KR0124061B1 - 전해 생성수의 제조방법 및 그에 의해 제조되는 전해 생성수 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 전해 생성수에 특정의 성분을 함유시킴으로써 살균 효과를 부여하는 것이다.

즉, NaCl 또는 KCl을 0.5~1mol/㎏을 용해시킨 묽은 전해질 용액을 전기 전도도가 150~2000μS/㎤으로 되도록 전해하여 OH라디칼 또는 Cl라디칼을 함유하며, 깁스의 자유에너지가 22.1kcal/mol 이상인 전해 생성수를 얻는다.

Description

전해 생성수의 제조방법 및 그에 의해 제조되는 전해 생성수.

제1도는 실시예에서 제조된 전해 생성수의 전자공명 스펙트럼을 나타낸 도면.

제2도는 전해 생성수의 산화환원 전위와 첨가한 대장균의 균수의 경시적 변화를 나타낸 도면.

본 발명은 전해 생성수의 제조방법 및 그에 의해 제조되는 전해 생성수에 관한 것으로, 특히 OH라디칼 또는 Cl라디칼을 함유하도록 하는 전해 생성수의 제조방법 및 그에 의해 제조되는 전해 생성수에 관한 것이다.

최근의 자연 환경의 오염에 수반하여 안전하고 맛있는 음료수를 확보하려는 노력으로, 전해 생성수의 수요는 점차 높아지고 있다.

일반적으로 전해 생성수는 격막에 의해 간막이 된 양극실측과 음극실측에 전해액을 채우고, 전해액에 직류 전압을 인가하므로서 제조하고 있다.

이 전해액은 음용수에 전해질을 용해하여 준비하며 이를 적당한 전도도가 되도록 전해시킴으로써 전해 생성수를 얻는데 전해질로서는 식염이나 염화 칼륨을 주로 사용한다.

전해액에 직류 전압이 인가되면 음극 근방에서는 수소 이온이 환원되어서 수소가스가 발생하고, 전해액 중의 수소이온이 소비된다. 수소이온 이외의 양이온은 수산 이온쌍을 형성하고, 음극실의 용액은 점차로 염기성으로 된다.

한편, 양극 근방에서는 전해액 중의 수산이온이 산화되어서 산소가스가 발생하고, 전해액 중의 수산이온이 소비된다. 수산이온 이외의 음이온은 수소이온과 산을 형성하고, 양극실의 용액은 산성으로 된다. 이와 같이 하여, 물이 전기 분해 된다.

상기한 바에 의하여 얻어진 알칼리 이온수는 물맛이 좋고, 칼슘이온이 풍부하게 함유된다. 또, 활성이 높기 때문에 체내에 들어가면 여러가지의 노폐물을 용해시켜 체외로 배출시킬 수 있다. 이러한 점에서 맛이 좋고 건강에 좋은 음료수로서 기대된다.

그러나, 종래의 이와 같은 음용 이온수는 세균이나 불순물을 완전히 제거할 수 없기 때문에 위생상 바람직하지 못하다는 문제를 갖는다. 이점 때문에, 음료용으로는 물론 의료용, 식품가공용, 농업용 등에 적합하다고 말할 수 없다.

한편, 상술한 전해에 있어서, 전극 근방에서 전자의 수수가 행하여져 전극 반응이 진행되는 결과, 전해 생성액이 얻어지게 되는 것이지만 또한 중간 생성물로서 각종 이온이나 라디칼도 발생한다. 라디칼은 반응성이 높기 때문에 세균 등에 대하여 살균 효과를 나타내는 것이 예상된다. 그러나, 중간 생성물에 관해서는, 전해질의 종류나 농도, 인가 전압의 강도의 영향을 받기 때문에 제어가 매우 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 살균 효과를 갖는 라디칼의 생성을 제어하여, 안전성이 높은 전해 생성수를 제조하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 전해 생성수는 OH라디칼 또는 Cl라디칼의 적어도 하나를 함유하며, 깁스(Gibbs)의 자유 에너지는 22.1kcal/mol 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전해 생성수의 제조방법은 0.5~1mol/kg의 농도범위의 NaCl 또는 KCl을 음용수에 용해시켜 묽은 전해질 용액을 제조하는 공정과, 반투성의 격막과 함께 설치된 음극실측 전해조와 양극실측 전해조에 상기 묽은 전해질 용액을 채우는 공정과, 상기 음극실과 양극실에 직류전압을 인가하되 산화환원 전위가 960mV 이상이 되도록 하여 OH라디칼 또는 Cl라디칼의 적어도 하나를 생성하는 공정에 의하여 전해 생성수를 얻는 것을 특징으로 한다.

상기의 묽은 전해질 용액에는, Nacl 또는 KCl이 전해질로써 용해되어 있어, 직류전압의 인가에 의하여 OH라디칼 또는 Cl라디칼이 생성되고, 어느 전해 생성수 중에 함유된다.

이 전해 생성수 중에 함유되는 OH라디칼 또는 Cl라디칼은 활성화되어 있는 바, 전해 생성수의 깁스의 자유 에너지를 22.1kcal/mol 이상으로 하면, 세포막의 일부 파괴나 단백질의 부분 분해 효과를 나타내므로 살균효과를 나타내게 된다.

[실시예]

이하에서 본 발명의 내용을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 전해 생성수의 제조방법 및 OH라디칼 및 Cl라디칼의 생성을 예시하는 실시예와 그에 따른 전해 생성수의 살균효과를 예증하는 실시예를 여러 예로써, 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

반투성막에 의해 음극실과 양극실로 간막이 되고, 각각 백금전극을 갖춘 2개의 전해조에 음용수로서 일반의 수도물을 넣는다. 수도물에 0.5mol/kg(수도물)이 NaCl을 용해시키고, 묽은 전해질 용액을 제조한다. 묽은 전해질 용액의 전기 전도도가 150μS/㎤로 되도록 직류전압을 인가한다.

전해 개시 30분 후에 양극실측의 전해 생성수를 분취하고, pH측정, 산화환원 전위를 측정한 후, 전자스핀 공명장치에 의해 OH라디칼 및 Cl라디칼의 검출을 한다.

측정 결과 pH는 2.7이며, 깁스의 자유 에너지는 29.26kcal/mol이었다.

전자스핀 공명장치에 의해 얻어진 전자스핀 공명 스펙트럼은 제1도중 (1)의 스펙트럼으로서 나타났다. 즉, 제1도의 (1)에서 보듯이, 스펙트럼이 관찰되고, OH라디칼의 기본 파형이 검출됨을 알 수 있다.

이때의 반응에 관하여 설명한다.

먼저, 양극실측 전해조에 있어서의 전극반응에 의한 주된 전해 생성물의 반응식은 다음의 식과 같이 된다.

또, 음극실측 전해조에 있어서의 전극 반응에 의한 주된 전해 생성물의 반응식은 다음의 식과 같이 된다.

[실시예 2]

반투성막에 의해 음극실과 양극실로 간막이 되고, 각각 백금전극을 구비한 2개의 전해조에 음용수로서 일반 수도물을 넣는다. 수도물에 0.8mol/kg의 KCl을 용해시키고, 묽은 전해질 용액을 제조한다. 묽은 전해질 용액의 전기 전도도가 1000μS/㎤로 되도록 직류전압을 인가한다.

전해 개시 30분 후에 양극실측의 전해 생성수를 분취하고 pH측정, 산화환원 전위를 측정한 후, 전자스핀 공명장치에 의해 OH라디칼 및 Cl라디칼 검출을 행한다.

측정 결과 pH는 2.7이며 깁스의 자유 에너지는 25.79kcal/mol이었다. 전자스핀 공명 장치에 의해 얻어진 전자스핀 공명 스펙트럼은 제1도(2)의 스펙트럼으로 나타내어졌다. 즉, 제1도의 (2)와 같은 스펙트럼 관찰되었고, OH라디칼의 기본 파형이 검출됨을 확인할 수 있었다.

이때의 반응에 관하여 설명한다.

먼저, 양극실측 전해조에 있어서의 전극반응에 의한 주된 전해 생성물의 반응식을 다음의 식과 같이 된다.

또, 음극실측 전해조에 있어서의 전극 반응에 의한 주된 전해 생성물의 반응식은 다음의 식과 같이 된다.

[실시예 3]

반투성막에 의해 음극실과 양극실로 간막이 되고, 각각 백금전극을 구비한 2개의 전해조에 음용수로서 일반 수도물을 넣는다. 수도물에 1.0mol/kg의 NaCl을 용해시키고, 묽은 전해질 용액을 제조한다. 묽은 전해질 용액의 전기 전도도가 1500μS/㎤로 되도록 직류전압을 인가한다.

전해 개시 30분 후에 양극실측의 전해 생성수를 분취하고 pH 및 산화환원 전위를 측정한 후, 전자스핀 공명장치에 의해 OH라디칼 및 Cl라디칼 검출을 행한다.

측정 결과 pH는 2.7이며, 깁스의 자유 에너지는 24.17kcal/mol이었다. 전자스핀 공명장치에 의해 얻어진 전자 스핀 공명 스펙트럼은 제1도중 (3)의 스펙트럼으로 나타내어진다. 즉, 제1도의 (3)과 같은 스펙트럼이 관찰되고, OH라디칼의 기본 파형이 검출됨을 확인할 수 있었다.

이때의 반응에 관하여 설명한다.

먼저, 양극실측 전해조에 있어서의 전극반응에 의한 주된 전해 생성물의 반응식은 다음의 식과 같이 된다.

또, 음극실측 전해조에 있어서의 전극 반응에 의한 주된 전해 생성물의 반응식은 다음의 식과 같이 된다.

[실시예 4]

실시예 1부터 실시예 3에서의 얻어진 전해 생성수에 의한 살균효과를 이하, 증명하여 본다.

표 1및 표 2는 대장균을 각 전해 생성수에 첨가한 후의 균수의 경시 변화를 나타낸다. 표 1.2중 a는 전해 생성액의 원액을 사용한 결과이며, 원액중에는 OH라디칼과 Cl라디칼이 혼재되어 있다. b는 얻어진 전해 생성액의 원액을 염소중화하여 사용한 결과이며 Cl라디칼을 제거하여 OH라디칼만을 함유시킨 경우이다. 처음 첨가한 대장균의 균수 즉, 이론 첨가 균수는 작용시간 0분으로서 표시하고 있다.

표 1,2에서의 a의 OH라디칼과 Cl라디칼이 혼재되어 있는 경우, 대장균을 첨가하여 1분 경과하면, 균수는 0으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 한편, OH라디칼만이 존재하는 b의 경우, a와 비교하여 볼 때 균수의 감소하는 속도는 떨어진다고 하나, 30분 경과하면 균수는 처음에 첨가한 수의 1자리로부터 2자리로 감소하고 있다. 이와 같이 OH라디칼 또는 Cl라디칼이 전해 생성액 중에 존재되므로서, 살균효과를 나타낸다는 것이 확인되었다.

OH라디칼 또는 Cl라디칼의 전자구조는 기저상태로부터 천이상태로 이행한 활성화된 에너지 준위에 있다. 따라서, 세포막의 파괴나 단백질의 일부 분해를 하므로써, 사람을 비롯하여 동식물에 병태를 발현시키는 세균류를 사멸 혹은 불활성화시킬 수가 있다.

또, OH라디칼 또는 Cl라디칼은 다핵 백혈구의 식포장용에서 볼 수 있는 강력한 산화작용을 갖는다. 전해 생성수는 본래 사람이 가진 항상성의 메카니즘에 유사한 기능 작용을 보유시키고 있으므로 생체에 있어서 이물로 여겨지는 것와 같은 약물과는 다르기 때문에 유효하게 작용할 수 있다.

[실시예 5]

다음에 본 발명의 효과를 다른 관점에서 예증하기 위하여 전해 생성수의 산화환원 전위와 대장균에 대한 살균효과와의 관계를 설명한다.

제2도는 전해 생성수의 산화환원 전위와 첨가한 대장균의 균수의 경시적 변화를 나타낸 그림이다. 제2도에서 산화환원 전위가 700mV에 달하면, 균수는 감소하기 시작하고 960mV로 되면 0으로 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 대장균의 생활권 특성으로서 임계전위는 960mV인 것임을 알 수 있다.

이와 같이 산화환원 전위에 의존하여 살균효과는 변화하기 때문에, 산화환원 전위를 적당한 값으로 하므로써 이하에 설명하는 바와 같이 치료용으로서 응용할 수 있다.

이것을 명확히 하기 위하여, 먼저 산화환원 전위를 에너지의 단위로 변환하여 표현한다. 상기한 960mV는 깁스의 자유 에너지로 표시하면. 22.1kcal/mol로 된다. 예를 들면, 생체에 있어서 세포막의 구성 성분이나 대사의 중요한 역할을 갖는 인지질의 극성기 끼리를 결합하고 있는 수소 결합은 2~8kcal/mol, 인지질의 극성기와 막단백질을 결합하고 있는 정전결합은 21.6kcal/mol이다.

따라서, 깁스 자유에너지를 상기한 22.1kcal/mol로 선택한 경우, 원자간 혹은 분자간을 결합하고 있는 하나인 공유 결합(80~100kcal/mol)을 해리하는데도 불충분하지만, 수소결합이나 정전결합은 여기된다. 수소결합이나 정전결합이 여기되므로서 세포막은 활성화되고, 일부가 파괴된다. 이 때문에, 22.1kcal/mol 이상의 깁스의 자유 에너지로 설정하면 얻어지는 전해 생성수는 인체나 동식물에 있어서 유해한 세균 등을 사멸 또는 불활성 시킬 수가 있다. 따라서, 깁스의 자유 에너지를 적절한 값으로 하므로써, 치료 효과를 가진 전해 생성수를 얻는 것이 가능하게 된다.

이상에서, 상세히 상술한 바와 같이 본 발명에 의해 얻어지는 전해 생성수는 그의 성분으로서 함유되는 OH라디칼 또는 Cl라디칼이 세균 등의 세포막이나 단백질을 파괴한다. 그 결과, 인간이나 동식물에 병태를 발현시키는 세균류를 사멸 혹은 불활성화시킬 수가 있다. 따라서, 멸균된 안전하고 맛이 좋은 음료수를 제공할 수가 있다.

또, 전해 생성수는 인간이 본래 가지고 있는 항상성에 유사한 기능 작용을 보유하고 있으므로 항생 물질 등의 약물과는 달라서, 항체나 알레르기 등의 부작용을 야기시키는 일은 없다. 따라서, 최근 사회 문제화되어 가고 있는 원내감염증 등을 유발하는 요인으로 되지 않고, 안전하며 유효한 치료를 할 수가 있다.

또한, 식품 가공에 있어서 종래의 인체에 유해한 약품을 이용하는 경우와 달리 안정성 높은 살균소독이 가능한 장점이 있다. 예로써 종래의 방부재나 합성 보존료와 같은 물질에 의하여 야기되는 발암작용도 없다. 또, 생성수 내에는 과산화수소를 함유하지 않으므로 음용수로도 사용할 수가 있다.

또, 농업분야에 적용하여 전해 생성수를 살균제로 사용하면 농약 등의 살충제의 산포가 불필요하게 되고, 최근 주목되고 있는 무농약 재배에 공헌할 수 있는 잇점이 있어, 농약의 사용에 따른 환경오염도 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. 반투성 격막을 중심으로 음극실 및 양극실로 구분하여 이루는 전해 생성수의 장치를 이용하여 살균성을 갖는 전해 생성수를 제조하는 방법에 있어서, 0.5~1mol/kg의 농도 범위의 NaCl 또는 KCl을 물에 용해시켜 묽은 전해질 용액을 제조하는 공정과, 상기의 묽은 전해질 용액을 음극실측 전해조와 양극실측 전해조에 채우는 공정과, 상기 음극실과 양극실에 전기 전도도가 150μS/㎤~150μS/㎤의 직류 전압을 인가하되 산화환원 전위가 960mv 이상이 되도록 하여 OH라디칼 또는 Cl라디칼의 적어도 하나를 생성하는 공정에 의하여 제조하는 것을 특징으로 하는 전해 생성수의 제조방법.
2. OH라디칼 또는 Cl라디칼의 적어도 하나를 함유하며, 깁스의 자유 에너지는 22.1kcal/mol 이상이고, 상기 제2항의 제조방법에 의해 제조되는 전해 생성수.