KR0174140B1 - 점도 안정성이 우수한 변성전분의 건식 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 옥수수, 찰옥수수, 타피오카, 감자, 사고, 고구마 등의 전분에 산화 보조제 첨가 및 방사선 조사를 병행하여 점도 안정성이 우수하고 경제성이 높은 고점도에서 중점도, 저점도까지의 필요에 따라 요구되는 변성전분을 건식으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]

점도 안정성이 우수한 변성전분의 건식 제조방법

[발명의 상세한 설명]

[발명의 이용분야]

본 발명은 전분에 산화보조제 첨가 및 방사선 처리를 병행하여 변성전분을 건식으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

좀 더 상세하게는 본 발명은 옥수수, 찰옥수수, 타피오카, 감자, 고구마, 사고, 소맥 등의 전분에 산화보조제를 첨가하고 방사선 처리를 병행하여 점도 안정성이 우수하며 점도가 낮아 제지 및 섬유용 사이징제로 사용될 수 있는 변성전분을 건식으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

[종래기술]

제지나 섬유산업분야에서는 전분이 코팅 또는 사이징용으로 이용되고 있으며, 이러한 코팅 또는 사이징용 전분은 점도가 낮고 점도의 안정성이 좋아 점도가 변하지 않아야 한다.

이러한 제지나 섬유의 사이징용 변성전분을 제조하기 위하여 현재 사용되고 있는 방법은 습식방법으로서, 산화전분의 제조방법과 산처리전분의 제조방법이 있다.

산화전분의 제조방법은 원료 전분에 물을 가하여 전분유액 상태로 한 다음 알카리를 첨가하여 전분유액의 pH를 상승시킨 후 차아염소산 소다를 가하여 산화 반응이 일어나게 한다. 일정시간이 경과하면 염산용액을 가하여 전분유액의 pH를 중성으로 한 다음 원심탈수하여 전분을 회수한 후 건조하여 제품으로 한다.

한편 산처리 전분도 마찬가지로 원료전분 유액에 염산이나 황산 등을 첨가하여 반응시킨 후 중화, 탈수, 건조하여 제품으로 한다.

이들 산업용 변성전분은 제조방법이 쉽고 비교적 가격이 저렴하며 품질이 우수한 관계로 예로부터 제지나 섬유공업에서 널리 사용되고 있다.

그러나 이러한 습식공정에 의한 변성전분 제조시에는 상당한 량의 폐수가 발생하며, 이 폐수를 처리하기 위해 거액의 시설투자가 소요되고 있다. 최근들어 환경오염에 대한 규제가 강화되고 있으며, 더욱이 '97년부터 폐수 종량제가 실시되면 폐수처리 설비 및 운영비 등의 부담으로 인해 제지나 섬유용 등 산업용 변성전분의 원활한 생산과 공급이 어렵게 될 뿐만 아니라 제품가격 상승의 주 요인이 된다. 따라서 폐수나 기타 환경오염물질을 발생시키지 않으면서 변성전분을 제조하는 방법이 현재 세계 여러 연구기관에서 중점적인 목표가 되어 연구가 되고 있는 실정이다.

한편, 방사선은 1970년대 부터 의료 및 실험기기의 멸균이나 향신료, 과채류, 육류 등 여러식품의 보존성 향상과 위생화 및 품질개선을 위해 연구되어 왔으며, 최근 국제기관(FAO/WHO/IAEA, ICGFI, FDA 등)에서의 방사선 조사식품의 건전성 공인 및 허가에 의하여 그 이용이 크게 증가하는 추세로 '96년 현재 37개국에서 200여종의 식품류에 방사선 조사를 허가하였고, 이 중 25개국이 상업적 규모로 본 기술을 실용화하고 있다. 국내에서도 한국원자력연구소와 국제기관의 연구결과를 바탕으로 보건복지부가 '87년-'95년 사이 4차에 걸쳐 13개 식품군(약 25종)에 대한 방사선 조사를 허가하였고, 현재 상업적으로 이용되고 있다.

이에 본 발명자는 방사선은 조사후 폐기물이 나오지 않는다는 점에 착안하여 변성전분의 제조시 발생되는 폐기물의 문제점을 해결하기 위하여 연구한 결과, 전분에 방사선을 조사하면 방사선이 전분 고분자에 조사되어 고분자의 절단 및 절단된 분자끼리의 축중합 등으로 점도저하가 일어나고 여기에 산화보조제를 넣으면 점도가 안정화되어 기존 습식공정에 의한 산화전분이나 산처리 전분과 거의 비슷한 특성을 가지면서 폐수발생이 없는 경제적인 변성전분을 제조할 수 있는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

[발명의 요약]

본 발명은 전분에 산화보조제 첨가 및 방사선 처리를 병행하여 변성전분을 건식으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제조방법으로 제조한 변성전분은 제지 및 섬유용 코팅제 또는 사이징제로 사용될 수 있다.

본 발명에 이용될 수 있는 전분에는 옥수수, 찰옥수수, 감자, 타피오카, 소맥, 사고, 고구마 전분등이 있으며, 전분의 수분은 1-70%로 하며, 특히 5∼20%가 바람직하다.

본 발명에 이용될 수 있는 산화보조제로는 무기과산화제가 있으며, 특히 암모니움 퍼설페이트, 포타슘 퍼설페이트, 소듐 퍼설페이트, 차아염소산칼슘 등이 바람직하다. 산화보조제의 첨가량은 0.01∼10%로 하며, 0.1∼4%가 바람직하다.

본 발명에서 이용가능한 방사선은 γ-선, X-선, 전자선 등이 있으며 방사선 조사선량은 1kGy에서 50kGy로 하며, 특히 5∼30kGy가 바람직하다.

[발명의 상세한 설명]

방사선을 전분 고분자에 조사하면 방사선의 특징인 강력한 에너지와 투과력에 의해 전분의 고분자쇄의 절단 및 절단된 분자쇄끼리의 축중합 등이 일어나서 점도가 저하된다. 그러나, 불안정하여 시간 경과에 따라 전분호액의 점도상승이 빠르게 일어나므로 방사선을 조사하여 얻은 변성전분은 제지나 섬유의 코팅용 또는 사이징용으로 사용하기에는 물성이 부족하다. 그러나, 원료전분에 산화보조제로서 무기 과산화제인 암모니움이나 소듐 혹은 포타슘 퍼설페이트류, 칼슘 하이포크로라이트를 방사선 처리 전에 첨가한 후 조사를 하면, 방사선 조사에 의해 이런 과산화제들이 유리되면서 방사선 조사에 의해 절단된 전분 고분자쇄에 산화반응을 함으로써 상승작용을 일으켜 전분의 점도가 현저히 낮아지고, 뿐만 아니라 점도 안정성도 향상되어, 전분에 방사선을 단독으로 조사한 것에 비해 조사선량이 낮아도 저점도의 점도안정성이 우수한 변성전분을 제조할 수 있다.

따라서 본 발명의 방법에 따라 산화보조제를 첨가한 후 방사선을 조사하면 기존 습식공정에 의한 산화전분이나 산처리전분과 거의 비슷한 점도와 점도안정성의 특성을 가지면서 폐수 발생이 없는 경제적인 변성전분을 제조할 수 있는 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저 방사선 단독처리시 제조된 변성전분의 시간에 따른 점도안정성을 측정하기 위하여 다음과 같은 실험을 하였다.

[실험예 1]

표 1과 2는 건전분(수분함량 13%)에 Co-60 감마선원을 이용 시간당 10kGy의 선량율로 10kGy, 30kGy, 50kGy의 총흡수선량을 얻도록 하였다. 또한 방사선 조사된 전분의 조사선량별 및 삼양제넥스사의 기존의 제지 및 섬유 사이징용 산화 전분 2종류(저점도 및 중점도)와 점도 안정성을 비교 분석하였다. 점도 안정성 측정방법은 산화전분의 경우 전분 ds 45g을 350ml 비이커에 담고 증류수를 첨가하여 전체 300g으로 하였다. 이것을 비등 수욕상에서 교반하면서 95℃에서 20분간 유지한 후 증발수를 보충하고 50℃로 냉각하여 브룩필드 점도계로 초기점도를 측정하고 50℃ 항온수조에 보관하면서 1시간 간격으로 점도를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

상기 실험예 1에서 알 수 있는 바와 같이, 고선량인 50kGy 정도에서만 초기 점도가 중점도 산화전분 보다 낮지만 이 경우에도 시간이 지날수록 점도가 상승하여 점도 안정성이 불안정한 것으로 나타났다.

따라서, 방사선을 단독으로 처리할 경우에는, 초기저점도를 얻기 위하여 고선량의 방사선 조사가 필요하고, 또한 점도안정성이 적어 시간 경과에 따라 점도가 상승하는 것을 알 수 있다.

[실험예 2]

방사선 단독처리시 전분의 점도안정성을 측정하기 위하여 다음과 같은 실험을 하였다.

건전분(수분함량 13%)에 Co-60 γ-선원을 이용 시간당 10kGy의 선량율로 20kGy의 총흡수선량을 얻도록 하였다. 무변성전분, 산처리전분과 점도안정성을 비교분석하였다.

점도안정성 측정방법은 무변성 전분, 산처리 전분의 경우 전분 ds 45g을 350ml 비이커에 담고, 증류수를 첨가하여 전체 300g으로 하였다. 이것을 비등수 욕상에서 교반하면서 95℃에서 20분간 유지한 후 증발수를 보충하고 50℃, 30℃로 냉각하여 브라벤더 비스코그람으로 점도안정성을 측정하였다.

상기 실험예 2에서 알 수 있는 바와 같이, 사이징용으로 사용되는 산처리 전분의 경우는 산화보조제 첨가없이 20kGy 정도의 방사선 조사만으로도 기존 산처리 전분(SUN-TEX 2040)과 비슷한 비스코그람을 얻을 수 있으나, 이 경우에도 시간경과에 따라 점도가 곧 상승하는 것을 알 수 있다.

전분에 방사선을 조사하면 점도가 낮아지나, 시간이 경과함에 따라 다시 점도가 상승하는 것을 알 수 있다. 본 발명에서는 이러한 점도 상승을 방지하기 위하여 산화보조제를 사용한다.

즉, 전분에 수분을 가한 후 산화보조제를 가하고 방사선을 조사하면 적은량의 방사선 조사에 의해 초기점도가 낮고 점도안정성이 우수한 변성전분이 제조된다.

본 발명에서 사용할 수 있는 전분에는 모든 전분이 가능하며, 특히 옥수수, 찰옥수수, 감자, 타피오카, 소맥, 사고, 고구마 전분 등이 있으며, 전분의 수분함량은 1-70%로 하며, 특히 5∼20%가 바람직하다. 전분에 산화보조제를 가하는 방법에는 건식첨가법, 습식첨가법, 분무첨가법이 다 가능하다.

본 발명에 이용될 수 있는 산화보조제로는 무기산화보조제가 있으며 암모니움 퍼설페이트, 소듐 퍼설페이트, 포타슘 퍼설페이트, 또는 차아염소산 칼슘을 포함한다. 산화보조제의 첨가량은 0.01∼10%로 하며 특히 0.1∼4%가 바람직하다.

본 발명에서 이용가능한 방사선은 γ-선, X-선, 전자선 등이 있으며, 방사선 조사량은 1kGy에서 50kGy로 하며, 특히 5-30kGy가 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하나, 실시예는 본 발명을 예시하는 것일뿐 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

산화보조제의 건식 첨가법으로 전분(수분 13%)에 암모니움 퍼설페이트를 건전분 중량대비 2%로 첨가한 후 잘 혼합하고 감마선을 10kGy 조사한 다음 전분 농도를 15%로 하여 호액을 제조하여 점도 안정성을 분석하였다(표 3).

[실시예 2]

산화보조제의 건식 첨가법으로 실시예 1의 암모니움 퍼설페이트 대신 소듐 퍼설페이트를 첨가하고 모든 조건을 같이 하였다(표 3).

[실시예 3]

산화보조제의 건식첨가법으로 실시예 1의 암모니움 퍼설페이트를 건전분 중량대비 2.5% 첨가하고 나머지 조건은 동일하게 실험하였다(표 3).

[실시예 4]

실시예 1과 같은 방법으로 하되 감마선 조사선량을 20kGy로 하였다(표 3).

[실시예 5]

산화보조제의 침지식 첨가법으로 전분(수분 13%) 100g에 증류수 145ml를 넣어 전분유액으로 한 다음 암모니움 퍼설페이트를 3.6g 넣고 30분간 교반하여 암모니움 퍼설페이트를 충분히 용해시킨 후 원심탈수기를 이용하여 탈수한다. 이 경우 수분이 47%인 전분케이크가 얻어지는데 이것을 대류건조 오븐에서 호화되지 않게 약 50℃로 건조시켜 수분함량이 약 13% 정도되게 건조한 다음 감마선을 10kGy 조사한 후 점도 안정성을 분석하였다. 이 경우 전분케이크에 잔존된 수분량으로 부터 암모니움 퍼설페이트의 용존량을 구할 수가 있다. 이 경우는 암모니움 퍼설페이트의 첨가량은 건전분 중량대비 2%가 된다(표 3).

[실시예 6]

실시예 5에서와 같은 산화보조제의 침지식 첨가법으로 실시예 5의 암모니움 퍼설페이트 대신 소듐 퍼설페이트를 첨가하고 모든 조건은 같이하였다(표 3).

[실시예 7]

실시예 5에서와 같은 산화보조제의 침지식 첨가법으로 실시예 5의 암모니움 퍼설페이트 대신 포타슘 퍼설페이트를 첨가하고 모든 조건은 같이 하였다(표 3).

[실시예 8]

산화보조제의 분무 첨가법으로 암모니움 퍼설페이트 1.74g을 증류수 15ml에 넣고 약 10분간 교반하여 완전히 용해시킨 후 건전분 100g(수분 13%)에 잘 분무하여 혼합한다. 이것을 대류건조 오븐에서 수분이 13% 정도되게 건조한 후에 감마선을 10kGy 조사한 다음 점도 안정성을 분석하였다(표 3).

[실시예 9]

실시예 8과 같은 산화보조제의 분무 첨가법으로 실시예 2-8의 암모니움 퍼설페이트 대신 소듐 퍼설페이트를 첨가하고 모든 조건은 같이 하였다(표 3).

상기 실시예 1에서 실시예 9까지의 결과에서 알 수 있는 바와 같이 비교적 저선량(10kGy)의 조사만으로도 저점도와 중점도의 산화전분의 성질을 갖는 변성전분을 얻을 수 있다.

[발명의 효과]

본 발명의 변성전분 제조방법에 의하면, 제지나 섬유용 사이징제로 사용할 때 요구되는 물성중 가장 중요한 점도안정성과 초기점도가 우수한 변성전분을 얻을 수 있다.

또한 산화보조제 투입량이 증가할수록 방사선 조사량이 증가할수록 제조된 변성전분의 점성은 작아진다. 본 발명의 방법에 의하면 산화보조제 투입량과 방사선 조사량을 변경함에 의하여 점도값을 원하는대로 조절할 수 있다.

본 발명은 제지 사이징이나 코팅, 섬유의 사이징용으로 널리 사용되는 변성전분의 제조를 위해 감마선 조사와 산화보조제의 병용처리 기법을 이용한 것으로, 기존의 산화전분 및 산처리전분의 제조방법(산, 알카리 등 화학약품 처리에 의한 습식공정)이 야기하는 환경공해 발생, 제조공정 복잡 등의 많은 문제점을 해결할 수 있는 방법으로, 본 발명의 변성전분 제조방법은 변성전분의 생산성 향상, 생산비 절감과 환경공해 없는 변성전분 생산을 위해 전분공업에서 크게 이용될 수 있다.

Claims (7)

1. 전분에 산화보조제를 첨가하고, 방사선 조사를 병행하는 것을 특징으로 하는 점도 안정성이 우수한 변성전분의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 산화보조제는 암모니움 퍼설페이트, 포타슘 퍼설페이트, 소듐 퍼설페이트, 또는 차아염소산 칼슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 점도 안정성이 우수한 변성 전분의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 방사선은 감마선, X-선, 전자선을 포함하는 것을 특징으로 하는 점도 안정성이 우수한 변성전분의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 방사선 조사선량은 1kGy에서 50kGy로 하며, 바람직하기로는 5-30kGy인 것을 특징으로 하는 점도 안정성이 우수한 변성전분의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 전분의 수분은 1-70%, 바람직하기로는 5-20%인 것을 특징으로 하는 점도 안정성이 우수한 변성전분의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 산화보조제의 첨가량은 0.01-10%로 하며, 바람직하기로는 0.1-4%인 것을 특징으로 하는 점도 안정성이 우수한 변성전분의 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 전분은 옥수수, 찰옥수수, 감자, 타피오카, 소맥, 사고, 고구마 전분을 포함하는 것을 특징으로 하는 점도 안정성이 우수한 변성전분의 제조방법.