< 연구 결과요약서 >
소속학교 작전고등학교 책임 지도교사 현○람 공동 지도교사 이○미
참여학생 박○훈, 임○준, 이○규
과 제 명 식물 추출물을 이용한 방부, 탈취 효과 연구목표
식물의 추출물을 이용하여 방부 효과를 검증하고 이를 통해 식물 추출물의 방부의 활용 가능성을 살펴본다. 또한 식물 추출물의 암모니아의 탈취효과 에 중점을 두어 화장실 악취 냄새 개선에 활용될 수 있는 효과에 대한 검증을 실시한다.
연구내용
1-1. 식물 추출 실험 - 여러 가지 식물을 이용하여 다양한 종류의 추출물을 추출한다.
[조작변인 :추출할 물질 종류, 추출 시간, 추출할 액체(물, 에탄올) 종류]
1-2. 한천 배지 제작 실험 - 한천 가루를 이용하여 곰팡이를 배양할 한천 배지를 제작한다.
2-1. 곰팡이 배지 배양 실험 - 배지에 배양한 푸른곰팡이에 마늘, 녹차, 고추 추출물을 첨가한 후 변화를 확인한다.
[ 조작변인 : 추출물의 종류 ][ 통제변인 : 습도, 온도, 장소 ]
2-2, 곰팡이 식빵 배양 실험 - 각기 다른 추출물이 첨가된 식빵의 시간의 경과에 따른 곰팡이의 변화를 확인한다.
[ 조작변인 : 추출물의 종류 ][ 통제변인 : 습도, 온도, 장소 ]
3-1. 식물 추출 실험 - 여러 가지 식물을 이용하여 다양한 형태의 추출물을 추출한다.
[ 조작변인 : 추출할 물질 종류, 추출물의 상태, 추가적으로 넣을 물질 종류]
[ 통제변인 : 온도, 장소 ]
3-2. 설치물 실험 - 암모니아와 식물 추출물의 반응을 확인할 실험 기구를 제작한다.
4-1 . NH.₃관련 실험 - 여러 가지 식물 추출물을 다양한 추출 방법과 여러 형태의 추출물로 추출한 후 확인한다.
[조작변인 :추출할 물질 종류, 추출 시간, 추출할 액체(물, 에탄올) 종류]
[통제변인 : 온도, 장소]
연구성과
현재 실생활에서는 여러 종류의 탈취, 방부제가 사용되고 있는데, 사용 되고 있는 탈취, 방부제는 인체에도 유해 할 정도로 엄청 강력하다.
유해 화학 물질이 아닌 식물 추출물로 만든 것은 현재 사용되고 있는 항균제보다 해롭지 않고, 또 친환경적이기까지 한다.
그러고 식물은 우리 주변에서 널리 보이며 시중에서도 쉽게 구할 수 있는 식물이 많아 식물로 만들어진 탈취, 방부제를 생산하는데 필요한 자본도 상대적으로 낮출 수 있어 가격적인 측면에서도 성과를 거둘 수 있을 것이라고 생각한다. 결론적으로 생산비와 안전이라는 두 가지 효과를 얻을 수 있다. 또한 탈취제에 경우 화장실의 암모니아 악취를 막을 수 있어 화장실 환경 개선에 큰 도움이 될 것이라고 생각한다.
식물의 추출물을 이용한 암모니아 악취의 흡수 탐구를 봄으로써 화장 실 악취 해결 방법을 위한 다양한 방법을 연구하고 탐구할 수 있다는 점이 있다.
주요어
(Key words)
식물 추출물, 암모니아, 곰팡이, 탈취, 방부
< 연구 결과보고서 >
1. 개요
□ 연구 필요성 및 동기
○ 연구의 필요성
본 연구는 식물의 방부 효과를 통해 시중의 방부제에서 나타나는 문제점의 개선 방안을 탐구하고 또한 식물의 탈취 효과를 통해 화장실의 암모니아를 줄이기 위한 방법을 찾음으로 써 보다 친환경적인 방법을 추구하기 위한 목적을 가지고 있다, 특히 암모니아의 탈취 효과는 쾌적한 화장실 환경을 조성하고자 하는 데 필요하다. 이를 위해 암모니아 흡수 또는 제거 방법을 탐구한다. 이에 본 연구는 식물을 이용한 암모니아 흡수, 제거 방법을 탐구함으로써 친환경적이고 더 다양한 암모니아의 흡수 방법의 다양성을 추구할 수 있다.
○ 연구 동기
최근 생명공학이 세상에 대두되면서 생명공학은 우리의 생활에 긍정적인 면과 부정적인 면으로 도입되게 되었다. 우리가 살아가면서 생명공학에 대한 부정적인 면을 고르자면 물론 안전성일 것이다. 아직 연구가 부족한 생명공학은 연구가 부족한 만큼 부작용이 발생하게 되었는데 그 중 하나가 우리가 보게 된 방부제 등의 부작용이다. 방부제에서는 가장 많이 사용되는 파라벤류는 암세포의 생장을 조장한다. 이러한 약품 부작용이 다양하게 일어나는 많은 사례들을 보고 새로운 방부제를 만들기로 결심하게 되었다. 그러다 생각한 것이 과거 인터넷에서 보았던 주변에 손쉽게 구할 수 있는 마늘과 고추였다. 마늘과 고추는 대표적으로 방부의 특징이 있고, 그러한 특징을 이용해서 무엇을 만들 수 있는지 고민해 보았다. 그 결과 이 두 물질을 중심으로 여러 식물 추출물을 이용하여 방부제를 만들기로 하였다. 그리고 또 하나 요즘 문제 되는 것이 화장실의 냄새인데, 화장실의 냄새의 주된 원인은 오줌으로써 오줌은 신장(콩팥)에서 혈액 속에 들어 있는 노폐물을 걸러 만들어지며, 요소와 같은 해로운 물질이 들어 있다. 오줌은 신장에서 만들어지면 수뇨관을 지나 방광에 저장되어 있다가 250㎖ 정도 모이면 오줌이 마렵다고 느끼게 되고 요도를 거쳐 몸 밖으로 배출된다. 이러한 오줌의 냄새에서는 암모니아 때문이다. 암모니아는 고약한 냄새가 나고 약염기성을 띠는 질소와 수소의 화합물로서 물에 잘 녹는 성질을 가지고 있다. 이러한 암모니아는 화장실의 주된 냄새의 원인으로써 불리고 조금만 오래되거나 계속 방치된 화장실은 심한 악취를 가지 게 되어 사람들에게 아주 불쾌한 인상을 가지게 되어 이를 위한 암모니아 흡수, 제거 방법을 탐구하게 되었고, 전 실험에서 진행하고 있던 식물과 관련하여 식물을 이용한 탈취 방법을 착안하게 되었다.
□ 연구목적
○ 연구 목적은 시중 방부제의 부작용으로 인해서 피해를 입은 사람을 줄이기 위해서 안전성 과 친환경적인 식물 추출물을 이용한 방부제 개발을 목적으로 둔다.
○ 시중에서 유통 중인 방부제의 대부분은 공장에서 여러 물질을 혼합하여 제조하나, 주변에서 쉽게 볼 수 있는 식물의 추출물 사용으로 비교적 값싼 방부제 개발을 목적으로 둔다.
2. 연구 수행 내용
□ 문제의 착안점
○ 다른 물질이 아닌 식물들을 이용하여 방부제를 만드는 이유는 식물에서 추출되는 물질이 이용하기 쉬웠고, 특히 마늘과 고추 같은 경우 식재료임으로 때문에 인체에 무해하기 때문에 방부제에 이와 같은 식물 추출물을 쓰기로 결정했다. 마찬가지로 항균제, 방부제 또한 실험 가능한 다양한 물질 중에 비교할 수 있는 대상을 찾던 중 타닌도 같은 식물 추출물로 가장 얻기 쉬웠기 때문에 연구에 다양한 식물의 추출물을 사용하기로 결정했다.
- 식물 추출물로 약품을 제조함으로써 친환경적이고 안전하고 주변에서 구하기 쉽다는 이로움을 들 수 있다. 더 나아가 식물의 종류가 한반도에만 9731종이 있을 만큼 많고, 생물 다양성도 높다는 평가 때문에 여러 식물들로부터의 굉장히 다양한 추출물을 만들 수 있다는 장점도 가지고 있다.
○ 과학 기사를 수집하여 나누던 과학 동아리 활동 후 교내 화장실에서 악취나 지린내의 원인이 암모니아 때문이란 것을 알게 되었는데 점차 이 기체에 관심이 많아져서 어떤 효과를 나타내는지, 그 이외 악취가 나는 다른 것들이 있는지 등을 탈취라는 단어를 중심으 로 조사하던 중 여러 식물들이 암모니아를 제거하거나 물리적인 흡착을 통하여 주변 암모니아 기체 농도를 줄일 수 있다는 것을 알게 되었다. 대표적인 탈취효과를 지닌 식물들 과 그 이외에 우리가 쉽게 발견 할 수 있거나 연구해보고 싶은 식물을 사용하여 탈취제를 만드는 것에 초점을 맞추었다.
□ 연구주제의 선정
○ 주제 토의
식물의 타감 물질이 다른 식물에 미치는 영향에 대한 연구를 최초 주제로 선정했다가 타감 물질의 종류와 어떤 식물에 많이 포함되어 있는지를 문헌을 통해 조사하던 과정 중 연구의 결과가 정확하지 않아 여러 가지를 토론하여 식물의 물질을 가지고 방부와
탈취를 보기로 결정하였다.
○팀별 세미나
조원들과 지도 교사가 토의한 결과 타감 물질보다는 실험에 이용할 가치가 많고 더 많은 선행 조사가 된 식물을 이용한 친환경적인 항균 효과를 보고자 하게 되었다. 이때 세균의 악취에 대해 조사하여 세균의 항균 효과를 보고, 악취에 대한 탈취 효과를 보게 되었고 , 일상생활 중 가장 익숙한 화장실 악취, 즉 암모니아에 대한 탈취를 식물과 연관시키 기로 결정했다.
○문헌 연구를 통한 및 연구 방법 조사
타감 물질에 대한 항균의 정도와 방부의 정도를 조사하였으나 균의 수와
부패의 정도를 측정할 정확한 기준이 없었거나 있더라도 너무나 정밀한 기계나 의뢰를 했어야 했기 때문에 타감 물질보다는 많은 선행 자료가 있고 더 큰 범위가 있는 식물을 주제로 하도록 결정하였다.
○최종 연구 주제 선정
모든 결과를 종합하여 최종 연구 주제는 ‘식물 추출물을 이용한 방부, 탈취 효과’라고 결정
□ 관련 선행연구 조사
○ 암모니아
NH3의 화학식을 갖는 암모니아는 질소원자를 포함하는 화합물로, 식물체 에 대한 질소공급원으로 매우 유용하게 쓰이는 물질이다. 식물체는 토양 과 공기 중 으로부터 재료들을 흡수하고, 흡수한 재료들을 이용해 필요한 유기물을 합성하는 데, 단백질을 합성하는 데에 질소가 꼭 필요하다. 식물 은 보통 토양으로부터 질소 를 흡수하는데, 토양이 척박해지면서 질소가 부족한 경우가 많았다. 그래서 공업 적으로 질소를 수소와 반응시켜 암모 니아로 만들고 이를 이용해 비료를 만들 수 있었다. 암모니아를 대량으로 만드는 과정은 하버-보슈에 의해 발달했다. 암모니아 는 이렇게 우리 생활 에 유용하게 사용되는 물질이다.
그렇지만 우리가 단백질을 섭취하고 이를 분해하여 에너지를 얻고 나면 노폐 물로 암모니아가 만들어지는데, 암모니아는 독성을 가지고 있는 물질 이기 때문에 사람의 몸 속에 오랫동안 머물면 위험하다. 그래서 사람을 포함한 포유류나 양서 류는 암모니아를 독성이 없는 요소라는 물질로 바 꾸어 신장에 저장해 두었다가 소변이나 땀 등의 형태로 몸 밖으로 내보 낸다. 또 파충류나 조류, 곤충 등은 암모 니아를 요산으로 바꾸어 배출한 다. 노폐물을 잠시 저장해 두었다가 배설하는 동 물들의 경우 이와 같이 독성이 있는 암모니아를 독성이 적은 물질로 전환시킨다.
그렇지만 수중 동물의 경우 암모니아가 생기면 그때그때 소변으로 배출하기 때문 에 굳 이 다른 물질로 전환하지는 않는다.
암모니아는 매우 고약한 냄새가 나는 물질이다. 가끔 청소가 잘 되어 있 지 않은 화장실에서 고약한 냄새가 나는 경우가 있는데, 이는 체내에서 미처 요소로 전환되지 못한 암모니아가 소변에 함께 섞여 몸 바깥으로 배출되기 때문이다.
〈 그림 - 암모니아 화학식 〉
○ 탈취제
악취를 제거하기 위해 사용하는 약제. 탈취제는 크게 두 종류로 물리적인 흡착 에 의한 탈취제와 화학적 작용에 의한 탈취제로 나눌 수 있다. 물리적 흡착 탈취제 에 대표적인 것이 활성탄, 실리카겔, 활성 백토 등이 있다. 화 학적 작용에 의한 탈 취제의 대표적인 것으로는 과망간산칼륨 수용액, 표백 분 수용액, 포르말린 등이 있 다. 근래에는 1차적으로 공해방지 시책에 맞 춰 광합성 세균으로 먼저 악취를 변화 시키고, 2차적으로 냄새를 없애는 새 로운 방취제도 나왔다.
○ 녹차 속 타닌
1) 해독작용(解毒作用) : 타닌이 유독성분인 알카로이드를 몸 밖으로 배출시키는 작용. 유해 성 중금속의 침전 해독작용. 니코틴을 체외로 배출한다.
2) 살균작용(殺菌作用)：타닌이 균체에 침투하여 단백질과 결합하여 응고시키므로 병원균을 죽게 하는 작용. 단세포동물의 단백질을 응고시킨다.
○ 마늘 속 알리신
1) 살균 - 항균작용：알린이라는 성분은 마늘을 자르거나 빻을 때 세포가 파괴되면서 알리나 아제라는 효소의 작용에 의해 매운 맛과 냄새가 나는 알리신으로 변한 후 살균 - 항균작용을 한다.
○ 고추 속 캡사이신
1) 진통작용 : 고추에 들어있는 캡사이신은 처음 이후 시간이 지나면 진통의 효과가 있다.
2) 살균작용 : 고추에 들어있는 캡사이신이라는 매운 맛을 내는 이 성분은 세균의 발육, 증식을 막고 세균을 사멸시켜버린다.
+) 캡사이신은 고추씨에 많이 함유하나 많은 양이 추출되지 않는다.
□ 연구 내용
A.식물추출물을 이용한 방부실험 1. 추출 실험
□ 가 - 녹차 추출
○ 녹차
1) 녹차 잎을 막자사발에 넣고 막자로 갈아 가루형태로 만들어 전자저울로 15g을 맞춰 준비해 놓는다.
2) 알코올 램프위에 물 150㎖가 든 비커를 놓고 온도계로 물의 온도를 측정하 여 물의 온도가 70℃가 되면 과정(1)에서 준비한 녹차 잎 가루를 가열된 물 안에 넣고 섞어준다.
3) 녹차 잎 가루를 물에 2분 동안 섞어준 것과 10분 동안 섞어준 것을 거름망을 이용하여 녹차 잎 가루는 걸러낸다.
5) 과정(4)을 2~3번 정도 반복한다.
6) 완성된 추출물을 스프레이에 담는다.
□ 나 - 마늘 추출
○ 마늘
1) 시중에서 구매한 깐 마늘을 전자저울을 이용하여 200g 측정 후 믹서기에 물 50ml과 함께 간다.
2) 갈아진 마늘을 막자사발을 이용해 계속 빻아준다.
3) 알코올 램프위에 물 200㎖가 든 비커를 놓고 온도계로 물의 온도를 측정하여 물의 온도가 30℃가 되면 과정(2)에서 준비한 마늘을 가열된 물 안에 넣고 약 10분 동안 섞어준다.
4) 이렇게 섞은 마늘 추출물을 거름망을 이용하여 추출물을 걸러낸다.
5) 과정(4)을 2~3번 정도 반복한다.
6) 완성된 추출물을 스프레이에 담는다.
□ 다 – 고추의 추출물
○ 캡사이신
1) 캡사이신 5g을 저울을 이용하여 측정한다.
2) 물 150㎖를 알코올램프로 가열하여 70℃가 되면 과정(1)에서 준비한 캡사이신 을 10분 동안 혼합시킨다.
3) 완성된 추출물을 스프레이에 담는다.
〈 그림 1 - 측정 단계 〉 〈 그림 2 - 분해 단계 〉
〈 그림 3 - 추출 단계 〉 〈 그림 4 - 거르기 단계 〉
〈 그림 5 - 측정 단계 〉 〈 그림 6 - 측정 단계 〉 〈 그림 7 - 혼합 단계 〉
2. 곰팡이 배양하기
□ 가 – 식빵과 곰팡이 배양
1) 식빵의 가운데 조각을 잘라 6개의 페트리 접시에 나눠 담는다.
2) 각 추출물( 녹차 추출물 2분 2통, 녹차 추출물 10분 1통, 마늘 추출물 10분 1통, 캡사이신 추출물 10분 1통, 물 1통) 스프레이를 각 식빵마다 뿌린다. - (물을 뿌리는 이유는 다른 추출물에도 물이 함유되어 있어 습도를 맞추기 위해서이다.)
3) 시중에서 구매한 누룩 곰팡이를 스프레이에 물 50ml과 담아 약 20~30분 정도 흔든다.
4) 하루마다 각 추출물을 평균 15회, 곰팡이 물을 평균 5회 뿌리고 3일 동안 관찰한다.
〈 그림 8 - 배양 단계 〉 〈 그림 9 - 보관 단계 〉
□ 나 – 배지와 곰팡이 배양
1) 전자저울을 이용하여 한천 가루 1.8g 맞춘다.
2) 물 85 와 단백질 용액 10 와 한천 가루 1.8g을 잘 섞어준다.
3) 알코올램프를 이용하여 한천 가루가 모두 녹인다.
4) 페트리 접시 3개를 준비하고 그 페트리 접시 안에 만들어낸 배지 용액을 붓는다.
5) 용액이 다 굳을 때까지 기다린다.
6) 배지가 완성되었다면 알코올로 소독한 면봉으로 곰팡이를 접촉시키고 준비된 배지 한 가운데 살짝 발라준다.
7) 미리 준비한 고추의 추출물인 캡사이신과 마늘 추출물을 각각 배지에 뿌리고, 나머지 한 배지에는 물을 뿌려준다.
8) 2일 후 실험 결과를 확인한다.
〈 그림 10 - 측정 단계 〉 〈 그림 11 - 합성 단계 〉 〈 그림 12 - 굳히기 단계 〉
〈 그림 13 - 보관 단계 〉 〈 그림 14 - 배양 단계 〉
□ 가 – 식빵의 곰팡이 배양 결과
– 녹차 추출물을 뿌린 곳과 평범한 물을 뿌린 곳에서는 곰팡이가 자랐 고 고추의 추출물과 마늘의 추출물을 뿌린 곳에서는 약간의 변화 밖 에 없었다.
〈 그림 15 - 결과 〉 〈 그림 16 - 결과 〉
〈 그림 17 - 결과 〉 〈 그림 18 - 결과 〉
〈 그림 19 - 결과 〉
□ 나 – 배지의 곰팡이 배양 결과
– 평범한 물을 뿌린 곳에서는 곰팡이가 매우 많이 나타났고, 고추의 추출물과 마 늘의 추출물을 뿌린 곳에서는 완벽히 곰팡이가 자라지 않은 것은 아니지만 평 범한 물을 뿌린 것 보다 훨씬 좋은 결과가 나왔다.
〈 그림 20 - 결과 〉
B. 식물추출물을 이용한 탈취제 1. 실험 계획
가. 각각의 물질과 추출액을 이용하여 고체 형식과 액체 형식, 젤 형식을 만든다.
나. 가루 형식을 활용하여 암모니아 기체에 대한 영향 알아보는 실험을 계획한다.
다. 액체 형식을 활용하여 암모니아 기체에 대한 영향 알아보는 실험을 계획한다.
라. 젤 형식을 활용하여 암모니아 기체에 대한 영향 알아보는 실험을 계획한다.
마. 실험에 사용할 용기를 제작 후 만들어낸 용기로 실험을 진행한다.
바. 여러 식물을 화장실 이외 여러 장소에서의 활용하기 위해 탈취제를 만든다.
2. 식물 추출 실험 2-1 가루 형질
가. 식물을 막자를 이용하거나 또는 분쇄기를 사용하여 갈아 가루형태로 만들어 전자저 울로 50g을 맞춰 준비해 놓는다.
나. 만약 물기를 가지고 있다면 바싹 마를 때까지 건조시킨다.
다. 큰 물질을 걸러내기 위하여 거름망을 이용하여 큰 물질을 걸러낸다.
라. 완성된 고체 형질 물질을 용기에 담고 공기가 통하지 않도록 밀봉시킨다.
2-2 액체 형질
가. 식물을 막자를 이용하거나 또는 분쇄기를 사용하여 갈아 가루형태로 만들어 전자저 울로 20g을 맞춰 준비해 놓는다.
나. 알코올 램프위에 물을 담은 큰 비커를 올리고 큰 비커 안에 증류수 50㎖와 알코올 30㎖가 혼합된 액체가 든 작은 비커를 넣는다. (여기서 물이 담긴 큰 비커 안에 작은 비커를 넣는 이유는 중탕을 하여 온도를 더욱 쉽게 맞추기 위해서이다.) 다. 온도계로 증류수의 온도를 측정하여 증류수의 온도가 70℃가 되면 과정(가)에서
준비해 놓은 식물 가루를 가열된 증류수 안에 넣고 섞어준다.
라. 식물 가루가 혼합용액에 10분 추출되었다면 이를 거름망과 거름종이를 이용하여 식물 가루는 걸러낸다.
마. 완성된 추출물을 삼각 플라스크에 담고 공기가 통하지 않도록 밀봉시킨다.
2-3 젤 형질
가. 식물을 막자를 이용하거나 또는 분쇄기를 사용하여 갈아 가루형태로 만들어 전자저 울로 20g을 맞춰 준비해 놓는다.
나. 알코올 램프위에 물을 담은 큰 비커를 올리고 큰 비커 안에 증류수 80㎖ 가 든 작은 비커를 넣는다. (여기서 물이 담긴 큰 비커 안에 작은 비커를 넣는 이유는
중탕을 하여 온도를 더욱 쉽게 맞추기 위해서이다.)
다. 온도계로 증류수의 온도를 측정하여 증류수의 온도가 80℃가 되면 과정(가)에서 준비해 놓은 식물 가루를 가열된 증류수 안에 넣고 섞어준다.
라. (다)에서 준비해둔 추출액에 한천가루 또는 곤약 가루 일정량을 넣어준다.
마. (라)과정에서 만들어진 용액을 페트리 접시에 붓고 굳도록 식혀준다.
바. 완성된 젤 형질 물질을 공기가 통하지 않도록 밀봉시킨다.
2-3-2 결과물 점검
가. 결과물에 만약 손상이 있다면 다시 젤 만드는 과정을 반복한다.
(손상 경우 : 급격한 온도변화로 인한 갈라짐, 충격으로 인한 갈라짐, 곰팡이 번식)
〈 그림 21 - 젤 형식 추출물 〉
3. 설치물 제작
3-1. NH.₃기체 용기 제작
가. 락앤락(밀폐용기)과 파라핀 필름, 고무관 2개, 유리관 2개, 고무마개 2개, 가스측정기 를 준비한다.
나. 락앤락에 고무관을 넣고 나머지 부분을 파라핀 필름으로 막는다. (빈틈이 없도록 주변에 몇 겹을 쌓는다.
다. 고무관과 유리관을 연결시킨다.
라. 유리관에 바람을 불어 반대편 유리관에 공기가 나오는지 확인한다.
마. 공기가 나오는 것을 확인했다면 한쪽에 가스측정기를 설치하고, 다른 한쪽은 고무마 개로 막거나 양쪽 모두 고무마개로 막는다.
3-2. 기타 제작
(1) 물중탕 기구
가. 비커 1ℓ, 500㎖, 스탠드, 알코올램프, 삼발이, 스탠드용 집게 나. 삼발이에 알코올램프를 두고 그 위에 비커 1ℓ둔다.
다. 비커 1ℓ안에 500㎖의 비커를 넣는다.
라. 500㎖의 비커는 비커 1ℓ의 바닥에 닿지 않도록 스탠드와 스탠드용 집게를 이용하여 물에 일정 부분만 닿도록 한다.
마. 스탠드와 스탠드용 집게가 정상적으로 지지하는지 확인한다.
〈 그림 22 - 용기 제작 〉 〈 그림 23 - 용기 제작 〉
4. NH.₃관련 실험 4-1 가루 형식 효과 비교
가. 식물의 가루가 담긴 페트리 접시를 밀폐된 NH.₃기체 용기 ( 암모니아 센서가 부착 되어져있는 )에 넣는다.
나. 식물의 추출물과 대조군으로 아무것도 담기지 않은 페트리 접시도 다른 용기에 넣는다.
다. 시간을 2분, 5분, 10분, 20분, 40분, 60분 후의 암모니아 기체 농도를 측정하고 그래프를 그린다.
라. 어떤 가루가 가장 암모니아 기체 농도를 낮게 만들 수 있는지 알아본다.
4-2 액체 형식 효과 비교
가. 식물의 추출물이 담긴 삼각 플라스크를 밀폐된 NH.₃기체 용기 ( 암모니아 센서가 부착 되어져있는 )에 넣는다.
나. 식물의 추출물과 대조군으로 물이 담긴 삼각 플라스크도 다른 용기에 넣는다.
다. 시간을 2분, 5분, 10분, 20분, 40분, 60분 후의 암모니아 기체 농도를 측정하고 그래프를 그린다.
라. 어떤 물질이 가장 암모니아 기체 농도를 낮게 만들 수 있는지 알아본다.
4-3 젤 형식 효과 비교
가. 식물의 추출물 젤이 담긴 페트리 접시를 밀폐된 NH.₃기체 용기 ( 암모니아 센서가 부착 되어져있는 )에 넣는다.
나. 식물의 추출물과 대조군으로 평범한 한천 배지와 곤약이 담긴 페트리 접시도 다른
용기에 넣는다.
다. 시간을 2분, 5분, 10분, 20분, 40분, 60분 후의 암모니아 기체 농도를 측정하고 그래프를 그린다.
라. 어떤 젤이 가장 암모니아 기체 농도를 낮게 만들 수 있는지 알아본다.
위 실험 젤 종류 :
평범한 젤, 식물 추출물 젤 (1가지 식물) , 식물 추출물 젤(여러 식물 혼합)
〈 그림 22 - 용기 제작 〉 〈 그림 23 - 용기 제작 〉
5. 실생활에서의 적용 5-1 탈취제(액) 만들기
가. 효과가 있는 식물 추출액을 스프레이 용기에 넣는다.
나. 에센셜 오일을 2-3 방울 넣는다.
다. 잘 섞일 수 있도록 흔들어준다. 그리고 사용한다.
5-2 탈취 젤 만들기
가. 효과가 있는 식물 추출액에 한천가루 혹은 곤약가루를 일정량 넣고 녹여준다.
나. 한천가루 혹은 곤약가루가 다 녹았다면 자신이 원하는 틀에 붓는다.
다. 액체가 고체가 될 때까지 기다려준다.
라. 적당히 굳었다면 모양이 깨지지 않도록 주의하면서 틀에서 젤을 꺼내 사용한다.
〈 그림 23 - 탈취제 (액) 〉 〈 그림 24 - 탈취제 (액) 〉 〈 그림 25 - 탈취제 (젤) 〉
3. 연구 결과 및 시사점
1. 요약 및 결론
- 방부 효과 검증 실험 -
본 연구는 식물 추출물 중 마늘과 고추의 항균과 방부 효과를 알아보기 위하여 실시 한 실험이다. 마늘을 30도의 물 300ml에 믹서기로 간 마늘 200g을 넣어 10~15분 동안 우려내도록 했다. 이와 비슷하게 녹차는 70도의 물 150ml에서 막자사발을 이용하여 간 녹차잎 15g을 넣어 마찬가지로 10~15분 간 우려내었다. 캡사이신도 70도의 물과 캡사 이신 용액 5g을 넣어 10~15분 간 섞었다. 이 추출물들을 각각 식빵과 배지에 뿌린 결 과 식빵에서는 식물 추출물 중 캡사이신과 마늘 추출물(알리신)의 항균과 방부 효과는 녹차와 일반 대조군(물)에 비해 꽤나 뛰어난 편이었다. 배지에서의 모습 또한 이와 유 사하게 나타났다. 캡사이신과 마늘 추출물(알리신)이 일반 배지와 차이가 드러났다. 이 를 통해 시중의 방부제로써 이용할 수 있는 가치가 있다고 판단했다. 하지만 시중의 방부제와의 차이를 대조하지 못한 것은 아쉬운 점이라 할 수 있다. 본 실험은 마늘과 캡사이신의 방부 효과와 항균을 보기 위해 실시되었고 녹차에 비해서 큰 방부효과를 보였다. 발전된 실험을 위해서는 더 다양한 대조군과 추출방법이 필요할 것이라고 판 단되었다.
- 암모니아 기체 흡착 실험 -
다음 2번째 연구에서는 녹차, 편백나무 잎, 솔 잎을 이용하여 암모니아의 흡수율을 보 기 위한 실험을 실시했다. 보다 정확한 평균을 구하기 위하여 실험은 각 추출물 마다 2 ~ 3번씩 실험이 실시되었으며 상태에 따른 암모니아 흡수율 또한 보기 위해 젤 상태 의 추출물과 액체 상태의 추출물로 나누어서 실험을 실시했다. 실험 결과 암모니아 기
체의 흡수량으로는 솔잎, 편백나무, 녹차 순으로 모두 물보다 많이 암모니아를 흡수했 으며 젤 상태와 액체 상태의 추출물 중에서도 솔잎의 암모니아 기체 흡수량이 독보적 으로 뛰어났다는 것을 확인할 수 있었다.
가) 암모니아 흡착 실험 (용액)
<그래프 1> 추출물(용액)에 따른 암모니아 기체 농도의 변화량 그래프
용액으로 추출물을 추출한 후 추출물 당 평균 3회 정도 암모니아 기체 흡착 실험을 실시한 후 암모니아 기체 농도의 변화량을 평균을 맞추어 나타낸 것이다. 위의 그래프에 따르면 물의 암 모니아 기체 농도의 변화량이 가장 낮은 것을 볼 수 있으며, 녹차, 편백나무 잎, 솔잎 순으로 변화량이 높아지고 있다. 실험을 하기 전에는 물과 많은 차이가 나타나지 않을 것이라고 보았 으나 결과를 살펴보자 큰 차이가 난다는 것을 알 수 있었다.
<그래프 2> 추출물(용액)에 따른 암모니아 변화량 수치 비교 그래프
구체적으로는 물이 21ppm, 녹차가 39ppm, 솔잎이 49ppm, 편백나무 잎이 48ppm 으로 대부분 은 약 물의 2배정도 차이가 나는 것을 볼 수 있었다. 특히 녹차의 경우 물과 비슷할 것이라고 예상했으나 예상보다 더 높은 그래프 수치가 나오게 되었다.
<그래프 3> 추출물(용액)에 따른 암모니아 기체의 반감 지점 비교 그래프
물은 거의 포화 상태가 진행되었기 때문에 반감 지점이 없었고 다른 추출물들은 녹차는 약 17 분, 솔잎은 약 13분, 편백나무 잎은 약 19분 정도 후에 반감이 되었다는 것을 알 수 있다. 솔잎 의 효과가 확연히 높다는 것을 알 수 있었다.
나) 암모니아 흡착 실험 (젤)
<그래프 4> 추출물(젤)에 따른 암모니아 기체 농도의 변화량 그래프
한천 가루를 사용하여 만든 젤 상태의 추출물의 경우에도 각 추출물 마다 마찬가지로 평균 3 번 정도 암모니아 흡착 실험을 실시하고 평균을 내어서 그래프를 작성하게 되었다. 물이 암모 니아 기체의 변화량이 가장 작았고, 이 그래프에서는 녹차 젤이 생각보다 변화량이 작은 것을 알 수 있었다, 편백나무 잎 젤은 변화량이 적당히 높았고, 솔잎 젤의 경우 급격하게 암모니아 기체를 흡수한 모습이 드러났다.
<그래프 5> 추출물(젤)에 따른 암모니아 변화량 수치 비교 그래프
앞에서 말했던 것과 같이 물은 19.5ppm, 녹차는 27.5ppm, 솔잎은 85ppm, 편백나무잎은 40ppm 으로 솔잎 젤의 암모니아 기체 변화량이 크게 감소한 것을 알 수 있다. 솔잎이 편백나무와 이 런 큰 차이가 나타난 것은 예상 밖일 만큼 솔잎의 암모니아 흡수량이 많다는 것을 확인했다.
<그래프 6> 추출물(젤)에 따른 암모니아 기체의 반감 지점 비교 그래프
용액 추출물과 마찬가지로 물 젤은 거의 포화 상태에 가까워져 반감지점이 도달하기는 어려웠
고 녹차 젤은 오랜 시간 후인 약 35분, 솔잎 젤은 약 9분, 변백나무 잎 젤은 암모니아 기체가 반감되는데 약 19분 정도가 걸렸다. 이 그래프 또한 솔잎의 많은 암모니아 기체 흡수량을 볼 수 있다.
다) 실험의 결과와 해석
실험 결과 우리가 예상한 것보다 물과 추출물의 암모니아 흡수 차이가 매우 컸다. 대 부분 2배 이상이었으며 효과가 좋을 것이라고 예상하지 못했던 녹차 또한 용액 상태에 서는 물의 약 2배, 젤 상태에서도 약 30 ~ 40% 정도 효율이 더 높았다. 녹차는 녹차 자체의 탈취 효과가 영향을 준 것으로 보였고, 편백나무 잎과 솔 잎 또한 암모니아 흡 수에 좋은 식물이었기 때문에 더 효과적인 결과가 나온 것으로 해석된다. 젤과 같은 경우는 젤이 굉장히 변화량이 저조할 것 같았으나 더 높은 것들도 많이 나오게 되었 다. 암모니아 기체 변화량을 보면 젤이 더 잘 나온 추출물도 있고 아닌 것도 있기 때 문에 젤이 과연 암모니아 흡수에 효과가 좋은 가에 대해서는 아직 연구와 실험이 필요 할 것이라고 생각된다. 최종적으로 실험의 결과는 물을 아니더라도 다양한 식물 추출 물들이 암모니아 기체를 줄일 수 있을뿐더러 암모니아가 잘 녹는 다는 물에 비해서 각 종 식물 추출물들이 암모니아 흡수 효과가 훨씬 좋다는 것이다.
2. 앞으로 탐구하고 싶은 과제
고추와 마늘의 방부, 항균성이 뛰어나다곤 했으나 너무 대조군이 부족했던 점, 곰팡이 를 배양시키는 배양기가 없어 곰팡이를 효과적으로 배양할 수 없었던 점, 습도가 완전 히 맞지 않다는 점, 녹차의 추출물이 썩기도 해서 다시 만들었던 점 등 추출 온도, 추 출 방법, 추출 시간에 따른 추출물의 방부, 항균 효과를 구체적으로 실행할 만한 여건 이 있었더라면 더욱 효율적인 방부, 항균 효과가 나올 것이라는 생각이 들었다. 여러 식물의 대조군, 시중의 방부, 항균제와 대조해보고 추출방법 또한 최대한 오래 보존할 수 있고 성분을 얼마나 많이 추출해 낼 수 있는지 어려운 추출도 할 수 있다면 더 좋 은 방부 효과를 띤 친환경적 물질을 만들 수 있을 것이라 생각한다. 또한 마찬가지로 화장실 악취를 일으키는 암모니아 기체를 흡수하는 것을 목적으로 하여 암모니아 기체 흡수량 측정 실험을 시행했다. 이 실험에서 암모니아 기체를 효율적으로 흡수하기 위 해서 부직포를 이용하여 기체와 닿는 면적을 넓게 하여 흡수량 측정을 하지 못했던 점, 직접 화장실에 적용하는 방안이나 적용하여 측정까지 하는 마무리 단계까지 실험 하지 못했던 것 등을 끝까지 하지 못했던 것이 아쉬웠던 점이자 우리가 앞으로 탐구하 고 싶은 과제이다.
4. 홍보 및 사후 활용
□ 기대효과
○ 천연 식물을 이용한 친환경적 약품의 안전성
시중에 있는 탈취제는 효과를 위해 각종 유해 물질들을 넣고 마찬가지로 시중에 있 는 방부제 또한 효과를 강조하기 위해 여러 유해 물질이 존재한다. 이는 인체에 유해 할 정도로 강력하고, 여러 질병의 원인을 초래할 뿐 아니라 암 물질을 유발하는 사례 들이 최근 대폭 발생했다. 이러한 현상으로 보았을 때 현재 시장에 유통되고 있는 대 부분의 탈취, 방부제는 크든 작든 부작용의 위험이 있을 수 있다는 의미이다. 그러나 식물의 추출물을 이용한 약품들은 시중의 약품들보다 안전하고, 화학적으로 결합하는 것보다 무해하며, 이산화탄소를 배출하는 등 만드는 데 발생시키는 대기 오염의 수치 가 훨씬 적어 상당히 큰 이익을 볼 수 있다.
○ 약품 생산비의 절감 효과
시중에 유통되는 것 보다 제작비용, 즉 생산비를 감소하는 것이 가능하다. 공장에서 여러 물질을 혼합해 제조하는 것보다도 주변에서 쉽게 구할 수 있는 식물을 추출하여 만드는 것이 훨씬 값싼 탈취, 방부제를 만들 수 있을 것이라 생각된다.
○ 식물 추출물과 시중의 약품과의 효과 차이 문제와 활용방안
식물 추출물과 시중의 약품의 주요 쟁점은 약품의 효과이다. 식물 추출물은 식물에서 채취하여 왔으므로 식물에 따라 각 분야의 약품의 관한 효과도 다르고 공장에서 제조 한 혼합물보다는 효과가 적을 가능성이 있다.
그러므로 식물 추출물의 농도를 높이거나 다양한 식물 추출물을 조합하여 각각의 약 품 효과가 높은 추출물을 이용할 수도 있고, 인체의 무해한 화합물, 혼합물을 이용한다 면 친환경적이라는 강점을 유지한 채 현재 유통되는 약품의 효과를 따라잡기 충분할 것이고 상용화로 가는 데 한 걸음을 더 다가갈 수 있을 것이다.
5. 참고문헌
녹차 추출물을 포함하는 염모제용 조성물 - 김경숙
빵의 곰팡이 발생을 억제하는 천연식품 첨가물에 관한 연구 - 최인순, 최영분
고추 에탄올 추출물의 항산화 효과 및 생리활성에 관한 연구 - 김헌중, 홍충의, 남미현, 하영민, 이광원
황화합물의 함량이 증가된 마늘 추출물 제조방법 - 김정천
식품 부패미생물에 대한 천연 항균성물질의 농도별 및 분획별 항균 특성 - 이병완, 신동화
식품부패 및 병원성미생물에 대한 천연약용식물 추출물의 항균효과 - 오덕환
솔잎 추출법에 따른 피부상재균 억제 효능 비교 연구 - 김창수
편백잎 추출물의 아토피 피부염에 대한 항산화, 항염 및 면역 조절 효과 - 조소은
참나무 잎의 암모니아 가스 흡착에 관한 연구 - 윤병집, 고유진, 정유진
삼잎국화 추출물의 피부세포 생리활성 효과 - 김준섭
솔잎 추출물을 첨가한 청국장의 숙성중 화학성분의 변화에 관한 연구 - 장경자
