KR102617376B1 - 동·식물용 셀레늄 영양제의 제조방법 - Google Patents

동·식물용 셀레늄 영양제의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 몬모릴로나이트 60 내지 90 중량% 및 황철석 10 내지 40 중량%를 포함하는 광물질을 분쇄하여 200 내지 350 mesh의 크기를 갖는 광물질 분말을 얻는 단계; 물을 선택성 이온 막이 구비된 전기분해 장치에서 전기분해하여 pH 2.5 내지 3.5의 전해수를 얻는 단계; 상기 광물질 분말 및 상기 전해수를 반응기에서 60 내지 70℃의 온도로 햇빛과 공기가 차단된 조건에서 5 내지 7일 동안 반응시켜 활성 미네랄을 추출하여 활성 미네랄을 함유하는 활성 미네랄수 및 황을 함유하는 추출잔류물을 얻는 단계; 상기 활성 미네랄수와 추출잔류물을 분리하는 단계; 상기 활성 미네랄수에 Na2SeO3, Na2SeO4, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 무기 셀레늄을 혼합하고 1 내지 2일 동안 반응시켜 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 얻는 단계; 상기 추출잔류물을 건조시키고, 150 내지 250 mesh로 분쇄시켜 분말의 추출잔류물을 얻는 단계; 및 상기 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수 및 상기 분말의 추출잔류물를 한 세트로 구성하는 단계를 포함하는 동·식물용 셀레늄 영양제의 제조방법을 제공한다.

Description

동·식물용 셀레늄 영양제의 제조방법 {Method of manufacturing selenium nutrition for animal and plant}
본 개시는 동·식물용 셀레늄 영양제의 제조방법에 관한 것이다.
미네랄은 유기 미네랄(활성 미네랄; active mineral: 이온상태)과 무기 미네랄(불활성 미네랄: 단원자 분자 상태)로 구분될 수 있다. 공기, 흙 속에 함유된 미네랄은 대부분 사람이나 동물이 흡수할 수 없는 무기 미네랄일 수 있다. 식물이나 동물에 흡수되어 아미노산과 결합된 상태의 미네랄이 인체가 소화, 흡수할 수 있는 유기 미네랄일 수 있다.
셀레늄은 화학주기율표상 6B족에 속하는 원소로서 원자번호는 34이고, 원소기호는 Se이며, 원자량은 7896이다. 셀레늄은 무기 셀레늄과 유기 셀레늄으로 크게 나눌 수 있다. 무기 셀레늄은 주로 소듐셀레나이트(sodiumselenite) (Na2SeO3)나 소듐셀레네이트(sodiumselenate) (Na2SeO4)의 형태로 존재하고, 물에서는 셀레나이트(SeO3)와 셀레네이트(SeO4)의 형태로 존재한다. 일반적으로 무기 셀레늄은 항산화 작용, 면역 작용과 암예방 작용을 하는데 있어서, 유기 셀레늄보다 훨씬 효과적이라고 할 수 있다.
그러나, 미네랄을 무기 상태로 섭취하면 흡수가 되지 않거나 특유의 독성으로 생리적 효용성이 떨어진다. 즉, 흙, 돌가루 등에 섞여 있는 무기 미네랄은 흡수가 어렵거나 효용(생리 반응)이 떨어지며 심지어 체내에 축적되어 독성 작용을 한다. 유기 미네랄은 동·식물 세포에 함유되어 있으며, 이들 동물 또는 식물의 섭취를 통해서만 사람이 흡수할 수 있다.
무기 미네랄은 공기, 흙, 물 등에 포함되어 있으며, 식물은 뿌리나 잎을 통해 무기 미네랄을 흡수하고 광합성 작용 등을 거쳐 무기 미네랄을 유기 미네랄로 전환시킨다. 셀레늄은 원소 형태나 셀레늄화물(selenide, Se2-), 셀레늄산염(selenate, SeO4 2-), 아셀레늄산염(selenite, SeO3 2-) 형태와 같은 무기 상태로 환경 속에 존재하는데, 유기체를 통해 흡수된 후 셀레늄을 포함한 단백질(selenium-containing protein)이나 아미노산, 예를 들어, 셀레노메티오닌(selenomethionine), 셀레노시스테인(selenocysteine) 등의 다양한 유기 형태로 전환된다.
셀레노메티오닌은 셀레늄을 함유한 가장 흔한 아미노산인데, 지금, 시중에서 판매되고 있는 유기 셀레늄인 셀레늄 효모는 거의 85%가 셀레노메티오닌이고, 나머지 15%가 기타 셀레늄으로 이루어져 있다.
무기 셀레늄인 셀레나이트(selenite)는 효과가 탁월하나 독성이 높은 문제가 있다. 유기 셀레늄의 일종인 Se-Methylselenocysteine(MSC)은 합성되어 일부 시판되고 있지만 아직은 일반화되지 않아 일반인들이 쉽게 구하기가 어려운 실정이다. 일반적으로 자연 식품에 많이 함유되어 있는 유기셀레늄인 셀레노메티오닌 및 셀레노시스테인이 가장 안전하다고 할 수 있다.
1973년 셀레늄이 동물에서 항산화 작용을 하는 효소 글루타티온퍼옥시다제(glutathione peroxidase)의 필수성분으로 밝혀진 이후 1978년 세계보건기구(WHO)는 셀레늄을 필수영양소로 인정하고 50∼200 ㎍을 1일 권장량으로 정하였다.
셀레늄은 화학비료를 사용하지 않고 생산된 농산물, 해산물, 우유, 계란, 완전곡류에 함유되어 있지만, 함량이 낮고, 채소 및 과일류에는 함량이 없거나 매우 낮다.
대한민국 등록특허공보 제10-0866587호
이에 본 개시에서는 상술한 문제점을 예의 검토한 결과, 선택성 이온막이 구비된 전기분해 장치에서 물을 전기분해하여 얻은 화학적 독성이 없고 안전한 산성전해수를 사용하여 특정 광물질들로부터 활성 미네랄을 함유하는 활성 미네랄수 및 황을 함유하는 추출 잔류물을 얻고, 활성 미네랄수를 사용하여 무기 셀레늄을 이온화 처리해주면, 셀레늄 이온이 함유된 독성이 없고 안전한 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 얻을 수 있으며, 셀레늄-함유 활성 미네랄수, 또는 셀레늄-함유 활성 미네랄수와 함께 황을 함유하는 추출 잔류물을 유기체인 동물 및 식물에 급이, 시비하면, 동물 및 식물에서 유기 셀레늄을 얻을 수 있다는 것을 발견하였고, 본 개시는 이러한 발견에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 개시의 관점은 안전하고 독성이 없으며, 유기체인 동.식물의 체내 흡수율이 용이하고, 유기 셀레늄으로의 전이가 빠른 친환경적 동.식물용 셀레늄 영양제의 제조방법, 및 이의 사용 방법을 제공하는데 있다.
본 개시의 제1 관점에 따르면, 동·식물용 셀레늄 영양제의 제조방법은 몬모릴로나이트 60 내지 90 중량% 및 황철석 10 내지 40 중량%를 포함하는 광물질을 분쇄하여 200 내지 350 mesh의 크기를 갖는 광물질 분말을 얻는 단계; 물을 선택성 이온 막이 구비된 전기분해 장치에서 전기분해하여 pH 2.5 내지 3.5의 전해수를 얻는 단계; 상기 광물질 분말 및 상기 전해수를 반응기에서 60 내지 70℃의 온도로 햇빛과 공기가 차단된 조건에서 5 내지 7일 동안 반응시켜 활성 미네랄을 추출하여 활성 미네랄을 함유하는 활성 미네랄수 및 황을 함유하는 추출잔류물을 얻는 단계; 상기 활성 미네랄수와 추출잔류물을 분리하는 단계; 상기 활성 미네랄수에 Na2SeO3, Na2SeO4, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 무기 셀레늄을 혼합하고 1 내지 2일 동안 반응시켜 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 얻는 단계; 상기 추출잔류물을 건조시키고, 150 내지 250 mesh로 분쇄시켜 분말의 추출잔류물을 얻는 단계; 및 상기 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수 및 상기 분말의 추출잔류물를 한 세트로 구성하는 단계를 포함한다.
예시적인 구현예에 따르면, 상기 선택성 이온 막은 폴리프로필렌으로 형성된 400 내지 450 ㎛의 두께를 갖는 불균질 막일 수 있다.
예시적인 구현예에 따르면, 상기 전해수 : 상기 광물질 분말의 혼합 중량비는 2 : 1 내지 3일 수 있다.
예시적인 구현예에 따르면, 상기 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄 수는 96 중량% 내지 99 중량%의 활성 미네랄수 및 1 중량% 내지 4 중량%의 무기 셀레늄을 포함하는 혼합물로부터 생성될 수 있다.
본 개시의 제2 관점에 따르면, 동·식물용 셀레늄 영양제의 사용방법은 상기 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 중량비로 500 내지 1500배의 물로 희석하여 0.5~1L/㎡로 식물의 관주 또는 옆면에 제1 시비하는 단계; 또는 상기 제1 시비하는 단계와 함께 분말의 추출잔류물을 0.01~0.5kg/㎡의 양으로 식물의 관주에 제2 시비하는 단계를 포함한다.
예시적인 구현예에 따르면, 상기 식물은 벼,보리,밀을 포함하는 수도작; 사과, 복숭아, 포도, 배를 포함하는 과수류; 딸기, 토마토, 방울토마토, 콩나물 및 콩을 포함하는 과채류; 상추, 배추를 포함하는 채소류; 및 인삼으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 개시의 제3 관점에 따르면, 동·식물용 셀레늄 영양제의 사용방법은 액상의 셀레늄-활성 미네랄수를 중량비로 500 내지 1500배의 물로 희석하여 동물에 제1 급이하는 단계; 또는 상기 제1 급이하는 단계와 함께 분말의 추출잔류물을 사료에 대하여 0.1~5중량%의 양으로 사료와 함께 동물에 제2 급이하는 단계를 포함한다.
예시적인 구현예에 따르면, 상기 동물은 소, 젖소, 돼지, 닭 및 오리로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 개시에 따른 동·식물용 셀레늄 영양제는 독성이 없으면서 동물 및 식물에 흡수가 용이하며, 동물에서는 단백질의 가수분해와 식물에서는 광합성 작용을 통하여 셀레늄을 무기 미네랄 상태에서 유기 미네랄 상태로 전환시킬 수 있다.
본 개시를 좀 더 구체적으로 설명하기 전에, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 본 개시를 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 개시의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 개시의 바람직한 하나의 예에 불과할 뿐이고, 본 개시의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 용이하게 실시할 수 있도록, 본 개시의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 아울러, 본 개시를 설명함에 있어서, 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
단백질은 효소적으로 (예를 들어, 프로테아제에 의해), 또는 비효소적으로 (예를 들어, 낮은 pH, 고온에 의해) 가수분해된다. 단백질의 가수분해는 단백질을 더 작은 폴리펩타이드 또는 아미노산으로 분해하는 대사과정의 일종이다. 즉, 단백질은 7~8개 아미노산으로 구성된 다양한 펩타이드로 분해된다. 아미노산은 필수아미노산 10종과 비필수아미노산 11종이 있다. 이들 아미노산 중 셀레늄과 결합하는 아미노산은 필수아미노산 중 메티오닌과, 비필수아미노산 중 시스테인이다.
메티오닌과 시스테인의 구조식을 보면 동일하게 황이 자리잡고 있다. 이 황이 셀레늄(Se)으로 치환되면 메티오닌과 시스테인은 셀레노메티오닌 및 셀레노시스테인으로 각각 전환된다. 즉, 무기 셀레늄이 유기 셀레늄으로 전환되는 것이다. 또한 이들 아미노산은 메틸기(CH3)를 스스로 잘라내고, 메티오닌은 Se 이온으로, 시스테인은 HSe 형태의 이온 미네랄로 각각 우리 몸의 소장에서 흡수된다. 이러한 이온 및 이온 미네랄은 인간 몸 안에서 항산화 작용을 할 수 있다.
본 개시에 따르면, 천연 광물질로부터 추출해낸 활성 미네랄수를 사용하여 무기 셀레늄을 이온화시켜 생성된 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 희석하여 동물에 급이하는 단계, 또는 상기 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 희석하여 동물에 급이하는 단계와 함께 상기 천연 광물질로부터의 황을 포함하는 분말의 추출잔류물을 사료와 함께 동물에 급이하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 셀레늄-함유 활성 미네랄은 유기체내 단백질과 임의 결합하여 셀레늄-함유 단백질(selenium-containing protein)이 된 다음, 단백질 분해과정에서 생산되는 아미노산에서 황(S) 이온을 셀레늄 이온으로 치환하여 유기 셀레늄 (즉, 셀레노메티오닌, 셀레노시스테인)을 생성시킴으로써 기능성 셀레늄 식품으로 가능한 동물을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시에 따르면, 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 식물(작물)에 관주 또는 옆면 시비하거나, 또는 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 식물(작물)에 관주 또는 옆면 시비하는 것과 함께 황을 포함하는 분말의 추출잔류물을 식물(작물)에 관주 시비하여, 식물이 성장하는데 영양원으로 이용하고, 단백질에 셀레늄이 포함되게 하여, 탄소 동화작용을 거쳐 아미노산에 셀레늄이 함유되게 함으로써 유기 셀레늄을 함유한 농산물을 제공할 수 있다.
<광물질 분말을 얻는 단계>
몬모릴로나이트 60 내지 90 중량% 및 황철석 10 내지 40 중량%를 포함하는 광물질을 분쇄하여 200 내지 350 mesh의 크기를 갖는 광물질 분말을 얻을 수 있다.
몬모릴로나이트는 약 1,200 만년 전, 백악기 시대의 화산활동에 의하여 생긴 규소성 광물질로서, 칼슘, 마스네슘, 칼륨, 나트륨과 같은 유기체에 유익한 미네랄이 풍부하다. 몬모릴로나이트를 산으로 처리하면 10 여종의 무기 활성 미네랄이 용출될 수 있다.
몬모릴로나이트에서 방사되는 원적외선은 탁월한 탈취작용을 갖고, 세포를 활성화시켜 주며, 유기체 내에 축적된 노폐물과 유해물질을 체외에 배설하게 한다.
하나 이상의 구현예에서, 광물질 분말은 60 내지 90 중량%, 65 내지 85 중량%, 70 내지 80 중량%, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 몬모릴로나이트를 포함할 수 있다.
광물질 분말에서, 몬모릴로나이트가 60 중량% 미만이면 용출되는 무기 활성미네랄 함량이 적게되고, 90 중량%를 초과하면 황철석의 중량이 적어져 용출되는 황 미네랄의 함량이 낮아질 수 있다.
황철석(Pyrite)은 FeS2의 화학식을 갖는 등축정계 황,철 광물로, 자연 상태의 결정이 종종 정육면체 모습을 띠고 있는 것이 특징이다. 황철석은 황이 약 53.33 중량%, 철이 약 46.67 중량%로, 황 성분이 철 성분보다 많다. 따라서 황철석은 황 성분을 생산하는 데에 사용될 수 있다.
본 개시에 따르면, 황철석의 일부는 Fe2+ 및 S2-로 액상에 용출되고, 황철석의 일부는 FeS2 상태로 (분말)추출잔류물에 남아 있을 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 광물질 분말은 10 내지 40 중량%, 15 내지 35 중량%, 20 내지 30 중량%, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 황철석을 포함할 수 있다.
광물질 분말에서, 황철석이 10 중량% 미만이면, 황 미네랄 함량이 낮아, 셀레늄과 치환되는 함량이 적을 수 있고, 40 중량%를 초과하면, 황의 독성이 발생되어 동물이나 식물에 악영향을 줄 수 있다.
황(S)과 셀레늄(Se)은 같은 족 (group 16)에 속하고, 황은 3주기, 셀레늄은 4주기에 위치하며, 모두 음이온을 띠고 있으나 셀레늄이 황보다 더 강한 산성을 띤다. 이론에 의해 구속되지 않고, 이는 여러 아미노산 중 메티오닌과 시스테인이 3주기의 황과 먼저 1차 결합하여 황아미노산이 되고, 2차로 4주기의 셀레늄이 황과 치환되어 셀레노아미노산 상태가 된다고 믿어진다.
광물질 분말은 작업성 및 활성 미네랄을 추출하는 효율 측면에서 약 200 내지 약 350 mesh의 평균 입자 크기가 바람직하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 크기의 광물질 분말에서, 광물질에 함유된 미네랄을 최대한 빠르게 용출할 수 있으며, 동,식물의 급이 및 살포시 흡수력이 빠르고 전이효율이 높아질 수 있다.
<전해수를 얻는 단계>
물을 선택성 이온 막이 구비된 전기분해 장치에서 전기분해하여 pH 2.5 내지 3.5 범위의 전해수를 얻는다.
전기분해에 사용되는 물은 일반적으로 쉽게 얻을 수 있는 수돗물 또는 지하수를 사용할 수 있으며, 특별히 이 두 가지로 제한되는 것은 아니다. 상기 선택성 이온 막은 아주 미세하게 얇은 막으로, 물은 통과시키지 않고, 이온만 선택적으로 통과시킨다. 따라서, 전기분해 장치 내에 선택성 이온 막을 적용하여 물을 전기분해하면 전해수가 생성되고, 이 전해수는 상기 장치의 양극에서는 산성수가 생성되고, 음극에서는 알칼리수가 생성된다.
본 개시의 일 구현예에 따른 전해수는 전기분해 장치의 양극에서 생성된 pH pH 2.5 내지 3.5, 2.5 내지 3.0, 3.0 내지 3.5 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 전해수를 적용하며, 이는 세균의 증식을 억제하고, 악취를 제거하는데 효과적이다.
상기 선택성 이온 막은 주로 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE), 폴리아미드 (PA), 셀룰로스아세테이트 (CA) 등의 재질로 형성되고, 상기 막은 400 내지 450㎛의 두께를 갖는 불균질 막인 것이 이온 선택성 및 온도 안정성 측면에서 바람직하다.
<활성 미네랄을 함유하는 활성 미네랄수 및 황을 함유하는 추출잔류물을 얻는 단계>
상기 광물질 분말 및 상기 전해수를 반응기에서 60 내지 70℃의 온도로 햇빛과 공기가 차단된 조건에서 5일 내지 7일 동안 반응시켜 활성 미네랄을 추출하여 활성 미네랄을 함유하는 활성 미네랄수 및 황을 함유하는 추출잔류물을 얻는다.
상기 반응은 완전 반응과 미네랄 추출을 위해 120 rpm 내지 360 rpm, 150 rpm 내지 350 rpm, 200 rpm 내지 300 rpm, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위 속도의 교반하에서 수행될 수 있다. 교반 속도가 120 rpm 미만이면 광물질 분말의 퇴적으로 인해 완전 반응이 어렵고, 360 rpm을 초과하면 광물질 분말의 분산으로 인해 후속 단계인 활성 미네랄수를 추출잔류물로부터 분리하는 것을 어렵게 할 수 있다.
아울러, 상기 반응시간이 실온에서 5일 미만이면 불완전 반응으로 인해 품질(미네랄 함량)이 저하될 수 있고, 7일을 초과하면 입자와 점성의 변화로 인해 후속 단계인 고액 분리, 즉 활성 미네랄수를 추출잔류물로부터 분리하는 것이 어려울 수 있다.
상기 pH 2.5 내지 3.5의 전해수는 인간, 동물, 및 식물에 무해하고 무독성으로, 예를 들어, pH 약 2.7에서 산화 환원 전위 (ORP)가 약 1100mV 이상이며, 대기중의 공기와 햇빛에 노출시키면, 전기분해 반응 전의 물의 pH와 비슷한 상태로 되돌아 가는 성질이 있다. 따라서, 본 개시의 일 구현예에 따른 전해수는, 햇빛과 공기가 차단된 소위 암실 분위기에서 반응시킨다.
또한, 반응 온도는 약 60℃ 내지 약 70℃의 온도로 진행한다. 반응 온도를 약 60℃ 내지 약 70℃로 설정하는 이유는, 상기 반응을 통해 형성하게 될 활성 미네랄의 pH를 약산성인 2.5 내지 3.5의 범위로 유지하기 위해서이다.
온도에 따른 물의 이온화 상수 (Kd/10-14)는, 예를 들어, 온도가 약 25℃에서는 1.2, 30℃에서는 1.8, 50℃에서는 8.0 등으로, 온도가 증가할수록 증가하는 비례관계이다. 따라서, 상기 전해수를, 예를 들어, 활성 미네랄의 충분한 용출을 위해 5일 내지 7일 동안 반응시키는 과정에서, pH가 전기분해를 실행하기 전의 상태로 되돌아가는 것을 방지하기 위해 실온보다 높은 약 60℃ 내지 70℃의 조건에서 반응시켜주는 것이 바람직하다.
상기 전해수 : 상기 광물질 분말의 혼합비는 중량비로 2 : 1 내지 3인 것이 바람직하다. 상기 광물질 분말의 중량비가 1 미만이면 용출되는 미네랄 함량이 저하되어 경제적 가치가 저하되고, 3을 초과하면 완전 반응이 안되어서 미네랄추출이 어려울 수 있다. 이와 같이, 본 개시에서는 활성 미네랄의 추출 용매로 pH 2.5 내지 3.5의 전해수를 사용함으로써 추출용매로 물을 사용하는 경우와 비교하여 완전 용해와 반응이 용이하며 미네랄의 클러스터(Cluster)를 작게 하여 활성도를 높이는 효과를 얻을 수 있다.
<활성 미네랄수와 추출잔류물을 분리하는 단계>
상기 활성 미네랄수와 추출잔류물을 분리한다. 분리는 원심 분리, 여과 등 고-액 분리를 할 수 있는 당업계에 알려진 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 분리 단계는 마이크로 필터로 활성 미네랄수를 여과하는 단계를 포함할 수 있다. 분리 단계를 통하여, 활성 미네랄을 함유하는 활성 미네랄수 및 황을 함유하는 추출잔류물이 얻어질 수 있다.
<액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 얻는 단계>
상기 활성 미네랄수에 Na2SeO3, Na2SeO4, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 무기 셀레늄을 혼합하고 1일 내지 2일 동안 반응시켜 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 얻을 수 있다.
하기 표 1은 본 개시에 따른 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수의 성분 분석표이다.
성분 함량 성분 함량 비고
Ca 22.5 Se 3.0 단위: mg/L
ICP 분석
한국화학시험연구원
Mg 54.0 Si 0.69
K 29.6 S 12.44
Na 91.5 Fe 53.5
본 개시에서, 동물 및 식물에 무기 미네랄의 섭취와 흡수를 용이하게 하기 위해서는, 무기 미네랄을 이온화시키는 것이 무엇보다도 중요하다.
본 개시에 있어서, 활성미네랄(Active Mineral)은 Ca, Mg, Na, Se 등 10여종의 미량원소가 이온 상태 즉, 활성화 상태로 존재하며 (표 1 참조), 핵자기 공진스팩트럼으로 측정하면, 일반 물(H2O)의 스팩트럼(140∼150Hz)보다 작은 40∼50Hz의 크기로 나타나며, 이는 동물의 장내 흡수와 식물의 세포막 등에 대해 고 삼투력을 갖게 되어 동물 소장내 흡수나 식물의 뿌리, 잎으로의 흡수가 용이하게 될 수 있다.
일반적으로, 동물은 이러한 미네랄을 잘 흡수하기 위하여 위(stomach)에서 이온화된 미네랄 즉, 이온 미네랄을 소화관에서 생성되는 저분자 수용성 단백질과 킬레이트된 상태로 보호막을 형성한 후 소장으로 보낸다.
이때 킬레이트되는 단백질은 소장의 세포막을 통과하기에 적당한 크기인 아미노산의 펩티드 수가 5 내지 8개 사이인 올리고머 상태의 펩티드 즉, 올리고펩티드이며, 만일 분자량이 큰 폴리펩티드와 킬레이트된다면 소장 세포막의 융합단백질은 이를 흡수하지 못하고 체외로 빠져나가게 된다.
식물에서는 어떤 세포 또는 장소에서 삼투압이 높으면 수분은 삼투압이 높은 쪽으로 이동하며 식물 뿌리의 삼투압이 높을수록 수분은 많이 흡수된다. 이는, TACT(Transpiration: 증산, Adhesion: 부착력, Cohesion: 응집력, Tension: 장력) 메커니즘에 따른 물의 이동설로써, 식물에서의 물 수송은 TACT가 서로 협조하여 이동되는 것과 같다. 물에 녹은 무기물은 뿌리털과 표피 세포로 들어간 다음 피층 유조직 세포의 세포질로 들어가는데 처음에는 발달하고 있는 옆원기로 이동하며, 잎이 성숙해서 광합성을 활발하게 시작하면 잎에서 성숙하고 있는 과일이나 씨 등 정단분열조직 또는 저장 줄기나 저장뿌리로 이동된다. 이때 체관에서 수송되는 주요 당은 설탕인데, 설탕은 수송된 뒤 녹말(녹말 분자는 크기 때문에 작고 유동성이 큰 설탕 분자보다 한 곳에 머무르려는 성질이 강함)로 바뀌어 저장되었다가 다시 설탕으로 가수분해되어 체관으로 수송되며, 이때 함께 수송된 셀레늄(Se)과 같은 이온을 효율적으로 흡수하여 축적할 수 있다.
상기 활성 미네랄수 및 상기 무기 셀레늄을 혼합하여, 96 내지 99 중량%의 활성 미네랄수 및 1 내지 4 중량%의 무기 셀레늄을 포함하는 혼합물에서, 상기 활성 미네랄수 및 상기 무기 셀레늄을 반응시켜 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 얻을 수 있다. 무기 셀레늄의 사용량이 상기 범위를 벗어나면 전이율이 낮아지거나, 동.식물이 흡수하는데 어렵거나, 독성이 있는 문제점이 있을 수 있다. 상기 활성 미네랄과 셀레늄 이온은 화학적으로 결합되지 않은 이온화 상태로서, 동물 및 식물이 활성 미네랄 및 셀레늄 이온의 흡수를 용이하게 할 수 있다.
셀레늄 함량이 1 중량% 미만이면 동·식물 급이 및 주입시 유기태로 전환되는 셀레늄의 함량이 적거나 없을 수 있고, 4 중량%를 초과하면 무기 셀레늄 원래의 독성 작용 때문에 동·식물의 활동이 저하되거나 폐사에 이를 수 있다.
<분말의 추출잔류물을 얻는 단계>
추출잔류물을 건조시키고, 분쇄시켜 분말의 추출잔류물을 얻는다. 분말의 추출잔류물은 150 내지 250 mesh, 150 내지 200 mesh, 200 내지 250 mesh, 또는 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위의 크기를 가질 수 있다.
건조는 자연 건조, 열풍 건조, 또는 분무 건조 등에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 당업계에서 일반적으로 사용하는 것이면 가능하다.
분말의 추출잔류물의 크기가 150 mesh 미만이면 물에 완전 용해가 어려워, 흡수 혹은 전이율이 낮아질 수 있고, 250 mesh를 초과하면 생산 비용의 가중 등 비경제적일 수 있다.
액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수의 독성 검사를 실시한 결과 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 안정성 결과를 얻을 수 있었다.
구 분 결과치 검사방법 발급번호
급성독성시험(경구) LD50 : 2,000mg/kg 이상
세계조화시스템분류기준(GHS) Category 5로 분류되었다.		 OECD TG423 TAH-000806
(2009.03.27)
어독성 검사시험 48시간-LC50: >100.0 mg/L
96시간-LC50: >100.0mg/L		 OECD TG203 TAH-000805
(2009.03.27)
피부자극시험 P.I.I (1차피부자극지수) 0.88
약한자극성물질(Mild irritant)판단		 식약처 고시
제2005-60호		 TAH-000807
(2009.03.31)
분말의 추출잔류물의 독성 검사를 실시한 결과 하기 표 3에 나타낸 바와 같이 안정성 결과를 얻을 수 있었다.
구분 결과치 검사방법 발급번호
급성독성시험(경구) LD50:2,000mg/kg이상 OECD TG 423 TAH-000808
(2009.03.27)
피부자극시험 P.I.I(1차피부자극지수) 0.12약한자극성 물질 판단 식약처 고시
제2005-60호		 TAH-000809
(2009.03.31)
<동물 및 식물의 영양제로 사용하는 방법>
상기 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수 및 상기 분말의 추출잔류물를 한 세트로 구성하여 동물 및 식물의 영양제로 사용할 수 있다.
일반적으로 가축(동물)은 사료와 혼합하여 각종 미네랄을 공급받으며, 경제성과 효율성을 고려하여 1 중량% 전후의 영양제가 혼합되어 공급되는데, 체내 흡수가 원활하지 못해서 균형 있는 유기 셀레늄 흡수를 기대하기가 어려운 점이 많다. 이러한 부족한 점을 보완하여 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 급수에 용해(희석)하여 함께 공급하는 경우에는 장내 흡수가 용이하며 전이율이 매우 높아질 수 있다.
이론에 의해 구속되지 않고, 이는 가축의 공급 사료와 혼합된 분말의 활성 미네랄이 장내 미생물의 활성도를 높이고 소장의 소화운동을 촉진시켜 활성 미네랄의 장내 흡수를 용이하게 해주는 것으로 믿어진다. 황은 체내 산화·환원 반응의 중요물질로서 효소의 작용을 강화할 수 있다. 따라서, 여러 종류의 미네랄의 체내흡수를 도와주는 역할을 할 수 있다.
하나의 구현예에서, 분말의 추출잔류물은 하기 표 4에 나타낸 성분을 포함할 수 있다.
성분 함량 비고
SiO2 39.2
단위:mg/L
분석:ICP
한국화학시험연구원
Al2O3 2.21
FeS2 5.6
TiO2 0.3
CaO 1.47
Mgo 0.05
Na2O 0.89
K2O 0.73
식물의 경우 작황 기간이 품종마다 달라, 단지 토양에 시판용 분말의 미네랄을 포함하는 분말의 미네랄 공급시 원할한 미네랄 흡수가 늦거나 어려워 전이율이 낮을 수 있다. 그러나 액상의 셀레늄-함유 활성미네랄수를 잎의 기공을 통한 옆면시비를 통하여 살포할 경우 흡수율이 빠르고 전위율이 높아 액상과 분말을 함께 살포할 때 시너지 효과가 발생되며, 작황 기간에 문제없이 모든 작물에 적용이 가능할 수 있다.
일반적으로 비닐하우스(온실재배)에서 수경재배의 경우, 배지나 토양 위에 작물을 심고, 수관을 이용하여 물과 영양제를 공급하고 있다. 이 경우를 양액재배라 하는데, 작물마다 양액통으로부터 수관이 연결되어 있어 물과 함께 미네랄을 공급할 수 있다.
양액통의 물에 500~1,500배로 액상의 셀레늄-함유 활성미네랄수를 희석하여, 0.5~1L/m2로 1주일에 1~2회를 공급할 수 있다.
이론에 구속되지 않고, 본 개시에 따라, 황을 함유하는 분말의 추출잔류물과 함께 액상의 셀레늄-함유 활성미네랄수를 시비하면, 작물의 뿌리 활착이 좋아지며, 쓰러짐을 방지하고, 각종 병예방에 효과적이고 수확이 증가하는 시너지 효과가 있다고 믿어진다.
하나의 구현예에서, 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 중량비로 500 내지 1500배의 물로 희석하여 0.5~1L/㎡로 식물의 관주 또는 옆면에 시비하고, 분말의 추출잔류물을 0.01~0.5kg/㎡의 양으로 식물의 관주에 시비할 수 있다.
상기 식물은 벼,보리,밀을 포함하는 수도작; 사과, 복숭아, 포도, 배를 포함하는 과수류; 딸기, 토마토, 방울토마토를 포함하는 과채류; 상추, 배추를 포함하는 채소류; 및 인삼으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다른 구현예에서, 액상의 셀레늄-활성 미네랄수를 중량비로 500 내지 1500배의 물로 희석하여 동물에 급수하고, 동시에 분말의 추출잔류물을 사료에 대하여 0.1~5중량%의 양으로 사료와 함께 동물에 급이할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 상기 액상의 셀레늄-활성 미네랄수 및 분말의 추출잔류물을 동물에게 1주에 2 내지 3회 급수 및 급이할 수 있다.
상기 동물은 소, 젖소, 돼지, 닭 및 오리로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 식물에 관주 또는 옆면 시비하는 예시적인 방법과 사용량은 하기 표 5에 나타낸다. 다만, 가뭄, 장마 등의 기후 조건에 따라 시비량은 적절히 조절될 수 있다.
작물명 살포시기 희석배수 사용횟수 적용범위
수도작 묘대기 500~1,000배 1회 벼, 보리, 잔디 등
분열기 500배 1회
유수형성기 500배 1회
등숙기 500~1,000배 1회
과수류 개화직전 1,000배 1회 사과, 복숭아 등
적과직후 500배 1회
비대기 500배 1회
수확기 1,000배 1회(수확7일전)
과채류 생육초기 1,000배 1~2회 딸기, 토마토, 콩, 콩나물 등
전생육기/각종장애 500~1,000배 2~4회
수확기 1,000배 1회(수확3일전)
채소류 전생육기 1,000배 3~5회(7일간격) 배추, 상추 등
분말의 추출잔류물은 식물에 0.01~0.5kg/m2(=10~500kg/1,000m2(=10a))로 년간 1회 사용될 수 있다.
액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 동물에 급이하는 예시적인 방법과 사용량은 하기 표 6에 나타낸다.
구분 1주 2주 3주 4주 5주
희석율(배) 1,000배 1,000배 1,000배 1,000배 1,000배
급수(음수)량 1톤 1톤 1톤 1톤 1톤
영양제의 양 0.33kg 0.5kg 0.5kg 1.0kg 1.0kg
영양제급이횟수 3회/주
(월,수,금)		 3회/주
(월,수,금)		 3회/주
(월,수, 금)		 2회/주
(화,금)		 2회/주
(화,금)
분말의 추출잔류물을 동물에 급이하는 예시적인 방법과 사용량은 하기 표 7에 나타낸다.
구분 1주 2주 3주 4주 5주
혼합율(%) 1% 1% 1% 1% 1%
사료량 1톤 1톤 1톤 1톤 1톤
영양분제의 양 10kg 10kg 10kg 10kg 10kg
영양제급이횟수 1회/주(월) 1회/주
(월)		 1회/주
(월)		 1회/주
(월)		 1회/주
(월요일)
이하 실시예를 통하여 본 개시를 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 개시의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
몬모릴로나이트 및 황철석을 중량비로 약 7 : 3으로 측량하여 혼합한 후, 약 200 mesh의 평균 입도를 가지도록 분쇄하였다. 그 다음, 선택성 이온 막으로서 약 400 ㎛의 두께를 갖는 폴리프로필렌 재질의 불균질 막을 이용하여 물을 전기분해하여 얻은 약 pH 2.5의 전해수를 용매로 하여 상기 전해수 : 분쇄된 분말의 중량비가 약 2 : 1이 되도록 혼합한 후, 약 200 rpm의 속도로 교반시키면서 약 60℃의 온도에서 약 5일간 반응시킨 후 여과하여 액상의 미네랄수 및 추출 잔류물을 얻는다. 상기 액상미네랄수에 무기 셀레늄 (Na2SeO3)을 약 98 : 2의 중량비로 혼합시켜 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 제조하였다.
상기 추출 잔류물을 건조시키고 약 150 mesh로 분쇄시켜 분말의 추출 잔류물을 얻었다.
실시예 2
실시예 1에서 제조된 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 여러 농작물에 상기 표 5에 기재된 조건으로 옆면 시비하였다. 동시에, 실시예 1에서 제조된 분말의 추출잔류물을 약 0.08kg/㎡의 양으로 식물의 관주에 시비하였다. 식물에서 무기 셀레늄의 유기 셀레늄으로의 전환 결과를 표 8에 나타내었다.
표 8: 식물을 유기체로 한 무기 셀레늄의 유기 셀레늄으로 전환 시험 결과
작물 구분 셀레늄(Se) 분석기관 및 분석법
포도 처리군 0.35mg/kg 상주대 기술혁신센터
2004-06-23
무처리군 불검출
인삼 처리군 1.66mg/kg (재)금산국제인삼약초연구소
R20200717-0005
- 포도농작지: 경북 상주시 화동면 선교4길 59
분석기관: 상주대학교 기술혁신센터
발급번호 : 2004-06-23
- 인삼 농작지 : 강원도 철원군 동송읍 태봉로 2427
분석기관 : (재)금산국제인삼약초연구소(2020년07월17일)
발급번호 : R20200717-0005(기타분석)
실시예 3
실시예 1에서 제조된 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 콩나물에 표 9에 기재된 조건으로 시비하였다.
구분 조건 비고
희석배수 1,000배(미네랄1kg/물1ton)
급수방법 2시간 급수/2시간 단수12시간 급수, 6회/일 타이머 조절
자동 Spray 분사급수
급수일수 3일/주(월,수,금) 1회/주, 생산
식물에서 무기 셀레늄의 유기 셀레늄으로의 전환 결과를 표 10에 나타내었다.
작물 구분 셀레늄(Se) 분석기관 및 분석법
콩나물 처리군 0.12mg/kg 한국식품연구원
A02006-07-14-300
무처리군 불검출
- 콩나물 농작지(한국) : 서울시 서초구 양재동 실험실
재배분석기관 : 한국식품연구원(2006년 07월 26일)
발급번호 : AO2006-07-14-300(식품공전2006 , 미량영양성분시험법)
실시예 4
식물을 유기체로 한 무기셀레늄의 유기셀레늄으로 전환 시험결과
실시예 1에서 제조된 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 콩에 표 5에 기재된 조건으로 옆면 시비하였다. 실시예 1에서 제조된 분말의 추출잔류물을 약 0.08kg/㎡의 양으로 콩의 관주에 시비하였다. 식물에서 무기 셀레늄의 유기 셀레늄으로의 전환 결과를 표 11에 나타내었다.
작물 구분 셀레늄(Se) 분석기관 및 분석법
콩 처리군 0.016mg/kg
 중국 상해 SGS
ASH18-057550.001
무처리군 불검출
- 콩 농작지(중국): 중국 흑룡강성 눈강현 콩재배 일대
분석기관: 중국상해SGS(통시시준기술복무(상해)유한공사(2018년 11월 23일)
발급번호: GB5009.93-2017 제1법
실시예 5
실시예 1에서 제조된 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 표 6에 기재된 조건으로 산란계에 급이하였다. 동시에, 실시예 1에서 제조된 분말의 추출잔류물을 사료에 대하여 표 7의 조건으로 약 1 중량%의 양으로 사료와 함께 산란계에 함께 급이하였다. 산란계가 낳은 계란에서 무기 셀레늄의 유기 셀레늄으로의 전환 결과를 표 12에 나타내었다.
표 12: 산란계가 낳은 계란를 유기체로 하여 무기 셀레늄의 유기 셀레늄으로 전환 시험 결과
시료 구분 셀레늄(Se) 비고
산란계(52주령)
(32,000수)		 무처리군 불검출 GB5009.93-2017 제1법
처리군 0.18mg/kg
- 산란계 농장 : 중국 상해시 광명그룹 옌청 산란계 분소
분석기관 : 중국 상해시 중국상해영양식품질량감독검측소(2018년 08월 07일)
발급번호 :2018-16672-Z-2518(GB 5009.93-2017 제1법)
이상 본 개시를 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 개시를 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 본 개시의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능할 수 있음이 명백하다.
본 개시의 단순한 변형이나 변경은 모두 본 개시의 영역에 속하는 것으로 본 개시의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (8)

  1. 몬모릴로나이트 60 내지 90 중량% 및 황철석 10 내지 40 중량%를 포함하는 광물질을 분쇄하여 200 내지 350 mesh의 크기를 갖는 광물질 분말을 얻는 단계;
    물을 선택성 이온 막이 구비된 전기분해 장치에서 전기분해하여 pH 2.5 내지 3.5의 전해수를 얻는 단계;
    상기 광물질 분말 및 상기 전해수를 반응기에서 60 내지 70℃의 온도로 햇빛과 공기가 차단된 조건에서 5 내지 7일 동안 반응시켜 활성 미네랄을 추출하여 활성 미네랄을 함유하는 활성 미네랄수 및 황을 함유하는 추출잔류물을 얻는 단계;
    상기 활성 미네랄수와 추출잔류물을 분리하는 단계;
    상기 활성 미네랄수에 Na2SeO3, Na2SeO4, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 무기 셀레늄을 혼합하고 1 내지 2일 동안 반응시켜 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 얻는 단계;
    상기 추출잔류물을 건조시키고, 150 내지 250 mesh로 분쇄시켜 분말의 추출잔류물을 얻는 단계; 및
    상기 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수 및 상기 분말의 추출잔류물를 한 세트로 구성하는 단계를 포함하는 동·식물용 셀레늄 영양제의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 선택성 이온 막은 폴리프로필렌으로 형성된 400 내지 450 ㎛의 두께를 갖는 불균질 막인, 동·식물용 셀레늄 영양제의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해수 : 상기 광물질 분말의 혼합 중량비는 2 : 1 내지 3인, 동·식물용 셀레늄 영양제의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄 수는 96 중량% 내지 99 중량%의 활성 미네랄수 및 1 중량% 내지 4 중량%의 무기 셀레늄을 포함하는 혼합물로부터 생성되는, 동·식물용 셀레늄 영양제의 제조방법.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 따른 액상의 셀레늄-함유 활성 미네랄수를 중량비로 500 내지 1500배의 물로 희석하여 0.5~1L/㎡로 식물의 관주 또는 옆면에 제1 시비하는 단계; 또는
    상기 제1 시비하는 단계와 함께 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 따른 분말의 추출잔류물을 0.01~0.5kg/㎡의 양으로 식물의 관주에 제2 시비하는 단계를 포함하는 동·식물용 셀레늄 영양제의 사용방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 식물은 벼,보리,밀을 포함하는 수도작; 사과, 복숭아, 포도, 배를 포함하는 과수류; 딸기, 토마토, 방울토마토, 콩나물 및 콩을 포함하는 과채류; 상추, 배추를 포함하는 채소류; 및 인삼으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 동.식물용 셀레늄 영양제의 사용방법.
  7. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 따른 액상의 셀레늄-활성 미네랄수를 중량비로 500 내지 1500배의 물로 희석하여 동물에 제1 급이하는 단계; 또는
    상기 제1 급이하는 단계와 함께 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 따른 분말의 추출잔류물을 사료에 대하여 0.1~5중량%의 양으로 사료와 함께 동물에 제2 급이하는 단계를 포함하는 동·식물용 셀레늄 영양제의 사용방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 동물은 소, 젖소, 돼지, 닭 및 오리로 이루어진 군으로부터 선택되는 동·식물용 셀레늄 영양제의 사용방법.
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