 Colony를 counting하는 방법으로 비교시험 하였다.

3. 결과 및 토론

3.1 양쪽성 계면활성제 확인

5g의 쇠고기를 질소 정량하면 2.7∼2.9%의 질소량이 나오고 이것으로 16.8∼18.1%의백질양이 결정된다. 양쪽성 계활성제의 가수분해 확인은 적외선 스펙트럼, 고성능 액체 크로마토그래프로 확인하였다. 우선 적외선 스펙트럼을 나타낸 Figure 1에서 1600cm-1부근에서 -COO-기에 기인하는 특성 투과도가 관측되고, 3300-2600cm-1부근에서 N-H에 기인하는 특성 투과도가 나타나는 것으로 보아 분해가 되었음을 알수 있다.

Figure . IR-Spectroscopy of Zetterionic surfactant

Figure 2는 20배 희석한 sample의 고성능 액체크로마토 그래프로 분해 피크가 baseline에 접근정도로 분해가 잘되어 있음을 알 수 있고  주종 농도는 아래표와 같고 이들의 total 농도는 계산하면 0.66mol/Kg이다.

Figure2. High performance liquid chlomatography of zwitterionic surfactant

3.2. 살균제 분석

Figure 3은 양쪽성 계면활성제와 구리의 착물형성을 보여주는 자외선-가시광선분석기(UV-Spectrometer)의 그래프이다. [Cu(H2O)6]2+의 경우 Jahn-Teller효과에 따른 구조의 찌그러짐에 의하여 12,600cm-1에서의 주흡수 띠와 9,400cm-1에서의 shoulder가 나타난다(11). 그러나 Figure 3에서와 같이 610nm에서 강한 흡수 피크에 의해 착물형성을 확인 하였다.

Figure .  Uv-Spectroscopy of aminoacid-copper complexes

Table 1은 합성된 살균제와 L사 유사제품의 Free copper ion분석 결과이다. 이러한 분석 결과로 합성물의 유리 구리이온 농도가 아주 낮음를 알수 있다.

Table . Free-copper ion concentration of Sample and reference

	sample	L사 제품
M/100 E.D.T.A 적정량(ml)	0.3	47
Free-copper ion의 농도 (mol/kg)	0.012	1.88

3.3 살균효과 비교시험

합성된 살균제(Lab)와 염소계로 NaClO, 시중에 시판되는 L사 유사제품(Ref), D사 4급 암모늄(NH4+)의 농도별 살균성은 Figure4에 나타내었다. 합성된 살균제는 L사 유사제품, D사 4급 암노늄과 비슷한 경향의 살균력을 나타내고, 5ppm이면 거의 100%에 가까운  살균력을 보인다.

Fig . The sterizing effects of disinfectant agent

이러한 연구결과로부터 아미노산 구리(Ⅱ)계면활성제는 기존의 염소계제품에 비해 매우 뚜렷한 살균성을 나타내고 있음을 알수 있다.

4. 참고문헌

(1) Domagk, G. Dent. Med. Wachsch., 61, 828, 1935

(2) 新 界面活性濟  世和出版社  P179-187

(3) Inami T; Yamashita S WO97/30057; Antibacterial amino acids, inorganic sallts there of and process for the precipitation and use there of.

(4) NITSUKO KK  JP07076503 :Antibacterial liq. antibacterial coating agent

(5) NITSUKO KK  JP08081880 : Atibacterial agent for fibre treatment

(6) Miyoshi yushi JP09143009  ;Antibacterial agent compring metal salt of amino acid derivative

(7) T.E. Hugli and S. Moore, J. Biol. Chem. 247:2828(1972)

(8) J.L. MacDonnald and M.C. Allred, J. Assoc. Off. Anal. Chem. 71:603(1988)

(9) 食品分析 조덕제외 공저 지구출판사 1997 P97

(10) 도해 기본 분석화학실험 김민식외 공저 형설출판사 1993 p258

(11) 배위화학  궁여진공저  형설출판사 1988  p199