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비누의 세척과 살균
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사실 코로나 이후 잘 알려졌을 법한 내용일 것 같아서 올리지 않으려고 했습니다만, 언젠가 나중에 중세 이야기를 하다가 비누 이야기가 나올 것 같아서 미리 올립니다.
1. 비누(soap)와 계면활성제(surfactant)
비누란 알칼리와 지방이 반응해서 만들어진 지방산 염이다. 거두절미하고 비누의 특징을 요약하자면, 계면활성제와 염기성이란 두 성질이다.
우리는 모두 계면활성제가 무엇인지, 그리고 원리가 무엇인지 중학교 화학 혹은 생물 시간에 제법 자세히 배웠다. 가볍게 다시 한 번 확인해 보자.
물과 기름은 섞이지 않는다. 서로 극성이 다르기 때문이다. 그런데 세상에는 물과 잘 섞이는 물질이 있고 기름과 잘 섞이는 물질이 있다. 물과 친한 성질을 친수성(親水性)이라고 부르고, 물을 싫어하는 성질을 소수성(疏水性)이라고 부른다.
계면활성제 구조
재미있는 건 세상에는 친수성과 소수성을 동시에 갖고 있는 분자들이 있다. 마치 자석의 N극과 S극처럼. 한 쪽은 물과 잘 섞이지만, 다른 쪽은 물을 싫어해서 밀어낸다. 이런 구조를 가진 물질을 계면활성제라고 부른다. 그리고 대표적인 계면활성제가 비누다.
2. 비누의 세정력
중학교 때 비누의 기능을 배우면서 계면활성제가 활성화되는 모습을 본 적이 있을 것이다. 비누 분자의 머리는 물을 좋아하는 친수성이고, 비누의 꼬리는 물을 싫어하는 소수성이다. 이 소수성은 다른 말로 친유성(親油性)이라고 하는데 기름을 좋아한다는 뜻이다.
물과 비누가 섞여서 때를 만난다. 때에는 기름 성분이 있다. 비누 분자의 친수성 머리 부분은 물을 향해 있지만, 반대편의 소수성 분자는 기름을 찾아가서 결합한다. 그런데 손을 씻을 때는 때보다 물의 양이 압도적으로 많다. 그러다보니 기름을 좋아하는 부분이 기름을 빙 둘러싸면서 엄청난 숫자가 모이게 된다. 그리고 결과적으로 아래의 그림처럼된다.
비누의 세척 원리.
물과 친한 머리는 물 쪽으로,
기름과 친한 꼬리는 때에 달라붙으면서 때를 분리시킨다.
만일 물이 더 많지 않고 기름이 더 많을 경우
반대로 물을 둘러싸는 방식으로 결합한다.
이렇게 모여든 비누 분자는 기름을 둘러싸서 분리시킨다. 기름때는 떨어져 나오고 물로 쉽게 씻겨 내려간다. 이것이 비누의 세척력의 이유다. 가끔 '더러움'보다 비누가 적으면 미끈거리지 않고 거품이 안 날 때가 있는데, 그건 비누의 양이 때를 둘러싸기에 부족해서 그럴 확률이 높다.
이 원리는 굉장히 여러 분야에서 활용된다. 예를 들면 요리에서 소스를 만들 때 유화(乳化, emulsification)를 시키는데, 재료 안에 있는 계면활성제에 의해서 물과 기름이 일시적으로 섞이게 된다. 계면활성제가 양쪽과 다 친하기 때문에 다리역할을 하는 것이다. 이걸 극단적으로 사용한 소스가 바로 마요네즈다.
3. 비누는 균을 죽인다 : 세포막과 계면활성제
위의 내용은 다들 "아~ 그랬지" 하면서 생각이 나셨을 것이다. 그러면 약간 생소한 부분을 보자. 다들 아시는 것처럼 생물은, 우리의 몸은 세포라는 단위로 이루어져 있다. 세포는 세포핵이 안에 들어 있고 그 주위를 세포질이 채우며, 마지막에 세포막으로 둘러싸여 보호된다.
세포의 구조.
세포질 안의 기타 등등은 여기선 생략한다.
여기서 세포막을 자세히 들여다 보자. 세포막은 인지질이라는 성분이 이중으로 배열된 구조를 기본으로 가진다. 왜 이렇게까지 자세히 얘기하고 있을까? 인지질도 바로 계면활성제이기 때문이다.
인지질(좌측)과 세포막의 구조(우측)
우리 몸의 세포막은 인지질이 위아래로 배열된 구조를 가지며, 경계 바깥은 친수성, 세포막 내부는 소수성을 띤다. 두 인지질 분자는 안정되게 정렬되어 있고, 세포의 내부 액체와 외부 액체를 나눌 수 있다. 문제는 이렇게 안정된 인지질 이중층이 계면활성제와 만나면 이 구조가 깨지게 된다.
비누 분자가 세포막의 안정성을 파괴하며 막을 터트린다.
세균이나 바이러스는 이 원리로 비활성화된다.
많은 사람들이 비누의 세척력에 대해서는 주목하지만, 비누의 살균력에 대해서는 주목하지 않는다. 하지만 비누는 기름을 녹이고 세포를 터트리는 성질을 갖고 있다. 실제로 생물학 실험을 할 때 DNA를 추출하는 과정에서 비눗물로 세포를 터트린다.
비누가 위생을 대표하는 물건으로 떠오를 수 있었던 이유는 단순히 세척력 때문만이 아닌 것이다. 비누는 살균력 또한 지니고 있기 때문에 비누로 닦는 것과 비누를 쓰지 않고 닦는 것 사이에는 결코 넘을 수 없는 차이가 존재하게 된다.
그럼 비누의 살균력이 얼마나 강한가? 그건 비누마다 다르다. 성분이 강하면 살균력도 높아지고, 자극성이 낮아지면 살균력도 약해진다.
4. 염기성 성질
역시 어렸을 때 배운 내용이지만, 염기는 단백질을 녹이는 성질이 있다. 세면대를 쓰다보면 머리카락 때문에 막힌다. 이때 '펑크린' 같은 배수관 용해제를 넣으면 대부분 뚫린다. 이유는 이 용해제는 염기성 용액이기 때문에 머리카락을 녹여서 내려보내는 것이다. (비누로 안 되는 건 비누의 염기성 성질이 머리카락을 녹일 정도로 강하지 않기 때문이다)
산 : 금속을 녹인다.
염기 : 단백질을 녹인다. |
비누는 기본적으로 알칼리와 지방을 반응시켜서 만들고, 그 결과 염기성을 띤다. 그래서 더욱 미끈 거리게 느껴지는 것이고, 피부가 거칠어지는 이유 중 하나도 비누가 피부 표면을 녹여내기 때문이다. 최근 몇년 간 '약산성 세안제'라는 걸 마케팅하는 이유도 여기에 있으며, 비누의 원료가 될 수 있는 염기성 물질인 양잿물을 먹으면 죽는 이유도 여기에 있다. 식도 등의 몸 안쪽이 녹아버리기 때문이다.
(※ 내용 오류를 수정했습니다. 락스는 염기성 용액인데 산성이라고 잘못 이야기한 부분을 삭제했습니다. 락스는 희석된 염기성 용액이기 때문에 머리카락에 충분한 효과를 발휘하지 못합니다. 그에 비해 펑크린은 강염기 용액입니다.)
5. 비누 VS 알코올
결국 비누란 건 기름 때를 분리하고, 세포막을 터트려 파괴하며, 단백질을 녹여내는 성질을 갖고 있다. 그리고 물과 함께 흘려보낼 수 있다. 비누를 자주 쓰면 손이 거칠어지고 습진이 생기는 건 이 모든 성능과 관계가 있으며, 비누의 살균/세척 능력 또한 이 성질들이 종합적으로 발휘되는 것이다.
사실 알코올이 세균을 죽이는 원리도 세포막의 지질을 녹인다는 면에선 비슷하다. 알코올은 그 이후에 단백질 변성을 일으켜서 세포를 굳게 만든다. 예전에 고기 요리에 술을 넣으면 딱딱해진다는 글을 썼던 것과 비슷한 이야기다.
알코올과 비누 사이에는 그 이외에도 결정적인 차이가 있는데 비누는 물로 씻어내기 때문에 죽은 세균 혹은 죽지 않고 남은 세균을 흘려보낸다는 것이고, 알코올 살균은 세균이 죽은 시체가 그대로 피부 위에 묻어 있다는 것이다. 순수한 살균력은 비누보다 알코올이 훨씬 강하다.
※ 참고로 이 글에서 말하는 비누의 살균력이란, 살균력이 아예 없는 건 아니다 정도의 의미로 보시면 좋겠다. 당연히 전문 살균제 만큼의 신뢰도는 없다.
알코올로 균이 죽더라도 죽고난 시체나
터져나온 균의 DNA 등등은 손 위에 그대로 남아 있다.
비누처럼 세척을 하는 게 아니기 때문.
그러니 결과적으로 가능하면 비누로 손을 씻는 게 더 바람직하게 된다. 알코올이 비누보다 더 피부에 안 좋을 수도 있고 말이다. 요즘 같은 세상에선 꼭 손을 비누로 잘 씻자. 참고로 살균 비누라는 특수한 비누가 있다는 것 같은데 그건 오히려 안 좋을 수도 있다. 일반 비누로 충분하다.
6. 마치며 : 비누와 위생
비누는 누가 뭐래도 보통 사람이 접할 수 있는 위생의 최전선 방어벽이다. 비누는 세척만 잘 하는 게 아니라 살균력도 보유하고 있다. 비누를 써야 한다고 말해지는 분야에선 꼭 비누를 쓰도록 하자. 비누 거품을 내면서 시간을 들여서 잘 씻으면 다른 수단과 비교할 수 없을 정도로 깨끗해진다.
우리는 현대 의학이 우리의 평균 수명을 대폭 늘렸다고 생각하지만, 사실 공중보건과 위생이 평균수명을 더 많이 늘렸을 수도 있다. 필자가 어렸을 때만 해도 여름철이 되면 지방에서 콜레라나 이질이 창궐하는 게 연례 행사였다. 이런 수인성 전염병은 위생을 철저히 하면 처음부터 막을 수 있는 질병이다. 군대에 가면 봉와직염이라는 병을 종종 볼 수 있는데, 똑같은 현대인데 군대라는 환경에만 가도 위생문제로 저런 병에 걸리게 된다. 약이 없는 상황에서 봉와직염에 걸리면 팔다리를 자르거나 죽을 수 밖에 없다. 근대화 이전의 과거는 작은 상처가 곪고 악화되어도 그것만으로 죽을 수 있는 시대였고, 이런 모든 자잘한 것들을 막는 건 위생이라고 할 수 있다.
나중에 판타지나 중세 얘기를 하게 된다면 비누와 위생 얘기가 한 번은 나올 것 같았다. 꼭 그게 아니라도 일상에 도움이 되는 내용이니 재미있게 읽어 보셨다면 좋겠다.
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2023/06/25 추가 :
뉴욕 타임즈에 Why Soap Works 라는 글이 올라온 걸 발견했는데, 비슷한 내용이면서 제 글보다 신뢰도가 높을 테니 읽어 보실 분은 구글링 해서 읽어 보시면 좋을 것 같습니다. 영문으로 된 글이고요. 페이지 링크를 남기려고 했는데 검색 엔진이 아니라 주소를 쳐서 들어가면 구독 팝업 때문에 게시물이 안 보이더군요.
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by Aierse | |
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