Effects of Fatty Acid Content on AKD Emulsion Stability and Sizing Performance

LiliMelani 국민대학교 일반대학원 2017 국내석사

Abstract Effects of Fatty Acid Content on AKD Emulsion Stability and Sizing Performance Lili Melani Department of Forest Products and Biotechnology, Graduate School Kookmin University Seoul, Korea AKD emulsion consists of fatty acid as a raw material. The present of that fatty acid might have negative, positive, or negligible impact on emulsion stability and paper sizing performance. It is essential to understand since many industries doing export-import activity in related to distribute AKD in form of emulsions. Longer distributing period and unstable condition during shipping period might be influences the stability and performance of AKD. This thesis investigated the stability of alkyl ketene dimer (AKD) emulsion based on fatty acid content, storage temperature, and storage period. In addition, sizing performance of AKD emulsion were investigated based on fatty acid content and the dosage those was applied on handsheet making. In this study, three kinds of AKD emulsion there are emulsion A1, A2, and A3 with different fatty acid content in term 12.5; 15; and 20% respectively were kept in water bath at different temperature 40, 50, and 60°C for 0, 15, and 30 days storage period. Stability had analyzed after 15 and 30 days in term of particle size and viscosity. Hydrolyzed AKD have analyzed by FT-IR and 1H-NMR after 30 days storage. Further, the physical properties and sizing degree performance such as bulk, density, tensile index, Cobb , Stöckigt, and water contact angle were evaluate. According to these results, increasing fatty acid from 12.5% to 20% would increase the viscosity. Moreover, temperature slightly effect to viscosity of emulsion, which is increasing temperature would decrease the viscosity. In term of storage period, the viscosity decreased as well as the longer storage period. Through FT-IR the 1H-NMR, band at 1848, 1720 cm-1 and peak near 2.3 ppm where ketones and carboxylic acid typically found clearly appeared, thus it gives positive result to hydrolysis of AKD. Result showed that bulk was in range 1.60-1.76 cm3/g, density was in range 0.57-0.62 g/cm3, and tensile index slightly decreased by increasing fatty acid content from 12.5 to 20%. Further, the performance of Cobb sizing degree would increase as well as the increasing of fatty acid content. AKD was hydrolyzed due to thermal condition gave better sizing degree. For Stöckigt test and water contact angle, the result were similar with Cobb sizing test, it suitable that increasing fatty acid content of AKD performed better sizing degree. Moreover, increasing the dosage of AKD in papermaking process led to increase sizing degree performance. By considered some aspects, such as less chemical usage and the obtained results emulsion A3 were select for the best treatment option to be applying in papermaking process. Keywords: AKD emulsion, fatty acid content, stability, sizing performance

생장지역에 따른 소나무 형성층 활동의 계절적변화와 영향인자분석

박소연 국민대학교 2016 국내석사

본 연구는 소나무(Pinus densiflora)의 지역별 재질 차이를 분석하기 위해 수행하였다. 동일 수종이라도 생장지역과 영급에 따라 재질의 차이가 존재하는데, 형성층 활동이 이러한 목재의 재질과 양을 결정하므로 형성층의 계절적 변화를 분석하였다. 형성층 활동 분석 결과, 2014년 소광리의 형성층 분열 개시 시기는 4월 중순이고 9영급에서는 5월~6월 중순 사이로 나타났다. 안면도는 영급에 구분 없이 4월 초에 시작하였다. 2015년 형성층 분열 개시 시기는 소광리 5영급에서 4월 초, 9영급에서 4월 말로 관찰되었다. 안면도는 2014년도보다 이른 3월 말에 형성층의 분열이 개시된 것으로 조사되었다. 형성층의 분열 종료 시기는 2014년 소광리 9영급에서 9월 말부터 10월 초 사이로 가장 이르게 나타났다. 나머지 임분에서는 소광리, 안면도 구분 없이 10월 중순~10월 말 사이에 종료되었다. 2015년에도 소광리 9영급 임분에서 가장 이르게 세포 분열이 종료된 것으로 조사되었다. 5영급 임분은 9월 말에서 10월 초 사이였으며, 안면도는 영급의 구분 없이 10월 초 대부분의 소나무에서 형성층 활동이 종료되었다. 두 지역의 영급별 형성층 분열 기간을 살펴본 결과, 2014년 소광리 소나무의 경우 평균 133.3일(9영급: 103.2일, 5영급: 163.4일)이었고 안면도 소나무의 경우 평균 181.4일(9영급: 172.7일, 5영급: 190일)로 나타났다. 2015년 소광리 소나무는 평균 142일(9영급: 120일, 5영급: 164일)이었고, 안면도 소나무는 평균 179일(9영급: 171.8일, 5영급: 186.4일)이었다. 두 해 모두 소광리 소나무가 안면도 소나무보다 형성층 분열 기간이 짧게 나타났다. 반면에 소광리 5영급에서 형성된 목재 세포 수가 더 많았다. 그리고 2015년에 형성된 세포 수 보다 2014년에 형성된 세포 수가 더 많았다. 단계별 세포 수와 기온과 습도 인자와의 상관성을 분석한 결과 모든 임분에서 영급의 구분 없이 비후 단계의 세포 수와 기온과의 높은 상관성을 나타냈다. 2014년도에는 습도와 상관성을 나타낸 반면 2015년에는 습도와의 상관성이 나타나지 않았다. 또한 2014년도에는 확장 단계의 세포 수와 기온과의 상관성이 나타났으나 2015년에는 나타나지 않았다. This study was conducted to analyze the difference in quality of Pinus densiflora by regional groups. As a result of analysis of cambial activity in Sokwang-ri is the middle of April in 2014 and the time in age class Ⅸ is between May and the middle of June. The cambial activity in Anmyondo started at the beginning of April, regardless of age class in 2014. It was observed that the starting time in 2015 was at the beginning of April in Sokwang-ri and at the end of April in age class Ⅸ. It was examined that the time in Anmyondo was the end of March which is earlier than the time of result in 2014. The cessation of cambial activity was between October. So, It was appeared that the time was the earliest. The rest of stands ended in between the middle and the end of October, regardless of Sokwang-ri and Anmyondo. In 2015, it was examined that the cell division of stands in Sokwang-ri age class Ⅸ ended the earliest. Age class Ⅴ ended in between the end of September and the beginning of October. Cambial activity of pine at Anmyondo was ended in early October, regardless of age class. As a result of anaylzing the period of the cambium division by the age class of two regions, in the case of pine at Sokwang-ri in 2014, the period was 133.3 days on average. (Age class Ⅸ : 103.2 days, Age class Ⅴ: 163.4 days). In the case of pine at Anmyondo, the period was 181.4 days on average. (Age class Ⅸ : 172.7 days, Age class Ⅴ: 190 days) In 2015, the period of pine at Sokwang-ri was averagely 142 days (Age class Ⅸ : 120 days, Age class Ⅴ: 164 days) and the period of pine at Anmyondo was 179 days. (Age class Ⅸ : 171.8 days, Age class Ⅴ: 186.4 days)It was turned out that the period of pine at Sogwang-ri than at Anmyeondo was shorter in both 2014 and 2015. On the other hand, the number of lumber cells formed in Age class Ⅴ at Sogwang-ri was more than that at Anmyeondo. And the number of cells formed in 2014 was more than that in 2015. As a result of anaylzing interrelationship bewteen the number of cells and relative humidity, the high interrelationship was showed up. In 2014, the interrelationship with relative humidity was showed up, on the other hand, the interrelationship in 2015 was not showed up. Also, in 2014, the interrelationship between the number of cell in extensional stage was showed up. But, in 2015, the interrelationship was not showed up.

파워 스펙트럼 기법을 이용한 종이의 표면 거칠음도 분석

정현석 국민대학교 일반대학원 임산생명공학과 임산생명공학전공 2018 국내석사

종이의 표면 거칠음도는 표면 특성이 요구되는 인쇄 및 도공 등의 가공 공정에서 품질을 결정하는 주요 인자로서 일반적으로 공기누출 방식을 통해 간접적으로 측정되었다. 그러나 간접측정 방식은 거칠음도의 상대적 비교는 가능하지만 인쇄나 도공 등의 가공공정은 종이 표면에 직접 접촉되어 이루어지기 때문에 이러한 특성에 대한 평가나 결과 예측에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 탐침의 접촉을 통해 거칠음 프로파일을 얻어내는 직접 거칠음 측정 방식으로 종이의 표면 거칠음도를 측정 및 평가하고자 하였다. 직경 100 ㎛의 구형 팁을 갖는 피라미드 탐침을 사용하였으며 접촉 힘, 스캔 속도, 데이터 수집 속도의 세 가지 변수로 최적의 거칠음 프로파일 측정 조건을 선정했다. 측정된 표면 거칠음 프로파일은 디트랜딩과 윈도윙 과정을 거쳤으며, 이후 고속 푸리에 변환을 통해 1D-PSD 스펙트럼으로 변환했다. 파장에 따라 나타난 1D-PSD 스펙트럼에서 종이의 표면 거칠음도는 파장영역에 따라 분리가 가능했으며 10∼1,000 ㎛의 파장영역에서 전체 거칠음도의 95% 이상의 거칠음도 기여도를 나타내는 것을 확인하였다. 파장영역 별 1D-PSD와 간접 거칠음도 측정법들의 상관성 분석을 실시했을 때 200 ㎛보다 긴 파장영역의 1D-PSD와는 높은 상관성을 나타냈으나 그 이하의 파장영역에서는 상관성이 급격하게 감소하였다. 이를 통해 간접 거칠음도 측정법들이 긴 파장영역의 거칠음도에서 시험편 간의 상대 비교는 가능하지만 200 ㎛ 이하의 파장영역의 거칠음도 측정에는 적용하기 어렵다는 것을 확인하였다. 고해시간과 침엽수와 활엽수 혼합에 따른 표면 거칠음도 변화를 1D-PSD를 통한 파장영역 별 거칠음도로 설명할 수 있었다. 침엽수 및 활엽수 섬유의 고해 시간이 증가함에 따라 섬유 절단 및 미세분이 발생하게 되는데, 이는 1,000 ㎛ 이상의 장파장 영역 1D-PSD와 10∼100 ㎛ 파장영역에서 1D-PSD의 변화를 통해 그 변화를 확인할 수 있었다. 인쇄용지의 디지털 인쇄 시 인쇄 품질은 색 재현성 평가인 색 농도와 평균 광택도를 적용하여 평가하였으며, 이들과 1D-PSD의 상관성 평가를 통해 파장영역 별 거칠음도와 인쇄품질 간의 상관관계를 분석하였다. 인쇄물의 색 농도와 평균 광택도는 200∼1,000 ㎛ 파장영역의 거칠음도와 높은 상관성을 나타냈다. 반면 공기누출 방식들로부터의 거칠음도(bendtsen 및 PPS)는 인쇄 품질들과 상대적으로 낮은 상관성을 나타냈으며, 광학적 이미지를 통한 거칠음도(Optitopo)는 색 농도와는 높은 상관성을 나타냈으나 평균 광택도와는 낮은 상관성을 나타냈다. 이와 같은 결과들로부터 탐침을 이용한 접촉측정 방식을 통해 거칠음 프로파일을 얻고, 그로부터 계산된 1D-PSD는 종이의 표면 거칠음도 측정 및 표면 거칠음도를 요구하는 특성 평가에 매우 적합하다고 판단된다. 특히 종이 표면을 구성하는 입자(섬유, 미세분, 무기입자, 도공물질)들의 크기가 서로 다른 종이에 파장영역 별로 분리된 거칠음도를 적용함으로써 종이의 표면특성 분석에 있어 새로운 표준으로 도입할 수 있다고 판단된다. The surface roughness of paper is major factor in determining the quality of printing and coating that require surface properties, and the surface roughness of paper is generally measured indirectly through the air-leak methods. The indirect surface roughness measurements are comparable to sample comparison but they are not suitable for characterization or outcome prediction of printing or coating. Because the printing and coating works proceed in contact with the paper surface. In this study, I tried to measure and evaluate the surface roughness of paper by measuring the surface roughness directly by obtaining the roughness profile through the contact of the probe. A pyramid shape probe with a spherical tip having a diameter of 100㎛ was used to change the three parameters(contact force, scan speed, and data acquisition rate) to select optimum conditions of roughness profile measurement. The measured roughness profiles were converted to a 1D-PSD spectrum through a fast Fourier transform after de-trending and windowing process. In the 1D-PSD spectrum according to the wavelength, the surface roughness of paper was able to be separated according to the wavelength region, and it was confirmed that paper surface roughness of 95% or more also contributed to the wavelength range of 10 to 1,000㎛. Correlation analysis of 1D-PSD for each wavelength region and indirect roughness measurement methods showed a high correlation with 1D-PSD in the wavelength region longer than 200㎛, but the correlation decrease sharply in the wavelength region below 200㎛. In is confirmed that the indirect roughness measurement methods can be compared with roughness of long wavelength region each samples, but it is difficult to apply to roughness measurement of short wavelength region below 200㎛. The change in surface roughness of paper according to beating time and mixing ratio of softwood & hardwood can be explained from average 1D-PSD each wavelength region. As beating time of softwood and hardwood fiber increases, generates fine particles and fiber cutting. This change can be confirmed by the changes of 1D-PSD of 1,000㎛ or more and 1D-PSD of 10∼100㎛ wavelength region. In the digital printing of P&W paper, the print quality was evaluated through color reproducibility measured by color density and mean gloss. The color density and mean gloss of the printed paper were highly correlated with the surface roughness of 200 to 1,000㎛ wavelength region. On the other hand, the surface roughness from air-leak showed a relatively low correlation with print quality, and the surface roughness from optical image showed a high correlation with color density, but lowly correlated with mean gloss. From these results, it can be concluded that 1D-PSD calculated from the roughness profile obtained by the contact measurement method using the probe is suitable for measuring the surface roughness of the paper. Especially, it is considered that the surface characteristics of paper can be analyzed from various viewpoints by applying the surface roughness separated by the wavelength region to the paper having different sizes of the particles constituting the surface(fibers, fines, inorganic particles, and coating materials).

비목질계 Cellulose nanofibrils를 이용한 패키징 용지의 표면 특성 평가

박찬용 국민대학교 일반대학원 임산생명공학과 임산생명공학전공 2018 국내석사

최근 들어 각국의 천연자원 유출에 대한 제한적 규제정책에 따라 유용 목재자원의 이용에 어려움이 커지고 있고. 또한 온실가스 배출감축에 따른 환경문제들로 인해 비목질계 섬유자원의 활용에 대한 관심이 증가되고 있다.1) 셀룰로오스는 지구상에 존재하는 가장 풍부한 바이오 폴리머 중 하나로서 목재 및 비목질계 자원의 주성분이다. 셀룰로오스는 다양한 처리방법을 통해 나노 단위의 초미세 셀룰로오스로 단리될 수 있으며, 이 중 기계적 처리방법으로 단리된 셀룰로오스를 CNF (Cellulose nanofibrils)라고 부른다. CNF는 생분해성, 기계적 강도, 화학개질 특성 등 우수한 물리·화학적 특성을 지니고 있어 다양한 분야에서 응용되고 있다. 그 중 포장 응용분야에서는 석유계 기반의 소재를 대체하기 위한 생분해 가능한 친환경 소재 개발에 대한 관심이 증가하고 있다. 그러나 식품포장 용도로 생분해 필름을 사용할 경우 포장재로서의 배리어 특성이 좋지 않으며 천연 고분자에 따른 물리적 성질이 약하기 때문에 사용상 매우 제한적이다. 따라서 천연중합체를 합성중합체와 혼합하거나 화학적으로 개질시켜 특정 조건의 환경에서 응용 가능하도록 개발하고 있다.38) 본 연구에서는 개질화 나노셀룰로오스가 패키징 용지의 표면에 미치는 영향을 평가하기 위해 목재섬유(Sw-BKP, Hw-BKP)와 비목질계 섬유(hemp bast fiber, kenaf fiber)로 제조된 셀룰로오스 나노피브릴을 이용하여 표면 처리 후 제반 물리․화학적인 특성을 분석하였다. 개질화 처리한 경우 미처리 시보다 균일하고 미세한 셀룰로오스 나노피브릴 제조가 가능하였으며, 미처리 섬유에 비해 점도가 높고 섬유의 탈수시간이 증가하였다. 또한 비목질계 섬유의 경우 목재 섬유보다 결정화도가 높았다. 목재 및 비목질계 섬유로 제조된 셀룰로오스 나노피브릴 시트는 기계적 처리 횟수가 증가함에 따라 인장강도 및 탄성률은 증가하였으며, 개질화에 따라 시트의 강도는 저하되었지만 불투명도 특성은 개선되었다. 또한 기계적 처리 및 개질화 처리를 통해 시트의 표면 평활성을 개선할 수 있었다. 셀룰로오스 나노피브릴을 도포함으로써 기존 다공성 구조의 시트 공극을 충진시켜 표면구조를 균일하게 하여 표면거칠기 값을 감소시켰고, 개질화 유무에 따른 표면의 소수화 거동을 확인할 수 있었다. Recently, interest in the use of non-wood fiber resources has been increasing due to gradual shortage of wood resources and in the purpose to reduce greenhouse emissions.1) Cellulose is the most abundant biopolymers present on earth and the major component in wood and non-wood resources. Cellulose can be converted to cellulose nanofibrils (CNF) through various methods, and the most common method that has been used is mechanical treatment method. CNF has excellent properties such as biodegradable, high mechanical strength, and easy to reformability. Therefore, it can be used in a wide range of fields. Among them, there is growing interest in developing environmental-friendly material to replace oil-based material. However, the use of biodegradable films for packaging material is very limited due to the poor quality and weak physical properties caused by natural polymers. Based on that reason, natural polymers are often mixed with other synthetic polymers or has been chemically modified to expand their application for specific purpose.38) Therefore, surface modification by using biopolymers is essential. In this study, surface treatment was performed using cellulose nanofibrils from wood fiber (Sw-BKP, Hw-BKP) and non-wood fiber (hemp bast fiber, kenaf bast fiber) then the impact to physical properties was evaluated. Treatment process on cellulose fiber were able to make more uniform and smaller size than untreated cellulose, also it is more viscous and increased the dehydration time. In addition, the degree of crystallization in non-wood fiber was higher than wood fiber. According to data, cellulose nanofibrils sheets which manufactured from wood and non-wood fiber increased tensile strength and elasticity as increasing the number of mechanical treatment, meanwhile the degree of transparency of sheets showed decreasing. The surface of the sheets showed smoother after surface treatment. Surface treatment by coating with cellulose nanofibrils resulted the smaller size in the sheet pores, decreasing SMD value, and increaseing the hydrophobicity of surface which was confirmed by Cobb value.

Prebiotic effect of six medicinal plants, including Carthami Tinctorii Fructus, on the growth of Staphylococcus epidermidis

차승현 국민대학교 일반대학원 임산생명공학과 임산생명공학전공 2018 국내석사

연쇄상구균을 비롯한 병원성 세균의 감염은, 미생물이 인체의 상피 세포로 침입하여 발생된다. 이에 따라 피부 미생물 조절을 통해 병원성 미생물에 의한 감염을 예방하기 위해 천연 식물 유래 화합물에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 140 종의 약용 식물로부터 추출물을 제조하였으며, 이를 이용한 피부 미생물의 균형을 돕는 피부 상재균인 Staphylococcus epidermidis 와 피부 감염 질환을 유발하는 대표적인 미생물인 Staphylococcus aureus 의 분포를 개선할 수 있는 추출물을 확인하였다. 두 종의 미생물을 각각 또는 혼합하여 배양 할 때, 식물 추출물에 의한 분포 변화를 Colony forming unit (CFU) 방법을 이용하여 관찰하였다. 그 결과, 도인, 동과자, 백편두, 상엽, 의이인, 그리고 홍화자 약용 식물들이 최종적으로 선별되었다. 이러한 약용 식물 추출물에 의해 S. aureus의 생장을 각각 32%, 66%, 47%, 83%, 52%, 그리고 90% 강력하게 억제함과 동시에 S. epidermidis의 생장은 각각 70%, 98%, 381%, 633%, 408%, 그리고 576% 증가시키는 효과가 있음을 확인하였다. 또한, 95% 에탄올을 용매로 제조한 추출물에서 선택적으로 이러한 효과가 매우 강력하게 관찰되었다. 이는 비극성 화합물이 prebiotic 효과를 나타내는 주요 화합물임을 제안하며, 추출물의 주요 단일 화합물인 D-amygdalin 과 linoleic acid 또한 미생물 분포 개선 효과를 나타냈다. 이는 식물 유래 화합물이 대표적인 피부 유익균인 S. epidermidis의 숙주 면역 기능을 향상시켜 병원성 미생물의 생장을 방해함으로써 피부 건강 개선 효과를 향상시킨다. 이는 피부 미생물의 균형을 유지하고 병원성 미생물 감염에 의한 피부 질환 예방 효과를 향상 시킬 수 있는 새로운 방법을 제안한다. It’s has been reported that the entry of pathogenic bacteria, including streptococci into epithelial cells may represent an early stage of invasive infections. The plant derived compound has been investigated in order to disrupt the function of pathogenic bacteria aim to control pathogenic bacteria population which would help to avoid bacterial infection. The 140 medicinal plants samples were extracted and observed beneficial potential for improvement of bacterial population on human skin between Staphylococcus epidermidis represented as commensal skin bacteria which would help to balance skin bacteria and S. aureus represented as pathogenic skin bacteria which commonly present on human skin mainly cause the skin infection. The cell count using colony forming unit (CFU) was performed to observe the population change between bacterial sample under plant extract treatment under both individual and mixed culture condition. Six medicinal plants extract include Persicae Semen Batsch (seed), Benincasa hispida (seed), Lablab purpureus L. (seed), Morus alba L. (leaf), Coix lacryma-jobi L. (seed) and Carthamus tinctorius L. (seed) showed outstanding result to inhibit S. aureus cell density 32%, 66%, 47%, 83%, 52% and 90% respectively, while simultaneously enhance S. epidermidis cell density 70%, 98%, 381%, 633%, 408% and 576%. Non-polar active compounds were the consequence of pre-biotic effect proved from 95% ethanol solvent extraction provided maximum solubility of non-polar compound. The disruption of pathogen from bacterial interference mechanism from S. epidermidis host immunity may enhanced the effectiveness by these non-toxic plants derived compounds that can be useful to maintain balanced of skin microbiota and in the prevention of skin disease.

Effects of Pulp Fibers and Chemical Additives on Softness Component of Hygiene Paper

박정윤 국민대학교 일반대학원 임산생명공학과 임산생명공학전공 2018 국내박사

The market for hygiene paper, which is a daily necessity, shows steady growth with a compound annual average growth rate of approximately 5%. The main drivers of this growth are increases in population, income level, demand for health care, and the lack of substitute products. Hygiene paper includes toilet paper, facial tissue, paper towel, napkin, and wrapping tissue. Strength, absorbency, softness, and minimal linting are important properties of hygiene paper. In particular, softness is known to be a critical factor in determining purchasing decisions for hygiene paper products. Softness is generally assessed subjectively by panelists, and the method of evaluation is developed by the manufacturer. Therefore, it is difficult to obtain quantifiable data that can be objectively compared. Each manufacturer also evaluates softness through physical measurement methods and controls their process conditions accordingly. However, these methods are protected in the same way as patent registration. In this study, a subjective softness evaluation method was developed based on Thurstone’s theory, which can generate a linear scale value from a paired comparison test, and it was named the “new sensory panel test.” In addition, the bulk stiffness and the mean deviation from the average surface friction (MMD) were used as components of an objective softness evaluation method for hygiene paper to predict bulk softness and surface softness, respectively. The validity of the objective softness evaluation method was verified by analyzing the correlation between the developed subjective and objective softness evaluation methods. The surface softness component had more influence on the subjective softness evaluation results than the bulk softness component. Using this measurement technique, the effect of fibers and chemical additives on the softness of hygiene paper substrate was evaluated through objective numerical values. The surface softness component of handsheets made from various pulp species was measured. The results showed that the effect of coarseness was the largest among the fiber characteristics such as average fiber length, fiber width, and coarseness. As the coarseness of the fiber increases, a rough surface is formed and the MMD is increases. Non-wood fibers showed long fiber length and low coarseness, thus enabling the production of hygiene paper with high strength and high softness. Chemical additives are used singly or in combination to impart functionality to paper and hygiene paper. In particular, in the hygiene paper making process, dry strength agent, wet strength agent, softener, and others are widely used. The effects of chemical additives on the surface softness component were evaluated. In the case of dry and wet strength agents, there was no change in the MMD according to the addition amount. The MMD was decreased by adding a softener, which is the purpose of its addition to the hygiene paper making process. The softener and dry strength agent showed the characteristics of the softener, irrespective of input position, owing to the low molecular weight of the dry strength agents. The softness and wet strength were improved when the wet strength agent was added before the softener. In the case of lotion treatment applied to the surface of tissue paper, the surface softness component of non-silicone-based lotion was similar or improved, which may overcome the problems of silicone-based lotion. Based on the results of this study, a new softness evaluation method was developed, and this measurement method could lead to the development of various process technologies or chemical additives that could improve the softness of hygiene paper products.

방선균 추출물로부터 벼의 흰잎마름병 원인 균주인 Xanthomonas oryzae 의 바이오 필름 형성 억제 물질의 탐색

함영석 국민대학교 대학원 2014 국내석사

Abstract Screening inhibitory compounds for the biofilm formation of Xanthomonas oryzae from Streptomycetes By Youngseok Ham Department of Forest Products and Biotechnology Graduate School, Kookmin University Seoul, Korea In this study, inhibitory compounds from Streptomycetes on biofilm formation of Xanthomonas oryzae pv. oryzae KACC10331 were separated. X. oryzae is Gram-negative bacterium which causes bacterial blight. They interrupt nutrient movement by forming biofilm on the vascular of rice. Bacterial blight of rice causes the most economic loss around the world including Korea. The suppression of biofilm formation will relieve the symptoms of bacterial blight and restore the harvest yield of rice. Streptomyces spp. are soil bacteria and produce various secondary metabolites. Total 38,880 samples of Streptomyces sp. extracts from the Extract Collection of Useful Microorganism in Myongji University were used as a chemical library. Finally, 6 samples that suppress the biofilm formation of X. oryzae were selected by a high throughput screening method. Among the selected 6 samples, two samples, 0320GM and 4359GM, were separated further and B2-M-4 and BMM-6 fractions which inhibited the biofilm formation of X. oryzae were obtained, respectively. Both 0320GM and 4359GM were methanol extracts of Streptomyces sp. MJM320 and Streptomyces prasinus MJM4359, respectively. Although two separated fractions were from completely different strains, B2-M-4 and BMM-6 were separated with a similar method and they had two chemicals which exist in both B2-M-4 and BMM-6 with the exact same molecular weight. In addition, we were able to infer the structure of monoacyl glyceride among a fraction of Streptomyces sp. MJM320. These monoacyl glyceride inhibited the formation of biofilm. Monomyristin was identified as a new biofilm inhibitors in this study. Through these results, extracts of the Streptomyces sp. are effective inhibitors for the biofilm formation of X. oryzae. Some Streptomyces spp. share common inhibitory materials for biofilm formation, even they are different species. Therefore we propose that Streptomyces extracts are candidates for microbial agent in preventing bacterial blight caused by X. oryzae. 국문요약 방선균 추출물로부터 벼의 흰잎마름병 원인 균주인 Xanthomonas oryzae의 바이오 필름 형성 억제 물질의 탐색 함영석 국민대학교 삼림과학대학 임산생명공학과 본 연구에서는 방선균 추출물로부터 벼의 흰잎마름병(bacterial blight)을 유발하는 Xanthomonas oryzae pv. oryzae KACC10331의 바이오 필름 형성을 억제하는 물질을 찾고자 하였다. Xanthomonas oryzae pv. oryzae KACC10331은 그람 음성균으로 벼의 도관에 바이오 필름을 형성하여 영양분의 이동을 저해하는 식물성 병원균이다. 흰잎마름병은 우리나라를 포함한 아시아, 아프리카 등 전 세계의 벼 경작지에서 발생하며, 경제적으로 가장 큰 피해를 주는 질병이다. 이를 방제하기 위한 방법으로 병원성 유전자 탐색, 약제 처리 등 다양한 연구가 이루어져 왔으나 효과적인 방제제가 없는 상태이다. 방선균은 산업적으로 매우 중요한 다양한 2차 대사산물을 생산하는 토양 미생물이다. 이에 명지대학교 희귀유용미생물추출물은행에서 38,880개의 방선균 추출물을 분양 받아 screening을 통해 최종적으로 X. oryzae의 바이오 필름 형성을 억제하는 6개의 시료를 선별하였다. 6개의 선별 시료 중에서 Streptomyces sp. MJM320(0320GM)과 Streptomyces prasinus MJM4359(4359GM)을 이용하여 추가적인 바이오 필름형성 억제물질의 분리를 위한 실험을 수행하였다. 시료의 메탄올 추출물을 분리, 정제하여 X. oryzae의 바이오 필름 형성을 억제하는 B2-M-4와 BMM-6 두 화합물을 확보하였다. 이 두 화합물은 방선균 메탄올 추출물의 부탄올 분획층에서 확보한 화합물로 분리, 정제 과정이 유사하였으며, 질량분석기에 의한 화합물 분석 결과 두 개의 동일한 분자량의 물질이 공통적으로 존재함을 확인할 수 있었다. 또한 Streptomyces sp. MJM320의 분획물의 분석을 통해 monoacyl glyceride의 구조를 유추할 수 있었다. 다양한 monoacyl glycerides 를 이용한 실험에서 특정한 monoacyl glyceride 가 바이오 필름의 형성을 억제하는 것을 확인하였으며, 이 중 monomyristin은 기존에 보고된 바 없는 새로운 바이오 필름 억제제로 확인되었다. 이러한 결과들을 통해 방선균 추출물이 X. oryzae의 바이오 필름 형성을 억제하는 효과가 있다는 것을 확인하였으며, 서로 다른 방선균임에도 유사한 분리, 정제 과정을 통해 바이오 필름의 형성을 억제하는 화합물을 얻을 수 있다는 것은 동일한 X. oryzae의 바이오 필름 형성 억제 물질이 다양한 방선균에 존재한다는 것을 의미한다.

Candida albicans에 대한 정향과 후박 추출물의 항진균 시너지 효과에 관한 연구

윤지민 국민대학교 일반대학원 2020 국내석사

C. albicans는 인체에 존재하는 피부 상재균이지만 면역력 약화, 또는 환경적인 요인에 의하여 구강 캔디다증, 캔디다성 질염, 심한 경우에는 혈류감염을 일으키는 것으로 알려져 있다. C. albicans를 치료하기 위한 항진균제로 fluconazole 또는 amphotericin B를 사용하는 것으로 알려져 있는데, 최근 항진균제에 내성을 갖는 균주가 보고되고 있다. 그로 인해 안전한 항진균 대체제로서 식물 소재를 이용한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 C. albicans에 대하여 항진균 효과를 갖는 추출물을 선별하고, 이들의 조합을 통해 항진균 시너지 효과를 갖는 추출물 조합을 제시하고자 한다. 또한 선별된 여러 조합 중에서 가장 낮은 농도를 사용하면서 큰 생장 억제 효과를 갖는 가장 효과적인 추출물 조합을 선정하여, 그 추출물의 주요 단일 화합물에 대한 성분 분석과 함께 이들 단일 화합물간의 시너지 효과 확인을 통해 추출물간의 시너지 효과의 원인을 규명하였다. 항진균 효과를 갖는 천연 식물 소재를 선별하기 위해 280 여개의 한약재를 메탄올로 추출물을 제작하였다. Paper disk diffusion method을 이용하여 추출물 처리에 따른 생육억제환 (clear zone)을 확인한 결과, 총 15개 추출물 (계지, 계피, 육계, 정향, 황금, 고본, 급성자, 목단피, 석창포, 장미꽃, 지유, 천궁, 초과, 황백, 후박)이 Candida albicans, Malassezia pachydermatis, 그리고 Staphylococcus aureus에 대하여 항미생물 활성을 나타내었다. 15개 추출물을 액체 배양을 통해 C. albicans에 대한 농도별 생장 억제효과를 확인하여 시너지 효과 실험을 위한 추출물 혼합 농도를 선정하였다. 액체 배양에서 추출물에 의해 혼탁도가 관찰되지 않는 농도 내에서 실험하였으며, 장미꽃, 지유, 천궁, 초과 4가지 추출물은 혼탁도 때문에 균의 생장과 구분할 수 없어 시너지 실험에서는 제외되었다. 11개 추출물 (계지, 계피, 육계, 정향, 황금, 고본, 급성자, 목단피, 석창포, 황백, 후박)을 2개씩 혼합하여 총 55개 조합에 대해 시너지 효과를 실험한 결과, GI(Growth inhibition)값을 이용한 판단 기준에 의하여 정향 0.12 g/L + 황백 0.13 g/L, 정향 0.12 g/L + 후박 0.06 g/L, 황백 0.13 g/L + 후박 0.06 g/L, 고본 0.89 g/L + 후박 0.06 g/L, 석창포 0.99 g/L + 후박 0.06 g/L이 시너지 효과를, 석창포 0.99 g/L + 황백 0.13 g/L이 부분 시너지 효과를 갖는 조합으로 선별되었다. 이 조합 중에서 낮은 농도의 사용에 비해 높은 생장 억제 효과를 갖는 정향 + 후박 조합이 주요 조합으로 선정되었다. HPLC 분석은 YMC-Triart C18 column (4.6 mm I.D × 250 mm)을 사용하여 정향 추출물은 Eugenol, 후박 추출물은 Magnolol의 함량을 각각 분석하였다. 그 결과, 정향 메탄올 추출물에 Eugenol은 56.7%, 후박 메탄올 추출물에 Magnolol은 6.4% 함유된 것을 확인하였다. 단일 물질간의 시너지 효과를 규명하기 위하여 checkerboard assay를 적용시켜 Eugenol과 Magnolol의 혼합에 의한 시너지 효과를 평가한 결과, Eugenol 0.250 ~ 0.300 g/L + Magnolol 0.08 ~ 0.016 g/L 구간에서 시너지 효과가 있음을 확인하였다. 최종적으로 단일물질간의 시너지 효과는 추출물 조합에서 나타내는 시너지 효과 중 약 25%를 차지하는 것으로 확인되었다. 본 연구를 통해 진균류 C. albicans의 생장을 효율적으로 억제할 수 있는 6개의 천연 추출물 시너지 조합을 제시하였으며, 그 중에서 정향 + 후박 조합은 주요 단일화합물간의 시너지 효과 확인을 통해 항진균 살균 효과의 원인 물질을 제안하였다. 확인된 추출물 조합은 새로운 항진균 소재로 사용될 수 있음을 제안한다. Candida albicans is a microorganism present in the human body. It is known to cause oral candidiasis, vulvovaginal candidiasis, and, in severe cases, bloodstream infections due to weakened immunity or environmental factors. Fluconazole and amphotericin B are used as an antifungal agent for C. albicans. Recently, resistant strains against fluconazole and amphotericin B have been reported. As a result, studies have been conducted using plant materials as safe antifungal substitutes. In this study, plant extracts with antifungal effect against C. albicans were selected, and suggested combinational extracts for antifungal synergistic effect. Of the combinations tested, the most effective extract combination was suggested to have the strongest growth inhibitory effect at the smallest concentrations. The main single compound of the combination extract was identified for investigating the antifungal synergistic effect of the extract combination. In order to screen natural plants having an antifungal effect, about 280 plant extracts were made using methanol as an extract solvent. As a result of the paper disk diffusion method, 15 extracts (Cinnamomi Ramulus, Cinnamomum Verum, Cinnamomi Cortex, Syzygii Flos, Scutellariae Radix, Angelicae Tenuissimae Radix, Impatientis Semen, Moutan Cortex Radicis, Acori Gramineri Rhizoma, Rosa hybrid, Sanguisorbae Radix, Cnidii Rhizoma, Amomi Tsao-ko Fructus, Phelodendri Cortex, Magnoliae Cortex) showed antimicrobial activity against Candida albicans, Malassezia pachydermatis, and Staphylococcus aureus. 15 extracts were tested growth inhibitory effects on C. albicans in a liquid culture and growth inhibition was observed according to the concentration of the extract. In liquid culture, experiments were carried out at concentrations that showed no turbidity by extracts. Rosa hybrid, Sanguisorbae Radix, Cnidii Rhizoma, Amomi Tsao-ko Fructusextracts were excluded from the synergy experiment because of their turbidity in the culture media. Synergistic effects were tested with 55 combinations of 11 extracts (Cinnamomi Ramulus, Cinnamomum Verum, Cinnamomi Cortex, Syzygii Flos, Scutellariae Radix, Angelicae Tenuissimae Radix, Impatientis Semen, Moutan Cortex Radicis, Acori Gramineri Rhizoma, Phelodendri Cortex, Magnoliae Cortex). Five combinations of Syzygii Flos 0.12 g/L + Phelodendri Cortex 0.13 g/L, Syzygii Flos 0.12 g/L + Magnoliae Cortex 0.06 g/L, Phelodendri Cortex 0.13 g/L + Magnoliae Cortex 0.06 g/L, Angelicae Tenuissimae Radix 0.89 g/L + Magnoliae Cortex 0.06 g/L, Acori Gramineri Rhizoma 0.99 g/L + Magnoliae Cortex 0.06 g/L showed a synergistic effect. The combinational of Acori Gramineri Rhizoma 0.99 g/L + Phelodendri Cortex 0.13 g/L showed a partial synergistic inhibitory effect. Among 6 combinations, the Syzygii Flos + Magnoliae Cortex combination, which has a strong growth inhibitory effect with a low concentration, was selected for the further study. The HPLC analysis with YMC-Triart C18 column (4.6 mm I.D × 250 mm) analyzed the contents of Eugenol in the Syzygii Flos extract, and Magnolol in the Magnoliae Cortex extract. The Syzygii Flos extract contained 56.7% of Eugenol and the Magnoliae Cortex extract contained 6.4% of Magnolol. In order to investigate the synergistic effect between identified compounds, the synergistic effect of Eugenol and Magnolol was assessed by a checkerboard assay. It was found that a strong synergistic effect was found with 0.250 ~ 0.300 g/L Eugenol + 0.08 ~ 0.016 g/L Magnolol. This synergistic effect between compounds account for about 25% of the synergistic effects of the original extract combinations. This study presented 6 natural extract synergistic combinations that can effectively inhibit the growth of fungi C. albicans. Among them, the strong antifungal activity of Syzygii Flos extract + Magnoliae Cortex extract combination was explained by a combinational synergistic antifungal activity of identified major single compound from each extract. The identified extract combinations can be used as a new antifungal materials.

메티실린 내성 균주를 포함하는 황색포도상구균의 생물막 형성에 대한 디오스게닌의 효과

김서영 국민대학교 일반대학원 2022 국내석사

Biofilm formation by S. aureus and MRSA, its methicillin-resistant strain disrupt host immune system and cause chronic infections and emergence of antibiotic resistant strains. Since the biofilm is closely related to the S. aureus infections, a study on the effect of materials used for treatment on biofilm formation has great meaning. In this study, the effect and mechanism of diosgenin, a natural compound used as a therapeutic agent, on S. aureus and MRSA biofilm formation were investigated for the first time. Through the growth curve experiment it was shown that diosgenin does not affect the biofilm formation by killing or promoting cell growth. In addition, the biofilm formation amount of S. aureus KCTC 3881 and MRSA CCARM 3090 decreased by up to 82.0% and 64.4%, respectively, while S. aureus ATCC 29213 and MRSA CCARM 3820 increased up to 2.0 times and 7.8 times, respectively. This showed that diosgenin had the opposite effect depending on the strains. Cell surface hydrophobicity index (HI) was significantly decreased by diosgenin in S. aureus KCTC 3881 and MRSA CCARM 3090 strains with reduced biofilm formation. Through gene expression analysis, it was confirmed that EPS production was suppressed by decreasing the expression of icaA, cidA, and spa but increasing the expression of agrA. Conversely, in S. aureus ATCC 29213, a strain with increased biofilm formation, the HI value was significantly increased, and the expression of icaA, cidA, and spa was increased but the expression of agrA was decreased, indicating that EPS production was promoted. In the case of MRSA CCARM 3820, it was shown that diosgenin promoted biofilm formation through gene expression regulation rather than cell surface hydrophobicity change. This suggested that the effect of diosgenin on the S. aureus biofilm was different for each strain by changing the hydrophobicity of the cell surface and regulating the expression of genes related to EPS production. S. aureus와 메티실린 내성균으로 알려진 MRSA는 바이오 필름을 형성함으로써 숙주의 면역체계를 방해하고, 항생제 내성 균주의 출현을 야기시키며 만성감염을 일으킨다. 바이오 필름 형성 문제는 S. aureus 감염병과 밀접한 관련이 있기 때문에 치료 시 사용되는 물질이 바이오 필름 형성에 미치는 효과에 대한 연구는 중요한 의미를 갖는다. 본 연구에서는 치료제로써 사용되고 있는 천연물 유래 화합물 diosgenin의 S.aureus와 MRSA 바이오 필름 형성에 대한 효과와 그 기작에 대하여 처음으로 밝혀냈다. 생장 곡선 실험을 통하여 diosgenin이 살균이나 생장 촉진 효과에 의해 바이오 필름 형성에 영향을 주는 것이 아님을 보여주었다. 또한 S. aureus KCTC 3881과 MRSA CCARM 3090의 바이오 필름 형성량은 각각 최대 82.0%와 64.4% 감소하였지만 S. aureus ATCC 29213과 MRSA CCARM 3820은 각각 최대 2.0배와 7.8배 더 증가하였으며, 이를 통해 균주에 따라 diosgenin이 반대적인 효과를 가짐을 보여주었다. 바이오 필름의 형성이 감소한 균주인 S. aureus KCTC 3881과 MRSA CCARM 3090에서는 diosgenin에 의하여 cell surface hydrophobicity index (HI)가 유의하게 감소하였다. 바이오 필름 관련 유전자인 icaA, cidA, spa의 발현이 감소하고, agrA의 발현은 증가됨으로써 EPS 생산이 억제됨을 확인하였다. 반대로 바이오 필름 형성이 증가한 균주인 S. aureus ATCC 29213에서는 HI값이 유의하게 증가하였으며icaA, cidA, spa의 발현이 증가하고, agrA의 발현은 감소됨으로써 EPS 생산이 촉진됨을 보여주었다. MRSA CCARM 3820의 경우 diosgenin이 세포 표면의 영향이 아닌 유전자 발현 조절을 통하여 바이오 필름 형성량을 증가시킴을 보여주었다. 이는 diosgenin의 S. aureus 바이오 필름에 대한 효과가 세포 표면의 소수성을 변화시키고 EPS 생산 관련 유전자 발현을 조절함으로써 균주마다 다르게 나타냄을 시사하였다.

Central Composite Design에 의해 도출된 배양조건으로 생산된 Trichoderma sp. 유래 cellulase의 효소활성과 산림바이오매스의 당화특성

최은지 국민대학교 일반대학원 2022 국내석사

For the industrial mass production of the enzyme production process, it is essential to optimize the culture conditions in order to maximize the cellulase activity derived from wood-rotting fungi. This is because nutrient and environmental conditions during culture have a great effect on not only strain growth but also enzyme activity. In this study, statistical optimization of the Trichoderma sp. cellulase production was performed. As a result, optimal conditions for the production of b-glucosidase highly active cellulase as a strain were derived as follows. Carbon source avicel 18.74 g/L, nitrogen source yeast extract 15 g/L, K2HPO4 5 g/L KH2PO4 5 g/L, MgSO4•7H2O 3 g/L, temperature 31.36 ℃, pH 5.03, BGL activity value at this condition is 1.785 U/ mL. Then, to improve the saccharification rate, Trichoderma sp. saccharification was optimized with the derived high-activity cellulase. As a result, in the case of Larix leptolepis steam-explosive material, when R0=1.00 (25 kgf/cm2, 7 min), the substrate con. 3 %, enzyme con. 50 FPU, surfactant con. 5 %/g substrate was predicted to have a maximum saccharification rate was 25.15 %, and when R0 = 1.85 (25 kgf/cm2, 13 min), substrate con. 3 %, enzyme con. 50 FPU, surfactant con. 15 %/g substrate was predicted to have a maximum saccharification rate of 29.31 In the case of Pinus rigida steam-explosive material, when R0=1.00, substrate con. 3 %, enzyme con. 50 FPU, surfactant con. 5 %/g substrate was predicted to have a maximum saccharification rate of 29.52 %, and when R0=1.85, substrate con. 3 %, enzyme con. 50 FPU, surfactant con. 5 %/g substrate, the maximum sacchatification rate was predicted to be 29.52 %. Lastly, in the case of Pinus Koraiensis steam-explosive material, when R0=1.00, substrate con. 3 %, enzyme con. 38.28 FPU, surfactant con. 15%/g substrate was predicted to have a maximum sacchrification rate of 23.63 %, and when R0=1.85, substrate con. 3 %, enzyme con. 44.34 FPU, surfactant con. 15 %, the maximum sacchrification rate was predicted to be 25.76 %. In addition, the actual steam-explosion R0=1.85 (25 kgf/cm2, 13 min) saccharification rate of Larix leptolepis, Pinus rigida and Pinus Koraiensis showed 29.088, 31.060, and 25.498 %, which are values within the predicted saccharification rate and error range, All of the enzymes showed higher levels than commercial enzyme. As a result of producing polyhydroxyalkanoates(PHA) using the fermentable sugar produced through the previous saccharification optimization process, when the lignocellulosic biomass-derived saccharification solution was used, the average cell dry weight was 67.59 % compared to the control, but the concentration of PHA inside the cell was only 22.52 % of control was produced. There were no differences between species. Since the rate of PHA production is lower than that of cell dry weight, further analysis of PHA production inhibitors seems to be necessary. 효소 생산공정의 산업적 대량 생산을 위해서는 목재가해균 유래 cellulase 활성을 최대로 이용하기 위해 배양조건의 최적화가 필수적이다. 배양시 영양조건 및 환경조건은 균주성장 뿐만 아니라 효소활성에 큰 영향을 미치기 때문이다. 본 연구에서는 중심합성법(Central Composite Design, CCD)을 이용하여Trichoderma sp. 유래 cellulase 생산의 통계적 최적화를 진행하였다. 그 결과, Trichoderma sp. 균주로 b-glucosidase고활성 cellulase를 생산의 최적조건을 다음과 같이 도출하였다. 탄소원 avicel 18.74 g/L, 질소원 yeast extract 15 g/L, K2HPO4 5 g/L KH2PO4 5 g/L, MgSO4·7H2O 3g/L, 온도 31.36 ℃, pH 5.03 이고, 이때의 BGL활성값은 1.79 U/mL으로 나타났다. 이어, 당화율 제고를 위해 스팀-폭쇄 전처리 된 국내 주요 침엽수종 낙엽송, 리기다 소나무, 잣나무를 기질로 하여 Trichoderma sp. 유래 고활성 cellulase 조효소로 당화최적화를 실시하였다. 그 결과, 낙엽송 스팀-폭쇄재의 경우, R0=1.00 (25kgf/cm2, 7min)일 때 substrate con. 3 %, enzyme con. 50 FPU, surfactant con. 5 %/g substrate에서 최대 당화율 25.15 % 로 예측되었고, R0=1.85 (25kgf/cm2, 13min)일 때 substrate con. 3 %, enzyme con. 50 FPU, surfactant con. 15 %/g substrate에서 최대 당화율 29.31 % 로 예측되었다. 리기다 소나무 스팀-폭쇄재의 경우, R0=1.00일 때 substrate con. 3 %, enzyme con. 50 FPU, surfactant con. 5 %/g substrate 에서 최대 당화율 29.52 % 로 예측되었고, R0=1.85 일 때 substrate con. 3 %, enzyme con. 50 FPU, surfactant con. 5 %/g substrate 에서 최대 당화율 29.52 % 로 예측되었다. 마지막으로, 잣나무 스팀-폭쇄재의 경우에는 R0=1.00일 때 substrate con. 3 %, enzyme con. 38.28 FPU, surfactant con. 15 %/g substrate 에서 최대 당화율 23.63 % 로 예측되었고, R0=1.85일 때, substrate con. 3%, enzyme con. 44.34 FPU, surfactant con. 15% 일 때 최대 당화율 25.76 % 로 예측되었다. 또한, 실제 스팀-폭쇄R0=1.85 (25 kgf/cm2, 13 min) 낙엽송, 리기다 소나무, 잣나무를 당화한 결과 모두 예측된 당화율과 오차범위내의 수치인 29.09, 31.06, 25.50 %을 나타냈으며, 상용효소보다 모두 높은 수치를 나타냈다. 앞서 진행한 당화 최적화 과정을 통해 생산한 당화액을 이용하여 polyhydroxyalkanoates를 생산한 결과, 목질계 바이오매스 유래 당화액을 사용한 경우 cell dry weight은 평균적으로 control대비 67.59 % 생산되었지만, cell 내부 PHA의 농도는 control대비 22.52 %밖에 생성하지 못하였다. 수종 간의 차이는 나타나지 않았다. Cell dry weight에 비해 PHA생산율이 낮은 것으로 보아 PHA생산 저해물질에 대한 추후 분석이 필요할 것으로 보인다.