KR100721413B1

KR100721413B1 - 초음파 추출장치 및 이를 이용한 추출방법

Info

Publication number: KR100721413B1
Application number: KR1020040032236A
Authority: KR
Inventors: 한경석; 박용직
Original assignee: 한경석; 박용직
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2007-05-23
Also published as: KR20050006026A

Abstract

본 발명은 초음파 추출장치 및 이를 이용한 추출방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 초음파 추출장치의 진동자에서 초음파가 발생할 때 이와 함께 발생되는 오존 등의 인체에 유해한 물질이 추출물에 악영향을 미치지 않도록 하는 추출장치 및 이를 이용한 추출방법에 관한 것으로 추출조와 진동자를 구비한 초음파를 이용한 추출장치에 있어서, 상기 추출조 내에 상기 진동자로부터 일정간격으로 이격되고, 상기 추출조내의 추출대상물과 상기 진동자가 분리되도록 설치되고, 상기 진동자에서 발생하는 초음파를 상기 추출대상물에 전달하는 투과판 및 상기 투과판과 상기 진동자를 포함하는 추출조내의 공간에 충진되는 초음파 전달물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 추출장치와 이를 이용한 추출방법에 관한 것이다.

초음파, 추출장치, 추출방법, 투과판

Description

초음파 추출장치 및 이를 이용한 추출방법 { ULTRASONIC EXTRACTING DEVICE, EXTRACTING METHOD USING THE SAME }

도 1은 공지의 초음파 추출장치에 대한 일 실시예에 대한 시스템 개략도이다.

도 2는 본 발명의 초음파 추출장치에 대한 일 실시예에 대한 시스템 개략도이다.

도 3은 본 발명의 초음파 추출장치를 이용한 추출방법에 대한 일 실시예에 대한 블록선도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 진동자 구동부 2 : 진동자

3 : 추출조 4 : 임펠러 구동부

5 : 임펠러 6 : 밸브

7 : 투시경 8 : 추출조 뚜껑

9 : 투과판 10 : 물탱크

11 : 물탱크 뚜껑

인체에 유용한 물질을 함유한 식물성 또는 동물성 물질로부터 상기 인체에 유용한 물질만을 추출하기 위하여 일반적으로 적용되는 추출방법으로는 고온의 열탕에서 상기 물질과 추출용 용매제를 함께 넣고 끓인 후 이를 정제하는 방법이 주로 사용되고 있다.

그러나 이와 같은 추출방법의 경우에는 상기 인체에 유용한 물질이 단백질계 성분 또는 가열시에 변성되거나 파괴되는 물질인 경우에는 상기 물질의 고온에서 파괴됨에 따라 적절한 추출방법이 되지 못하고 있다.

따라서 이러한 문제점을 개선하기 위하여 상온에서 초음파를 이용한 추출방법이 제안되었고, 이에 대한 많은 연구가 진행되었다. 도 1은 이에 대한 일 실시예를 도시한 것으로 한국특허등록 10-0253904호에 대한 것으로 초음파 발생을 위한 진동자가 직접 추출대상물에 접촉되는 형태로 초음파 조사의 균일성을 개선하기 위한 것이다. 이에 대한 다른 실시예로는 일본특허공보 평1-14786호와 한국특허등록 10-0246934호는 초음파 진동자에서 발생된 초음파의 강도를 높이기 위한 초음파 집속에 관한 내용이다.

그러나 상기 초음파 추출장치는 진동자와 추출대상물이 직접적으로 접촉하는 형태로서 진동자에서 초음파가 발생할 때, 기포가 발생과 함께 발생하는 인체에 유해한 물질인 오존 등이 추출대상물에 혼입되어 최종적인 추출물에도 인체에 유해한 물질이 존재하게 되는 문제점이 있으며, 이의 제거를 위해서는 별도의 정제공정을 진행해야하는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 상온에서 추출공정이 진행될 수 있으며, 진동자와 추출대상물이 직접적으로 접촉하지 않아, 초음파 발생시의 불순물이 추출물에 포함되지 않도록 하는 추출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 추출장치를 이용하여 높은 수율을 갖고, 용이하게 추출이 가능하며, 별도의 정제공정이 불필요한 추출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이외에 본 발명은 상기 추출방법을 통하여 불순물의 함유가 적고, 저가의 추출비용이 소모되는 고순도의 추출물을 제조하는 추출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

추출조와 진동자를 구비한 초음파를 이용한 추출장치에 있어서,

상기 추출조 내에 상기 진동자로부터 일정간격으로 이격되고, 상기 추출조내의 추출대상물과 상기 진동자가 분리되도록 설치되고, 상기 진동자에서 발생하는 초음파를 상기 추출대상물에 전달하는 투과판; 및

상기 투과판과 상기 진동자를 포함하는 추출조내의 공간에 충진되는 초음파 전달물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 추출장치를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 초음파 추출장치의 추출대상물용 추출조에 추출대상물과 추출용매제의 혼합물을 투입하는 단계;

상기 추출조의 진동자를 가동하고, 선택적으로 상기 추출물을 교반하는 작용을 추가하여 추출하는 단계; 및

상기 추출단계에서 얻어진 추출물을 여과 및 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 추출방법을 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 추출조(3)와 진동자(2)를 구비한 초음파를 이용한 추출장치에 있어서, 상기 추출조(3) 내에 상기 진동자(2)로부터 일정간격으로 이격되고, 상기 추출조(3)내의 추출대상물과 상기 진동자(2)가 분리되도록 설치되고, 상기 진동자(2)에서 발생하는 초음파를 상기 추출대상물에 전달하는 투과판(9) 및 상기 투과판(9)과 상기 진동자(2)를 포함하는 추출조내의 공간에 충진되는 초음파 전달물질을 더 포함하는 형태로 구성된다.

도 1에 이에 대한 일 실시예를 나타낸 바와 같이 본 발명의 초음파 추출장치는 추출대상물을 담는 공간인 추출조(3)와 상기 추출대상물의 추출이 용이하게 이루어질 수 있도록 추출대상물에 초음파를 조사하도록 하는 진동자(2)를 구비한 초음파 추출장치로서, 상기 추출조(3)는 공지의 다양한 형태의 추출조가 적용될 수 있으며 바람직하게는 추출조(3)의 구조적 안정성 및 공간의 효율적 활용을 위하여 실리더형 추출조가 좋다. 상기 추출조(3)의 재질로는 상기 추출대상물과 반응을 일으키지 않는 공지의 다양한 재질이 가능하고, 바람직하게는 주철 또는 스테인레스 스틸 재질의 추출조가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 진동자(2)로는 공지의 초음파 추출장치에 적용되는 초음파 발생용 진동자가 이에 적용될 수 있으며 상기 진동자(2)는 초음파 발생을 위하여 일반적으로 고주파 발생장치를 포함하는 구동부(1)에 연결되어 구동되어진다.

본 발명의 특징이 되는 상기 투과판(9)은 상기 추출조(3) 내에 설치되며, 2가지 기능을 함께 수행한다. 즉, 상기 추출조(3)내에서 상기 진동자(2)로부터 일정간격으로 이격되어 설치됨으로써, 상기 추출조(3)를 2개의 공간으로 분리한다. 따라서 상기 추출조(3)는 추출대상물이 담기는 부분과 초음파 전달물질이 담기는 부분으로 분리되고 각각의 부분은 물질의 이동이 불가능하게 격리되며, 추출대상물과 상기 진동자(2)는 실질적인 접촉이 발생하지 않게 된다. 반면에 상기 투과판(9)은 상기 진동자(2)에서 발생하는 초음파가 상기 초음파 전달물질을 통하여 상기 추출대상물에 전달되도록 한다. 이를 위하여 상기 공간(10)에는 초음파 전달물질이 충진되고, 이를 통하여 추출대상물로부터 추출이 용이하게 이루어지도록 한다. 상기 투과판으로 역할을 충분히 하기 위해서는 상기 투과판(9)은 충분히 초음파의 출력감소가 적도록 충분히 얇은 형태인 것이 바람직하다. 따라서 상기 투과판(9)은 두 구간의 물질의 격리를 위한 격리판과 초음파의 전달을 위한 투과판으로서의 2가지 역할을 동시에 수행하여야 하므로 구조적 강도를 유지하면서 초음파 투과성이 높은 판재이어야 하고 또한 추출대상물에 대하여 불활성이어야 하므로 바람직하게는 0.2 내지 0.5 ㎜ 두께의 알루미늄 박판을 적용하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 0.3 ㎜ 두께의 알루미늄 박판이 좋다.

또한 상기 초음파 전달물질은 초음파의 전도성이 좋은 액상물질은 모두 가능하고, 바람직하게는 사용의 편의성 및 비용측면에서 물을 사용하는 것이 좋다.

또한 상기 추출조(3)의 추출대상물이 담겨지는 추출조(3) 공간부분에는 모터 등의 구동장치(4)에 의하여 구동되는 하나 또는 둘 이상의 임펠러(5: Impeller)를 더 포함하는 형태로 구성할 수 있다. 이를 통하여 추출조(3) 내의 물질이동을 더욱 활발하게 하고, 추출대상물의 추출이 보다 용이하게 이루어지도록 하며, 초음파의 조사가 모든 추출대상물에 대하여 고르게 이루어지도록 한다. 상기 임펠러(5)는 공지의 추출장치나 교반기에 사용되는 형상을 적용할 수 있으며, 각 축에 위치하는 임펠러(5)의 배치는 도 2에 도시한 바와 같이 서로 교차하여 어긋나는 형태로도 가능하며, 또는 두 축에 연결된 임펠러(5)가 서로 평행하게 위치하도록 배치할 수도 있다.

또한 본 발명은 상기 초음파 추출장치를 이용한 추출방법을 제공하는데 이는 상기 초음파 추출장치의 추출대상물용 추출조(3)에 추출대상물과 추출용매제의 혼합물을 투입하는 단계, 상기 추출조(3)의 진동자(2)를 가동하고, 선택적으로 상기 추출물을 교반하는 작용을 추가하여 추출하는 단계 및 상기 추출단계에서 얻어진 추출물을 여과 및 건조하는 단계를 포함하는 형태로 구성할 수 있다.

이에 대한 일 실시예에 대한 블록선도는 도 3에 도시한 바와 같다. 즉, 추출대상물이 되는 식물성 또는 동물성 물질을 세척하고, 추출이 보다 용이하게 이루어지도록 하기 위해서는 분쇄나 절단이 가능한 물질의 경우에는 추출대상물을 잘게 분쇄하여 미세하게 준비한다. 상기 잘게 분쇄된 추출대상물은 추출하고자 하는 물질이 용해될 수 있는 추출용매제에 혼합하여 혼합물을 제조한다. 상기 혼합단계에서 적용되는 추출용매제로는 잔류시 인체에 무해하고, 식용으로 섭취가 가능하여야 하며, 추출물의 용해성을 고려할 때 에탄올이 바람직하다.

상기 혼합단계에 의하여 제조된 혼합물을 상기 초음파 추출장치의 추출조(8) 뚜껑을 통하여 투입하고, 추출장치를 가동한다. 이때 상기 혼합단계를 거치지 않고, 추출대상물과 추출용매제를 각각 추출조(3)에 투입한 후에 추출장치를 가동할 수도 있음은 물론이다.

즉, 추출조(3)에 상기 임펠러(5)와 같은 교반장치가 추가적으로 구비된 경우에 있어서는 추출공정을 단순화하기 위하여 상기와 같은 방법을 적용할 수도 있다.

따라서 상기 초음파 추출장치의 가동은 추출조(3)의 진동자(2)를 가동하는 형태로 진행하거나, 상기 진동자(2)의 가동과 함께 임펠러(5) 등의 교반장치의 가동을 동시에 진행할 수도 있다.

일정시간의 상기 추출장치의 작동이후에 도 2에 도시한 바와 같은 추출조에 설치된 투시경(7)을 통하여 추출진행상태를 확인할 수도 있고, 추출과정이 완료된 이후에는 도 2에 도시한 바와 같은 추출조(3) 하부에 설치된 밸브(6)를 개방하여 추출물을 이송하고, 이를 여과하는 단계를 거친 후 건조 등의 농축방법을 통하여 추출물을 농축하여 추출물 엑기스를 제조한다.

상기 본 발명의 추출방법을 통한 추출물은 추출물 내의 불순물이 최소화되고, 초음파의 적용에 따른 높은 추출수율 및 초음파의 간접조사에 따라 분자의 파괴가 일어나지 않는 고순도의 추출물이 얻어진다.

상기 초음파 추출방법 및 추출물에는 동물 또는 식물의 조직으로서 다양한 물질이 추출대상물로 될 수 있고, 이에 대한 구체예로는 도가니, 새우, 게, 한약재, 부추, 시금치 등도 가능하며 이에 대한 실시예로서 햇볕과 열에 약하여 분자파괴가 쉽게 일어나기 때문에 대량생산이 어려운 엽록소를 추출하는 방법을 아래에 기술한다.

추출대상물질은 잠분(누에똥)으로서 누에는 뽕입에서 엽록소를 제외한 양분을 섭취하고 배설물로서 엽록소의 농도가 높은 배설물을 배설하므로 이를 추출대상물로 하였다.

상기 잠분에는 암모니아 및 제 불순물이 함유되어 있으므로 이를 제거하고, 잠사를 얻었다. 상기 잠분에서 얻은 잠사를 에탄올에 혼합하여 본 발명의 초음파 추출장치에 투입하여 1시간 동안 추출단계를 진행하였다.

상기 추출단계 후에 채취한 추출물을 건조하여 고농도의 엽록소 추출물을 제 조하였다. 상기 추출물에 대한 한국화학시험연구원의 화학성분함량 물성시험결과는 아래와 같다. 하기 총 클로로필 함량시험은 식품공전 일반시험법에 따라 진행된 것으로 높은 엽록소 함량을 나타내고 있으며, 엽록소가 산소, 수소, 탄소, 질소 및 마그네슘 원자에 의해 이루어진 분자인 것을 고려할 때, 하기의 실험결과는 이들의 높은 성분을 나타내고 있다.

구분		시험결과
총클로로필(㎎/100g)		3886.5
무 기 성 분 함 량	Al (㎎/ℓ)	16.3
	B (㎎/ℓ)	6.5
	Ba (㎎/ℓ)	2.9
	P (㎎/ℓ)	84.0
	Si (㎎/ℓ)	192.3
	Ca (㎎/ℓ)	945.4
	Cr (㎎/ℓ)	5.3
	Cu (㎎/ℓ)	8.4
	Fe (㎎/ℓ)	57.2
	K (㎎/ℓ)	173.2
	Mg (㎎/ℓ)	1679.1
	Mn (㎎/ℓ)	13.8
	Na (㎎/ℓ)	106.9
	Ni (㎎/ℓ)	3.0
	Zn (㎎/ℓ)	12.5
원소 분석	C (%)	74.2
	H (%)	8.3
	O (%)	11.1
	N (%)	0.8

본 발명은 초음파 추출장치 및 이를 이용한 추출방법에 관한 것으로서 이를 통하여 엽록소 등의 열에 약한 물질의 추출을 상온에서 진행할 수 있으며, 진동자 와 추출대상물이 직접적으로 접촉하지 않는 형태로 추출장치를 구성함으로써 일반적인 공지의 초음파 추출장치의 진동자에서 초음파가 발생할 때 기포발생과 함께 발생되는 오존 등의 인체에 유해한 물질이 추출물에 악영향을 미치지 않고, 초음파 발생시의 불순물이 추출물에 포함되지 않도록 하는 장점이 있다.

또한 본 발명은 상기 초음파를 통한 추출공정을 통하여 높은 추출 수율을 가질 수 있고, 용이하게 추출이 가능하며, 불순물의 발생이 최소화되어 추출 후에 별도의 정제공정이 불필요하고, 따라서 추출비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라 초음파의 간접조사에 따라 엽록소와 같이 파괴가 쉬운 물질의 분자파괴가 발생되지 않도록 하며, 불순물의 함유가 적은 고순도의 추출물을 저가에 공급할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 상세한 설명, 실시예 및 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.

Claims

추출조와 진동자를 구비한 초음파를 이용한 추출장치에 있어서,

상기 추출조 내에 상기 진동자로부터 일정간격으로 이격되고, 상기 추출조내의 추출대상물과 상기 진동자가 분리되도록 설치되고, 상기 진동자에서 발생하는 초음파를 상기 추출대상물에 전달하는 투과판; 및

상기 투과판과 상기 진동자를 포함하는 추출조내의 공간에 충진되는 초음파 전달물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 추출장치.
제1항에 있어서,

상기 투과판은 0.2 내지 0.5 ㎜의 알루미늄 박판인 것을 특징으로 하는 초음파 추출장치.
제1항에 있어서,

상기 초음파 전달물질은 물인 것을 특징으로 하는 초음파 추출장치.
제1항에 있어서,

상기 추출대상물이 담겨진 추출조 공간에는 구동장치에 의하여 구동되는 하나 또는 둘 이상의 임펠러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 추출장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 초음파 추출장치의 추출대상물용 추출조에 추출대상물과 추출용매제의 혼합물을 투입하는 단계;

상기 추출조의 진동자를 가동하고, 선택적으로 상기 추출물을 교반하는 작용을 추가하여 추출하는 단계; 및

상기 추출단계에서 얻어진 추출물을 여과 및 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 추출방법.
제5항에 있어서,

상기 투입단계전에 상기 추출대상물을 미세하게 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 추출방법.
제5항에 있어서,

상기 추출용매제는 에탄올인 것을 특징으로 하는 추출방법.