제24회 울학생탐 발표대회 보고

※출품번호 계피 알데하이드(Cinnamic

aldehyde)가 검은빵곰팡이(Rhizopus

stolonifer)의 생장에 미치는 향

2009. 09. 28.

소 속 청 학 교 명 학 년 성 명( 명)

서울특별시교육청 세종과학고등학교 1 서호연

(친환경연구반)

서울특별시교육청 세종과학고등학교 1 안성진

(친환경연구반)

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록

미생물에 의한 오염 부패는 실생활에서 많은 문제를 일으키고 있으며 특히 일상생

활에서는 곰팡이에 의한 피해가 두드러지게 나타나고 있다.그에 상응하여 친환경 항균

제,곰팡이 제거제에 한 연구가 활발히 이루어지고 있으나 뚜렷할 만한 성과가 보이지

않고 있으며,이미 개발되어 시 에 매되는 항균제의 부분 성분들은 인공 으로 합성

된 것이라 아토피와 같은 피부병을 가진 사람들에게는 매우 유해하다.따라서 본 실험에

서는 항암효과와 방부효과,살충효과가 있다고 알려진 계피를 이용해 계피의 가장 주된

성분인 계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)를 추출하여 우리 생활에서 흔히 나타나 많

은 피해를 주는 곰팡이를 제거해 보고자 한다.

계피를 다양한 용매를 사용하여 계피 성분을 추출한 뒤,이를 가스크로마토그래피(Gas

Chromatography Mass Spectrometer)를 이용해 분석하여 계피 알데하이드(Cinnamic

aldehyde)의 추출여부와 추출되는 정도를 분석하 다. 한 설비부족으로 계피 알데하이

드(Cinnamicaldehyde)를 직 으로 추출 할 수 없었기 때문에 정제된 계피 알데하이드

(Cinnamicaldehyde)를 구입하여 이용하 다.검은빵곰팡이(Rhizopusstolonifer)에 한

계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)의 항곰팡이효과를 실험하기 해 곰팡이를 배양한

감자(Potato)배지에 계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)를 함유한 paperdisc들을 올려

놓고 배양하여 paperdisc의 억제 의 직경을 측정하는 paperdisk확산법을 이용하 다.

계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)는 에탄올(Ethylalcohol),헥세인(n-Hexane),부탄

올(n-Butylalcohol)추출액에서 검출되었고,메탄올(Methylalcohol)추출액에서는 검출

되지 않은 걸로 보아 용매에 따라 추출 여부나 추출정도에 차이가 있다는 것을 알 수 있

었다. 한 검은빵곰팡이(Rhizopusstolonifer)의 생장이 해되었고 억제 가 형성된 것

으로 보아 계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)에는 항곰팡이 효과가 있다는 것을 알 수

있었다.이에 따라 계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)는 천연 곰팡이 제거제로서 활용

이 가능할 것이라 상된다.

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1.탐구주제

계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)가 검은빵곰팡이(Rhizopusstolonifer)의 생장에

미치는 향

2.탐구 동기 목

여름이 되면 곰팡이로 인한 각종 피부병이나 농작물 피해가 증한다.이로 인해 많은

곰팡이 제거제,방부제 등이 시 에 나오고 있지만 이들은 부분 인공 으로 합성된 것

들로 몸에 해로울 뿐 아니라 아토피 같이 특정 피부병이 있는 사람들에게는 매우 유해하

다. 재까지 양 ,가시오가피,감귤,쑥,참외,된장 등을 이용한 친환경 항균제에 한

연구가 활발히 진행되었으나 아직 뚜렷할 만한 성과를 얻지 못하고 있으며,주로 인공

으로 만들어진 항균제만이 사용되고 있다. 한 Well-being열풍으로 많은 소비자들은

인체에 해가 없는 친환경 제품을 선호하고 있어 친환경 항균제에 한 개발이 시

한 실정이다.

따라서 본 실험에서는 항암효과와 방부효과,살충효과가 있다고 알려진 계피를 이용해

우리 생활에서 흔히 나타나 많은 피해를 주는 곰팡이를 제거해 보고자 한다.계피의 경우

에는 주요 성분인 계피 알데하이드(Cinnamic aldehyde)를 액체크로마토그래피(High

PerformanceLiquidChromatography)를 이용하여 추출하고,곰팡이의 경우 각종 과일,

채소 등의 무름(연부)병을 유발하는 원인균으로 알려졌으며 가정에서 쉽게 볼 수 있는

검은빵곰팡이(Rhizopusstolonifer)를 사용하여 이를 배양한 배지에 Paperdisk확산법을

용시켜 항곰팡이 효과를 알아보려 한다.

3.탐구 내용

가.계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)의 추출 분석 실험

-에탄올(Ethylalcohol),메탄올(Methylalcohol),부탄올(n-Butylalcohol),헥세인

(n-Hexane)을 용매로 하여 Cinnamicaldehyde의 추출 여부를 확인하고 성분을 분석한

다.

나.균주 배양 실험

-Paperdisk확산법을 이용하여 계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)가 검은빵곰팡이

Rhizopusstolonifer에 해 항곰팡이 효과가 있는지 확인한다.

4.탐구 방법

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1.실험 재료

가스크로마토그래피(GasChromatographyMassSpectrometer)를 이용해 계피 속에 함

유되어 있는 성분을 조사하여 계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)가 있다는 것을 확인

하고 액체크로마토그래피(HighPerformanceLiquidChromatography)를 이용하여 이를

직 추출하려 하 으나 설비 부족으로 인하여 인 으로 합성된 계피 알데하이드

(Cinnamicaldehyde)를 사용하 다.

*계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)

그림 1.계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)의 구조식

계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)는 신남 알데하이드라고도 하며 화학식은

이다.녹는 -7.5℃,끓는 252℃,비 1.051∼1.056,굴 률 n(20,D)1.619∼1.625등

의 성질을 가지고 있고 계피와 같은 향기와 타는 듯한 단맛을 가지고 있으며,노란색의

유동성 액체이며 공기와 빛에 노출되면 흑갈색의 끈끈한 액체로 변한다.물에 녹지 않으

며 알코올,에테르,기름에 녹고 석유에테르에서는 녹지 않는다.공기 에서 산화되고

-7.5℃에서 단단해지며,방향족 알데하이드류에 속한다.1일 허용 섭취량(ADI)은 정해져

있지 않으나 조건부로 1~1.25mg/kg이다.

계피에서 분리한 계피유의 수증기증류로 얻을 수 있으며,감압증류로서 정제한다.공업

으로는 수산화나트륨 는 수산화칼슘과 같은 매를 이용하여 벤즈알데하이드와 아세

트알데하이드를 축합시켜 합성한다.주로 향료산업에 쓰이며 식품,음료,의약품,코디얼

(향기롭고 달콤한 알코올음료)등 다양한 제품의 첨가제로서 그 용도의 폭이 넓다.

2.시약 기기

1)시약

부탄올(n-Butylalcohol)(),메탄올(Methylalcohol)(),

헥세인(n-Hexane)(),에탄올(Ethylalcohol)(),

계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)()

2)기기

Homogenizer(균질기),GasChromatography MassSpectrometer,원심분리기,Clean

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Bench,교반기,Magneticbar,Autoclave,항온기,Petridish,Pipet,MicroPipet, 자

울,삼각 라스크(1000ml),매스 실린더(25ml),스포이드,막자사발, 라필름,소독용 에

탄올(Ethylalcohol)(70%),백 이,장갑,비커,A4용지

*GasChromatographyMassSpectrometer

GasChromatographyMassSpectrometer는 고온고압의 반응을 하지 않는 기체를 용매

로해서 시료를 흘러나오는 순서에 따라서 분리하는 방식이다.넣어 시료는 그것의 질량

과 가스크로마토그래피 안에 있는 컬럼에 발라져 있는 물질과의 친화정도에 따라서 나오

는 속도,즉 컬럼 안에서 흘러가는 속도가 달라지게 된다.따라서 질량이 무겁고 컬럼안

의 물질과의 인력이 강할수록 늦게 나오게 된다.따라서 결과로 나오게 되는 그래 들은

가로축은 시간,즉 GasChromatography가 작동하는 시간이고,세로축은 각 시간 별로

물질들이 얼마나 나왔는지를 알려주는 것이다.하지만 인 기 이 정해져 있지 않아

서 정성 인 분석은 가능하지만 정량 인 분석은 할 수 없다.

GasChromatography에서 분리되어져 나온 물질은 고온 는 고압에 의해서 쪼개어 진

다.따라서 그 쪼개어진 물질을 가지고 재조합을 하여 원래의 물질을 찾아내는 방식이다.

그 게 재조합을 한 뒤 내재되어있던 화합물 사 에서 원래의 물질을 찾아간다.따라서

쪼개어진 물질들을 재조합하는 과정에서 원래의 물질로 재조합이 되지 않을 가능성이 있

는 것이다.따라서 결과에 나타난 표를 보면 맨 Qu에 확률이 표시되어 있다.그리고

쪽으로 갈수록 Qu의 값이 커진다.즉 쪽으로 갈수록 그 물질이 맞을 확률이 커지는 것

이다.그리고 여기에 나타난 표는 화합물 사 에서 원래의 물질을 추측해서 보여주는 표

이다.

3)균주 사용배지

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균주 균주 번호 배양 조건 배양 배지

Rhizopusstolonifer

(R.nigricans)

KCCM 35486

(한국 미생물

보존센터에서 분양)

32~34℃

PotatoDextrose

Agar

(감자한천배지)

*검은빵곰팡이(Rhizopusstolonifer)

그림 2.검은빵곰팡이(Rhizopusstolonifer)

Rhizopus속의 표 균종으로 맥아,곡류,빵,과일 등 여러 식품에 잘 발생한다.균

층은 회흑색이며 합 포자와 후막 포자를 형성하고 가근(헛뿌리)도 잘 발달한다. 분

당화력이 강하며 알코올 발효력도 있으나 약하다.Gelatine을 빨리 용해시키며 옥살산

(Oxalicacid),푸말산(Fumaricacid)을 생성한다.각종 채소나 과일의 무름(연부)병의 원

인균이 되며 마섬유의 효소 정련에 여한다.생육 온은 32~34℃이다.

3.계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)추출 분석 실험

① 통계피를 막자사발을 이용해 최 한 부순 뒤 1g씩 4개의 메스실린더에 넣고,에탄

올(Ethylalcohol),메탄올(Methylalcohol),부탄올(n-Butylalcohol),헥세인(n-Hexane)을

19g씩 붓는다.

② 각각의 메스실린더에 있는 용액을 homogenizer를 이용하여 10 간 분쇄한다.

(35000RPM)

③ 분쇄한 용액의 부유물이 침 될 때까지 20여 분간 기다린 뒤 스포이드를 이용하여

상층부 10mL만 분리해 1분간 원심 분리한다.(3500RPM)

④ 원심 분리한 용액을 MicroPipet을 이용해 상층부를 분리하여,10ppm으로 희석시킨

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다.

⑤ 희석시킨 각각의 추출물의 성분을 GasChromatographyMassSpectrometer를 이

용하여 분석한다.

그림 3.계피 추출물 추출 과정

4.균주 배지 배양 실험

1)1차 배양

① 1L의 삼각 라스크에 PotatoDextroseAgar39g과 증류수 1L를 넣고 배지를 잘 녹

인다.

② 잘 섞은 배지용액에 Magneticbar를 넣고 교반기를 이용하여(Stir모드,Heat모드를

동시에 작동시킨다.)배지를 휘 으면서 끓인다.(단,끓기 시작하면 1분간 지속시킨 뒤 교

반기를 끈다.)

③ 1000mL한천 용액을 2개의 1000mL짜리 삼각 라스크에 각각 500mL씩 나눠 담은

뒤 입구를 거즈와 호일로 잘 하여 Autoclave에 넣고 멸균시킨다.(121℃,15분)

④ 멸균한 배지를 멸균된 8개의 페트리 시에 넣어서 굳힌다.

⑤ 동결 건조된 RhizopusStolonifer(R.nigricans)의 용기를 다이아몬드 칼을 이용하여

제거한 뒤 이를 멸균한 배지와 잘 섞는다.(단,이때 멸균한 배지의 온도는 50~55℃로 유

지한다.)

⑥ 잘 섞은 균을 멸균한 백 이(loop)를 이용하여 굳힌 8개의 배지에 잘 종한 뒤

37.5℃의 배양기에서 2일간 배양한다.

(단,④~⑥과정은 cleanbench에서 진행한다.)

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그림 4.배지 제작 과정

2)Paperdisk확산법을 이용한 항곰팡이 효과 실험

① 직경 8mm의 페이퍼 디스크를 Autoclave를 이용하여 멸균한다.(121℃,15분)

② 멸균한 페이퍼 디스크에 계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)에 3방울씩 떨어뜨린

후 건조한다.

③ 건조한 페이퍼 디스크를 멸균한 핀셋을 이용하여 배양된 곰팡이 에 3개씩 올려

놓는다.

④ 배양기에 넣고 2일 동안 보 한다.

5.탐구 결과

1.계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)추출 분석 실험

그래 를 보면 가로축은 Time,세로축은 Abundance로 나타나 있다.즉 가로축은 작동

시간(=기록한 시간)을 나타내는 것이고 세로축은 그 시간에서 물질이 얼마나 나왔느냐

하는 것을 알려주는 값이다.그래 를 확 해서 특정 구간만 어놓은 것은 그 구간에서

계피 알데하이드(CinnamicAldehyde)가 분리되어 나왔다는 것을 의미한다.

표는 원래의 물질이 맞을 확률이 높은 순서 로 검출된 성분을 나열한 것이다.표에서

보면 MW라고 되어있는 부분은 해당 성분의 분자량이며,Formula는 해당 성분의 분자식

이다.

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graph1.에탄올(Ethylalcohol)을 용매로 한 계피 추출물에서 계피 알데하이드

(Cinnamicaldehyde)가 추출되었을 확률이 가장 높은 곳

표 1.Rankof에탄올(Ethylalcohol)

graph1에서 에탄올(Ethylalcohol)의 경우 체 32.5분 9.408분에서 계피 알데하이드

(Cinnamicaldehyde)가 분리되어 나왔다는 사실을 알 수 있다.

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graph2.부탄올(n-Butylalcohol)을 용매로 한 계피 추출물에서 계피

알데하이드(Cinnamicaldehyde)가 추출되었을 확률이 가장 높은 곳

표 2.Rankof부탄올(n-Butylalcohol)

Graph2에서 부탄올(n-Butylalcohol)의 경우 체 32.5분 9.413분에서 계피 알데하

이드(Cinnamicaldehyde)가 분리되어 나왔다는 것을 알 수 있다.

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graph3.헥세인(n-Hexane)을 용매로 한 계피 추출물에서 Cinnamicaldehyde가

추출되었을 확률이 가장 높은 곳

표 3.Rankof헥세인(n-Hexane)

graph4에서 헥세인(n-Haxane)의 경우 체 32.5분 9.408분에서 계피 알데하이드

(Cinnamicaldehyde)가 분리되어 나왔다는 것을 알 수 있다.

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표 4.Rankof메탄올(Methylalcohol)

메탄올(Methylalcohol)의 경우 32.5분 어느 곳에서도 계피 알데하이드(Cinnamic

aldehyde)의 성분이 검출되지 않은 것을 보아 추출되지 않았다는 것을 알 수 있다.

의 표들을 보면 2-Propenal3-phenyl이라고 쓰여진 물질이 많은데 그것과 계피 알데

하이드(CinnamicAldehyde)는 같은 물질로 도 무방하다.화학자료에서는 계피 알데하

이드(Cinnamicaldehyde)와 3-Phenyl-2-pronpenal가 동일한 물질이라고 표시되어 있다.

따라서 이는 계피 알데하이드(Cinnamic aldehyde)의 구조에 있는 이 결합에서의

Cis-Trans이성질체를 표시한 것이라 추측된다.

의 결과들을 종합 으로 정리해보면,에탄올(Ethylalcohol)과 헥세인(n-Hexane)에서

는 계피 알데하이드(Cinnamic aldehyde)가 9.408분에서 검출되었고,부탄올(n-Butyl

alcohol)에서도 9.413분에 계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)를 검출 할 수 있었다.그

러나 메탄올(Methylalcohol)에서는 계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)가 검출되지 않

은 것으로 보아 같은 유기용매라 할지라도 용매에 따른 추출여부나 추출되는 정도가 다

르다는 것을 확인할 수 있었다.

2.Paperdiskagardiffusion법을 이용한 항곰팡이 효과 실험

그림 5.계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)의 항곰팡이 효과

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Chart1.곰팡이 생장 억제 의 직경 비교

체 으로 검은빵곰팡이(Rhizopusstolonifer)의 생장이 에 띄게 감소하 으며,모두

억제 가 생성되었고 각각의 직경이 10mm,12mm,13mm,15mm,16mm 이었으며 평균

값은 12.7mm으로 나타나 항곰팡이 효과가 있는 것으로 나타났다.이번 실험에서 억제

가 타원형에 가깝기 때문에 직경을 측정하기가 힘들었으며,각각 장직경과 단직경의 평균

값을 구하여 기록하 다.

6.고찰

이번 실험에서는 에 띄는 결론을 2가지 얻을 수 있는데 1차 으로 계피 알데하이드

(Cinnamicaldehyde)는 용매에 따라 추출 여부와 추출되는 정도가 확연히 차이가 난다는

것을 알 수 있었으며,2차 으로는 검은빵곰팡이(Rhizopusstolonifer)에 한 항곰팡이

효과가 있다는 것이다.

GasChromatography MassSpectrometer분석 결과 에탄올(Ethylalcohol),부탄올

(n-Butylalcohol),헥산(n-Hexane)에서는 계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)가 추출되

었으나,메탄올(Methylalcohol)에서는 추출되지 않았다.같은 유기 용매임에도 불구하고

계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)의 추출 여부에 차이가 있는 것으로 보아 실용 인

측면에서 Cinnamicaldehyde를 추출할 수 있는 최 조건의 용매를 알아보고 싶다.

한 계피 알데하이드(Cinnamicaldehyde)의 검은빵곰팡이(Rhizopusstolonifer)에 한

항곰팡이 효과는 배지 체 으로도 나타났고 억제 한 형성된 것으로 보아 뛰어나다.

이를 좀 더 실용화 시키기 해서는 단순히 검은빵곰팡이(Rhizopusstolonifer)뿐 아니라

다양한 종류의 곰팡이를 이용하여 일반화 시키는 과정이 필요하며, 한 계피 알데하이드

(Cinnamicaldehyde)의 농도별 항곰팡이 효과를 탐구하여 보다 효율 인 곰팡이 제거제

로서의 가능성을 확인해 보고 싶다.

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7.결론

친환경 곰팡이 제거제로서의 활용 가능성을 확인하기 해 이번 실험에서 계피 알데하

이드(Cinnamic aldehyde)는 에탄올(Ethylalcohol),부탄올(n-Butylalcohol),헥세인

(n-Hexane)에서 추출되었고 메탄올(Methylalcohol)에서는 추출되지 않은 것으로 보아

용매에 따라 추출여부와 추출되는 양의 차이가 있다는 것을 알 수 있었으며,계피 알데하

이드(Cinnamicaldehyde)가 검은빵곰팡이(Rhizopusstolonifer)에 해 억제 를 형성하고

체 으로 검은빵곰팡이(Rhizopusstolonifer)의 생장이 약화된 걸로 보아 항곰팡이 효과

가 있다는 것을 알 수 있었다.이상의 모든 결과를 종합해 보면 계피 알데하이드

(Cinnamicaldehyde)가 천연 항균제로서의 가능성이 있는 것으로 단된다.

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www.kccm.or.kr

<그림 1>사진 출처 :

http://www.alibaba.com/product-tp/104595637/cinnamic_aldehyde.html

<그림 2>사진 출처 :

http://www.botany.hawaii.edu/faculty/wong/Bot201/Zygomycota/Zygomycota.htm

http://filebox.vt.edu/users/chagedor/biol_4684/Microbes/rhizopus.htm