알코올(에탄올)의 농도에 따른 살균효과에 대해

살균(살균 소독)에 사용되는 에탄올의 살균효과에 이르는 농도범위는 다음과 같습니다.

· 미국 약국 USP-NF : 68.5~71.5v/v%
USP-NF(The United States Pharmacopeia-National Formulary)

· WHO (World Healthcare Organization) 지침 : 60 ~ 80v/v%
WHO (World Healthcare Organization)

그러나 이러한 농도는 2000년 이전의 실험 자료를 기반으로 정해진 것이 많고, 시험 방법 · 에탄올과 세균이나 바이러스 종과의 혼합 비율과 작용 시간 등 조건이 다르므로 효과적으로 비교할 수 있는 것은 아닙니다.

도쿄의료보건대학 대학원 신메이 아케미 씨가 의료관련 감염에서 중요한 세균 · 곰팡이 · 항산균의 살균효과 및 항바이러스 효과에 대한 에탄올 농도의 영향을 고려하여 유효최소농도를 확인하고, 에탄올의 살균 · 항바이러스 스펙트럼을 밝혔던 논문 '살균 · 항바이러스 효과에 미치는 에탄올 농도의 영향'(2019년 3월 11일)을 요약한 결과를 아래와 같이 정리했습니다.

이 논문에 의하면 살균효과를 기대할 수 있는 농도는 WHO가 규정하고 있는대로, 60 ~ 80v/v%의 범위라면 충분합니다. 에탄올 농도 63v/v%(55w/w%) 정도면 다양한 세균과 바이러스에 대한 살균효과를 기대할 수 있기 때문입니다.

그러나 사람에게 감염 위험이 있다고 알려져 있는 20종류 정도의 항산균 중 Mycobacterium intracellulare의 살균에는 72v/v% 이상의 농도가 필요하여, WHO의 가이드라인의 최대값이 80v/v%로 설정되어 있다고 생각됩니다.
※ 항산균은 전염성이 약해서 사람에게 전염되지 않습니다.

또한 노로바이러스 등 일부
비피막 바이러스(non-enveloped virus)에 관해서는 알코올 농도가 높을수록 좋은 것이 아니라, 알코올 용액을 '약산성화'하거나 살균 시간을 길게 할수록 살균효과를 기대할 수 있습니다.
※ 노로바이러스는 차아염소산수나 차아염소산 나트륨이 효과적

또한 알코올은 고농도 용액에서 에탄올 분자가 수소 결합 + 소수성 결합에 의해 폴리머 같은 구조를 형성하고 물분자와 회합하여 큰 소수성 표면을 갖는 클러스터를 형성한다고 보고되었습니다.

이 구조는 77v/v%(70w/w%)에서 최고의 상태가 되기 때문에, 이 농도에서의 살균력이 가장 높을 것으로 추정하고 있습니다.
참고 문헌 : 西 信之、最田 優 '위스키 중의 클러스터 화학과 공업 47'(1994년)

이러한 이유로 85v/v% 이상의 알코올(에탄올) 농도는 살균력이 저하됩니다.

신종 코로나바이러스에 대한 불활성 효과

2020년 4월 17일 키타사토대학 오무라 사토시 기념연구소 바이러스감염제어 공학연구실의 카타야마 히코 교수의 연구 그룹이 시장에 유통되고 있는 의약외품 · 잡화 중 주로 에탄올, 계면제 성분을 함유한 신종 코로나바이러스의 살균효과를 기대할 수 있는 상용 제품을 대상으로, 신종 코로나바이러스 불활성화 효과가 있을 가능성에 대해, 시험관에서 바이러스 불활성화 평가를 실시한다는 보도 자료를 발표했습니다.

이 연구에 따르면 농도 50% 이상의 에탄올에 1분간의 접촉으로 충분한 신종 코로나바이러스 불활성화가 가능했다고 발표했습니다.

알코올의 살균 메커니즘

알코올(에탄올)은 생체막을 투과하는 한편, 중간 정도의 농도(40%) 이상에서는 양친매성을 갖기 때문에, 세포막 등 지질막과 단백질을 변성(세포막이 손상되어 구멍을 나고 세포 내용물이 새어 나오는)시키는 생리작용이 있습니다. 원핵생물인 세균 등에 작용하는 단백질의 변성 또는 용균 등의 살균작용이 있습니다. 또한 인간 등의 국소작용으로 수렴작용이 나타납니다. 즉, 어느 정도 물이 존재하는 상황에서는 알코올이 막을 변성시킴과 동시에 투과한 알코올이 균의 내압을 높여 용균 등의 작용이 발생합니다.

한편, 고농도에서는 단백질의 구조수 등의 탈수작용이 발생하기 때문에 변성작용이 강하게 나타납니다. (알코올 도수가 높으면 탈수작용으로 세포막 등 외막에 삼투압에 의한 외압이 가해져 용균 작용을 감약시키는 작용이 발생합니다)
※ 자세한 메커니즘은 아직 해명되어 있지 않습니다.

알코올 농도 단위에 대해

알코올 농도의 표기는 주로 2가지가 있습니다

● 질량 퍼센트 농도 : wt% or w/w%
● 용량 퍼센트 농도 : vol% or v/v%

일반적으로 용량 퍼센트 농도가 사용되고 있습니다. 알코올 제품에 기재되어 있는 농도에 특별한 표기가 없는 경우에는 용량 퍼센트 농도입니다.

출처 참조 번역
【 アルコール（エタノール）】の濃度による殺菌（除菌・消毒）効果について
https://www.chinoshiosya.com/news/feature/%E3%82%A2%E3%83%AB%E3%82%B3%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%83%BB%E3%82%A8%E3%82%BF%E3%83%8E%E3%83%BC%E3%83%AB%E9%99%A4%E8%8F%8C%E3%83%BB%E6%AE%BA%E8%8F%8C%E5%8A%B9%E6%9E%9C/