KR101081225B1 - 감귤가공부산물을 이용한 폴리페놀 농축액 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감귤가공부산물을 이용한 폴리페놀 농축액과 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 감귤가공부산물을 이용한 폴리페놀 농축액 제조방법은, 감귤가공부산물에 물을 첨가하면서 분쇄하는 분쇄단계와; 분쇄단계를 거친 액상의 분쇄물에 중화제를 투입하는 중화제투입단계와; 중화제투입단계를 거친 액상의 분쇄물에 응집제를 투입하는 응집제투입단계와; 응집제가 투입된 액상의 분쇄물을 연속농축탈수기에 투입하여 탈수 처리하여 함수율 60 ~ 90 %의 탈수슬러지를 제조하는 탈수단계와; 탈수단계를 거친 탈수슬러지를 1 ~ 10 kg/㎠의 압력으로 압착 탈수하여 압착탈수슬러지와 분리된 액상의 탈수액을 제조하는 압착탈수단계와; 탈수액을 여과 처리하여 폴리페놀이 함유된 농축액을 제조하는 여과단계;를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의해, 감귤가공부산물을 이용하여 폴리페놀이 함유된 농축액을 제조함으로써 폐기물의 배출을 막고 추출액을 이용하여 가축분뇨나 하수슬러지 가공 및 음식물쓰레기 처리장의 악취발생을 방지할 수 있고, 응집제와 중화제를 투입하면서 탈수 및 압축 탈수하는 비교적 간단한 공정을 통해 폴리페놀이 포함된 농축액을 제조할 수 있다.

감귤가공부산물, 폴리페놀, 악취, 탈수

Description

감귤가공부산물을 이용한 폴리페놀 농축액 제조방법{Making mehod of Polyphenol concentrates using by citrus peel}

본 발명은 감귤가공부산물에서 폴리페놀이 함유된 액상의 농축액을 제조하여 악취 제거 및 가추 피부병 방지, 폐수 처리에 사용할 수 있도록 한, 감귤가공부산물을 이용한 폴리페놀 농축액 제조방법에 관한 것이다.

제주지역의 감귤생산량은 년간 약 65만톤에 달하고 있으며, 이중 생과공급량을 제외하고 가공하는 감귤은 약 14만톤에 이른다.

그러나 감귤을 가공한 후에 발생되는 감귤가공부산물은 약 7만톤으로 일부는 사료로 이용하고 대부분은 해양투기를 함으로써 폐기물로 처리하고 있는 실정이다.

이러한 감귤가공부산물은 산업적으로 이용할 수 있는 천연물질을 풍부히 함유하고 있으나, 이의 추출과 활용에 대한 연구가 부족하여 이를 해양에 폐기함으로써 막대한 자원낭비와 해양을 오염시키는 주체가 되어 있는 실정이다.

감귤가공부산물의 이용 연구 사례로는, 반추가축의 사료로 사용하는 방법이 일반적이나 이는 사용량이 제한되어 있어서 대부분 해양투기하여 왔으며, 건조하여 한약제로 사용하는 방법을 비롯하여 펙틴을 추출하여 의약품 또는 식품의 원료로 사용하거나, 감귤피로부터 항생제를 추출하여 고부가가치 상품을 제조하는 방법등이 활용되어 왔으나, 경제성과 실효성이 없어 대부분 실패한 실정이다.

상기와 같은 방법을 제외하고, 현재까지 감귤가공부산물로부터 폴리페놀을 추출하여 악취방지 및 병원성 미생물 성장억제 효과를 나타내는 물질로 적용하여 온 경우는 없었다.

또, 현재까지 폴리페놀을 추출하는 방법으로 알콜을 사용하는 기술이 공개되어 있는 실정인데, 이는 많은 비용이 소요되는 문제점을 갖고 있었다.

더불어, 현재까지 폴리페놀은 대부분 소화를 억제하거나 영양소의 이용을 억제하는 독성물질로 인식하여 왔으며, 악취방지를 위한 적용대상으로 고려한 적은 없었다.

일반적인 악취방지 기술은 대부분 바이오필터(Biofilter)를 사용하는 방식이 보편화되어 있으며, 유용한미생물 또는 기타 이와 유사한 미생물을 사용하여 미생물이 성장하여 악취를 제거한다는 논리로 악취를 제거하는 방식이 적용되어 왔으나, 시간과 공간에 대한 제약에 따라 이의 실효성에 많은 문제가 있음이 나타나고 있는 실정이다.

본 발명의 감귤가공부산물을 이용한 폴리페놀 농축액 제조방법은, 제주도에서 많은 양이 생산되고 있는 감귤가공부산물을 이용하여 폴리페놀이 함유된 농축액을 제조함으로써 폐기물의 배출을 막고 추출된 액상을 이용하여 가축분뇨나 하수슬러지 가공 및 음식물쓰레기 처리장의 악취발생을 방지하는 목적으로 활용하고자 하는데 있다.

또, 종래의 일반적인 폴리페놀 추출 방법은 알콜을 이용하는 방법을 사용하여 공정이 복잡하고 비용이 많이 소모되나, 본 발명에서는 응집제와 중화제를 투입하면서 탈수 및 압축 탈수하는 비교적 간단한 공정을 통해 폴리페놀이 포함된 농축액을 제조하려는 것이다.

특히, 폴리페놀을 액상 형태로 추출하여 사용함으로써 감귤가공부산물의 건조화 공법적용시 수분을 증발하는데 필요한 막대한 에너지 비용을 절감하고, 이로인한 이산화탄소 배출량 감소에 크게 기여하려는 것이다.

더불어, 감귤가공부산물을 건조하여 재생에너지를 생산하는 설비에 탈수공정을 필요로 하는 바, 본 발명의 탈수공정을 통해 공정의 중복투자를 방지할 수 있게 하려는 것이다.

또, 폴리페놀이 미생물의 단백질과 결합하는 점을 이용하여 감귤가공부산물에서 폴리페놀이 포함된 농축액을 제조함으로써, 이를 이용하여 악취를 방지하거나, 가축 피부병을 방지하거나 폐수의 총질소함량을 저하시킬 수 있게 하려는 것이 다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 감귤가공부산물을 이용한 폴리페놀 농축액 제조방법은, 감귤가공부산물에 물을 첨가하면서 분쇄하는 분쇄단계와; 분쇄단계를 거친 액상의 분쇄물에 중화제를 투입하는 중화제투입단계와; 중화제투입단계를 거친 액상의 분쇄물에 응집제를 투입하는 응집제투입단계와; 응집제가 투입된 액상의 분쇄물을 연속농축탈수기에 투입하여 탈수 처리하여 함수율 60 ~ 90 %의 탈수슬러지를 제조하는 탈수단계와; 탈수단계를 거친 탈수슬러지를 1 ~ 10 kg/㎠의 압력으로 압착 탈수하여 압착탈수슬러지와 분리된 액상의 탈수액을 제조하는 압착탈수단계와; 탈수액을 여과 처리하여 폴리페놀이 함유된 농축액을 제조하는 여과단계;를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 폴리페놀이 함유된 농축액에는 폴리페놀이 0.05% ~ 50% 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 의해, 제주도에서 많은 양이 생산되고 있는 감귤가공부산물을 이 용하여 폴리페놀이 함유된 농축액을 제조함으로써 폐기물의 배출을 막고 추출된 액상을 이용하여 가축분뇨나 하수슬러지 가공 및 음식물쓰레기 처리장의 악취발생을 방지할 수 있게 된다.

또, 종래의 일반적인 폴리페놀 추출 방법은 알콜을 이용하는 방법을 사용하여 공정이 복잡하고 비용이 많이 소모되나, 본 발명에서는 응집제와 중화제를 투입하면서 탈수 및 압축 탈수하는 비교적 간단한 공정을 통해 폴리페놀이 포함된 농축액을 제조할 수 있다.

특히, 폴리페놀을 액상 형태로 추출하여 사용함으로써 감귤가공부산물의 건조화 공법적용시 수분을 증발하는데 필요한 막대한 에너지 비용을 절감하고, 이로인한 이산화탄소 배출량 감소에 크게 기여할 수 있다.

더불어, 감귤가공부산물을 건조하여 재생에너지를 생산하는 설비에 탈수공정을 필요로 하는 바, 본 발명의 탈수공정을 통해 공정의 중복투자를 방지할 수 있게 된다.

또, 폴리페놀이 미생물의 단백질과 결합하는 점을 이용하여 감귤가공부산물에서 폴리페놀이 포함된 농축액을 제조함으로써, 이를 이용하여 악취를 방지하거나, 가축 피부병을 방지하거나 폐수의 총질소함량을 저하시킬 수 있게 된다.

폴리페놀은 단백질과의 결합력이 매우 우수한 물질로 알려져 있으며, 미생물의 표면의 단백질과 결합하여 이를 무력화시킨다는 연구는 많이 되어 왔다.

표 1은 순수한 폴리페놀과 단백질 및 악취유발 물질과의 결합반응을 실험한 것으로 단백질과의 결합능력이 매우 우수한 것을 알 수 있으며, 용해성 질소와의 결합력은 낮은 것으로 나타났다.

<표 1> 폴리페놀과 단백질과의결합능력 시험 결과

(PP : 폴리페놀, BSA : 소혈장단백질, CH : 유청단백질, CRF : 악취유발 혐기발효액)

항목	PP + NH4Cl	PP+BSA	PP+CH	PP+CRF
폴리페놀 함량(%)
반응전	99.7	98.9	100.1	99.2
반응후	75.5	4.2	27.7	7.8
결합물질내 PP함량	18.2	94.3	71.9	92.0
결합능력(%)	18.3	95.4	71.8	91.7

특히 병원성 미생물은 폴리페놀에 의하여 침전이 형성되어 사멸된다고 알려져 왔다.

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이러한 폴리페놀은 추출이 어렵고 경제성이 떨어져 산업화를 추진하지 못하여 왔으며, 더욱이 이를 추출하기 위한 원료가 부족하여 필요한 절대량을 생산하지 못하였다.

한편, 본 발명의 출원인은 감귤가공부산물에 다양한 종류의 폴리페놀이 존재하고 있으며 그 함량은 0.2% ~ 6%에 이르는 등 매우 높은 함량을 나타내고 있음을 알고 이를 활용하기 위한 연구를 해 왔다.

그 중 폴리페놀 추출의 대표적인 방법인 알콜을 이용한 방법을 적용해 보았으나 이는 많은 공정 및 비용이 소요되는 문제점이 있어 이를 감귤가공부산물에 적용할 경우 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

이에 지속적인 연구 개발 중 2단계의 탈수 공법을 사용하여 물로 폴리페놀을 추출할 수 있게 됨을 알게 되었으며, 추출된 액상은 알콜 사용 없이 폴리페놀의 농축액의 기능을 함을 알게 되었다.

이 추출액을 직접 살포하거나 물에 희석해 살포할 경우 악취 효과가 우수함을 알게 되었다.

이하, 본 발명의 감귤가공부산물을 이용한 폴리페놀 농축액 제조방법에 대해 첨부된 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.

1. 분쇄단계

감귤가공부산물에 물을 첨가하면서 분쇄한다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이 감귤가공부산물이 저장되어 있는 저장고(1)와 분쇄기(4)를 배관 연결하고, 관로상에 이송펌프(2)를 설치하여 저장고(1)로 감귤가공부산물을 이동시킨다.

아울러, 분쇄기(4)의 일측에 물이 공급되는 배관을 연결하여 분쇄기(4)에 물과 감귤가공부산물을 함께 공급하면서 분쇄한다.

도면에서 도면기호 (3)은 물이 공급되는 공정수공급라인을 나타낸 것이다.

분쇄기(4)에서 분쇄된 액상의 분쇄물은 도시된 것처럼 저장조(5)로 유입시킨다.

저장조(5)에서는 도시된 바와 같이 물공급배관(6)을 통해 물을 공급하면서 계속 교반시켜주는 것이 좋다.

2. 중화제투입단계

분쇄단계를 거친 액상의 분쇄물에 중화제를 투입한다.

도시된 바와 같이 중화제가 저장되는 중화제탱크를 준비한 후 중화제탱크를 저장조에서 배출되는 배관에 연결하여 저장조(5)에서 배출되는 액상의 분쇄물에 중화제가 공급되도록 한다.

도면에서는 중화제가 공급되는 중화제공급장치(8)의 구성으로, 중화제탱크 및 중화제공급호퍼, 교반지, 용해수를 공급하는 배관 등이 설치된 예가 도시되어 있다.

이때, 저장조(5)와 연결된 배관 상에 공급펌프(7)를 설치하여 내용물의 이송이 원할하게 한다.

중화제는 요구 조건에 따라 수산화칼슘 또는 가성소다(NaOH), 가성칼륨(KOH) 등 다양한 중화제를 이용하여 pH를 4 ~ 10으로 조절한다.

3. 응집제투입단계

중화제투입단계를 거친 액상의 분쇄물에 응집제를 투입한다.

도시된 바와 같이 액상의 분쇄물에 응집제를 공급하기 위한 응집제공급장치(9)는 응집제 용해를 위한 응집제용해장치를 준비하여 응집제용해장치에서 응집제를 용해시킨 후 응집제용해장치와, 저장조에서 배출되는 배관을 연결하여 응집제용해장치에서 배출되는 액상의 응집제를 액상의 분쇄물에 공급되도록 하였다.

응집제용해장치에도 역시 응집제를 용해하기 위한 물 공급 라인이 연결된다.

응집제는 고분자 유기응집제와 무기응집제 등 다양한 응집제를 사용할 수 있다.

4. 탈수단계

응집제가 투입된 액상의 분쇄물을 연속농축탈수기에 투입하여 탈수 처리하여 함수율 60 ~ 90 %의 탈수슬러지를 제조한다.

보다 구체적으로, 응집제가 투입된 액상의 분쇄물이 이동하는 배관에 디워터링(10)과 뉴메틱프레스(11)를 도면과 같이 설치하여 뉴메틱프레스(11)에서 함수율 60 ~ 90 %의 탈수슬러지와 잔량의 액체 즉, 1차 탈수액을 분리한다.

이때, 도시된 바와 같이 디워터링(10)에도 세척을 위한 물공급라인(12)이 연결되어 있다.

잔량의 액체 즉, 1차 탈수액은 도시된 것처럼 1차액상저장조(13)를 거친 다음 폐수 수처리를 하면 된다.

뉴메틱프레스(11)를 통과한 탈수슬러지는 도시된 것처럼 스크류 컨베이 어(14)를 통과시킨다.

이상과 같이 분쇄단계에서부터 탈수단계까지의 과정은 감귤가공부산물에 완전하게 착즙이 이루어지지 않은 상태의 당이 다량 존재하게 되는데 이를 제거하는 공정이라 할 것이다.

5. 압착탈수단계

탈수단계를 거친 탈수슬러지를 1 ~ 10 kg/㎠의 압력으로 압착 탈수하여 압착탈수슬러지와 분리된 액상의 탈수액을 제조한다.

보다 구체적으로 스크류 컨베이어를 통과한 탈수슬러지를 벨트프레스(15)로 이송하고, 벨트프레스에서 1 ~ 10 kg/㎠의 압력을 가하면서 탈수시킨다.

이때, 압착탈수슬러지 즉, 고형분은 별도로 배출하여 건조 공정 및 기타 처리 공정으로 투입하여 처리한다.

이때, 벨트프레스(15)에서 고형분 배출을 위한 벨트 중간에 세척을 위한 공정수공급배관(16)이 설치된다.

도면기호 (19)는 압착탈수슬러지가 배출되는 것을 나타낸 것이다.

6. 여과단계

탈수액을 여과 처리하여 폴리페놀이 함유된 농축액을 제조한다.

도시된 바와 같이 2차액상저장조(17)에 벨트프레스(15)를 통과한 액상의 탈수액을 저장하면서 잔량의 고형물을 침전시켜 액상만을 추출하여 폴리페놀액상저장 조(18)로 유입시켜 계속 교반한다.

2차액상저장조에서 여과 처리된 폴리페놀이 함유된 농축액에는 폴리페놀이 0.05% ~ 50% 함유되어 있게 된다.

<실험예 1>

본 발명에 의해 제조된 폴리페놀이 함유된 농축액과 악취유발 물질(양돈분뇨, 음식물 폐수 및 농축슬러지 추출액)과 반응시켜 50인을 참여시켜 직접 패널테스트를 한 것으로 음식물폐수 고액분리액을 제외하고 반응 후 매우 낮은 악취를 나타냈다.

<표 2> 본 발명에 의해 제조된 폴리페놀이 함유된 농축액에 대한 돈분의 악취제거과 (패널시험 : 50명)

	축산분뇨 여과액	음식물폐수 고액분리액	하수처리장 폐수	비고
폴리페놀이 함유된 농축액 첨가량(%)	25	25	5	-
악취 고(%)	0	12.5	0.7	매우 심함
악취 중(%)	4.7	60.1	5.1	낮음
악취 저(%)	95.3	27.4	94.2	매우 낮음

상기 실험에서 알 수 있듯이 음식물폐수 고액분리액을 제외한 나머지에서 악취 제거 효과가 우수하게 나타남을 알 수 있었다.

아울러, 본 발명에 의해 제조된 폴리페놀 농축액은 상기 도 1의 기초 연구 결과로 비추어 가축사육 밀도가 높은 농장의 경우 가축간 피부마찰에 의한 질병을 예방할 수 있을 것으로 예상되며, 단백질 및 악취유발물질과의 결합이 우수한 것으로 미루어 폐수 중의 총질소함량 저하용으로 사용될 수 있을 것으로 예상된다.

또한, 감귤에는 방향성 물질이 포함되어 있는 바, 악취제거는 물론 향기까지 제공할 수 있게 된다.

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도 2는 본 발명의 감귤가공부산물을 이용한 폴리페놀 농축액을 제조하기 위한 설비를 나타낸 설비개략도.

도 3은 본 발명의 감귤가공부산물을 이용한 폴리페놀 농축액을 제조방법을 나타낸 공정도.

<도면의 주요 부호에 대한 상세한 설명>

1 : 저장고 2 : 이송펌프

3 : 공정수공급라인 4 : 분쇄기

5 : 저장조 6 : 물공급배관

7 : 공급펌프 8 : 중화제공급장치

9 : 응집제공급장치 10 : 디워터링

11 : 뉴메틱프레스 12 : 물공급라인

13 : 1차액상저장조 14 : 스크류 컨베이어

15 : 벨트프레스 16 : 공정수공급배관

17 : 2차액상저장조 18 : 폴리페놀액상저장조

19 : 압착탈수슬러지 배출

Claims (5)

1. 폴리페놀 농축액 제조방법에 있어서,

   감귤가공부산물에 물을 첨가하면서 분쇄하는 분쇄단계와;

   분쇄단계를 거친 액상의 분쇄물에 중화제를 투입하는 중화제투입단계와;

   중화제투입단계를 거친 액상의 분쇄물에 응집제를 투입하는 응집제투입단계와;

   응집제가 투입된 액상의 분쇄물을 연속농축탈수기에 투입하여 탈수 처리하여 함수율 60 ~ 90 %의 탈수슬러지를 제조하는 탈수단계와;

   탈수단계를 거친 탈수슬러지를 1 ~ 10 kg/㎠의 압력으로 압착 탈수하여 압착탈수슬러지와 분리된 액상의 탈수액을 제조하는 압착탈수단계와;

   탈수액을 여과 처리하여 폴리페놀이 함유된 농축액을 제조하는 여과단계;를 포함하여 구성된,

   감귤가공부산물을 이용한 폴리페놀 농축액 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 폴리페놀이 함유된 농축액에는 폴리페놀이 0.05% ~ 50% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는,

   감귤가공부산물을 이용한 폴리페놀 농축액 제조방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

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