KR102529664B1 - 식용 가능한 생분해성 숟가락 및 이의 제조방법 - Google Patents

식용 가능한 생분해성 숟가락 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식용 가능한 생분해성 숟가락 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 식용 가능한 소재로 숟가락을 가열 및 가압 성형 제조하여, 이를 직접 식용할 수 있으며, 각종 식품에 접촉되어도 미생물에 의한 부패, 산패 및 오염이 발생하지 않도록 하여 친환경적으로 식용 가능한 생분해성 숟가락을 제공하는 것이다.

Description

식용 가능한 생분해성 숟가락 및 이의 제조방법{AN EDIBLE AND BIODEGRADABLE SPOON}
본 발명은 식용 가능한 생분해성 숟가락 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 식용 가능한 소재로 숟가락을 가열 및 가압 성형 제조하여 이를 직접 식용할 수 있으며, 각종 식품에 접촉되어도 미생물에 의한 부패, 산패 및 오염이 발생하지 않도록 하여 친환경적으로 식용 가능한 생분해성 숟가락을 제공하는 것이다.
일회용 수저는 휴대의 용이함과 위생적인 면에서 장점이 있어 사용자들이 야외에서 또는 간편하게 이용하고자 할 때 자주 사용되고 있으며, 식사를 비롯해 각종 음식물을 떠먹기 위한 중요한 식사도구 중 하나이다. 때문에 수저(숟가락)는 음식물을 직접적으로 떠서 입 속에 넣는 위생적으로 취급되어야 하는 용품이다.
일반적으로 일회용 수저는, 대부분 플라스틱으로 되어 있어 사용 후 매립, 소각, 재활용 등의 방법을 통해 처리하고 있으나, 매립의 경우 자꾸만 늘어나는 쓰레기로 인하여 매립공간이 부족해지고, 인근 지역 주민들에 의한 집단 이기주의 현상으로 매립지 확보가 어렵다.
또한, 플라스틱으로 제조된 일회용 수저는 매립 후에도 분해되기까지 수백 년 이상 소요되는 열가소성 중합체인 플라스틱 폐기물로 인하여 지반이 안정되지 않아 매립지의 이용에 많은 문제점이 있으며, 이들을 소각하는 경우 비산하는 분진의 발생과 더불어 상기한 바와 같은 다이옥신, 일산화탄소 등의 유해가스가 대량 발생하여 대기오염 및 인체에 심각한 해를 끼치는 원인이 되고 있다.
또한, 일회용 수저는 재활용되는 경우, 음식물을 취식 시 사용과정에 따른 고추기름 등 이물질이 있어 재활용이 어려운 측면이 있다. 또한, 일회용 환경 호르몬으로 인한 사용자의 건강문제도 문제점 중 하나가 된다.
특히, 일반적인 합성수지는 내약품성, 내구성 및 여러 물성 등이 우수하여 천연소재의 대체물로 일상생활에 많이 사용되고 있으나, 사용 후 폐기시 자연으로 환원되지 못하는 단점이 있다. 또한, 수요가 급속하게 증가되고 있는 일회용 포장재의 경우 분리수거가 원활히 이루어지지 않아 그대로 방치되는 경우가 많으며, 시골은 분리수거 물품을 태우는 경우가 많아 환경에 많은 지장을 초래하고 있다.
또한, 종래에 상기 합성수지를 폐기시키는 방법으로는 폐기물을 연소시키거나, 토양에 매립하는 방법, 회수하여 재이용하는 방법 등을 사용하였으나 상기 합성수지 폐기물을 연소시키는 방법은 대량의 유독가스가 발생되어 2차 오염을 유발하는 문제점이 있으며, 매립방법 역시 분해되지 않고 토지에 그대로 남아 2차 오염을 야기하는 문제점이 있었고, 상기 회수하여 재이용하는 방법 역시 회수율이 낮아 최종 폐기물이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서 최근에는 자연계의 미생물에 의해 쉽게 분해되는 생분해성 고분자로 화학합성을 통한 지방족 폴리에스테르, 발효에 의한 폴리히드록시 알카노에이트(PHA) 및 폴리히드록시 부틸레이트(PHB) 등으로 이루어진 스푼이 개발되고 있으나, 이러한 생분해성 스푼은 첨가제 중 난분해성 원료의 첨가로 인한 문제가 있으며, 가격 또한 고가여서 실용화에 어려움을 겪고 있다.
이를 위해, 종래 기술에서는 종이 수저의 제조 방법을 공개하고 있다. 종이로 수저을 제조함으로써 사용 후 폐기할 때에는 용이하게 썩도록 하여 환경오염을 방지할 수 있으나, 제조 과정이 복잡하고, 인체에 미치는 영향은 해결되지 않고 있는 실정이다.
이에 수저의 사용 후 이를 페기하고자 할 때 매립지에 별도로 매립하거나 소각하여 폐기할 필요 없이, 직접 사용하거나 또는 물에 용해시키거나 또는 각종 식품에 첨가제로 사용될 수 있도록 하는 것으로, 각종 식품에 접촉되어도 미생물에 의한 부패, 산패 및 오염이 발생하지 않도록 하는 것이 필요하다.
KR 10-2017-0057139 B1
본 발명의 목적은 식용 가능한 소재로 숟가락을 가열 및 가압 성형 제조하여, 식용 가능한 숟가락을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 각종 식품에 접촉되어도 미생물에 의한 부패, 산패 및 오염이 발생하지 않도록 하여 친환경으로 자연 분해가 가능한 생분해성 숟가락을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 식용 가능한 생분해성 숟가락은 일면에 오목한 오목부가 형성된 헤드부; 및 상기 헤드부에 연결된 손잡이부; 를 포함하며, 상기 헤드부 및 손잡이부는 전분, 곡물가루 및 셀룰로오스(cellulose)를 포함하여, 자연 분해성이 우수한 것이다.
상기 전분은 옥수수 전분, 고구마 전분, 감자 전분 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 곡물 가루는 쌀 가루, 찹쌀 가루, 옥수수 가루, 좁쌀 가루, 보리 가루, 밀가루, 콩가루 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 셀룰로오스(cellulose)는 시금치 분말, 배추 분말, 솔잎 분말, 송진 분말, 밀껍질, 쌀껍질 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 추출되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식용 가능한 생분해성 숟가락의 제조방법은 1) 전분, 곡물가루 및 셀룰로오스를 혼합하는 원료 혼합물 제조 단계; 2) 상기 1) 단계의 원료 혼합물에 글리세린을 첨가하여 호화시키는 호화단계; 및 3) 상기 2) 단계의 호화된 원료 혼합물을 숟가락 모양의 실리콘 틀에 넣어 가압 성형하는 성형단계를 포함하는 것이다.
4) 상기 3) 단계의 성형물을 생분해성 코팅 조성물에 침지시킨 후 가열 건조시키는 단계를 더 포함하는 것이다.
상기 생분해성 코팅 조성물은 생분해성 고분자 및 천연 추출물로 이루어지는 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
이하, 본원의 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시태를 들어 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 발명의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식용 가능한 생분해성 숟가락은 일면에 오목한 오목부가 형성된 헤드부; 및 상기 헤드부에 연결된 손잡이부;를 포함하며, 상기 헤드부 및 손잡이부는 전분, 곡물가루 및 셀룰로오스(cellulose)를 포함하여, 자연 분해성이 우수한 것이다.
상기 헤드부는 음식을 용이하게 뜨기 위해 하방으로 오목하게 패인 오목한 오목부와 반대편에 오목부를 형성하는 과정에서 상대적으로 형성된 볼록부가 마련된 타원형 볼 구조로 되어 있는 것으로, 그 크기와 형태는 제한하지 않고, 음식을 용이하게 뜨기 위한 형태로서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 사용할 수 있는 모든 형태를 포함하는 것으로 정의한다.
상기 손잡이부는 헤드부의 반대편에 형성되어 손으로 잡을 수 있으며, 상기 헤드부를 통해 음식을 뜨기 위한 길다란 막대 형상으로, 그 크기와 형태는 제한하지 않고, 사용자의가 손으로 잡을 수 있는 형태로서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 사용할 수 있는 모든 형태를 포함하는 것으로 정의한다.
본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락의 헤드부 및 손잡이부는 전분, 곡물가루 및 셀룰로오스(cellulose)로 이루어져 자연 분해성, 즉 생분해성이 우수한 것이다.
상기 전분은 옥수수 전분, 고구마 전분, 감자 전분 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 전분은 녹말로서 천연물로부터 수득된 녹말 전분을 사용하는 것이 바람직하며, 옥수수 전분, 고구마 전분, 감자 전분 등이 사용될 수 있다.
특히, 옥수수 전분의 경우, 현존하는 고분자로서 생분해성이 가장 우수하며, 천연계 고분자로서 무독성이다. 또한, 공급이 용이하여 가격이 매우 저렴할 뿐만 아니라 화학 구조상으로도 단위 글루코스(glucose) 당(unit) 히드록시 작용기(Hydroxyl group)를 3개씩 보유함으로써 물리적 특성을 이화학적으로 다양하게 바꿀 수 있다는 장점을 가진다.
상기 곡물 가루는 쌀 가루, 찹쌀 가루, 옥수수 가루, 좁쌀 가루, 보리 가루, 밀가루, 콩가루 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 쌀에는 7% 내외의 단백질이 함유되어 있으나, 밀가루에 함유된 글루텐을 형성하는 프롤라민이나 글루텔린이 함유되어 있지 않기 때문에 글루텐이 형성되지 않으므로 부풀게 하는 성질이 없다.
그러나, 찹쌀 가루의 경우, 쌀의 주성분인 전분을 구성하는 아밀로오스와 아밀로펙틴이 혼합되지 않고 아밀로펙틴 위주로 구성된 것으로, 노화가 늦게 일어나고 부드러움과 끈적거리는 특성이 있으며, 노화된 경우에도 열에 의해 가역적인 반응을 나타내 호화된 상태로 돌아오는 특성을 가지고 있다.
상기 셀룰로오스(cellulose)는 식물의 세포벽 주성분으로서, 자연계에서 석탄에 이어 다량으로 존재하는 유기화합물이다. 셀룰로오스는 수많은 수소 결합을 보유하고 있어서 결정성이 형성되며 뛰어난 기계적 강도를 유발하며, 본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락의 프레임을 구성하도록 하는 것이다.
또한, 본 발명의 식용이 가능한 생분해성 숟가락에 포함되는 전분 및 곡물 가루의 결합을 촉진하는 촉매의 역할을 한다.
상기 셀룰로오스(cellulose)는 시금치 분말, 배추 분말, 솔잎 분말, 송진 분말, 밀껍질, 쌀껍질 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 추출되는 것이다.
바람직하게 본 발명의 셀룰로오스(cellulose)는 솔잎 분말에서 추출된 천연 셀룰로오스인 것이다.
상기 솔잎 분말은 방부, 살균, 및 향기를 돋우는 효과뿐만 아니라 약리적 효능이 있어 장수와 건강을 위해 식용되어 왔으며, 한방 또는 민간요법에서 동맥경화증, 고혈압, 당뇨병, 신경통, 관절염 등의 노화 관련 질환예방에 효과적인 약용식물로 이용되었다. 솔잎의 유효성분으로는 chlorophyll, carotene, 식이섬유소, terpenoids, phenolic compounds, tannin 및 alkaloids 화합물이 알려져 있다.
보다 바람직하게 본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락은 생분해성 고분자 및 천연 추출물을 더 포함할 수 있다.
상기 생분해성 고분자는 폴리락트산, 폴리카프로락톤 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락은 폴리락트산 및 폴리카프로락톤을 포함하는 것으로, 상기 폴리락트산과 폴리카프로락톤은 전분과의 가공성을 용이하게 하고, 생분해성 고분자의 일종이므로, 본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락은 자연 상태에서 완전한 분해가 가능하다.
또한, 상기 폴리카프로락톤은 전분과 폴리락트산의 혼합을 용이하게 하는 기능이 있다.
상기 생분해성 고분자 중에서도 폴리카프로락톤(이하, PCL로 명명함)은 일종의 선형 지방족 폴리에스테르 분자로서, 비극성 메틸렌기 5개 및 상대적으로 극성인 에스테르기 1개로 이루어진 분자 구조로 인하여 몇몇 독특한 성질을 가지고 있다. 물리적인 성질은 높은 올레핀 함량으로 인하여 폴리올레핀과 유사한 반면에, 가수분해에 불안정한 지방족 에스테르 결합의 존재는 고분자가 생체내에서 분해되도록 유도한다. 상기 분자 구조는 또한 PCL이 수많은 다른 고분자와 상용성을 갖도록 하므로, 이에 따라 독특한 성질을 가지는 다양한 PCL 고분자 배합체가 제조 가능하다. 또한, PCL은 서서히 분해되고 폴리락타이드 및 폴리락타이드-코-글리콜라이드와 같이 산성 환경을 만들지 않으며, 생분해되면서 프로폴리스를 방출함과 동시에 독성이 없는 저분자량의 부산물을 생산한다.
상기 천연 추출물은 옹굿나물(Aster fastigiatus Fisch.) 추출물, 털큰앵초(Primula jesoana var. pubescens) 추출물 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 옹굿나물(Aster fastigiatus Fisch.)은 다년생 초본으로, 한국, 중국, 일본, 러시아에 분포한다. 한국은 전국에 분포하며, 높이가 30~100cm정도로 자란다. 줄기는 높이 30-100cm이고 줄기는 곧추서며 세로로 능선이 있고 윗부분에서 가지가 산방상으로 퍼지며 깔깔한 털이 밀생한다. 꽃은 8-10월에 피고 지름 7-9mm로서 원줄기 끝의 산방화서에 달리며 화경은 길이 3-8mm이다. 총포는 통형이고 길이 4mm, 나비 5mm이며 포는 4줄로 배열되고 도피침형 둔두로서 털이 많으며 내편은 길이 1.5mm이다. 설상화는 1줄로서 백색이고 화관은 길이 5-6.5mm, 나비 1mm이다. 잎은 처음에 나온 잎은 꽃이 필 때까지 그대로 남아 있으며 선상 피침형이고 양끝이 좁으며 길이 5-12cm, 나비 4-15mm로서 밑부분이 좁아져 엽병으로 되고 뒷면은 흰빛이 돌며 선점과 복모가 있으며 가장자리에 톱니가 드문드문 있고 흔히 뒤로 말리며 윗가장자리에 짧은 털이 있다. 경생엽은 위로 가면서 점차 작아지고 선상 피침형 또는 선형이며 뒷면은 복모가 밀생하고 선점이 있으며 화서의 잎은 길이 2-3mm이다.
상기 털큰앵초(Primula jesoana var. pubescens)는 쌍떡잎식물 합판화군 앵초목 앵초과의 여러해살이로, 큰앵초에 비하여 잎자루와 꽃줄기에 긴 털이 많으며, 원줄기는 없이 뿌리줄기가 옆으로 뻗는다. 꽃은 통꽃으로 지름 1.5~2.5cm의 붉은 자주색 꽃이 7~8월에 핀다. 열매는 길이 7~12mm의 긴 타원형의 삭과(果)를 맺는다. 한국, 일본, 중국 등지에 분포한다.
상기 천연 추출물은 물, C1 내지 C6의 저급 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 추출 용매를 이용하여 추출되는 것이다.
구체적으로, 상기 천연 추출물을 제조하기 위해서는 천연물을 세척하는 단계; 세척 후 건조시키는 단계; 건조 후 천연물을 분쇄하는 단계; 알코올 용매를 사용하여 상기 분쇄물을 침출시키는 단계; 시료를 침출 후 건조시키는 단계; 물을 이용하여 침출시키는 단계; 및 침출하는 단계를 포함하여, 천연 추출물을 획득할 수 있다.
상기 알코올 용매를 사용하여 추출한 천연 추출물은 알코올 용매를 사용하여 분획을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 추출물을 제조하는 방법은 초음파 추출법, 침출법 및 환류 추출법 등 당업계의 통상적인 추출 방법일 수 있다. 구체적으로 세척 및 건조로 이물질이 제거된 천연물을 물, 탄소수 1 내지 6의 알코올 또는 이들의 혼합 용매로 추출한 추출물일 수 있으며, 상기 용매들을 순차적으로 시료에 적용하여 추출한 추출물일 수도 있다.
상기 환류 추출법은 탄소수 1 내지 6의 알코올 100mL기준으로, 천연물의 분쇄물 10 내지 30g, 환류 시간 1 내지 3시간 및 50 내지 100%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한다. 보다 구체적으로, 탄소수 1 내지 6의 알코올 100mL기준으로, 천연물의 분쇄물 10 내지 20g, 환류 시간 1 내지 2시간 및 70 내지 90%의 탄소수 1 내지 4의 알코올에 의한 것이다.
상기 침출법은 15 내지 30℃, 24 내지 72시간 동안 및 50 내지 100%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다. 보다 구체적으로는 20 내지 25℃, 30 내지 54시간 동안 및 70 내지 80%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다.
상기 초음파 추출법은 30 내지 50℃, 0.5 내지 2.5시간 동안 및 50 내지 100%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다. 구체적으로는 40 내지 50℃, 1 내지 2.5시간 동안 및 70 내지 80%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다.
상기 추출 용매는 시료의 중량 기준으로 2 내지 50배를 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 2 내지 20배이다. 추출을 위해 시료는 추출 용매에서 침출을 위해 1 내지 72 시간 동안 방치될 수 있으며, 보다 구체적으로 24 내지 48시간 동안 방치될 수 있다.
추출 후, 추출물은 새로운 분획 용매를 순차적으로 적용하여 분획할 수 있다. 분획시 사용하는 분획 용매는 상기 용매는 물, 헥산, 부탄올, 에틸아세트산, 에틸 아세테이트, 메틸렌클로라이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상이며, 바람직하게는 에틸아세테이트 또는 메틸렌클로라이드이다.
추출물 또는 분획물을 얻은 후에는 농축 또는 동결건조 등의 방법을 추가적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식용 가능한 생분해성 숟가락의 제조방법은 1) 정제수, 전분, 곡물가루 및 셀룰로오스를 혼합하는 원료 혼합물 제조 단계; 2) 상기 1) 단계의 원료 혼합물에 글리세린을 첨가하여 호화시키는 호화단계; 및 3) 상기 2) 단계의 호화된 원료 혼합물을 숟가락 모양의 실리콘 틀에 넣어 가압 성형하는 성형단계를 포함하는 것이다.
상기 1) 단계의 원료 혼합물은 옥수수 전분 100 중량부에 대하여, 쌀가루 10 내지 20 중량부, 찹쌀 가루 10 내지 20 중량부, 셀룰로오스 10 내지 20 중량부 및 정제수 3 내지 5 중량부를 포함한다.
본 발명의 원료 혼합물은 상기 범위 이상으로 첨가하면 상기 원료 혼합물에 수지가 충분히 함침되지 않으므로 수지로부터 쉽게 탈리되며, 전자레인지에서 가열하여 사용할 때, 다소간 연화되는 단점이 존재할 수 있다.
또한, 상기 범위 미만으로 첨가되면 수지의 함량이 상대적으로 높아지므로 자연성 분해 속도가 늦어지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락은 유해물질인 가소제를 사용할 필요가 없다는 점에 특징이 있으며, 상기 천연 원료가 대부분을 차지하므로 가소제와 같은 유해한 화학물질은 첨가할 필요가 없는 것이다.
본 발명의 2) 단계는 상기 1) 단계의 원료 혼합물에 글리세린을 첨가하여 호화시키는 호화단계로, 상기 호화는 전분입자가 수용액상에서 가열에 의해 흡수, 수화, 팽윤되어 그 물리 화합적 성질이나 구조가 변하여 점도 증가를 증가시키는 것이다.
상기 원료 혼합물을 호화시켜, 점도를 향상시킴으로써 식용 가능한 생분해성 숟가락의 물리적 강도를 향상시킬 수 있다.
상기 글리세린을 첨가하여 호화시키는 경우, 수분에 대한 분산성을 향상시킴으로써 전분과 혼합 시 복합체를 형성할 수 있어, 전분의 호화 유지하는 역할을 한다.
본 발명의 3) 단계는 상기 2) 단계의 호화된 원료 혼합물을 숟가락 모양의 실리콘 틀에 넣어 가압 성형하는 성형단계로, 상기 실리콘 틀의 크기와 형태는 제한하지 않고, 숟가락 형태로서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 사용할 수 있는 모든 형태를 포함하는 것으로 정의한다.
본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락은 4) 상기 3) 단계의 성형물을 생분해성 코팅 조성물에 침지시킨 후 가열 건조시키는 단계를 더 포함하는 것이다.
상기 생분해성 코팅 조성물은 생분해성 고분자 및 천연 추출물로 이루어지는 것이다.
상기 생분해성 고분자는 폴리락트산 및 폴리카프로락톤을 포함하며, 상기 천연 추출물은 옹굿나물(Aster fastigiatus Fisch.) 추출물 및 털큰앵초(Primula jesoana var. pubescens) 추출물을 포함하는 것이다.
바람직하게 본 발명의 생분해성 코팅 조성물은 폴리락트산 100 중량부에 대하여, 폴리카프로락톤 70 내지 80 중량부, 옹굿나물 추출물 20 내지 40 중량부 및 털큰앵초 추출물 20 내지 40 중량부를 포함한다.
상기 범위에 의하는 경우, 각 추출물의 상호 작용에 의하여 생분해성 고분자 만을 혼합하는 것에 비해 높은 생분해성을 가지며, 코팅력이 상승하여, 본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락의 물성이 우수하도록 할 수 있다.
특히, 본 발명의 천연 추출물은 옹굿나물 추출물 및 털큰앵초 추출물을 포함하여, 우수한 항균 활성을 갖는 것으로, 본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락이 식품과 접촉 시 식품에 함유된 유해균을 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 유해균은 대장균(Escherichia coli), 프로테우스 불가리스(Proteus vulgaris), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus) 및 이들의 혼합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 균을 포함한다.
대장균(Escherichia coli)은 간균에 속하는 장내세균으로 그람 음성균에 속하며, 대부분의 대장균은 상재균으로 병원균이 아니나, E. coli O157:H7이나 장내독소형 대장균 (ETEC, enterotoxigenic E. coli) 등은 병원성 대장균으로서 사람에 게서 식중독을 유발하거나, 소, 돼지, 염소 등의 여러 동물들에서 설사를 일으킨다. 병원성 대장균은 60℃에서 10분간 가열했을 때 활성을 잃는 이열성독소 (heat-labile enterotoxin, LT)나 100℃에서 30분간 가열해도 저항성을 나타내는 내열성독소 (heat-stable enterotoxin, ST)를 생산할 수 있다. 병원성 대장균 중에 장내독소형 대장균은 동물에서도 심각한 문제를 초래하는데, 신생자돈이나 이유자돈에서의 설사증은 축산산업에서 큰 문젯거리다. 그 중에서도 K88형 대장균, K99형 대장균, 987P형 대장균 및 F41형 대장균이 주요 장내독소형 병원성 대장균의 형태로 알려져 있다.
그람 음성 세균 중 식중독세균으로 알려진 프로테우스 불가리스(Proteus vulgaris)는 인간과 동물의 장에 서식하며, 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)은 건강한 개체의 피부 또는 비강 표면에 보균되는 그람양성균으로서 외독소를 생산하여 식중독을 일으킨다.
또한, 식세포를 죽이는 독소(류코시딘), 용혈소, 응고효소 등을 분비하여 감염숙주세포의 저항성에서 벗어나 화농성 감염증을 일으킨다.
포도상구균은 50% 이상의 건강한 사람, 동물의 피부, 비강 등에서 흔히 발견되며 여드름, 농가진 같은 경증의 피부감염증부터 폐렴, 수막염, 패혈증과 같은 생명을 위협하는 질환들에 이르기까지 다양한 질병을 초래할 수 있다. 또한, 원내감염의 가장 흔한 5가지의 원인 중 하나이며, 종종 수술 후 상처 감염증을 초래한다. 황색포도상구균은 균주에 따라 여러 가지 독소를 분비할 수 있는데, 이는 발열성 독소 초항원(Pyrogenic toxin superantigens), 표피 박탈성 독소(Exfoliative toxins), 기타독소 등 3가지로 분류된다.
식중독의 원인이 되는 7가지의 장독소(enterotoxin)를 만들어내는 균주는 발열성 독소 초항원에 속한다. 황색포도상구균이 생산한 장독소는 위장염의 원인이 되는데, 오심, 구토, 설사, 복통 증상을 일으키며, 8 내지 24 시간 내에 증세가 완화되어 자연 치유된다. 식중독 증상은 세균 자체에 의해서가 아니라 장독소에 의해 발생하는 것으로, 내열성이 강하여 식품을 가열·조리하여도 파괴되지 않으므로, 황색포도상구균에 오염된 식품은 섭취하지 않는 게 최선이다.
본 발명의 생분해성 코팅 조성물은 본 발명이 숟가락이 식품과 접촉 시, 세균과 곰팡이 등에 쉽게 오염되지 않도록 항균 효과를 나타내는 것으로, 숟가락으로 인한 음식 섭취 시, 각종 균 및 곰팡이 등으로 인한 여러 질환 및 감염병을 예방할 수 있다.
본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락 및 이의 제조방법에 의하면, 식용 가능한 소재로 숟가락을 가열 및 가압 성형 제조하여, 이를 직접 식용할 수 있는 식용 가능한 숟가락을 제공할 수 있다.
또한, 각종 식품에 접촉되어도 미생물에 의한 부패, 산패 및 오염이 발생하지 않도록 하여 친환경적으로 식용 가능한 생분해성 숟가락을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 식용 가능한 생분해성 숟가락의 제조 과정의 일부를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 식용 가능한 생분해성 숟가락의 섬유 코팅용 조성물에 따른 형상 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 식용 가능한 생분해성 숟가락 섬유 코팅용 조성물에 따른 항균 효과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[제조예1: 생분해성 코팅 조성물의 제조]
1. 천연 추출물의 제조
옹굿나물(Aster fastigiatus Fisch.)을 세척하고 건조한 뒤 이를 분쇄하였다. 상기 분쇄물을 물에 혼합하고 이를 2시간 동안 98 내지 100℃를 유지하고, 이를 냉각시킨 뒤 와트만 여과지로 여과하여 옹굿나물 추출물(AE)을 제조하였다.
털큰앵초의 경우에도 상기 옹굿나물 추출물(AE)의 제조 방법과 동일한 방법을 이용하여 털큰앵초 추출물(PE)을 제조하였다.
2. 생분해성 코팅 조성물의 제조
상기 제조된 옹굿나물 추출물(AE) 및 털큰앵초 추출물(PE)을 생분해성 고분자 폴리락트산(PLA) 및 폴리카프로락톤(PCL)과 하기 표 1과 같은 함량 범위로 혼합하여 생분해성 코팅 조성물(BAC)로 제조하였다.
BAC1 BAC2 BAC3 BAC4 BAC5 BAC6 BAC7 BAC8 BAC9
폴리락트산(PLA) 100 100 100 100 100 100 100 100 100
폴리카프로락톤(PCL) 60 70 80 90 80 80 80 80 80
AE - - - - 10 20 30 40 50
PE - - - - 10 20 30 40 50
(단위: 중량부)
[제조예2: 식용 가능한 생분해성 숟가락의 제조]
본 발명에 따른 식용 가능한 생분해성 숟가락의 제조방법을 하기의 표 2와 같은 방법으로 각 단계를 구성하여 본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락을 제조하였다.
SPOON1 SPOON2 SPOON3 SPOON4 SPOON5 SPOON6 SPOON7 SPOON8 SPOON9 SPOON10 SPOON11
S1 O O O O O O O O O O O
S2 O O O O O O O O O O O
S3 O O O O O O O O O O O
S4 - - O(BAC1) O
(BAC2)		 O
(BAC3)		 O
(BAC4)		 O
(BAC5)		 O
(BAC6)		 O
(BAC7)		 O
(BAC8)		 O
(BAC9)
S4' - O - - - - - - - - -
S1: 정제수 4g, 옥수수 전분 70g, 쌀가루 8g, 찹쌀가루 8g 및 셀룰로오스 10g을 혼합하는 원료 혼합물 제조 단계
S2: 상기 원료 혼합물에 글리세린 4g을 첨가하여 100℃에서 20분간 호화시키는 단계
S3: 상기 호화된 원료 혼합물을 숟가락 모양의 실리콘 틀에 넣어 200℃에서 가압 성형하는 성형단계
S4: 상기 성형물을 본 발명의 생분해성 코팅 조성물(BAC1 내지 BAC9)에 침지시킨 후 70℃의 온도에서 가열 건조시키는 단계
S4': 상기 성형물을 본 발명의 생분해성 코팅 조성물(BAC1 내지 BAC9)에 침지시키는 것을 제외하고, S4와 동일한 방법으로 가열 건조시키는 단계
[실시예1: 식용 가능한 생분해성 숟가락의 생분해능 평가]
상기 제조예 1 내지 2에 따라 제조된 식용 가능한 생분해성 숟가락 SPOON1 내지 SPOON10에 대한 생분해능을 평가하기 위하여, 하기와 같은 실험을 진행하였다.
먼저, 생분해능은 3개월 간 토양 매립을 통한 본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락(SPOON1 내지 SPOON10)의 무게 감소를 통해 확인하였으며, 매립 후 정해진 기간을 기준으로 시료를 채취, 물과 알코올로 시료의 이물질을 제거한 후, 매립 후 무게를 매립 전 무게로 나누어 생분해율을 측정하였다.
이 때, 매립은 인근 야산에 호기성 미생물과 혐기성 미생물이 공존할 수 있는 30cm 깊이로 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
SPOON1 SPOON2 SPOON3 SPOON4 SPOON5 SPOON6 SPOON7 SPOON8 SPOON9 SPOON10 SPOON11
생분해능(무게 감소율) 55.8 55.3 78.5 82.5 83.2 79.2 91.6 93.2 98.9. 97 91.7
(단위: %)
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락은 전분, 곡물가루 및 셀룰로오스로 이루어져 50% 이상의 분해능을 나타내는 것을 확인하였다.
특히, 상기 본 발명의 생분해성 코팅 조성물(BAC1 내지 BAC9)을 입힌 숟가락(SPOON3 내지 SPOON11)의 경우, 모두 90% 이상의 분해능을 나타내는 데에 비해, 본 발명의 생분해성 코팅 조성물(BAC1 내지 BAC9)이 함유되어 있지 않은 숟가락(SPOON1 내지 SPOON2)의 경우 분해 속도가 느리게 진행됨을 확인하였다.
[실시예2: 식용 가능한 생분해성 숟가락의 물성 평가]
상기 제조예 1 내지 2에 따라 제조된 식용 가능한 생분해성 숟가락 SPOON1 내지 SPOON11에 대한 형상을 끓는 120℃의 물에 각각 담군 후 10분이 경과된 형상을 비교하기 위해 하기와 같은 물성 평가를 진행하였다.
상기 식용 가능한 생분해성 숟가락 SPOON1 내지 SPOON11의 물성 평가는, 식품물성시험기(Texture analyzer)를 사용하여 2×2 cm로 잘라 경도(hardness), 검성(gumminess), 응집성(cohesiveness), 탄력성(springiness), 씹힘성(chewiness)을 측정하였으며, 각 항목을 평균하여 1 내지 10의 지수(0.5 반올림 적용)로 총괄하여 나타내었다.
하기의 지수는 그 숫자가 높을수록 그 평가가 우수한 것으로, 식용 가능한 생분해성 숟가락으로 사용하는데 적합한 것이다.
SPOON1 SPOON2 SPOON3 SPOON4 SPOON5 SPOON6 SPOON7 SPOON8 SPOON9 SPOON10 SPOON11
경도 3 3 5 7 7 7 8 9 10 10 9
검성 3 3 6 7 8 8 8 8 10 9 8
응집성 2 3 6 6 7 6 7 8 9 9 8
탄력성 2 2 7 8 8 8 8 9 9 9 9
씹힘성 3 3 7 7 8 7 8 9 10 9 8
(단위: 지수)
상기 표 4를 참조하면, 상기 제조예 2의 S4 단계를 포함하지 않는 SPOON1의 경우, 끓는 120℃의 물에 각각 담군 후 10분이 경과함에 따라, 끈적임 및 물렁한 정도의 물성을 나타냈으며, 물성 평가를 떨어뜨리는 것을 확인하였다.
본 발명의 생분해성 코팅 조성물(BAC1 내지 BAC9)을 포함하는 것을 제외하고 가열 건조를 진행한 SPOON2의 경우에도 SPOON1과 유사한 물성 평가를 확인하였다.
그러나, 본 발명의 생분해성 코팅 조성물 BAC1 내지 BAC9를 포함하여 가열 건조를 진행하는 경우, 상기 생분해성 코팅 조성물을 포함하지 않고 가열 건조를 진행한 SPOOM2에 비해서 물성 평가가 크게 향상되는 것을 확인하였다. 특히, 본 발명의 생분해성 코팅 조성물 BAC6 내지 BAC8을 포함하여 가열 건조를 진행하는 SPOON8 내지 SPOON10은 더욱 우수한 물성을 나타내었다.
따라서, 본 발명의 생분해성 코팅 조성물에 본 발명의 숟가락 성형물을 넣어 침지시킨 후 가열 건조하는 과정이 본 발명의 숟가락의 물성에 중요하다는 점을 알 수 있다.
상기 식용 가능한 생분해성 숟가락 SPOON1 내지 SPOON11 중에서 가장 우사한 물성을 나타낸 SPOON9의 120℃의 물에 각각 담군 후 10분이 경과된 형상(도 2, a) 및 80℃의 커피에 담군 후 10분이 경과된 식용 가능한 생분해성 숟가락의 형상(도 2, b)을 하기 도 2에 나타내었다.
[실시예3: 식용 가능한 생분해성 숟가락의 식용 가능 평가]
1. 인체 안정성 평가
상기 제조예 1 내지 2에 따라 제조된 식용 가능한 생분해성 숟가락 SPOON1 내지 SPOON11에 대한 인체 안전성을 실험하기 위하여 하기와 같은 안전성 시험을 수행하였다.
상기 제조된 식용 가능한 생분해성 숟가락 SPOON1 내지 SPOON11을 분말화 하여, 랫트 반복투여 독성시험 모델에 투여하여, 독성 및 부작용 발현을 확인하였다.
SD 계통의 6주령의 암수 랫트를 군당 10 마리(암수 각 5 마리)씩으로 나누어 각 숟가락(SPOON1 내지 SPOON11)의 분말을 매일 동일한 오전 시간대에 1회 경구 투여하는 것을 13주 동안 반복하였다. 1회 투여량은 3.75 mg/kg 내지 5 mg/kg의 양으로 투여하였다. 이후, 사망률, 일반증상, 체중변화, 사료 및 물 섭취량을 관찰하였다.
실험 기간 내에 본 발명의 숟가락 SPOON1 내지 SPOON11을 투여한 모든 군에서 사망개체가 발생하지 않았다. 상기 실험 결과에 비추어, 본 발명의 식용 가능한 생분해성 숟가락은 식용이 가능하며, 독성에도 문제되지 않음을 확인하였다.
2. 항균 평가
상기 제조예 1 내지 2에 따라 제조된 식용 가능한 생분해성 숟가락 SPOON1 내지 SPOON11에 대한 항균 효과를 알아보기 위해, KS 0693 - 1990 시험법에 의거 식중독을 일으키는 원인균 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)을 균주로 하여 106 마리를 접종하고 본 발명의 숟가락(SPOON1 내지 SPOON11)에 대한 항균도를 측정하였다.
항균 효과는 미생물의 양을 측정하여 하기 도 3에 나타내었으며, 도 3에 나타낸 바와 같이, 생분해성 코팅 조성물 BAC1 내지 BAC9을 포함하지 않은 SPOON1 내지 SPOON2 군 대비 본 발명의 생분해성 코팅 조성물 BAC1 내지 BAC9을 함유하는 숟가락에서 미생물의 양이 104 내지 103 이하로 감소하는 높은 항균력을 나타내는 것을 확인하였다.
특히, 본 발명의 생분해성 코팅 조성물 BAC6 내지 BAC8을 포함하여 가열 건조를 진행하는 숟가락 SPOON8 내지 SPOON10은 가장 우수한 항균력을 나타내는 것을 확인하였다.
[실험예4: 기호성 평가]
상기 제조예 1 내지 2에 따라 제조된 식용 가능한 생분해성 숟가락 SPOON1 내지 SPOON11에 대해 기호성 평가를 진행하였다. 숟가락 SPOON1 내지 SPOON11를 성인남녀 20명에게 제공한 이후, 맛 및 향에 대한 평가를 요청하였다.
평가 점수는 각 항목 당 1 내지 10점으로 평가를 요청하였으며, 평가 결과는 평균 점수로 환산하여 나타내었다.
상기 지수는 그 숫자가 높을수록 기호도가 높은 것이다.
SPOON1 SPOON2 SPOON3 SPOON4 SPOON5 SPOON6 SPOON7 SPOON8 SPOON9 SPOON10 SPOON11
맛 4.0 4.5 5.5 7.0 7.0 6.0 7.5 8.5 9.5 9.0 8.0
향 4.0 4.0 5.5 7.0 6.5 6.5 7.5 8.0 9.0 9.0 8.0
종합기호도(평균) 4.0 4.5 5.5 7.0 6.5 6.0 7.5 8.5 9.5 9.0 8.0
(단위: 지수)
상기 표 5를 참조하면, SPOON1 내지 2에서는 혼합 원료의 맛과 향으로 인해 기호도가 떨어짐을 확인하였다. 그러나 본 발명의 천연 추출물들을 포함하는 생분해성 코팅 조성물을 사용하는 경우, 기호도가 우수함을 확인하였다.
특히, SPOON9 내지 10의 경우, 가장 우수한 맛과 향을 나타내는 것으로 확인되어, 기호도가 높은 식용 가능한 숟가락의 제공이 가능함을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

  1. 일면에 오목한 오목부가 형성된 헤드부; 및
    상기 헤드부에 연결된 손잡이부를 포함하며,
    상기 헤드부 및 손잡이부는 전분, 곡물가루 및 셀룰로오스(cellulose)를 포함하고,
    생분해성 코팅 조성물을 더 포함하는 것으로,
    상기 생분해성 코팅 조성물은 폴리락트산 100 중량부에 대하여, 폴리카프로락톤 70 내지 80 중량부, 옹굿나물 추출물 20 내지 40 중량부 및 털큰앵초 추출물 20 내지 40 중량부로 포함하는
    자연 분해성이 우수한,
    식용 가능한 생분해성 숟가락.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전분은 옥수수 전분, 고구마 전분, 감자 전분 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인
    식용 가능한 생분해성 숟가락.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 곡물 가루는 쌀 가루, 찹쌀 가루, 옥수수 가루, 좁쌀 가루, 보리 가루, 밀가루, 콩가루 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인
    식용 가능한 생분해성 숟가락.
  4. 제 1항에 있어서.
    상기 셀룰로오스(cellulose)는 시금치 분말, 배추 분말, 솔잎 분말, 송진 분말, 밀껍질, 쌀껍질 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 추출되는 것인
    식용 가능한 생분해성 숟가락.
  5. 1) 정제수, 전분, 곡물가루 및 셀룰로오스(cellulose)를 혼합하는 원료 혼합물 제조 단계;
    2) 상기 1) 단계의 원료 혼합물에 글리세린을 첨가하여 호화시키는 호화단계;
    3) 상기 2) 단계의 호화된 원료 혼합물을 숟가락 모양의 실리콘 틀에 넣어 가압 성형하는 성형단계; 및
    4) 상기 3) 단계의 성형물을 생분해성 코팅 조성물에 침지시킨 후 가열 건조시키는 단계를 포함하고,
    상기 생분해성 코팅 조성물은 폴리락트산 100 중량부에 대하여, 폴리카프로락톤 70 내지 80 중량부, 옹굿나물 추출물 20 내지 40 중량부 및 털큰앵초 추출물 20 내지 40 중량부로 포함하는
    식용 가능한 생분해성 숟가락의 제조방법.
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