KR100486450B1 - 유해성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법 - Google Patents

Abstract

유해성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법이 개시된다. 담배잎 가공방법은 음이온 선택 투과 격막을 채용한 적어도 하나의 직렬 접속된 전해장치의 음극실에 탄산나트륨 수용액, 탄산 칼륨수용액 또는 탄산수소나트륨 수용액과 같은 탄산염계 수용액을 투입하여 전해 및 음극실에서 생성된 음극수를 소정시간 체류저수 하는 과정을 단위 사이클로 하여 설정된 전해수 생성조건에 도달할 때 까지 소정 횟수 반복하여 음극실에서 생성된 고농축 알칼리 전해수를 주성분으로 하여 생성된 전해용액을 담배잎에 투여하는 단계와, 담배잎을 증기로 가열하는 단계를 포함한다. 이러한 담배잎의 가공방법에 의하면, 담배잎에 함유된 유해성분을 담배잎에 투여된 고농축 알칼리성 전해수가 강력하게 반응하여 수렴시킨 후 가열과정에서 증발에 의해 분리 제거됨으로써, 담배잎의 유해성분을 저감시킬 수 있다. 또한, 담배잎의 유해성분 제거처리과정을 거쳐 담배의 자극성 냄새성분이 제거되어 이후의 가향조건을 향상시킨다. 그리고, 담배의 연소시 담배의 고유한 향 및 맛은 그대로 유지됨으로써, 흡연가의 건강손상을 억제시킴과 아울러 흡연욕구를 해소할 수 있고, 금연초의 기능도 한다. 또한, 담배잎의 유해성분 처리과정이 분무 및 증기 가열에 의해 간단히 이루어짐으로써 담배 생산 수율에 영향을 미치지 않는 장점을 제공한다.

Description

유해성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법{Method of processing tabacco leaves}

본 발명은 유해성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법에 관한 것으로서, 상세하게는 체류 순환식 전기 분해에 의해 생성된 고농축 알칼리성 전해수를 이용하여 담배잎의 유해성분을 제거 처리하는 담배잎의 가공방법에 관한 것이다.

일반적으로 필터담배는 농가에서 수확 건조한 잎담배를 가습/가온, 가향, 조화 등의 공정에 의해 가공처리한 후 절각하여 각초를 제조하고, 다시 각초를 궐련지로 말아 필터가 없는 막궐련을 제조한 후, 팁페이퍼를 이용하여 필터와 막궐련을 연결하여 제조한다.

농가에서 수확 건조한 잎담배는 보통 수분 함량이 16 내지 18%정도로 비교적 높으면서도 일정하지 않고, 잎살부위와 줄기의 보습력이 달라 그대로 숙성할 경우 곰팡이와 해충의 발생 등 부패, 변질의 우려가 있어, 줄기를 제거하고, 건조한 후 담배 제조시까지 임시 보관하기 위해 압축시켜 소정크기로 패킹하여 보관한다. 이렇게 건조상태로 압축되어 패킹된 담배잎 집적체는 담배잎의 풀어짐이 원할 하도록 집적체를 적절한 크기로 절단하는 제1 절단공정, 잎담배에 적당한 온도와 수분을 가하는 가습/가온 공정, 증발에 의해 수분함량을 일정하게 유지시키고 담배잎을 숙성시키는 발효공정, 가향공정, 건조공정, 각초용으로 절단하는 제2절단공정등의 일련의 후속공정을 거쳐 제조된다.

이러한 잎담배의 가공공정을 거쳐 통상 궐련 형태로 제조되는 담배는 탄화시 발생되는 연기에 일산화탄소, 시안화수소, 아크롤레인, 아세트알데히드, 포름알데히드, 아세트니드릴 등과 함께 니코틴, 타르와 같은 입자상의 물질이 함유되어 있다. 특히 니코틴은 담배의 대표적인 중독성 유해성분으로 알려져있다. 이러한 유해성분들은 흡연자 뿐만 아니라 주위 사람도 직접 및 간접 흡연에 의해 건강을 해치게 한다. 또한, 담배 성분중 냄새를 발생하는 성분은 실내에 흡착되어 불쾌감을 주고, 실내 마감재의 변색을 초래하는 등의 악영향을 준다 .

이러한 담배의 유해특성을 개선하기 위해 니코틴을 제거 또는 감소시키기 위한 다양한 방법이 시도되어 왔고, 가장 일반적인 방법으로는 필터에 의해 나코틴을 여과시켜 흡연시 니코틴의 흡입량을 감소시키는 방법이 있다. 이러한 필터 방식에 의한 니코틴 여과율은 통상 20 내지 40%정도로 흡연시 여과되지 않은 니코틴과 타르를 상당량 흡연자는 흡입하게 된다.

이러한 필터방식 이외에도 담배잎 이외의 중화성분을 갖는 물질을 담배잎과 함께 혼합하여 제조하는 방식 등이 연구되고 있으나, 이러한 방식들은 이물질의 혼입에 의해 담배 고유의 맛을 재현해내기가 어렵고, 담배잎 자체적으로 함유하는 유해성분을 담배잎으로부터 직접 제거하는 방식이 아니어서 담배잎 자체의 유해성분을 근본적으로 제거하지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 담배잎에 함유된 유해성분을 담배잎으로부터 화학반응 처리에 의해 제거할 수 있는 담배잎의 가공방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 담배잎에 함유된 유해성분을 제거하되, 담배 고유의 맛은 유지시킬 수 있는 담배잎의 가공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 담배 제조 자동화 공정에 적용할 수 있는 담배잎의 가공방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 담배잎 가공방법은 가. 음이온 선택 투과 격막을 채용한 적어도 하나의 직렬 접속된 전해장치의 음극실에 탄산염계 수용액을 투입하여 전해 및 상기 음극실에서 생성된 음극수를 소정시간 체류저수 하는 과정을 단위 사이클로 하여 소정횟수 반복하여 상기 음극실에서 생성된 고농축 알칼리성 전해수를 주성분으로 한 용액을 담배잎에 투여하는 단계와; 나. 상기 담배잎을 가열하는 단계;를 포함한다.

상기 가열 단계는 상기 담배잎에 증기로 가열하는 것이 바람직하다.

상기 탄산염계 수용액은 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨 중 적어도 하나를 포함하는 수용액이 적용된다.

상기 고농축 알칼리성 전해수는 탄산나트륨 수용액 또는 탄산칼륨 수용액이 적용되는 경우 PH가 13 이상인 것이 바람직하고, 탄산수소나트륨 수용액이 적용되는 경우 PH가 9 이상인 것이 바람직하다.

바람직하게는 상기 전해수 용액을 투여하는 단계는 압축된 담배잎 집적체를 소정 크기로 절단하는 절단 단계와, 절단된 상기 담배잎에 소정의 향료액을 투여하는 가향 단계 사이에 수행된다.

상기 전해수 용액은 상기 고농축 알칼리성 전해수 그대로 또 다르게는 상기 고농축 알칼리성 전해수에 가향물질을 혼합하여 생성된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 가. 음이온 선택 투과 격막이 구비된 전해장치의 음극실과 양극실에 각각 탄산염계 수용액과 원수를 투입하는 단계와; 나. 상기 전해 장치에서 전해 처리하는 단계와; 다. 상기 전해장치의 음극실에서 생성된 음극수를 소정시간 저수상태로 체류시키는 단계와; 라. 설정된 고농축 알칼리수 생성 목표 조건에 따라 상기 나 단계 내지 다 단계를 적어도 1회 이상 반복하는 단계; 및 마. 상기 라 단계를 거쳐 상기 고농축 알칼리성 전해수 생성 목표 조건에 도달되어 상기 음극실에서 생성된 전해수를 주성분으로 하여 생성된 용액을 담배잎에 투여하는 단계와; 바. 상기 담배잎을 가열하는 단계;를 포함한다.

상기 체류단계를 거친 음극수를 상기 전해장치의 음극실에 재 투입하여 전해/체류과정을 반복하는 것이 바람직하다.

상기 체류단계는 적어도 30분 이상 지속시킨다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 담배잎 가공방법을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 담배잎 가공방법에 적용되는 고농축 알칼리성 전해수를 생성하는 시스템의 일 예를 나타내 보인 블록도 이다.

도면을 참조하면, 전해수 생성 시스템은 전해장치(50)와, 음극수 체류 저수조(80)를 구비한다.

원수탱크(10)는 원수를 저장하는 탱크이다. 원수는 수돗물, 담수, 해수, 지하수 등을 사용할 수 있다.

전해수 생성 시스템이 수도와 같은 급수관과 직접 연결되는 경우에 원수 탱크(10)는 생략될 수 있다. 원수탱크(10)에 저수된 원수는 펌프(P)(11)와 필터(20)를 거쳐 첨가제 희석 교반기(40) 및 전해장치(50)의 양극실(59a)로 공급되도록 공급 관로가 형성되어 있다.

여기서 펌프(11)는 시간당 원수량을 일정하게 공급할 수 있는 정량 공급 펌프가 적용되는 것이 바람직하다. 필터(20)는 원수에 포함된 이물질을 제거하기 위해 적용된 것이다.

첨가제 투입장치(30)와 첨가제 희석 교반기(40)는 전해장치(50)에 투입할 탄산염계 수용액을 공급하는 장치이다.

바람직하게는 첨가제 투입장치(30)는 첨가제로서 탄산염계 물질인 탄산나트륨, 탄산칼륨 또는 탄산수소나트륨 중 적어도 하나를 저장하여 공급한다.

첨가제 희석 교반기(40)는 원수탱크(10)로부터 공급되는 원수와 첨가제 투입장치(30)로부터 투입되는 첨가제를 내장된 교반기로 교반시켜 용융시킨다. 여기서 첨가제 투입장치(30)와 원수탱크(10)로부터 첨가제 희석 교반기(40)로 각각 투입되는 원수와 첨가제의 혼합 비율은 첨가제가 원수에 용융될 수 있는 범위 내에서 적절하게 결정한다.

바람직하게는, 첨가제 희석교반기(40)에 첨가제가 용융된 탄산염계 수용액이 목표량에 도달할 때까지 설정된 투입비에 따라 원수와 첨가제를 함께 공급 및 교반하여 첨가제를 용융시키고, 저수량이 목표량에 도달하면, 원수와 첨가제의 투입을 중단한 후 생성된 탄산염계 수용액을 전해장치(50)의 음극실(55a)에, 원수를 양극실(59a)에 각각 투입한다.

첨가제의 종류에 따라 첨가제 희석 교반기(40)내의 교반기는 생략될 수도 있다.

기 제조된 탄산염계 수용액을 직접 공급할 수 있도록 된 경우에는 첨가제 투입장치(30) 및 첨가제 희석 교반기(40)는 탄산염계 수용액 공급 장치로 대체될 수 있다.

전해장치(50)는 음이온만 선택적으로 투과시키는 음이온 선택 투과 격막(54)에 의해 음극실(55a)과 양극실(59a)로 분리되게 형성되어 있다.

음이온 선택 투과 격막(54)은 현재 여러 제조회사에서 제공되고 있으며, 예를 들면, 아사히 글라스 사(Asahi Glass Co.)에서 시판중인 것으로 상표명이 셀레미온(Selemion)인 AEM막 또는 AMV막이 적용될 수 있고, 도쿠야마 사(Tokuyama Co. Ltd.)에서 시판중인 것으로 상표명이 네오셉타(Neosepta)인 AEM막 또는 AMX막이 적용될 수 있다. 그 밖에도 음이온만 선택적으로 투과할 수 있는 것으로 공지된 다양한 격막이 적용될 수 있음은 물론이다.

이러한 전해 장치(50)의 음극판, 음극실(55a), 양극판 및 양극실(59a) 형성구조 등은 공지된 다양한 방법이 적용될 수 있음은 물론이다. 음극판과 양극판은 각각 음극실(55a)과 양극실(59a)의 내부에 설치된다. 음극판과 양극판의 도금 비율 및 도금 소재는 적용되는 첨가제에 따라 상호 일치하거나 달리 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해장치의 구조가 도 3에 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 전해장치(50)는 제1 및 제2 케이스(51)(58)와, 패킹부재들(52)(57), 음극판(53)과 양극판(56), 및 음이온 선택 투과 격막(54)을 구비한다.

제1케이스(51)와 음이온 선택 투과 격막(54) 사이에 패킹부재(52) 및 음극판(53)이 결합되어 음극실(55a)을 형성한다.

제2케이스(58)와 음이온 선택 투과 격막(54) 사이에 패킹부재(57) 및 양극판(56)이 결합되어 양극실(59a)을 형성한다.

음극실(55a)과 양극실(59a) 내에는 유로를 형성할 수 있도록 제1케이스(51) 및 제2케이스(58)는 상호 결합되는 대향면으로부터 내측으로 소정깊이 함몰되게 형성되어 있고, 음극판(53)과 양극판(56)도 외곽 프레임 보다 얇게 중간부분에서 메쉬형태로 형성되어 있다.

참조부호 51a, 51b는 음극실 유입구 및 유출구이고, 참조부호 58a 및 58b는 양극실 유입구 및 유출구이다. 유입구와 유출구는 전해수에 포함된 가스가 상부로 포집되는 것을 고려하여, 가스 배출 효율을 증대시키고 전해수의 흐름 저항을 억제시킬 수 있도록 전해수가 하부에서 상부로 이동하도록 대응되는 관과 결합시키는 것이 바람직하다.

이러한 전해장치(50)의 구조는 도 2에 도시된 선단 전해장치(50a) 및 후단 전해장치(50b)에도 적용된다.

이하의 설명에서 음극수는 음극실(55a)에서 생성된 전해수를 말하고, 양극수는 양극실(59a)에서 생성된 전해수를 말한다.

음극수 체류 저수조(80)는 전해장치(50)의 음극실(55a)을 거쳐 생성된 음극수를 저수시키고, 저수된 음극수를 전해장치(50)에 재투입할 수 있도록 전해장치(50)와 음극수 순환관로(70)를 통해 연결되어 있다. 이러한 음극수 체류 저수조(80)에 의해 음극수가 소정시간 예컨대 30분이상 체류기간을 거치게 함으로써, 다음 차수의 전해과정에서 첨가제의 양이온이 고농축화 되고, 유해물질을 흡착하여 분리 추출하는 능력의 불안정 이온상태가 더욱 강력해지며, 불안정 이온 상태의 지속성이 향상됨이 실험에 의해 확인되었다. 여기서 불안정 이온 상태란 타 물질 즉, 담배잎의 유해성분과 반응하여 안정화하려고 하는 타 물질과의 반응력과 상응한다.

바람직하게는 음극수 체류 저수조(80)에는 전해과정에서 생성되어 전해수에 포함된 기체를 외부로 방출할 수 있도록 기체 제거장치(82)가 더 구비된다.

전해장치(50)의 양극실(59a)을 거쳐 생성된 양극수는 중수소화 장치(미도시)를 통해 배출시키거나 전해장치(50a)의 양극실(59a)에 재투입할 수 있도록 되어 있다. 전해장치(50a)의 양극실(59a)을 거쳐 생성된 양극수를 전해장치(50a)의 양극실(59a)에 재투입할 수 있도록 하는 도시된 바와 같이 전해장치(50b)의 양극실(59a)의 유출구와 유입구를 관로 연결하거나, 양극실(59a)의 유출구와 유입구 사이에 체류저수조(80)와 동일한 방식으로 양극수 체류저수조(미도시)를 추가로 설치할 수 있음은 물론이다.

전해수 저장탱크(90)는 체류 순환 전해과정을 거쳐 생성된 음극수를 체류 저수조(80)로부터 유입받아 저장하기 위한 것이다.

펌프(P), 밸브(X)를 포함하는 각 요소의 구동을 제어하는 메인 제어장치(미도시)가 구비된다. 바람직하게는 메인제어장치가 음극수의 생성 완료를 판단할 수 있는 정보를 검출하여 제공할 수 있는 센서가 구비된다. 상기 센서의 예로서는 음극수의 PH농도를 검출하여 메인제어장치에 출력하는 센서가 적용될 수 있다. 상기 센서는 음극수의 순환 유로 경로상에 설치하면 된다. 그 밖에도 음극수에 포함된 첨가제의 이온 농도를 검출하는 센서등 음극수의 생성 완료 시점을 판단할 수 있는 조건을 검출할 수 있는 다양한 센서가 적용될 수 있음은 물론이다.

또한, 전해장치(50)의 전해과정에서 극판에 생성되는 스케일을 적절한 시기마다 제거하고, 첨가제의 농도에 따라 적절한 구동 조건을 조정할 수 있도록 메인제어장치에 제어되어 전해장치(50)에 인가하는 전위의 극성, 전압, 전류를 가변 조절할 수 있는 전력 제어기(미도시)가 더 구비되는 것이 바람직하다.

이러한 체류 순환식 고농축 전해수 생성 시스템은 음이온 선택 투과 격막(54)에 의해 첨가제의 양이온을 고 농도로 추출하여 생성할 수 있다. 한편, 탄산 성분은 체류 순환식 전해과정 후에도 상당량 음극수에 활성화 상태로 잔류한다.

체류 순환식 고농축 전해수 생성 시스템은 첨가제의 양이온을 목적하는 이온 농도로 생성하기 위해 요구되는 전해/체류 차수에 대응되게 전해장치 및 체류저수조를 순환식에 의해 구현함으로써, 설비를 단순화시킬 수 있다.

한편, 음극수 생성 능력을 증가시키기 위해 복수의 전해장치(50)를 하나의 체류저수조와 병렬상으로 접속할 수 있음은 물론이다. 이때 하나의 전해장치에 복수의 양극실과 음극실을 갖도록 구획되게 형성시키고, 각 음극실과 체류 저수조를 병렬상으로 연결시킬 수 도 있다.

또 다르게는 복수의 전해장치를 체류저수조와 직렬상으로 순환계를 형성하도록 구축할 수도 있다.

이러한 예가 도 2에 도시되어 있다.

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고농축 알칼리성 전해수 생성 시스템을 나타내 보인 도면이다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.

도면을 참조하면, 고농축 알칼리 전해수 생성 시스템은 직렬상으로 연결된 복수의 전해장치(50a)(50b)와, 중간 저수조(61)(66) 및 체류 저수조(80)를 구비한다.

선단 전해장치(50a) 및 후단 전해장치(50b)는 앞서 도 3을 통해 설명된 음이온 선택투과 격막을 채용한 구조가 적용된다.

선단 전해장치(50a)와 후단 전해 장치(50b) 사이에는 선단 전해장치(50a)로부터 생성된 음극수 및 양극수를 각각 임시 분리 및 저장할 수 있는 중간 저수조(61)(66)가 개재된다.

음극수 중간 저수조(61) 및 양극수 중간 저수조(66)는 선단 전해장치(50a)에서 생성되어 유출되는 음극수 및 양극수를 각각 소정시간 체류시킨 후 후단 전해장치(50b)에 유입될 수 있도록 설치된다.

또한, 중간 저수조(61)(66) 각각에는 전해과정에서 생성되어 전해수에 포함된 기체를 외부로 방출할 수 있도록 기체 제거장치(62)(67)가 더 구비되는 것이 바람직하다.

음극수 중간 저수조(61)와 양극수 중간 저수조(66)는 공동 격벽에 의해 분리 저수할 수 있도록 일체로 형성될 수 있다.

이러한 구조의 중간 저수조(61)(66)는 다음 차수의 후단 전해장치(50b)로의 전해수 공급 흐름을 원활하게 해주는 기능과 함께 전해수에 포함된 기체를 제거하는 기능을 한다.

또한, 중간 저수조(61)(66)는 전해 과정을 거친 전해수가 소정의 체류과정을 거치게 하는 체류저수조의 역할을 수행하도록 이용할 수도 있다.

후단 전해장치(50b)는 선단 전해장치(50a)로부터 중간 저수조(61)(66)를 통해 유입되는 음극수와 양극수를 전해처리할 수 있도록 대응되는 중간 저수조(61)(66)와 접속되어 있다. 즉, 후단 전해장치(50b)의 음극실(55b)은 음극수 중간저수조(61)와 접속되어 있고, 후단 전해장치(50b)의 양극실(59b)은 양극수 중간저수조(66)와 접속되어 있다.

음극수 체류 저수조(80)는 저수된 음극수를 선단 전해장치(50a)에 재투입할 수 있도록 선단 전해장치(50a)와 후단 전해장치(50b) 사이에 음극수 순환관로(70)를 통해 연결되어 있다.

후단 전해장치(50b)의 양극실(59b)을 거쳐 생성된 양극수는 중수소화 장치(미도시)를 통해 배출시키거나 선단 전해장치(50a)의 양극실(59a)에 재투입할 수 있도록 되어 있다. 후단 전해장치(50b)의 양극실(59b)과 선단 전해장치(50a)의 양극실(59a) 사이에 양극수 체류저수조(미도시)를 추가로 설치할 수 있음은 물론이다.

음극수 생성 능력을 증가시키기 위해 선단 전해장치(50a) 및 후단 전해장치(50b)가 다수의 양극실과 음극실을 갖도록 구획되게 형성시키고, 선단 전해장치(50a)의 각 실을 대응되는 후단 전해장치(50b)의 각 실이 직렬상으로 접속되도록 구성될 수 있음은 물론이다.

도시된 예에서는 후단 전해장치(50b)가 선단전해장치(50a)에 하나만 직렬로 연결된 구조가 예시되었으나, 후단 전해장치(50b)를 직렬상으로 복수개 접속할 수 있음은 물론이다.

도 1 및 도 2의 예를 통해 설명된 체류 순환 전해식 고농축 전해수 생성 시스템은 음이온 선택 투과 격막(54)에 의해 첨가제인 탄산염계 물질 즉, 탄산나트륨, 탄산칼륨 또는 탄산수소나트륨의 양이온을 고 농도로 추출하여 생성할 수 있다.

이하, 체류 순환 전해 방식의 전해수 생성시스템에 의해 고농축 알칼리성 전해수를 생성하는 과정을 도 4를 함께 참조하면서 설명한다.

먼저, 탄산염계 수용액과 원수를 각각 전해장치(50)의 음극실(55a) 및 양극실(59b)에 투입하여 전해를 수행한다(단계 210). 여기서 전해장치는 하나의 전해장치에 의해 전해처리되는 것 뿐만 아니라, 도 2의 시스템과 같이 복수의 전해장치가 직렬상으로 접속되어 순차적으로 수행되는 전해과정을 포함한다.

전해과정에서 탄산염계 수용액으로부터 전해된 음이온은 음이온 선택 투과 격막(54)을 통해 양극실(59a)로 전이되고, 양이온은 음극실(55a)에 잔류한다.

다음은 전해처리된 음극수를 음극수 체류 저수조(80)에 저수하여 소정 시간 체류시킨다(단계 220). 체류시간은 적어도 30분 이상 적용한다.

다음은 음극수가 생성완료 조건에 도달하였는지를 판단한다(단계 230).

음극수 생성완료 조건으로서는 순환사이클 수, PH농도, 첨가제의 양이온의 농도 등 첨가제의 종류에 따라 적절하게 설정된다.

이하에서는 생성완료 조건의 일 예로서, 전해 및 체류 과정까지를 단위 순환 사이클로 하는 순환 사이클의 수가 설정된 목표 순환 사이클에 도달한 경우 전해 처리를 완료하도록 설정된 경우의 예를 설명한다.

이 경우 단계 230에서는 전해 및 체류저수 단계까지를 단위 순환 사이클로 하여 수행된 순환 사이클의 수가 설정된 목표 순환사이클에 도달되었는지를 판단한다. 카운트된 순환사이클 수가 목표 순환 사이클에 도달하지 않은 것으로 판단되면 체류 저수된 음극수를 전해장치(50)에 재 투입하는 순환과정을 수행한다(단계 240).

단계 230에서 수행된 순환사이클의 수가 목표 순환 사이클에 도달하였다고 판단되면, 음극수 체류저수조(80)에 저수된 음극수를 전해수 저장탱크(90)로 유출시켜 저장한다(단계 250).

이러한 순환 전해과정에서 양극실(59a)은 전이된 음이온에 의해 산성수가 된다. 또한 음극실(55a)에는 동, 식물등의 조직을 팽화시키는 물성을 갖는 탄산(CO₃) 물질, 첨가제의 양이온 성분, 오존(O₃), 탄소(CO₂) 등이 상존한다. 그 밖에 첨가제의 양이온이 결합된 새로운 물질 예컨대 첨가제가 탄산나트륨인 경우 전기분해에 의해 탄산수소 나트륨(NaHCO₃),수산화 나트륨(NaOH) 등이 새로 생성된다. 이러한 음극수는 수회의 전해과정을 통해 고농축 알칼리화 되어 담배잎에 함유된 유해성분을 제거하는 물성이 보다 강력해져 유해성분 제거용으로 이용할 수 있다.

이러한 과정을 통해 생성되어 전해수 저장탱크(90)에 저수된 음극수가 불안정 이온상태의 고농축 알칼리성 전해수이다. 최종 순환과정을 거쳐 생성된 고농축 알칼리성 전해수는 유해성분 제거 대상 물질에 곧 바로 투여하여 이용하는 것이 바람직하다.

한편, 고농축 알칼리성 전해수 생성 과정에 있어서, 순환 사이클 수, 체류시간 등, 운전 조건은 첨가제의 종류, 최초 첨가제 수용액상의 첨가제의 혼합 농도, 생성된 음극수를 이용하고자 하는 대상 물질에 따라 다르게 적용될 수 있다.

예를 들면, 탄산나트륨을 첨가제로 하여 담배잎에 증기와 함께 분무시켜 니코틴, 타르와 같은 유해성분을 제거하기 위한 전해수를 생성하고자 할 경우, 전해장치에 투입할 탄산나트륨 수용액의 농도를 10 내지 15%로 하고, 체류저수조(80)에 체류시키는 체류시간은 1시간 이상 적용하고, 순환 사이클 수는 10 내지 5회 정도 적용한다. 이러한 과정을 거쳐 생성된 고농축 알칼리 전해수는 PH가 약 13 이상, 산화 환원전위(ORP)는 -900(mV)이상, 나트륨 이온 함유량은 90%이상이 된다. 한편, 첨가제로 탄산수소나트륨을 적용한 경우 생성된 고농축 전해수는 PH가 약 9 이상이 된다.

또한, 전해과정을 거친 물의 클러스터는 약 20 내지 50 HZ로 일반수의 클러스터(140 내지 150Hz)와는 다르게 변한다. 알칼리 전해수에는 탄산이 상당량 존재한다.

첨가제로 탄산염계 물질인 탄산나트륨, 탄산칼륨 또는 탄산수소나트륨을 사용하여 본 발명에 따른 체류 순환식 전해수 생성시스템에 의해 생성된 고농축 알칼리 전해수는 담배잎의 유해성분을 제거하는 능력을 갖고 있다.

이하에서는 탄산염계물질과 탄산염계 이외의 물질을 첨가제로한 하여 생성된 전해수를 비교 실험한 결과를 설명한다.

첨가제로서 염화나트륨, 염화칼슘, 염화칼륨을 적용한 경우 양극실에서 염소가스가 발생되어 유독가스 처리에 대한 문제점을 안고 있으며, 생성된 음극수를 담배잎에 분무 및 건조 처리한 결과 니코틴과 같은 유해성분의 제거능력은 크게 개선되지 않았다.

첨가제로서 수산화나트륨, 정/메타/올소규산 나트륨(Na₂SiO₃), 피로/인산 나트륨(Na₄P₂O₇)을 적용한 경우에도 역시 유독가스 처리에 문제점이 있었고, 담배잎에 분무 및 건조 처리한 결과 니코틴과 같은 유해성분이 약간 감소되었다.

한편, 탄산염계 물질의 하나인 탄산나트륨을 첨가제로서 적용한 경우, 전해과정에서 발생되는 탄산가스가 물에 잘녹아 발생가스에 대한 처리문제가 없고, 양극수는 순환 사용이 가능한 장점이 있다. 일 예로서, 양극실에서 생성된 산성의 양극수는 담배잎의 가향 공정시의 유기산 처리 용수로 재활용할 수 있다.

특히, 탄산수소 나트륨을 비롯한 열에 매우 안정적인 성질을 갖는 탄산염계 물질을 첨가제로 하여 생성된 음극수를 담배잎에 증기와 함께 인가한 후, 담배잎의 각종 유해성분 함량을 분석한 결과 유해성분이 상당히 감소되었다. 탄산염계 물질을 첨가제로 하여 생성된 고농축 알칼리 전해수는 탄산염계 이외의 첨가제에 의해 생성된 전해수를 동일 조건으로 담배잎에 처리한 것과 비교하여 담배잎의 니코친 함량이 약 50% 내지 90%정도 더 감소 됨이 확인되었다.

실험예로서, 탄산나트륨을 첨가제로 하여 앞서 설명된 조건에 의해 생성된 음극수 즉, 고농축 알칼리성 전해수 50cc를 100그램의 각초에 분무한 후 30분간 전해수가 균일하게 각초에 침투되도록 처리하고, 오븐에 150℃로 5분간 건조 처리하였다. 처리된 각초의 성분량을 분석한 결과, 전알칼로이드는 1.99, 전질소는 3.75, 니코틴 1.33, 전당 5.6, 시험 각초의 PH는 9.16으로 나타났다. 한편, 타 첨가제 예컨대, 염화나트륨, 염화 칼륨, 일반수로 동일 조건에서 처리한 후의 담배의 성분함량을 분석한 결과, 전알칼로이드가 2.9 내지 3.04, 전질소가 3.99 내지 4.04, 니코틴이 2.6 내지 2.78, 전당이 5.5, 시험 각초의 PH가 5.2 내지 5.8로 나타났다. 이러한 실험결과를 통해, 탄산나트륨을 첨가제로 하여 생성된 고농축 알칼리 전해수가 타 전해수에 비해 유해성분 제거능력이 뛰어남을 알 수 있다.

이러한 고농축 알칼리성 전해수에 의해 고온의 증기와 함께 처리된 담배잎은 PH가 알칼리성으로 조절되고, 담배잎에 함유된 대부분의 유독성분을 수렴시켜 니코친을 비롯한 인체에 유해한 전알칼로이드 및 휘발성 염기의 휘산을 촉진시키며, 조직을 팽화시켜 유해성분이 제거된다.

담배제조공정중 담배잎에 가습/가온 처리공정에 고농축 알칼리 전해수를 고온의 증기와 함께 압축된 담배잎에 투입한 결과가 앞서 설명된 실험시 보다 유해성분 제거효율이 더욱 향상됨을 확인 하였다.

또한, 담배잎에 가해지는 증기 또는 가열온도의 조건 및 첨가제의 희석율, 고농축 알칼리 전해수의 담배잎에 대한 분사량 조절에 의해 니코틴, 타르등의 함량을 원하는 정도로 제어할 수 있는 장점을 제공하며, 기존의 담배 자동화 제조공정에 접목이 용이한 장점을 제공한다. 따라서, 담배잎을 원료로하여 금연초를 제조할 수 있다.

탄산염계 물질을 첨가제로 하여 체류 순환 전해 과정을 거쳐 생성된 음극수로 담배잎을 처리하면 흡연가에게 담배의 고유맛을 제공하면서도 인체에 유해한 성분이 저감된 담배를 제공할 수 있다.

또한, 실험결과 담배잎의 맛과 향을 내는 성분은 거의 영향을 미치지 않았고, 고농축 알칼리성 전해수로 처리한 알칼리성 담배잎은 불쾌한 혐끽미의 자극성 냄새성분의 제거에 의해 보다 좋은 가향 조건을 제공하여 향끽미를 향상시킨다.

특히, 탄산염계 물질을 첨가제로 하여 생성된 음극수로 처리된 담배를 쥐에 대해 임상섬모실험한 결과, 음극수에 의해 처리된 담배에 노출된 쥐의 수명이 음극수에 처리되지 않은 담배에 노출된 쥐의 수명 보다 거의 두배 정도 증진되었다.

한편, 탄산염계 첨가제중 탄산칼륨을 첨가제로 하여 생성된 고농축 알칼리 전해수는 탄산나트륨에 비해 담배잎의 유해성분을 제거하는 능력이 더욱 높음이 확인되었다.

또한, 탄산칼륨을 첨가제로 하여 생성된 고농축 알칼리 전해수를 고온 증기와 함께 담배잎에 투여하면, 탄산 나트륨을 첨가제로 한 전해수 보다 이후의 건조 과정을 거쳐 담배잎에 잔류되는 전해수의 성분이 더욱 낮음이 확인되었다. 즉, 탄산칼륨은 탄산나트륨 보다 유해성분 제거 능력이 높고 제거대상물질에 잔존하는 비율이 더욱 낮은 장점을 제공한다.

탄산 수소나트륨의 경우도 탄산나트륨 보다 유해성분 제거능력이 조금 더 뛰어난 특성을 제공함이 확인 되었다.

특히, 탄산 수소 나트륨을 첨가제로 하여 생성된 전해수는 탄산칼륨 전해수 및 탄산나트륨 전해수 보다 증기로 가열되는 담배잎에 투여할 때 암모늄염 가스의 발생이 없어 제조상의 높은 안전성을 제공하며, 65℃ 이상에서 탄산, 탄산수, 탄산나트륨의 기능이 활성화 되는 장점을 제공한다.

첨가제의 비율을 동일하게 할 경우 탄산나트륨, 탄산칼륨 또는 탄산수소나트륨을 용해하여 생성한 탄산 나트륨 수용액, 탄산칼륨 수용액 및 탄산수소 나트륨 수용액 보다 본 체류 순환식 전해수 생성시스템에 의해 생성된 전해수가 담배잎의 유해성분 제거능력이 높음이 확인되었다. 즉, 원하는 정도의 유해성분 제거능력을 발휘하기 위해서 본 체류 순환식 전해수 생성시스템에서는 탄산염계 첨가제를 10 내지 15%정도의 농도가 되게 투여하면 되지만, 비전해시에는 탄산염계 물질의 농도를 10 내지 20% 정도가 되게 적용 하여야 한다.

고농축 알칼리성 전해수를 담배잎에 분무/가열하는 공정을 기존의 담배 제조공정에 추가로 삽입하여 담배잎의 유해성분을 제거할 수 있다.

바람직하게는 기존의 담배 제조 자동 생산 설비를 그대로 활용하면서도 고농축 알칼리성 전해수에 의한 담배잎의 유해성분 제거처리를 수행할 수 있는 방안으로서, 기존의 담배잎의 가공 공정에서 요구되는 가습/가온 공정에서 수분 조절을 위해 사용하던 물을 고농축 알칼리성 전해수로 대체하여 적용한다.

이러한 가공공정의 예가 도 4에 도시되어 있다.

먼저, 농가에서 수확된 잎담배로부터 줄기를 제거하고, 건조한 후 압축시켜 소정크기 예컨대 한변의 길이가 길이가 수십센티미터 정도되게 패킹된 담배잎 집적체를 소정 크기로 절단한다(단계 310).

이후 절단된 담배잎에 앞서 설명된 체류 순환 전해 처리에 의해 생성된 고농축 알칼리성 전해수를 분무한다(단계 320). 바람직하게는 고농축 알칼리성 전해수를 담배잎에 스프레이 방식으로 투여하고, 증기로 담배잎에 가열시킨다. 고농축 알칼리성 전해수의 분무량은 일 예로서 담배잎의 수분함량이 약 32%정도 되게 조절한다. 또한, 증기는 담배잎의 품온이 65도 정도가 되도록 온도 및 분무량을 조절한다.

이러한 분무/ 증기가열과정을 통해 담배잎에 함유된 니코틴을 포함한 유해성분이 고농축 알칼리성 전해수에 흡착되어 함께 증발됨으로써 유해성분 및 자극성 냄새성분이 제거된다. 이 과정에서 담배잎은 약알칼리성으로 변한다. 또한 고농축 알칼리성 전해수에 함유된 탄산염은 담배잎 조직의 팽화를 촉진시켜 유해성분의 제거반응을 촉진시킨다.

이후, 분무/증기 가열 처리된 잎담배를 소정시간 적체상태로 유지하여 발효시킨다(단계 330). 분무/증기 가열과정을 통해 대부분의 유해성분이 제거된 담배잎은 분무/ 증기 가열과정을 거쳐 약 65도 정도의 온도를 유지하고 있어, 담배잎을 숙성시키는 발효과정에서도 잔류된 알칼리성 전해수는 니코틴을 포함한 유해성분을 흡착하여 함께 증발되는 과정이 연속된다.

이후, 숙성 처리된 잎담배에 대해 1차 가향처리를 수행한다(단계 340).

1차 가향처리는 액상으로 조제된 가향액을 담배잎에 분무 및 가열한다. 가향액은 공지된 물질 예컨대 이성화당, 글리세린등 적용하고자 하는 향료를 소정비율로 혼합하여 물에 용융시켜 적용한다.

이후 2차 가향 및 유기산처리를 수행한다(단계 350). 2차가향 및 유기산처리는 가향액과 유기산 예컨대 구연산을 함께 혼합하여 담배잎에 분무한다. 이과정에서 담배잎은 중화된다.

이후 수분량이 적절하게 예컨대 약 17%정도로 유지되도록 건조과정을 수행한다(단계 360).

다음으로, 궐련으로 제조하기 위한 후속공정이 수행된다(단계 370). 즉, 각초용으로 재절단하는 절단공정, 절단된 각초를 궐련에 말아 궐련을 제조하는 공정들이 있다.

이러한 담배잎 가공방법에 의하면, 담배잎 가공 공정시 압축된 담배잎을 풀어지게 하면서 숙성조건에 맞는 함습량 및 온도조건을 갖도록 담배잎을 처리하는 기존의 가습/가온 공정에서 담배잎의 수분 함량조절 및 팽화을 위해 사용되는 기존의 물 대신 고농축 알칼리 전해수로 대체하여 가습/가온 공정을 수행함으로써 기존의 제조시설을 변경없이 그대로 이용할 수 있는 장점이 있다.

한편, 담배잎의 유해성분 제거율을 높이기 위해 가향공정 이후 또는 가향액분무 공정시 가향액과 함께 고농축 알칼리 전해수를 함께 혼합하거나 개별적으로 담배잎에 분무 및 건조하는 공정을 수행할 수 있음은 물론이다. 이때 가향공정과 병행하여 고농축 알칼리성 전해수를 담배잎에 투입하고자 하는 경우 고농축 알칼리성 전해수가 가향처리 효율을 억제하지 않을 정도로 혼합비율을 조절하여 실시하는 것이 바람직하다.

담배잎에 이러한 고농축 알칼리수를 분무 또는 침지 후 증기, 열풍과 같은 방식 등에 의해 가열 및 건조시킴에 의해 담배잎에 함유된 유해성분이 제거되는 것은 공정에 관계없이 이루어지기 때문에 담배 제조공정 순서 또는 특정공정과 관계없이 적용할 수 있음은 물론이다. 예를 들면, 농가에서 재배된 담배잎을 보관하기 위해 저온 건조후 압축하는 과정에서 본 알칼리 전해수를 투여하여 건조 처리할 수 있다.

이상의 예에서는 고농축 알칼리 전해수 그대로, 또는 가향물질을 고농축 알칼리 전해수에 혼합한 전해수 용액을 담배잎에 투여하는 것을 설명하였고, 예시된 물질 이외의 타물질을 고농축 알칼리성 전해수에 혼합하여 담배잎에 투여할 수 있음은 물론이다.

지금까지 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 담배잎 가공방법에 의하면, 담배잎에 함유된 유해성분을 담배잎에 투여된 고농축 알칼리성 전해수가 강력하게 반응하여 수렴시킨 후 건조과정에서 증발에 의해 분리 제거됨으로써, 담배잎의 유해성분을 저감시킬 수 있다. 또한, 담배잎의 유해성분 제거처리과정을 거쳐 담배의 자극성 냄새성분이 제거되어 이후의 가향조건을 향상시킨다. 그리고, 담배의 연소시 담배의 고유한 향 및 맛은 그대로 유지됨으로써, 흡연가의 건강손상을 억제시킴과 아울러 흡연욕구를 해소할 수 있고, 금연초의 기능도 한다. 또한, 담배잎의 유해성분 처리과정이 분무 및 증기 가열에 의해 간단히 이루어짐으로써 담배 생산 수율에 영향을 미치지 않는 장점을 제공한다.

도 1은 본 발명의 담배잎 가공방법에 적용되는 고농축 알칼리성 전해수를 생성하는 시스템의 일 예를 나타내 보인 블록도 이고,

도 2는 본 발명의 담배잎 가공방법에 적용되는 고농축 알칼리성 전해수를 생성하는 시스템의 또 다른 예를 나타내 보인 블록도 이고,

도 3은 도 1의 전해장치를 분해하여 나타내 보인 분해 사시도이고,

도 4는 본 발명에 따른 고농축 알칼리성 전해수 생성과정을 나타내 보인 플로우도이고,

도 5는 본 발명에 따른 고농축 알칼리성 전해수를 이용하여 담배잎의 유해성분을 제거하는 담배잎 가공과정의 일 예를 나타내 보인 플로우도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 원수탱크 20: 필터

30: 첨가제 투입장치 40: 첨가제 희석 교반기

50a: 선단 전해장치 50b: 후단 전해장치

61: 음극수 중간 저수조 66: 양극수 중간저수조

80: 음극수 체류 저수조 90: 전해수 저장탱크

Claims (15)

1. 가. 음이온 선택 투과 격막을 채용한 직렬 접속된 전해장치의 음극실에 탄산염계 수용액을 투입하여 전해 및 상기 음극실에서 생성된 음극수를 소정시간 체류저수 하는 과정을 단위 사이클로 하여 소정횟수 반복하여 상기 음극실에서 생성된 고농축 알칼리성 전해수를 주성분으로 한 용액을 담배잎에 투여하는 단계와;

   나. 상기 담배잎을 가열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전해수를 상기 담배잎에 분무에 의해 투여하는 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 가열 단계는 상기 담배잎에 증기로 가열하는 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 탄산염계 수용액은 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨 중 하나를 포함하는 수용액인 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 탄산염계 수용액은 탄산나트륨 수용액, 탄산칼륨 수용액중 어느 하나이고, 상기 전해수는 PH가 13 이상인 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 탄산염계 수용액은 탄산수소나트륨 수용액이고, 상기 전해수는 PH가 9 이상인 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서, 상기 전해수에 가향물질을 더 혼합하여 생성된 용액을 상기 담배잎에 투여하는 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 가열단계는 상기 담배잎의 온도가 65도 정도가 되도록 가열처리 하는 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.
10. 가. 음이온 선택 투과 격막이 구비된 전해장치의 음극실과 양극실에 각각 탄산염계 수용액과 원수를 투입하는 단계와;

    나. 상기 전해 장치에서 전해 처리하는 단계와;

    다. 상기 전해장치의 음극실에서 생성된 음극수를 소정시간 저수상태로 체류시키는 단계와;

    라. 설정된 고농축 알칼리성 전해수 생성 목표 조건에 따라 상기 나 단계 내지 다 단계를 적어도 1회 이상 반복하는 단계; 및

    마. 상기 라 단계를 거쳐 상기 고농축 알칼리성 전해수 생성 목표 조건에 도달되어 상기 음극실에서 생성된 전해수를 주성분으로 하여 생성된 용액을 담배잎에 투여하는 단계와;

    바. 상기 담배잎을 가열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 체류단계를 거친 음극수를 상기 전해장치의 음극실에 재 투입하여 전해/체류과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 체류단계는 적어도 30분 이상 지속시키는 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 전해수를 상기 담배잎에 분무에 의해 투여하는 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.
14. 제10항에 있어서, 상기 가열 단계는 상기 담배잎에 증기로 가열하는 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.
15. 제10항에 있어서, 상기 탄산염계 수용액은 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨 중 적어도 하나 이상을 포함하는 수용액인 것을 특징으로 하는 유해 성분을 저감시키는 담배잎의 가공방법.