KR100212472B1 - 기초목초액에 함유된 유해성분의 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목재 건류 과정에서 얻어진 통상의 기초목초액을 이 목초액에 함유되어 있는 유해성분인 메탄올과 페놀류를 증류법에 의하여 메탄올과 페놀류의 일부를 제거함과 동시에 메탄올과 페놀류가 일부 제거된 증류액을 활성탄을 이용한 정제법으로 페놀류를 제거하는 유해성분을 제거하는 방법에 관한 것이다.

기초목초액의 증류는 95∼105에서 행하며 먼저 50%를 폐기 처분하고, 나머지 50%의 증류액을 830메쉬의 활성탄을 40두께로 하여 10

Description

기초목초액에 함유된 유해성분의 제거방법

제1도는 식용목초액 제조공정도.

제2도는 기초목초액 증류장치.

본 발명은 기초목초액에 함유되어 있는 유해성분을 제거하는 방법에 관한 것으로 상세하게는 기초목초액에 함유되어있는 메탄올 및 페놀류등 유해성분을 제거하는 방법에 관한 것이다.

탄가마(숯 굽는 가마)등 공기가 적은 곳에 목재를 쌓아놓고 불을 지펴 탄가마 내부 온도가 350∼450가 되면 백색의 연기가 나오며 목재는 숯으로 된다. 이과정에서 탄가마의 연돌을 통해 배출되는 이 연기를 집연구(集煙口)에서 모아 냉각연돌에 통과시키게 되면 결로현상에 의해 갈색의 미립자 물방울이 생성되고, 이를 한곳에 모아서 얻어진 액체가 조목초액이다.

이 조목초액을 내산성 재질의 용기에 담아 6개월 내지 1년간 자연 상태에 정치시키면 3개층으로 분리된다. 최상층은 경유질층이며, 중간층부분이 목초액이고, 하층은 타르층이다. 이 중간층만을 분리하면 PH3의 유효한 통상의 기초 목초액을 얻게되는 것이다.

기초목초액의 성분은 유기산류로서 개미산, 초산, 락산등: 페놀류로서 페놀, 크레졸, 2,4-및 3,5-키시레놀 등 : 카보닐 화합물류로서 포름알데히드, 아세트알데히드, 프로피온 알데히드등 : 알코올류로서 메탄올, 에탄올 등 약 280여종의 유기산등과 미네랄, 게르마늄등 13종의 희유원소가 함유되어 있는 것으로 알려져 있다.

상기의 조목초액과 기초목초액은 용도도 매우 다양하여 목초원액으로는 토양소독제, 병충해구제, 방부제, 퇴비, 탈취제, 응고제, 염색조제, 도료용으로 사용되고, 목초액 추출물로는 의약, 농약, 식품, 가공용 첨가제, 사료첨가제, 향료, 공업화학원료등 농축산, 의약, 비료 및 식품 첨가제등으로 널리 사용되고 있는 것이다.

본 발명자는 상기와 같이 목초액이 유용한 성분을 함유하고 있고, 또한 여러 분야에 이용되고 있는 점에 착안하여, 이를 건강 증진과 성인병등을 예방할 수 있는 식음료용으로 이용할 수 있도록 유해물질을 제거하는 방법을 연구하여 본 발명에 이르게 되었다.

한편 기초목초액은 건강에 유용한 많은 유기질성분과 희유원소를 함유하고 있으면서도 메탄올, 페놀등 유해성분도 함유하고 있다.

메탄올은 식품공전의 식물추출물 발효식품에서는 0.1%로 규제되어 있고, 다른 제품에서는 규제항목으로는 명시되어 있지 않지만, 건강상 명백히 유해물질로서 식음류에는 혼입되어서는 안되는 성분이다.

페놀 또한 합성수지, 나일론, 염료, 의약등 화학 공업원료로 쓰이고 있으나 그 유독성때문에 이 또한 식음료에 함유되어서는 안되는 것이다.

따라서 목초액을 식음류용으로 사용하기 위하여는 유용한 성분은 그대로 보유하면서도 기초목초액에 다량 함유되어 있는 유해성분인 메탄올 및 페놀류를 분리하여 제거하지 아니하면 식음료용으로는 가치가 없는 것이다.

아래표는 기초 목초액에 함유되어 있는 메탄올 및 페놀등 유해성분 함량이다.

본 발명은 기초목초액에 함유되어 있는 유해성분을 제거하여 식음료용으로 사용되어지는 식용 목초액을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

또한 본 발명은 기초목초액을 식용목초액으로 사용하기 위하여 기초 목초액에 함유되어 있는 유해성분 즉 메탄올, 페놀류를 제거하는 방법을 제공하는데도 그 목적이 있다.

본 발명자는 상기한 목적을 달성하기 위하여 연구를 거듭한 결과 유용한 성분은 그대로 유지하면서도 메탄올은 증류법에 의해서, 페놀류 성분들은 고체 흡착제를 이용한 정제법으로 거의 완벽하게 제거할 수 있음을 알게 되었다.

첨부된 제1도는 식용목초액 제조공정도이다.

이하 본 발명을 설명한다.

목재의 탄화(炭化)과정에서 얻어진 조목초액을 자연 상태에서 수개월간 정치시키면 3개층으로 분리된다. 즉 상층부는 경유질층이 형성되고, 중간층은 목초액이고, 하층부는 타르층으로 분리 형성된다.

여기에서 상기 중간층을 분리해 내면 PH3의 기초목초액을 얻게된다.

이와 같이 하여 얻어지는 기초목초액은 이미 알려져 있다.

본 발명은 상기 기초목초액을 증류탱크(2)에 투입하고, 서서히 가열하여 95∼105를 유지하면서 기초목초액을 증류시키며, 증류탱크에 투입되는 기초목초액의 약 절반(50%)을 먼저 증류액으로 회수하여 제거하고 나머지 약 절반(50%)을 증류액으로 회수하여 식용목초액용으로 사용하게된다.

우선, 증류탱크(2)에 투입된 기초목초액의 약 절반(50%)을 제3밸브를 폐쇄하고 제2밸브가 개방된 상태로 증류하여 응축기(3)내에서 응축시켜 증류액으로 하여 배출관을 통해 회수한다.

이 응축기(3)는 내부에 냉각수가 통과하는 냉각코일이 설치되어 있어 증류되는 기초목초액이 냉각되어 증류액으로 된다.

이 회수되는 증류액에는 기초목초액에 함유되어 있던 유해성분인 메탄올이 거의 함유되어 있고, 폐놀류는 일부가 함유되어 있어, 식용으로는 사용할 수 없기 때문에 폐기처분하게 되나, 이의 용도로는 토양소독 및 토양개선제, 도료용, 방부제, 기타 공업화학원료용 등으로 널리 사용되어 질 수 있다.

계속해서 증류탱크에 투입된 기초목초액의 나머지 약 절반(50%)은 제2밸브를 폐쇄하고 제3밸브를 개방한 상태에서 증류하여 응축기(3)내에서 응축시켜 증류액으로 하고, 이 증류액을 활성탄 정제(여과)장치(4)에 통과시켜 여과한 후 회수한다.

이 회수된 증류액이 식용목초액이다.

이 회수되는 증류액에는 메탄올과 페놀류는 거의 함유되어 있지 않으나 기초 목초액에 함유되어 있던 유용한 유기산들은 그대로 잔존하고 있는 것을 알 수 있다.

이들 유용한 유기산들은 증류법이나 활성탄 정제법으로는 제거가 되지 않기 때문이다.

메탄올은 전자(폐기 처분되는 증류액)의 증류과정에 거의 제거되고, 전자(폐기 처분되는 증류액)의 공정에서 일부만 제거되고 남은 페놀류는 본 공정의 정제(여과)장치에서 거의 제거된 상태의 이 증류액을 식용목초액으로 사용하게 되는 것이다.

정제(여과)장치에서 사용하는 고체흡착제로는 활성탄, 알루미나(alumina), charcoal 등을 들 수 있다.

이의 고체흡착제를 정제(여과)용기에 약 40두께로 채우고 유속을 10/min으로 하여 증류액을 정제(여과)한다.

상기의 3종류의 고체흡착제로 증류액을 정제(여과)한 결과는 페놀류의 제거 효과면에서 활성탄이 제일우수하고, charcoal, Alumina순으로 나타났으며, charcoal과 Alumina는 활성탄에 비하여 아주 좋지 못하였다.

이 식용목초액을 둘이나 일반음료에 150∼1/200을 첨가하여 사용하면 식용목초액에 함유되어 있는 유용한 유기산이나 미네랄 등을 섭취할 수가 있는 것이다.

즉, 이 식용목초액의 유기산중에는 초산(Acetic acid), 프로피온산(Propionic acid), 락산(Butanoic acid), 소르빈산(Sorbic acid), 안식향산(Benzoic acid), 이소락산(Isobutyric acid)등 함유되어 있어 생체내 에너지 대사에 영향을 주고 제균효과 등으로 체내에서 면역성의 강화가 기대된다.

또한, 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)등도 함유되어 있어 생체내 이온균형을 유지하고, 뼈를 강화시키며, 에너지 대사과정에서 ATP(adenosine triphosphate)의 활성화에 중요한 역할을 하여 체질을 강화시키는데 매우 효과적이다.

이하에서는 기초목초액에 함유되어 있는 유해성분인 메탄올과 페놀류를 증류법과 고체 흡착제를 이용한 정제법으로 제거하는 방법을 설명한다.

먼저 증류법에 의한 유해성분의 제거에 관한 것이다.

첨부된 제2도면은 기초목초액 증류장치를 나타내는 것으로서, 증류법을 이용하여 휘발성 유행성분을 제거하려 하는 것이다. 기초목초액 1ℓ를 둥근바닥 플라스크에 넣고 서서히 가열하여 95∼105를 유지하면 기초목초액은 끓으면서 증류한다.

증류되는 양을 200씩 차례로 매스실린더에 분취 포집하여 각각에 포함되어 있는 성분을 조사하는 방법으로 수행하였다.

표 2는 증류분액별 메탄올과 페놀류의 함량이다.

상기표에서 보는 바와 같이 메탄올은 처음 200에 대부분 증류되어 나오는 것을 알 수 있으며 두번째 200에도 무시 못할 정도의 양이 검출되었으나 세번째 증류액에서는 극미량 그리고 네번째와 다섯번째에서는 검출이 되지 않았다.

결과적으로, 증류법에 따라 기초목초액의 절반(50%)을 증류하여 제거하고 나면 나머지 절반(50%)에는 메탄올 성분이 함유되지 않음을 알 수 있다.

한편, 페놀류들은 각각의 분취 기초목초액에 고루 분포되어 있어 쉽게 제거되지 않는 것으로 나타났다.

다음으로 고체 흡착제를 이용한 유해성분의 제거에 관한 것이다. 고체흡착제를 이용한 정제(여과)법은 증류법에서 제거되지 아니하는 페놀류를 제거하기 위한 것이다.

표 2에서 알 수 있는 바와 같이 페놀류는 200씩 각각 분취된 기초목초액에 고루 분포 되어 있기 때문에 증류법에 의해서 메탄올이 제거된 나머지 절반(50%)액을 고체 흡착제에 정제(여과)시키는 방법이다.

내경이 10인 column각각에 alumina, charcoal그리고 활성탄입자를 40정도 채운다. 이 column을 증류수로 3회 닦아내고 증류법으로 얻은 시료(메탄올이 함유되지 아니한 나머지 증류액)500를 column을 통과시켜 정제(여과)한다.

이때의 고체흡착제의 종류와 유속의 조건은 표 3과 같다.

상기와 같은 고체흡착제와 유속으로 column에 시료를 통과시킨 후 페놀류의 제거효과를 조사하였다.

그 결과를 표 4에 기재하였다.

상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이 alumina와 charcoal에 의해서는 제거효과가 적으나 활성탄에 의해서는 뚜렷한 제거효과를 보이고 있어, 활성탄을 이용한 정제(여과)법이 가장 효과적임을 알 수 있는 것이다.

이와 같이 증류법과 고체흡착제(활성탄)를 이용한 정제(여과)법으로 메탄올과 페놀류를 제거한 증류액이 식용목초액이다.

위의 방법에 의해 얻어진 식용목초액에 함유된 중요한 유효성분들과 유해물질들을 조사 분석하였다.

식용목초액의 유효성분으로 예상되는 유기산들의 검사방법으로 ethylether를 이용한 용매추출법을 이용하였으며 이때 분리용 칼럼은 HP-INNCWax를 사용하였다. 이 방법에 의해 분석되어지는 물질은 acetic acid, propionic acid, 2-methylpropionic acid, butanoic acid, sorbic acid 그리고 benzoic acid이었다. 이들이 위의 검출법에 의해 분석될때 검출한계는 0.5-1.0ppm 이었으며 검량곡선은 r=0.996-1.000의 좋은 직선성을 보이고 있다. 이 방법을 통해 정제된 식용목초액중에 유기산 검사결과를 표 5에 나타내었다. 검사결과 많은 유기산들이 검출되었다. 이들 유기산은 정제하기 전과 비슷한 농도를 보이고 있고 중요한 유기산 중에는 초산(acetic acid)이 주성분으로 밝혀졌으며 propionic acid, 2-methylpropionic acid, butanoic acid, sorbic acid, benzoic acid등이 미량 검출되었다.

식용목초원액중에 미네랄 성분들이 ICP로서 조사되었다. 이 방법에 의한 정확도, 재현성 및 검량곡선은 이들 무기물들을 정량분석 하기에 적합하였다. 4대 미네랄이라고 하는 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 나트륨에 대한 정량결과도 표 5에 나타내었다. 그 결과 칼슘이 비교적 많은 양인 39.22ppm 그리고 칼륨, 마그네슘이 각각 2.36, 1.9ppm이 검출되었다.

그밖에 식용목초액 중에는 비타민B 과 B 가 각각 5.5와 9.78㎎/100g가 함유되어 있으나 게르마늄은 검출되지 않았다.

정제된 후의 유해성물질들의 검사를 수행하였다. 유해성 물질로 분류된 물질은 매탄올, 페놀류, 발암을 유발 할 수 있는 각종 유기용제, 농약류, 중금속들, 세균류와 식품 공전등에서 규제될 수 있는 유해물질이다. 이들에 대한 검사결과 표 5에서 제시된 바와 같이 위의 어떤 유해물질도 검출되지 않았다. 메탄올은 검출한계 이하이었고 페놀성분도 거의 제거되었다. 한편 일반세균, 대장균 등이 전혀 검출되지 않았으며 또한 식품공전에 규제돼오고 있는 항목으로서 안식향산, 타르 등의 함량은 기준치 이하이었다.

결론적으로 정제된 식용 목초액중에는 유기산이 주성분으로 구성되어 있으며 그 외에 미네랄성분들, 비타민들이 검출되었다. 그중 초산이 3.04% 함유되어 있으며 다른 유기산 까지 합치면 3.12%의 산이 함유되어 있다. 이러한 유기산들이 체내에서 대사과정이나 면역성, 그리고 건강상 유익한 결과를 주리라 예상되고 있어 이들 유기산의 함량은 매우 중요하리라 사료된다. 그 밖의 미네랄 성분인 칼슘이 약 39ppm 함유되어 있으며 비타민 B 과 B 도 함유되어 있음을 알 수 있었다. 한편 유해성 물질로 분류된 물질은 검출되지 않았거나 무시될 수 있을 정도의 농도이었다. 앞서서 목초액 원액중에는 메탄올이 0.15%이상 함유돼있었으나 앞의 실험에서 설명된 바와 같은 증류 방법으로 제거했을 때는 메탄올이 검출되지 않았다. 이는 앞에서 서술한 방법에 의하면 메탄올이 거의 모두 제거되었음을 나타낸다. 한편 페놀 또한 유해물질로서 거의 제거되었다. 기초목초원액 중에는 페놀과 2-methoxyphenol 성분이 각각 400ppm이상으로 정량 되었으나 위의 증류법 및 활성탄 정제여과법에 의해 이들의 양이 20ppm 이하로 줄어드는 결과를 얻게 되었다. 또한 특이할 만한 것은 위의 식용목초액을 상온에서 1개월 이상 보관하였는데도 대장균이나 일반세균이 전혀 검출되지 않았다. 이는 식용목초액 자체가 균 성장 억제 기능이 있음을 나타낸다. 보통의 물을 상온에서 보관시는 하루만 지나면 미생물이 검출되고 있다. 더욱이 식용목초액에는 수많은 유기물이 풍부히 있어 미생물번식에 양호한 영양조건임에도 불구하고 미생물의 번식이 일어나고 있지 않다. 그 밖의 유해물질로서 증금속, 보존류, 타르색소, 각종 농약류 및 여러 유기용매등이 조사되었으나 전혀 검출되지 않았다.

본 발명에 의해 제조한 식용목초액의 특징은 다음과 같다.

1. 이 정제 식용목초액에는 acetic acid가 0.304%로서 주성분으로 존재하고 그밖에 propionic acid, 2-methlpropionic acid, butanoic acid, isobutyric acid, benzoic acid 등의 유기산이 함유되어 있다.

2. 이 정제 식용목초액에는 칼슘, 칼륨, 마그네슘등 미네랄과 비타민 B ,B 가 함유되어 있다.

3. 이 정제 식용목초액은 대장균 및 일반세균의 생성억제작용이 있다.

4. 이 정제 식용목초액에는 중금속, 타르색소, 유기용제 및 보존류 등의 유해물질이 검출되지 않았다.

Claims (1)

1. 기초목초액에 함유된 유헤성분의 제거방법에 있어서, 목재 건류과정에서 얻어진 유해성분이 함유된 통상의 기초목초액을 95∼105에서 증류하여 먼저 50%를 증류 액으로 회수폐기하여 기초목초액에 함유된 메탄올과 폐놀류의 일부를 제거하고, 830 메쉬의 크기와 40의 두께를 갖는 고체흡착제인 활성탄층에 유속을 10/min으로 통과시켜 기초목초액의 잔여 페놀류를 제거하는 것을 특징으로 하는 기초목초액에 함유된 유해성분의 제거방법.