KR100790315B1

KR100790315B1 - 초음파를 이용한 원료물질 추출장치

Info

Publication number: KR100790315B1
Application number: KR1020060125543A
Authority: KR
Inventors: 한경석; 한윤정
Original assignee: 한윤정
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2008-01-02

Abstract

추출조 내의 추출대상물의 추출수율을 향상시킬 수 있는 초음파를 이용한 원료물질 추출장치가 개시된다. 본 발명의 초음파를 이용한 원료물질 추출장치는 추출대상물과 추출용매제를 수용하는 추출조, 추출조의 중앙부위에 상하로 연장되게 배치되는 진동부, 진동부와 소정거리 이격되고 추출대상물과 진동부가 분리되도록 추출조 내에 함침되며 진동부에서 발생하는 초음파를 추출대상물에 전달하는 투과판, 및 진동부를 포함하는 투과판 내의 공간에 충진되는 초음파 전달물질로 구성된다. 본 발명은 초음파 진동부(발생장치)를 추출대상물질의 중앙부분에 함침 함으로써 초음파가 추출대상물질에 균일하게 전달됨으로서 용이하게 원료물질의 추출이 가능하며, 원료 및 시간 등의 추출비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

초음파, 원료물질, 추출장치, 진동부, 투과판

Description

초음파를 이용한 원료물질 추출장치{EXTRACTION DEVICE USING SONICATION SYSTEM FOR RAW MATERIALS}

도 1은 종래기술에 따른 초음파를 이용한 원료물질 추출장치를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 원료물질 추출장치를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 원료물질 추출장치를 나타내는 평면도이다.

본 발명은 초음파를 이용한 원료물질 추출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 추출조 내의 추출대상물의 추출수율을 향상시킬 수 있는 초음파를 이용한 원료물질 추출장치에 관한 것이다.

일반적으로 적용되는 추출방법으로는 고온의 열탕에서 추출대상 물질과 추출용 용매를 함께 넣고 끓인 후 정제하는 방법이 주로 사용되고 있다. 또한, 초음파를 이용한 추출방법으로는 초음파장치를 추출하고자 하는 추출대상물에 직접 함침 시키는 방법을 사용하고 있다.

그러나 이러한 초음파 추출장치는 초음파와 추출대상물이 직접적으로 접촉하는 형태로서 초음파가 발생할 때, 기포와 함께 발생하는 인체에 유해한 물질인 오존, 불순물 등이 추출 대상물에 혼입되어 최종적인 추출물에도 인체에 유해한 물질이 존재하게 되어 이의 제거를 위해서는 별도의 정제공정을 진행해야 하는 문제점이 있었다. 또한, 이와 같은 추출방법은 원하는 추출물을 구성하고 있는 단백질의 변형을 초래하므로 적절한 추출방법이 되지 못하고 있다.

따라서 이러한 문제점을 개선하기 위하여 상온에서 초음파를 이용한 추출방법이 제안되었고, 이에 대한 많은 연구가 진행되었다. 예컨대, 대한민국 공개특허 10-2005-0006026호인 "초음파 추출장치 및 이를 이용한 추출방법"에서는 상온에서 추출공정이 진행될 수 있으며, 진동자와 추출대상물이 직접적으로 접촉하지 않아 초음파 발생시의 불순물이 추출물에 포함되지 않도록 하는 초음파 추출방법 및 장치가 개시되었다.

도 1은 종래기술에 따른 초음파 추출장치를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 추출조(3)와 진동자(2)를 구비한 초음파 추출장치는, 추출조(3) 내에 진동자(2)로부터 일정간격으로 이격되고, 추출조(3) 내의 추출대상물과 진동자(2)가 분리되도록 설치되고, 진동자(2)에서 발생하는 초음파를 추출대상물에 전달하는 투과판(9) 및 진동자(2)를 포함하는 추출조 내의 공간(10)에 충진되는 초음파 전달물질을 포함하는 형태로 구성된다. 진동자(2)는 초음파 발생을 위하여 일반적으로 고주파 발생장치를 포함하는 구동부(1)에 연결되어 구동된다.

추출조(3)의 추출대상물이 담겨지는 추출조(3) 공간부분에는 모터 등의 구동장치(4)에 의하여 구동되는 하나 또는 둘 이상의 임펠러(Impeller, 5)를 포함하여 추출조(3) 내의 물질이동을 활발하게 한다.

이러한 초음파 추출장치를 이용한 추출방법은 잘게 분쇄된 추출대상물을 추출하고자 하는 물질이 용해될 수 있는 추출용매제에 혼합하여 혼합물을 제조하여 이를 초음파 추출장치의 추출조(8) 뚜껑을 통하여 투입하고, 진동자(2)를 포함하는 공간에는 초음파 전달물질을 뚜껑(11)을 통하여 투입한 후에 추출장치를 가동한다. 일정시간의 추출장치의 작동 이후에 추출조에 설치된 투시경(7)을 통하여 추출진행 상황을 확인할 수 있고, 추출과정이 완료된 이후에는 추출조(3) 하부에 설치된 밸브(6)를 개방하여 추출물을 이송하고, 이를 여과하는 단계를 거친 후에 건조 등의 농축방법을 통하여 추출물을 농축하여 추출물 엑기스를 제조한다.

그러나, 이와 같은 방법은 추출물의 수율이 높지 않아 반복하여 추출하는 폐단이 있어 원료의 낭비 등으로 비용 및 시간의 제약을 초래하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 높은 수율을 갖고 추출시간을 단축하여 용이하게 추출이 가능하며 별도의 정제공정이 불필요하여 저가의 추출비용이 소모되는 초음파를 이용한 원료물질 추출장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 초음파를 이용한 원료물질 추출장 치는 추출대상물과 추출용매제를 수용하는 추출조, 추출조의 중앙부위에 상하로 연장되게 배치되는 진동부, 진동부와 소정거리 이격되고 추출대상물과 진동부가 분리되도록 추출조 내에 함침되며 진동부에서 발생하는 초음파를 추출대상물에 전달하는 투과판, 및 진동부를 포함하는 투과판 내의 공간에 충진되는 초음파 전달물질로 구성된다.

본 발명에 있어서, 투과판은 초음파 전달물질 또는 추출용매와 불활성인 재질의 박판인 것이 바람직하다.

또한, 추출대상물이 담겨진 추출조 공간에는 구동장치에 의하여 구동되는 하나 또는 둘 이상의 임펠러를 더 포함할 수 있으며, 추출용매제는 에탄올일 수 있다.

또한, 추출조의 하단에는 배플플레이트가 설치될 수 있으며, 추출조는 평면적으로 원형 또는 실린더형일 수 있다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 원료물질 추출장치를 나타내는 단면도 및 평면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 외피(Shell, 112)에 둘러싸이며 상판(Upper Lid, 110)으로 덮이는 추출조(100)가 형성되어 있다. 추출조(100)에는 인입부(Inlet, 108)와 배출구(Outlet, 111)가 배치되어 추출대상물과 추출용매제가 인입 또는 배 출할 수 있다.

추출대상물과 추출용매제를 수용하는 추출조(100) 내의 중앙부위에 진동부(Vibration part, 103)가 상하로 연장되게 함침되게 배치되며, 진동부(103)와 소정 거리 이격되게 추출조(100)의 공간과 분리되도록 하는 투과판(Transfering part, 109)이 배치된다. 진동부(103)는 투과판(109)과 이음장치(Connector, 102)를 통하여 상판(110)에 연결된다. 투과판(109)은 진동부(103)에서 발생하는 초음파를 추출대상물에 전달하며, 진동자(103)를 포함하는 투과판(109) 내의 공간에 충진되는 초음파 전달물질(Transfering Substance, 107)을 포함한다.

초음파 전달물질(107)은 초음파의 전도성이 좋은 액상물질은 모두 가능하고, 바람직하게는 사용의 편의성 및 비용측면에서 추출물질을 효율적으로 가장 많이 추출할 수 있는 매질을 사용하는 것이 좋다.

또한, 추출조(100)의 추출대상물이 담겨지는 부분에는 모터 등의 교반장치(Agitater, 104)에 의하여 구동되는 하나 또는 둘 이상의 임펠러(Impeller, 105)를 더 포함하는 형태로 구성할 수 있다. 이를 통하여 추출조(100) 내의 물질이동을 더욱 활발하게 하고, 추출대상물의 추출이 보다 용이하게 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 초음파의 조사가 모든 추출대상물에 대하여 고르게 이루어지도록 하기 위하여 추출조(100)의 하부에 배플플레이트(Baffle Plate, 106)를 설치할 수 있다. 임펠러(105)는 공지의 추출장치나 교반기에 사용되는 형상을 적용할 수 있으며, 각 축에 위치하는 임펠러(105)의 배치는 어떤 형태로도 가능하며, 바람직하게는 두축에 연결된 임펠러(105)가 서로 평행하게 위치하도록 배치할 수 있다.

진동부(103)는 공지의 초음파 추출장치에 적용되는 초음파 발생용 진동자를 사용할 수 있으며 진동부(103)는 초음파 발생을 위하여 발진부(Generator, 101)에 연결되어 구동된다.

본 발명의 특징부인 추출조(100) 내에 함침되는 투과판(109)은 2가지 기능을 함께 수행한다.

먼저, 진동공간 내의 진동부(103)에서 일정간격으로 이격되어 설치됨으로써 추출조(100)를 두 개의 공간으로 분리한다. 따라서, 추출조(100)는 추출대상물이 담기는 부분과 초음파 전달물질이 담기는 부분으로 분리되고 각각의 부분은 물질의 이동이 불가능하게 격리되며, 추출대상물과 진동부(103)는 실질적인 접촉이 발생하지 않게 된다.

반면에 진동부(103)에서 발생하는 초음파가 초음파 전달물질(107)을 통하여 투과판(109)에 전달되고 투과판(109)을 통하여 추출대상물에 전달되도록 한다. 투과판(109)은 충분히 초음파의 출력감소가 적도록 충분히 얇은 형태가 바람직하다. 즉, 0.2 내지 0.5 mm 두께의 불활성의 박판일 수 있으며, 초음파 전달물질 또는 추출용매와 불활성인 재질의 박판인 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에 따른 초음파 추출장치는 추출대상물을 담는 공간인 추출조(100)에 별도의 초음파 전달물질(107)을 장착하고 있는 투과판(109)을 중앙에 함침시킴으로서 추출대상물의 고른 추출이 단시간 내에 용이하게 이루어질 수 있다. 추출조(100)의 형상은 원형 또는 정방형, 장방형 등 사각형 형태 등의 공지의 다양한 형태의 추출조가 적용될 수 있으며 바람직하게는 원형 또는 실린더형 추출 조가 바람직하다.

추출조(100)의 재질로는 추출대상물과 반응을 일으키지 않는 다양한 재질이 가능하고, 바람직하게는 스테인레스스틸 재질 또는 세라믹 재질의 추출조가 바람직하다.

이하, 본 발명의 초음파 추출장치의 추출방법을 살펴본다.

먼저, 추출대상물이 되는 식물성 또는 동물성 물질을 세척하고, 추출이 보다 용이하게 이루어지도록 하기 위해서는 분쇄나 절단이 가능한 물질의 경우에는 추출대상물을 잘게 분쇄하여 미세하게 준비한 후 분쇄된 추출대상물은 추출용매제에 혼합하여 혼합물을 제조한다. 혼합단계에서 적용되는 추출용매제로는 잔류시 인체에 전혀 무해하고, 식용으로 섭취가 가능하여야 하며, 추출물의 용해성을 고려하여 선택하는 것이 바람직한데, 예컨대 에탄올을 사용할 수 있다.

혼합단계에 의하여 제조된 혼합물을 초음파 추출장치의 추출조 상판(Upper Lid, 110)에 장착된 인입구(Inlet, 108)를 통하여 투입하고 추출장치를 가동한다. 이때 혼합단계를 거치지 않고 추출대상물과 추출용매제를 각각 추출조(100)에 투입한 후에 추출장치를 가동하여도 무방하다.

본 발명의 추출장치를 이용한 추출방법은 단시간 내에 소량의 추출원료물질을 사용하여 불순물이 극소화되고, 높은 추출수율의 고순도의 추출물이 얻어진다.

다양한 물질이 추출대상물로 될 수 있고, 이에 대한 구체적인 예로는 식품, 의약품, 의약외품, 화장품용 원료물질이 추출이 가능하며 이에 대한 실시예로서 열 또는 빛에 약하여 분자파괴가 쉽게 일어나기 때문에 그 효능이 떨어지는 버섯류 또 는 식물의 잎 등으로부터 추출한 플라보노이드류, 이들 중 상황버섯 및 상엽(뽕잎)을 추출하는 방법을 아래에 기술한다.

추출대상물질은 중국산 상황버섯 및 상엽을 추출대상물로 하였다.

상황버섯은 수돗물로 세척한 후 완전히 건조하여 분쇄하였다. 상엽은 그대로 분쇄하였고 이를 각각 에탄올에 혼합하여 본 발명의 초음파 추출장치에 투입하여 각 1시간 동안 추출단계를 진행하였다.

추출단계 후에 채취한 추출물을 건조하여 고농도의 상황버섯추출물(액상)을 그리고 뽕잎으로부터는 농축한 페이스트를 제조하였다. 상기 추출물에 대한 NICEM(National Instrumentation and Environmental Management, 농업과학공동기기센터)의 물성실험결과는 아래와 같다.

표 1은 상엽추출물(페이스트상)을 나타내며, 표 2는 상황버섯추출물(액상)을 나타낸다.

구 분		시 험 결 과
총무기물 (mg/100g)		81.94
무 기 성 분 함 량	AI (mg/l)	27.37
	B (mg/l)	6.35
	Ba (mg/l)	0.38
	Si (mg/l)	2.02
	Cr (mg/l)	0.72
	Cu (mg/l)	14.74
	Fe (mg/l)	9.0
	Mn (mg/l)	3.76
	Ni (mg/l)	0.28
	Zn (mg/l)	17.32
	Pb (mg/l)	0.0
	Cd (mg/l)	ND

구 분		시 험 결 과
상황추출물		28.066
무 기 성 분 함 량	AI (mg/l)	2.34
	B (mg/l)	1.75
	Ba (mg/l)	ND
	Si (mg/l)	ND
	Cr (mg/l)	0.396
	Cu (mg/l)	0.05
	Fe (mg/l)	5.93
	Mn (mg/l)	ND
	Ni (mg/l)	0.20
	Zn (mg/l)	17.40
	Pb (mg/l)	ND
	Cd (mg/l)	ND (미검출)

표 1 및 표 2를 참조하면, 무기물 함량 시험은 식품공전 일반시험법에 따라 진행된 것으로 높은 함량을 나타내고 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같이 이루어진 본 발명은 초음파를 이용한 원료물질 추출장치에 관한 것으로서 이를 통하여 플라보노이드 등의 열에 변형되기 쉬운 물질의 추출을 상온에서 진행할 수 있으며, 초음파와 추출대상물이 직접적으로 동일 공간에서 접촉하지 않는 상태로 최적 수율의 추출장치를 구성함으로써 인간이 직접 사용하는 식품, 의약품, 의약외품, 화장품용 등의 원료물질 제조시 그 장점이 있다.

또한, 본 발명은 초음파 진동부(발생장치)를 추출대상물질의 중앙부분에 함침 함으로써 초음파가 추출대상물질에 균일하게 전달됨으로서 용이하게 원료물질의 추출이 가능하며, 원료 및 시간 등의 추출비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 초음파의 간접조사에 따라 플라보노이드와 같은 열로 인한 파괴가 쉬운 물질의 분자변형이 발생되지 않도록 하며, 불순물의 함유가 없는 고순도의 추출물을 저가에 공급할 수 있는 장점이 있다.

Claims

추출조와 진동부를 구비한 초음파를 이용한 원료물질 추출장치에 있어서,

추출대상물과 추출용매제를 수용하는 추출조;

상기 추출조의 중앙부위에 상하로 연장되게 배치되는 진동부;

상기 진동부와 소정거리 이격되고 상기 추출대상물과 상기 진동부가 분리되도록 상기 추출조 내에 함침되며, 상기 진동부에서 발생하는 초음파를 상기 추출대상물에 전달하는 투과판; 및

상기 진동부를 포함하는 투과판 내의 공간에 충진되는 초음파 전달물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 원료물질 추출장치.
제 1 항에 있어서,

상기 투과판은 초음파 전달물질 또는 추출용매와 불활성인 재질의 박판인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 원료물질 추출장치.
제 1 항에 있어서,

상기 추출대상물이 담겨진 추출조 공간에는 구동장치에 의하여 구동되는 하나 또는 둘 이상의 임펠러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 원료물질 추출장치.
제 1 항에 있어서,

상기 추출조의 하단에는 배플플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 원료물질 추출장치.
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