세계 섬유산업의 가치는 약 1조 달러의 규모로 전체 수출의 7%를 차지하고 있다 [1]. 그러나, 섬유 산업은 제조, 사용, 폐기 과정을 거치며 대량의 오염을 발생시키는 것으로 알려져 있다. 합성섬유 제조 공정에는 다양한 염료와 화학물질이 사용되며, 금속입자 및 화학적 산소 요구량(chemical oxygen demand; COD)이 높은 부유물질 등이 포함된 폐수를 대량 방출하는 것으로 밝혀졌다 [2]. 가장 널리 사용되는 천연 섬유인 면 또한 목화를 재배하는 과정에서 상당한 양의 비료, 살충제, 에너지(energy)가 사용되는 것으로 알려져 있다 [3]. 또한, 섬유의 세탁과정에서 다량의 미세플라스틱(microplastic)이 방출되며, 대다수의 의류는 재활용되지 못하고 매립 및 소각되고 있어 대기와 토양을 오염시킨다 [2,4]. 이러한 환경 문제를 해결하기 위해 생분해가 가능한 셀룰로오스(cellulose) 섬유, 키토산(chitosan) 섬유 등 다양한 생체 고분자 기반 친환경 섬유에 대한 연구 및 활용의 중요도가 높아지고 있다.

이중 키토산 섬유는 glycerol, polyethylene glycol (PEG)과 같은 친환경 가소제로 가소화(plasticizing) 하여 연신율과 생분해성 등을 강화할 수 있다 [5,6]. 또한 polyethylene oxide (PEO), polyvinyl alcohol (PVA), polylactic acid (PLA), polycaprolactone (PCL) 등의 고분자를 혼합하여 가교화(crosslinking)를 통해 인장강도, 파단신율 등의 기계적 물성을 강화할 수 있다 [7]. 제조 공정을 통한 다양한 물리, 화학적 처리를 거쳐 키토산 섬유의 특성을 조절할 수 있으며, 이는 의료분야를 포함한 산업 소재로서 활용될 수 있음을 의미한다 [8].

키토산은 키틴(chitin)의 N-deacetylation 생성물이며, 축합을 통해 glucosamine으로 구성된다 [9]. 키토산은 -OH, -O-, -NH2작용기가 존재하는 구조로서 수소결합을 이루고 있으며, 이는 용해도, 점도, 결정성에 큰 영향을 미친다 [9]. 키토산의 미세구조 및 특성은 키틴의 공급원과 키토산의 제조 조건에 영향을 받는다 [10]. 키토산은 생체적합성, 생분해성, 항균활성, 무독성 등의 특성으로 식품, 생물 의학, 농업, 환경 등 다양한 분야에서 잠재적 응용이 가능한 재료로 여겨진다[11]. 키토산은 산업적 사용을 위해 전기방사, 습식방사, membrane, 나노섬유(nanofiber) 등 다양한 연구가 진행되었으며, 이러한 키토산 소재는 이온 가교제, pH 변화 등 물리적 가교와 아실화 반응(acylation reaction), 에테르화 반응(etherification reaction) 등의 화학적 변형을 통해 물성 및 특성을 조절할 수 있다 [9].

키토산은 버섯 내부에서 키틴의 형태로 존재하므로, 이를 추출하여 키토산으로 전환시킬 수 있으며, 버섯 자실체에 비해 버섯 균사체 생산기간이 짧아 시간적 측면에서 균사체를 이용하는 것이 유리하다 [12]. 버섯 균사체란 버섯의 성장을 위해 영양분을 흡수하는 기관이며, 세포벽 외곽은 단백질과 이당류로 구성되어 있으며, 중간 층은 β-glucan, 내부 층은 β-glucan과 공유결합으로 엮인 키틴으로 구성된다 [13,14]. 내부 층에 존재하는 키틴은 탈아세틸화(deacetylation)를 통해 키토산으로 전환할 수 있으며, 키틴과 β-glucan의 공유 결합은 키토산의 수율과 추출에 영향을 미치는 것으로 보고되었다 [15,16].

버섯 균사체에서 제조된 키토산은 갑각류에서 제조된 키토산 대비 분자량이 낮으며, 키토산 분자량이 낮을수록 생체적합성과 항균 활성 능력이 향상되었다는 연구결과가 있다[17,18]. 또한, 버섯에서 추출된 키토산은 갑각류에서 추출된 키토산보다 높은 항산화 활성을 가지며, 키토산 유도체의 합성을 통해 항산화 활성을 향상시킬 수 있음이 보고되었다 [8,19]. 이와 같은 버섯 기반 키토산의 특성들은 붕대, 봉합사 등 의료 분야 섬유 제품으로의 응용에 적합하며, 이를 활용하여 제작된 생분해성 섬유 제품은 재활용이 어려운 의료 분야 섬유 제품들의 훌륭한 대안이 될 수 있다.

친환경 공정과 제품을 필요로 하는 사회적 요구에 따라 버섯 가죽, 버섯 단열재 등 다양한 버섯 기반 산업소재가 연구, 개발되고 있지만 버섯 섬유에 관한 연구는 미비한 실정이다[20]. 따라서 본 연구에서는 영지버섯(Ganoderma lucidum), 느타리버섯(Pleurotus ostreatus), 치마버섯(Schizophyllum commune)의 세포벽에서 추출한 chitin을 deacetylation을 통한 chitosan conversion, wet spinning을 통한 monofilament를 제조하여 각 균주 별 chitosan과 monofilament 특성을 관찰하였다.

2.1. 균주 및 균사체 생산

본 연구에 사용된 영지버섯 균주(G. lucidum), 느타리버섯 균주(P. ostreatus), 치마버섯 균주(S. commune)는 전라남도 산림자원연구소에서 제공받았다. 위 균주들은 조선대학교(Gwangju, SouthKorea)에 보관되어 있다. 위 균주들을 potato dextrose agar (PDA) 배지에서 3회 계대 배양하고 4°C에서 보관하였다 [21]. 균주 3종의 액체배양을 진행하기 위해 Potato starch yeast medium (PSY; glucose 20 g/L, potato starch 7 g/L, yeast 5 g/L) 액체 배지를 사용하였다 [21]. 액체 배지는 autoclave를 이용하여 121°C, 15분 동안 멸균하였다. 화염 멸균된 cork-borer (No. 5)를 사용하여 plate에서 mycelium block을 채취한 뒤 액체 배지에 접종하여 암실에서 28°C, 150 rpm으로 진탕 배양하였다 [21]. 배양된 균사체를 waring blender (Nippon Seiki Co, Ltd., Japan)를 사용하여 2,000 rpm, 20초 동안 균질화 후, 새로운 액체 배지에 접종하고 암실에서 28°C, 150 rpm으로 20일 동안 진탕 배양하였다 [21].

2.2. 키틴 추출

버섯 균사체로부터 키틴을 추출하기 위해 Mesa Ospina의 방법을 참고하였다 [22]. 배양된 액체 배지를 3,600 rpm, 15분 동안 원심 분리한 뒤, 상등액을 제거하여 순수한 균사체를 채취하였다 [22]. 균사체 1g 당 4M NaOH 수용액을 20 mL 첨가한 뒤, homogenizer (MT-30K; Hangzhou Miu Instruments CO.LTD, China)를 사용하여 30,000 rpm에서 1분 동안 균질화 하였다 [22]. 이후 autoclave를 사용하여 100°C 2시간 동안 가열하였다 [22]. autoclave에서 꺼낸 뒤 homogenizer를 사용하여 30,000 rpm, 1분 동안 균질화하고 100°C, 2시간 동안 처리하였다 [22]. 혼합된 용액은 3,600 rpm, 15분 동안 원심분리 후 상등액을 제거하여 균사체를 수득한 뒤, 증류수를 첨가하고 5초 동안 vortex하여 혼합하였다 [22]. 이후 3,600 rpm, 15분 동안 원심분리 후 상등액을 제거하고 균사체를 증류수로 세척하였다 [22].

2.3. 키토산 전환

추출한 키틴을 키토산으로 전환하기 위해 Mesa Ospina의 방법을 참고하였다 [22]. 균사체 1g당 50% NaOH 수용액 10mL를 첨가하여 균사체를 세척한 뒤, homogenizer를 사용하여 30,000 rpm, 1분 동안 균질화 하였다 [22]. 이후 autoclave를 사용하여 90°C, 3시간 동안 처리한 뒤, homogenizer를 사용하여 30,000 rpm, 1분 동안 균질화하고 120°C 2시간 동안 처리하였다 [22]. 상기 방식으로 증류수를 이용하여 중성이 될 때까지 반복 세척한다 [22]. 제조된 키토산은 3,600 rpm, 15분 동안 원심분리 후 상등액을 제거하고 동결건조 하였다 [22].

2.4. 방사용 Hydrogel의 제조

2% acetic acid 수용액에 키토산을 4% (w/w) 첨가하여 hydrogel을 제조하였다. 이때, 키토산은 상업용 키토산(448877; Sigma-Aldrich, USA)과 균사체 키토산의 비율을 100:0, 95:5, 90:10로 제작하였다. Hydrogel을 1분 동안 vortex한 후, 1시간 동안 sonicator로 처리하였다. 이후 교반기에서 150 rpm, 24시간 동안 교반하여 키토산이 acetic acid에 용해되도록 하였다 [16].

2.5. 습식방사

Hydrogel을 습식방사하기 위해 Zamani의 방법을 참고하였다 [16]. Hydrogel을 주사기에 옮기고 상온에서 syringe pump (KDS 100; KD Scientific, USA)를 사용하여 10% NaOH 수용액과 100% EtOH가 1:1 비율 (w/w)로 혼합된 응고조에 주입하여 응고시켰다 [16]. 이때, 사용된 주사기는 끝이 뾰족하지 않은 18 G 바늘을 장착한 후 바늘 끝이 수조에 잠기게 하였다 [16]. 주입 속도는 20 mL/h로 설정하였다. monofilament를 첫 번째 응고조에서 꺼낸 뒤 증류수가 담긴 두 번째 수조에 넣어 monofilament의 잔여 NaOH 및 EtOH를 세척하였다[16]. 이후 100% EtOH가 담긴 세 번째 수조에 넣어 monofilament를 탈수 하였으며, 각 수조에 담겨있는 시간은 2~3분으로 하였다 [16]. 세 번째 수조에서 꺼낸 monofilament 양 끝을 고정한 뒤, 상온에서 12시간 동안 건조하였다 [16].

Figure 1. Flow chart for production of mycelium monofilament presented in this study. (A) Process schematic diagram, (B) Monofilament finished product after drying.

2.6. 균사체 키토산 수율 측정

본 연구에서는 freeze dryer (MLB-9003; Mareuda, KWJ, Korea)를 이용하여 균사체, 키틴, 키토산을 동결건조후 질량을 측정하여 수율을 계산하였다. 수율은 식 (1)을 통해 계산하였다.

2.7. 키토산 점도 및 평균 분자량 측정

상업용 키토산 및 버섯 균사체 키토산을 0.01, 0.02, 0.04, 0.08 g/dL 농도로 1% acetic acid에 첨가 후 상온에서 24시간 교반하며 용해시켰다. 불순물을 제거하기 위해 여과지(Whatman No. 2)와 감압장치를 이용하여 여과한 후 30 ± 0.1°C에서 Ostwald 점도계를 사용하여 점도를 측정하였다[23]. 점도 산출을 위한 실험은 총 3회 반복 시행 되었으며, 해당 수치의 평균 값을 활용하였다. 점도를 구하는 방법은 Czechowska-Biskup의 방법을 참고하여 계산하였다 [24]. 분자량은 Mark-Houwink equation으로 계산 되었으며, Mark-Houwink equation 은 식 (2)번과 같다. K와 α는 특정 온도에서 polymer-solvent에 따라 결정되는 상수, [η]는 용액 내 polymer의 고유 점도, Mv는 polymer의 분자량이다 [23]. K는 4.74 × 10^-5 dL/g, α는 0.72로 설정하였다 [25].

2.8. 탈아세틸화도 측정

버섯 균사체 키토산의 탈아세틸화도를 측정하기 위해 Mesa Ospina의 방법을 참고하였다 [22]. 탈아세틸화도는 FT-IR 분석을 사용하여 계산 되였으며, 계산식은 식 (3)번과 같다. 1320 cm^-1의 amide band III와 1420 cm^-1의 -CH₂ 작용기를 기준으로 계산 되었으며, A₁₃₂₀, A₁₄₂₀ 값은 1320, 1420 cm^-1 피크의 최댓값이다.

2.9. XRD 분석

버섯 균사체 키토산의 XRD를 분석하기 위해 Multipurpose X-ray Diffractometer (Malvern Panalytical Ltd, Malvern, UK)를 사용하여 진행하였으며, 2θ 값은 5~60, step size는 0.02 deg/sec로 설정하였다.

2.10. Fourier transform infrared spectroscopy 분석

본 연구에서는 균사체 키토산과 균사체 monofilament의 화학적 조성을 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (Shimadzu, Japan)를 이용하여 분석하였으며, 각 키토산 샘플은 동결건조 후 미세하게 분쇄 후 측정하였다. 측정 범위는 400~4,000 cm^-1 범위의 파장에서 분석하였다.

2.11. Field emission scanning electron microscope 분석

본 연구에서는 버섯 균사체 키토산 monofilament의 표면을 관찰하기 위해 주사전자현미경(S-4800, Hitachi, Japan)을 사용하였다. 각 monofilament 샘플은 15.0 kV 전압이 사용되었고, ×600배율로 확대하여 분석하였다.

2.12. Monofilament의 물리적 기계적 성질 평가

균사체 monofilament의 두께를 측정하기 위해 광학현미경(Leica Microsystems, Wetzlar, Germany)을 사용하였다. 각 monofilament 샘플은 ×40배율로 확대하여 두께를 측정하였다. 인장강도와 연신율은 UTM (AGS X; Shimadzu, Japan)을 사용하여 인장속도 30 mm/min에서 측정하여 균사체 monofilament의 특성을 비교하였다.

3.1. 버섯 균사체 키토산 수율

본 연구에서는 영지버섯 균사체, 느타리버섯 균사체, 치마버섯 균사체에서 키틴 추출 후 키토산으로 전환하였고, 각 버섯의 수득률을 나타내었다(Fig. 2, Table 1). 영지버섯에 추출된 키토산은 G. lucidum chitosan (GC), 느타리버섯 추출 키토산은 P. ostreatus chitosan (PC), 치마버섯 추출 키토산은 S. commune chitosan (SC)로 표기하였으며, 상업용 키토산은 commercial chitosn (CC)로 표기하였다. 치마버섯 균사체에서 제조한 키토산의 수득률이 11.83%로 가장 높았으며, 느타리버섯 균사체는 5.72%, 영지버섯 균사체는 5.61%로 확인되었다. 특히 치마버섯의 키틴 수율은 64.97%로 영지버섯과 느타리버섯의 키틴 수율이 10%대인 것에 반해 높은 수치를 나타내었다. 이는 치마버섯이 타 버섯 대비 알칼리 불용성 β-glucan의 함량이 많은 것이 원인으로, 저 농도의 NaOH 수용액에서 β-glucan이 완전히 용해되지 않아 높은 수율이 관찰되었다고 판단하며, 이후 치마버섯의 알칼리 불용성 β-glucan은 키틴의 탈아세틸화 과정에서 고농도의 NaOH 수용액에 용해되어 타 버섯과 유사한 키토산 전환율을 나타낸 것으로 보인다 [26]. 치마버섯의 키토산 수율은 기존에 진행되었던 연구에서도 느타리버섯 대비 1.4배 이상 높은 것으로 보고되었다 [27]. 영지버섯의 키토산 수율은 본 연구와 실험 방법이 같은 선행 연구의 결과와 유사한 것으로 확인되었다 [19].

Figure 2. Chitosan production process from Ganoderma lucidum mycelium. (A) Ganoderma lucidum mycelium culture; (B) mycelium isolation; (C) chitin extraction; (D) chitosan conversion; (E) freeze drying.

Table 1 Chitosan yield results of three types of mushroom mycelium

Sample	Mycelium (g)	Chitin (g)	Chitosan (g)	Yield (%)
G. lucidum	13.54 ± 0.79	1.46 ± 0.07	0.76 ± 0.04	5.61
P. ostreatus	13.80 ± 0.60	1.47 ± 0.06	0.79 ± 0.04	5.72
S. commune	13.02 ± 0.47	8.46 ± 0.51	1.54 ± 0.10	11.83

3.2. 키토산 점도 및 평균 분자량 측정

키토산의 분자량을 측정하기 위해 점도를 측정한 후 Mark-Houwink equation을 통해 분자량을 계산하였다(Table 2). 상업용 키토산으로 분자량 측정 결과, 213.395 kDa 값이 도출되었으며, 이는 키토산의 일반적인 분자량 범위 190 ~ 310 kDa에 충족하는 값이다. 영지버섯, 느타리버섯, 치마버섯 균사체 키토산의 분자량 측정 결과 각각 48.307, 24.116, 21.333 kDa로 측정되었으며, 상업용 키토산의 분자랴에 비해 낮은 수치이다 (Table 2). 갑각류 키토산 대비 균사체 키토산의 분자량이 낮은 것은 연구를 통해 알려져 있다 [17]. 균사체 키토산의 분자량은 1~12 × 10⁴로 알려져 있으며 영지버섯, 느타리버섯, 치마버섯 균사체 키토산의 분자량 측정 값이 범위 내에 포함되는 것을 확인하였다 [28].

Table 2 Properties of mushroom-based chitosan and commercial chitosan

Sample	Intrinsic viscosity [η]	Molecular weight (kDa)	Deacetylation (%)
Commercial	0.33	213.395	80.70
G. lucidum	0.11	48.307	82.82
P. ostreatus	0.07	24.116	84.75
S. commune	0.06	21.333	84.62

3.3. 탈아세틸화도 측정

버섯 균사체 키토산의 탈아세틸화도 측정을 위해 FT-IR 데이터에서 1320 cm^-1의 amide band III와 1420 cm^-1의 -CH₂ 작용기 peak 값을 사용하였다. 각 sample들의 amide band III와 -CH₂ 작용기의 peak 위치는 1322~1323 cm^-1, 1417~1422 cm^-1 사이에 위치하였다 (Table 2). 상업용 키토산의 탈아세틸화도는 80.70%로 알려진 정보인 75~85% 이내의 값이 도출되었다 (Table 2).

3.4. XRD 분석

키토산의 결정성은 XRD를 통해 측정하였다. CC는 2θ 8.4°와 20.3° 부근에서 peak가 관찰되었다 (Fig. 3). GC, PC, SC는 20.3° 부근에서만 peak가 관찰되었으며, CC 대비 peak가 낮고 완만하여 키토산의 결정성이 낮아졌음을 알 수 있다. 이와 같은 그래프 형태는 타 연구 결과의 영지버섯 균사체 키토산 및 기타 버섯 균사체 키토산의 XRD 그래프에서도 유사한 형태가 관찰되었다 [22, 29]. 균사체 키토산의 낮은 결정성은 중성 pH에서 높은 용해도를 가진다[30].

Figure 3. XRD patterns mushroom mycelium chitosan. CC: commercial chitosan, GC: Ganoderma lucidum chitosan, PC: Pleurotus ostreatus chitosan, SC: Schizophyllum commune chitosan.

3.5. 화학적 성질 평가

버섯 균사체로부터 제작된 키토산과 monofilament의 화학적 성질을 확인하기 위해 FT-IR 분석을 진행하였다 (Fig. 4). CC의 특징적인 band는 -OH 작용기와 CH₃ 작용기로 각각 3418 cm^-1와 2919 cm^-1에 나타났으며, 1645 cm^-1, 1574 cm^-1, 1322 cm^-1의 peak는 각각 amide band I, N-H 굽힘 진동, amide band III로 분석한다. 또한 1422 cm^-1, 1378 cm^-1의 peak는 각각 - CH₂와 -CH₃의 굽힘 흡수와 관련이 있으며, 또한 1153 cm^-1, 1031 cm^-1의 peak는 C-O의 신축과 관련이 있다 [25]. 공통적으로 CC 대비 버섯 균사체 키토산의 N-H 작용기의 흡수 peak의 세기는 약하게 측정되었으며, 1031 cm^-1부근의 C-O 작용기의 흡수 peak는 강하게 측정되었다. 상업용 키토산은 정제되었으나, 균사체 키토산은 정제되지 않았기 때문에 FT-IR peak에서 강도 차이가 나타났을 것으로 판단된다. Monofilament의 FT-IR spectrum은 키토산의 그래프와 유사하였으나, 400~1800 cm^-1구간의 세기가 증가하는 모습을 보였다. 느타리버섯 균사체로 제작한 monofilament는 O-H, NH 작용기를 비롯한 전체적인 peak가 감소하였으며, 치마버섯 균사체로 제작한 monofilament는 상대적으로 뚜렷한 peak의 모양을 보였다

Figure 4. FT-IR spectra of chitosan and monofilament. (A) CC: only commercial chitosan, (B) GC5: 5% G. lucidum chitosan in monofilament, (C) GC10: 10% G. lucidum chitosan in monofilament, (D) PC5: 5% P. ostreatus chitosan in monofilament, (E) PC10: 10% P. ostreatus chitosan in monofilament, (F) SC5: 5% S. commune chitosan in monofilament, (G) SC10: 10% S. commune chitosan in monofilament.

3.6. FE-SEM 분석

FE-SEM 분석을 통해 균사체 monofilament 표면의 형태를 관찰하였다 (Fig. 5). 순수 CC로 제작된 monofilament의 표면은 균사체 기반 키토산이 함유된 monofilament 대비 균일하지 않고 비교적 큰 균열(crack)이 관찰되었다. 영지버섯 균사체 키토산 5%, 10%가 첨가된 monofilament는 다수의 얕고 작은 crack이 관찰되었으며, 영지버섯 균사체 키토산 함량 차이에 따른 상관관계는 표면에서 확인할 수 없었다. 느타리버섯 균사체 키토산 5%가 첨가된 monofilament는 매끄러운 표면이 부분적으로 관찰되었으며, 10%와 함께 세로결 주름이 확인되었다. 느타리버섯 균사체 키토산 함량 차이에 따른 상관관계 역시 표면에서 확인할 수 없었다. 치마버섯 균사체 키토산 5%가 첨가된 monofilament 또한 세로결 주름이 관측되었으며, 10%가 첨가된 monofilament는 모든 샘플 중에서 가장 균일한 표면을 보였다. 치마버섯 균사체 키토산의 함량 증가에 의한 균일한 표면을 확인할 수 있었지만 정확한 상관관계 확인을 위해서는 다양한 농도의 버섯 균사체 함유한 섬유를 분석할 필요성이 있다. 본 연구에서 FE-SEM을 통해 분석한 monofilament의 표면은 이전에 진행된 연구의 표면 사진과 유사함을 확인하였다 [16].

Figure 5. Scanning electron microscopy images of mycelium chitosan monofilament. (A) CC: only commercial chitosan, (B) GC5: 5% G. lucidum chitosan in monofilament, (C) GC10: 10% G. lucidum chitosan in monofilament, (D) PC5: 5% P. ostreatus chitosan in monofilament, (E) PC10: 10% P. ostreatus chitosan in monofilament, (F) SC5: 5% S. commune chitosan in monofilament, (G) SC10: 10% S. commune chitosan in

3.7. Monofilament의 물리적 기계적 성질

Monofilament 두께 측정을 위해 광학 현미경(optical microscopy)을 사용하였다 (Table 3). 3가지 버섯 균주 모두 균사체 키토산의 함량이 증가할수록 두께가 얇아지는 경향을 보였다. 두께가 가장 우수한 sample은 GS5 (365.67 ㎛)이었으며, PS10 (299.20 ㎛)이 가장 저조한 결과를 보였다. GC5와 PC10을 제외한 sample들은 CC와 비교하여 큰 차이는 없었다 또한, 수축률(shrinkage rate)의 경우 acetic acid를 용매로 사용한 hydrogel과 응고조를 사용한 연구결과의 76.8%와 비교하여 본 연구의 키토산 섬유 수축율은 유사한 수치를 도출하였다 [25].

Table 3 Monofilament thickness and shrinkage rate; CC: commercial chitosan, GC5: 5% G. lucidum chitosan in monofilament, GC10: 10% G. lucidum chitosan in monofilament, PC5: 5% P. ostreatus chitosan in monofilament, PC10: 10% P. ostreatus chitosan in monofilament, SC5: 5% S. commune chitosan in monofilament, SC10: 10% S. commune chitosan in monofilament.

Sample	Thickness (μm)	Shrinkage rate (%)
CC	347.33 ± 15.10	71.06b
GC5	385.67 ± 18.68	67.86a
GC10	364.17 ± 11.16	69.65ab
PC5	342.83 ± 14.47	71.43b
PC10	299.20 ± 11.87	75.07c
SC5	360.50 ± 35.86	69.96b
SC10	359.00 ± 6.630	70.08b

(The statistical analysis of each group was performed through LSD test in R. “a-c” was used to distinguish the statistical significance of each data. LSD: least significant difference. p-value < 0.05)

Monofilament의 인장강도와 연신율 측정 결과는 Fig. 6에 나타내었다. 버섯 균사체 키토산이 함유된 모든 monofilament sample들은 CC보다 높은 인장강도를 나타내었다. 또한 버섯 균사체 키토산의 함유량이 증가할수록 인장강도가 증가하는 경향을 보였으며, 이와 같은 결과는 저분자량의 키토산이 분자량이 큰 키토산보다 인장강도가 크다는 연구결과와 유사하다 [31]. 전반적으로 영지버섯 균사체의 키토산이 낮은 인장강도를 나타내었고, 느타리버섯 균사체의 키토산이 높은 인장강도를 나타내었다. 연신율은 CC가 가장 높게 측정되었으며, 대체적으로 인장강도가 높을수록 낮은 연신율을 보였다. GC10의 경우 가장 낮은 인장강도로 측정되었으나, 버섯 균사체 키토산이 함유된 sample들 중 가장 높은 연신율을 나타내었다. 종합적으로 버섯 키토산 함량이 증가할수록 인장강도는 강화되며, 반대로 연신율은 낮아지는 경향을 보였다. 이와 같은 결과는 용매로 acetic acid를 사용하고 응고조로 NaOH와 EtOH를 사용하는 연구에서 유사한 경향을 보였다 [25]. 또한 곰팡이 균사체를 이용한 monofilament 연구 결과 대비 인장강도는 평균보다 약간 높은 수치를 보였지만, 연신율은 평균보다 낮은 수치를 보였다[32]. 이는 grinding cycles의 횟수가 연신율에 영향을 끼치며, 본 연구에서는 grinding을 수행하지 않았기 때문에 비교적 낮은 연신율을 보였을 것으로 판단된다. 낮은 연신율을 보완하기 위해 가소제를 사용하여 연신율을 보완하는 연구가 필요하다 [5,9].

Figure 6. Mechanical properties of monofilament. (A) tensile strength, (B) elongation; CC: commercial chitosan, GC5: 5% G. lucidum chitosan in monofilament, GC10: 10% G. lucidum chitosan in monofilament, PC5: 5% P. ostreatus chitosan in monofilament, PC10: 10% P. ostreatus chitosan in monofilament, SC5: 5% S. commune chitosan in monofilament, SC10: 10% S. commune chitosan in monofilament. The statistical analysis of each group was performed through LSD test in R. p-value: Student's t-test p < 0.05. LSD: least significant difference.

본 연구는 영지버섯, 느타리버섯, 치마버섯 3가지 버섯 균사체로부터 키토산을 제조하고 습식방사를 통해 monofilament를 제작하였다. 버섯 균사체 키토산은 탈아세틸화도 및 분자량 측정을 통해 상업용 키토산 대비 고순도로 제조될 수 있고, 생체 적합성이 뛰어나며, 중성 pH에서 높은 용해도를 가질 수 있음을 확인하였다. 이전에 연구되었던 monofilament와 기계적 성질 비교 결과, 버섯 균사체로 제작한 monofilament의 비교적 낮은 연신율은 곰팡이 균사체와 버섯 균사체의 차이에서 발생한 결과로 판단된다. 연신율을 보완하기 위해 가소제를 사용하는 연구가 필요하며, 다양한 연구를 통해 산업에서 합성섬유를 지속가능한 버섯 균사체 섬유로 대체할 수 있을 것으로 판단된다.

본 논문은 환경부의 재원으로 국립생태원의 지원을 받아 수행하였습니다(NIE-B-2023-37).