KR101484095B1 - 기계화학적 분쇄를 이용한 게 분말 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 게 분말 제조방법에 관한 것으로서, 채취한 게를 세척하는 세척단계, 세척된 게를 1 ~ 10 mm 크기로 절단하는 절단단계, 상기 절단된 게 조각을 진동 환경하에서 기계화학적으로 분쇄하여 5 ~ 20μm 크기의 활성화된 게 분말을 수득하는 기계화학적 분쇄단계 및 상기 게 분말을 건조하는 건조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 저렴한 비용으로 식감이 우수하고 영양이 높은 게 분말을 제공할 수 있어 국민들의 식생활 개선 및 건강 증진에 기여할 수 있는 효과가 있다.

Description

기계화학적 분쇄를 이용한 게 분말 제조방법{Method For Producing Crab Powder Using Mechano-Chemistry Milling}

본 발명은 기계화학적 분쇄를 이용한 게 분말 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 섭취시 키토산 성분의 용출이 매우 용이하도록 미분쇄 및 활성화된 게 분말을 제조하는 방법에관한 기술이다.

키틴은 게, 가재 또는 새우 등의 갑각류 및 균류나 조류 등의 고등 식물 세포벽에 존재하는 천연 고분자 물질로 셀룰로오스 다음으로 풍부한 자원이다. 키토산은 키틴을 탈 아세틸화하여 제조되는 물질로 탈 아세틸의 정도에 따라 물에 잘 용해되지 않으나 저농도의 산성 용액에 용해되는 특성을 보이는 물질로 알려지고 있다. 키틴과 키토산은 무독성, 환경친화성 및 생체 적합성이 우수하여 여러 의료용 분야에 많이 활용되고 있고, 최근에는 농산물 생산에 친환경 물질로 병충해 예방과 항생물질로서의 사용뿐만 아니라 성장 촉진 및 증산 등의 이유로 농업분야에 새로운 총아로 부각되고 있다. 이에 힘입어 식품 및 약품 분야에서도 그 활용도가 크게 넓어지고 있다. 또한 친환경 필름(film)을 위시하여 새로운 공산품에도 그리고 중합체 단백질 혹은 중금속 등과 결합 침전하여 오염을 줄이는 등의 다각적인 방면에 활용이 넓어지고 있는 물질로 향후 수요가 폭발적으로 증대되는 신소재라 사료된다.

민물게, 바닷게, 갯펄게 등에는 풍부한 양의 키토산이 함유되어 있는 것으로 알려져 있는데, 통상의 게 관련 제품은 일반 분쇄기로 갈아서 액성처리 가공한 액상 게관련 제품이 주류로서 게로부터 키토산의 용출을 기대할 수 없는 실정이다.

한편, 대부분의 키토산은 수생 갑각류의 껍질로부터 탄산칼슘을 용해하여 유리 키틴을 얻은 후 디아세틸화하여 형성되고, 그 키토산을 회복 및 건조하게 된다. 갑각류로부터 키토산을 회복함에 있어서의 문제는 균일하고 양질의 키토산을 얻는 것이 매우 어렵다는 것이다. 또한, 종래 키토산을 추출하는 기술들은 3단계 이상의 공정으로 이루어져 있어 공정이 복잡하다는 단점이 있다.

예를 들어, 국내등록특허 제1206855호에서는, 갑각류 껍질을 분쇄하는 공정, 분쇄된 갑각류 껍질에 함유된 아스타잔틴을 주정으로 추출하는 탈색공정, 탈색공정에서 탈색된 갑각류 껍질을 젖산이 담긴 추출탱크에 투입하고 끓여서 회분을 추출 및 분리하는 탈회공정, 탈회 공정을 거친 갑각류 껍질을 탄산칼륨(K₂CO₃)이 담긴 추출 탱크에 투입하고 끓여서 단백질을 추출 및 분리시켜 키틴을 수득하는 탈 단백공정을 통해 키틴을 수득하고, 수득된 키틴을 증류수로 씻어 중화시킨 후 발효 탱크에 투입하고, 미생물을 상기 발효 탱크 내에서 접종시켜 탈 아세틸화하여 키토산을 수득하는 키토산의 수득방법을 개시하고 있다.

그러나, 이러한 종래 갑각류에서 키토산을 추출하는 기술들은 대부분 용매를 이용한 화학적 추출방식으로서 공정이 복잡하여 생산 효율이 낮고 추출물의 식감이 떨어지는 문제점이 있다.

한국등록특허 제1206855호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 분쇄 공정만으로 식감이 우수하고 섭취시 키토산 성분의 용출이 매우 용이하도록 활성화된 게 분말을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 채취한 게를 세척하는 세척단계, 세척된 게를 1 ~ 10 mm 크기로 절단하는 절단단계, 상기 절단된 게 조각을 진동 환경하에서 기계화학적으로 분쇄하여 5 ~ 20μm 크기의 활성화된 게 분말을 수득하는 기계화학적 분쇄단계 및 상기 게 분말을 건조하는 건조단계를 포함하는 것을 게 분말 제조방법이 제공된다.

여기서, 상기 기계화학적 분쇄단계는 게 조각을 진동 환경하에서 볼 밀링을 통해 분쇄하는 분쇄 단계와, 상기 분쇄된 게 분말의 비표면적을 증가시켜 활성화시키는 1차 활성화 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 1차 활성화 단계는 상기 분쇄된 게 분말을 진동 환경하에서 로드밀링을 수행하는 로드밀링 단계와, 로드밀링을 거친 게 분말을 진동 환경하에서 회전하는 2개의 관 사이로 통과시키면서 상기 게 분말의 비표면적을 증가시키는 튜브 가공 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 건조된 게 분말을 기계화학적 가공에 의해 활성화시키는 2차 활성화 단계가 더 포함되는 것이 보다 바람직하다.

그리고, 상기 진동 환경은 회전에 의한 원심력을 이용한 진동과 진동초음파에 의한 진동이 복합적으로 제공될 수 있다.

또한, 상기 기계화학적 분쇄단계 하나의 밀링 장치내에서 연속적으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따르면, 저렴한 비용으로 식감이 우수하고 영양이 높은 게 분말을 제공할 수 있어 국민들의 식생활 개선 및 건강 증진에 기여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 게 분말 제조방법을 설명하는 공정도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 게 분말 제조를 위한 밀링장치의 구조를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 게 분말 제조를 위한 밀링장치의 구조를 도시한 것이다.

이하에서는 본 발명의 게 분말 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 공정별로 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 채취된 게를 세척하여 게의 표면에 묻어 있는 이물질을 제거한 후(S10), 게를 1 ~ 10 mm 크기(바람직하게는 5mm)로 절단한다(S20). 게를 10mm 이상의 크기로 절단하는 경우 분쇄 공정 시간이 지연되고 분쇄 효율이 저하되는 문제점이 있고, 게를 1mm 이하로 절단하는 경우 절단 공정에 소요되는 시간이 길어지는 문제점이 있다.

그 다음, 절단된 게 조각을 밀링 장치(1)에 투입하여 기계화학적으로 분쇄한다(S30). 기계화학적 분쇄는 세부적으로, 약 5mm 정도 크기의 게 조각들을 볼 밀링을 통해 5 ~ 20μm 크기의 분쇄물을 얻는 분쇄 공정(S31)과, 분쇄물의 비표면적을 증가시켜 활성화시키는 1차 활성화 공정(S32)을 포함한다.

본 발명에 따른 기계화학적 분쇄 공정을 도 2의 밀링 장치(1)를 통해 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밀링 장치(1)로서, 3번의 분쇄 공정을 하나의 장치내에서 연속적으로 수행할 수 있도록 만들어진 것이다. 본 발명의 밀링장치(1)는 원료 투입부(3)와 분쇄물 배출부(4)가 구비되는 본체(2)와, 본체 내에 구비되는 볼 밀링유닛(10), 로드 밀링유닛(20) 및 튜브 가공 유닛(30)과, 밀링장치(1)에 진동을 인가하기 위한 원심력 진공 제공수단(40, 50)을 포함하여 구성되며, 도면에서 본체를 회전시키기 위한 구성은 생략되어 있다.

본체(2)의 내부는 볼 밀링유닛(10), 로드 밀링유닛(20) 및 튜브 가공 유닛(30)의 3개의 유닛으로 분할되고, 각 유닛 간에는 격벽(5)이 설치되는데, 격벽(5)에는 다수 개의 개공(6)이 형성되어 투입된 원료가 현재 유닛에서의 가공이 이루어진 후 다음 유닛으로 유입될 수 있도록 되어 있다.

볼 밀링유닛(10)은 내부에 다수 개의 비드가 수용되어 있으며, 본체(2)의 회전시 비드가 자유낙하 하면서 그 충격 또는 비드의 회전에 의한 마찰작용에 의해 미분화가 이루어지는 분쇄방식이다.

로드 밀링유닛(20)은 강철제 로드가 설치되어 본체 내에서 게 분쇄물이 로드에 마찰되면서 분쇄됨과 동시에 비표면적이 증가되어 에너지 활성화가 이루어지는 역할을 제공한다.

튜브 가공유닛(30)은 게 분쇄물이 2개의 관 사이로 통과되면서 원심력에 의해 내부관의 외주면과 외부관의 내주면에 마찰되면서 분쇄물 입자의 비표면적이 증가되도록 한다.

볼 밀링유닛(10)에서는 주로 5mm 크기의 게 조각을 5 ~ 20μm 크기의 입자로 분쇄하는 분쇄공정이 주로 이루어지고, 로드 밀링유닛(20)과 튜브 가공유닛(30)에서는 일부 분쇄공정이 이루어지기도 하지만 주로 게 분쇄물과 로드, 튜브 내,외주면 간의 마찰에 의해 게 분쇄물의 비표면적을 넓혀 에너지를 활성화시키는 기능을 제공한다. 분말의 비표면적이 넓어지는 경우 화학 반응 확률이 높아지게 되며, 키토산은 일종의 고분자 화합물이므로 게 분말을 섭취하였을 경우 위 속에서 소화액과 쉽게 화학 반응을 일으킬 수 있고 그에 따라 키토산의 체인이 용이하게 끊어질 수 있어 체내에서 키토산 성분이 용이하게 용출될 수 있는 것이다.

원심력 진공 제공수단(40, 50)은 본체(2)가 진동되도록 하여 비드간 또는 분쇄물 입자와 로드, 튜브 간의 미세한 충돌을 일으켜 분쇄 효율과 비표면 증가 효율을 높이기 위한 것으로서, 지면과 본체(2) 사이에 설치되는 스프링(40)과 본체(2)에 진동력을 인가하기 위한 진동력 인가수단(50)을 포함한다. 여기서, 진동력 인가수단(50)은 진동 모터나 편심 진동장치가 사용될 수 있다.

기계화학적 분쇄가 완료되면, 수득된 분쇄물을 저온에서 진공건조처리한다(S40). 저온 진공 건조방식은 밀폐된 건조실내를 감압하여 원료로부터의 수분증발을 촉진시켜 비교적 저온에서 건조하는 방법으로서, 일반적으로 감압의 정도는 30~100Torr 정도로 건조실내 공기의 수증기압을 낮게 한다. 보통 건조실내의 온도는 50℃ 이하로 하기 때문에 원료 중 단백질의 열변성이나 지방질의 산화 등을 억제할 수 있는 이점이 있다.

진공 건조에 의해 고체상의 게 분말이 얻어지면 기계화학적 분쇄 공정을 다시 한번 수행하여 게 분말을 2차 활성화시켜 게 분말 섭취 시 키토산 용출량을 보다 극대화할 수 있도록 한다(S50).

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 밀링 장치(1)를 나타낸 것으로서, 도 3의 실시예는 본체의 일측에 초음파 진동자(60)를 설치한 것이 제 1 실시예와 상이하다.

본 실시예에서는 초음파 진동자(60)를 통해 본체(2) 내부에 초음파를 인가함으로써 본체 내부의 액상 원료(게 분쇄물과 물의 혼합액)에 미소한 공동을 일으켜 분쇄 효율을 증가시킴과 아울러 열 에너지를 제공하여 활성화 에너지를 더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

초음파가 액상 원료에 인가되면, 액상 원료 내의 핵 생성, 기포(bubble)의 성장, 성장한 기포의 폭발적 파열 등 3단계의 캐비테이션 과정을 통해 기포 폭발에 따른 충격파에 의해 분쇄 효율성이 높아질 뿐 아니라, 충격파에 의한 에너지에 의해 활성화 에너지의 향상이 이루어지게 된다.

실험예

5mm 크기로 절단한 게 조각들을 네취코리아사의 커팅밀인 CS650/1000IIIA 모델을 이용하여 10μm 크기로 분쇄하여 얻어지는 게 분말(비교예)과 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 의해 얻어지는 동일한 크기의 게 분말의 표면적을 Blaine 방식으로 측정한 결과는 다음 표 1과 같다.

본 실험에서 비교예와 제 1 및 제 2 실시예에 사용된 밀링 장치는 5KW 급 모터를 사용하고 연속모드에서 시간당 30Kg의 생산성을 갖는 조건에서 실험되었다.

하기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 경우 비교예와 대비하여 표면적이 2.27배, 실시예의 2의 경우에는 2.7배 정도 큼을 알 수 있었으며, 이는 본 발명에 의해 얻어지는 게 분말을 섭취하였을 때 비교예에 의한 게 분말에 비해 키토산 용출량이 현저하게 많음을 보여주는 것이다.

또한, 비교예와 제 1 및 제 2 실시예에 있어서 얻어진 게 분말 50g을 25℃ 물 1리터에 투입하고 5분 동안 잘 저은 후 칼슘의 용해도를 실험한 결과, 표 2와 같이 제 1 실시예의 경우 비교예와 비교하여 칼슘 용해도가 약 90% 증가하였으며, 제 2 실시예의 경우에는 칼슘 용해도가 100% 증가한 것을 알 수 있어 본 발명에 의할 경우 영양소의 체내 흡수율이 매우 높음을 알 수 있었다.

1 : 밀링장치 2 : 본체
3 : 원료 투입부 4 : 분쇄물 배출부
5 : 격벽 6 : 개공
10 : 볼 밀링유닛 11 : 비드
20 : 로드 밀링유닛 21 : 로드
30 : 튜브 가공유닛 31 : 튜브
40 : 스프링 50 : 원심력 진공 제공수단
60 : 초음파 진동자

Claims (6)

1. 채취한 게를 세척하는 세척단계;
   세척된 게를 1 ~ 10 mm 크기로 절단하는 절단단계;
   상기 절단된 게 조각을 진동 환경하에서 기계화학적으로 분쇄하여 5 ~ 20μm 크기의 활성화된 게 분말을 수득하는 기계화학적 분쇄단계; 및
   상기 게 분말을 건조하는 건조단계를 포함하고,
   상기 기계화학적 분쇄단계는, 게 조각을 진동 환경하에서 볼 밀링을 통해 분쇄하는 분쇄 단계와, 상기 분쇄된 게 분말을 진동 환경하에서 로드밀링을 수행하는 로드밀링 단계와 로드밀링을 거친 게 분말을 진동 환경하에서 회전하는 2개의 관 사이로 통과시키면서 상기 게 분말의 비표면적을 증가시키는 튜브 가공 단계를 포함하는 1차 활성화 단계와, 상기 건조된 게 분말을 기계화학적 가공에 의해 활성화시키는 2차 활성화 단계를 포함하되,
   상기 기계화학적 분쇄단계는 하나의 밀링 장치내에서 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기계화학적 분쇄를 이용한 게 분말 제조방법.
   
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5. 제 1 항에 있어서,
   상기 진동 환경은 원심력을 이용한 진동과 초음파 진동자에 의한 진동인 것을 특징으로 하는 기계화학적 분쇄를 이용한 게 분말 제조방법.
   
6. 삭제

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