KR102920552B1 - 나노입자경의 탄산칼슘과 탄산마그네슘 제조방법 및 그 방법으로 제조된 골다공증 예방치료제 - Google Patents

나노입자경의 탄산칼슘과 탄산마그네슘 제조방법 및 그 방법으로 제조된 골다공증 예방치료제

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Abstract

본 발명은 나노입자경의 탄산칼슘과 탄산마그네슘 제조방법 및 그 방법으로 제조된 골다공증 예방치료제에 관한 것으로, 더 상세하게는 하나의 반응기에 칼슘과 마그네슘 원료를 동시에 투입하고 이산화탄소를 주입하여 반응온도에 따라 나노입자경의 탄산칼슘과 탄산마그네슘이 순차적으로 합성되어 수취할 수 있는 제조방법과, 그 방법으로 제조된 골다공증 예방치료제에 관한 것이다.

Description

나노입자경의 탄산칼슘과 탄산마그네슘 제조방법 및 그 방법으로 제조된 골다공증 예방치료제{Nanoscale manufacturing method for calcium carbonate and magnesium carbonate and osteoporosis prevention treatment manufactured using the method}
본 발명은 나노입자경의 탄산칼슘과 탄산마그네슘 제조방법 및 그 방법으로 제조된 골다공증 예방치료제에 관한 것으로, 더 상세하게는 하나의 반응기에 칼슘과 마그네슘 원료를 동시에 투입하고 이산화탄소를 주입하여 반응온도에 따라 나노화된 탄산칼슘과 탄산마그네슘이 순차적으로 합성되어 수취할 수 있는 제조방법과, 그 방법으로 제조된 골다공증 예방치료제에 관한 것이다.
칼슘은 대부분 뼈와 치아를 만드는데 사용되며 부족하면 골다공증으로 이어지게 된다. 골다공증은 뼈에서 지속적인 칼슘의 유실로 인하여 발생하는 퇴행성 질환으로 남자보다는 여자에게서 더 많이 나타난다.
50대 이상 폐경기 이후의 여성은 여성호르몬이 감소 내지 없어져 30% 정도는 골다공증이고, 약 50%는 골감소증이며, 정상적인 여성은 20% 정도인 것으로 알려져 있다. 또한, 70대 이상의 남성의 경우도 음주와 흡연 및 스트레스로 남성호르몬을 감소시켜 골밀도 감소증상이 발생되는 것으로 알려졌다. 또한, 성장기 어린이의 경우, 칼슘이 부족하면 키 성장이 저해되는 등 부정적인 결과를 불러올 가능성이 높은 만큼 반드시 충분한 칼슘이 인체 내에 보충되어야 한다.
이를 위해, 현대인들은 건강보조식품으로 칼슘제를 주로 섭취하는데, 칼슘제에는 탄산칼슘, 황산칼슘, 인산칼슘, 산화칼슘, 수산화칼슘, 질산칼슘, 젖산칼슘 구연산칼슘 및 글루콘산칼슘 등이 포함된다. 이중 탄산칼슘은 가격이 저렴하고 칼슘함량이 가장 많아 주로 이용되고 있다. 그러나, 탄산칼슘의 경우 인체 흡수율이 낮아 실질적으로 섭취대비 흡수율이 매우 낮은 문제점이 있고, 난각, 우골 등의 동물성 원료로 제조되는 천연칼슘의 경우 동물의 전염성 질환과 낮은 칼슘함량 때문에 사용이 지양되고 있다.
또한 인체와 동물의 뼈(골)성분은 칼슘과 마그네슘 비율이 2:1로 구성되어 칼슘과 마그네슘을 함께 섭취하는 것이 뼈를 더욱 튼튼하게 구성해 골다공증을 예방할 수 있을 것이다.
한국등록특허 제10-10729487호(2017.04.18.등록; 이하 '특허문헌1'이라 함)의 골다공증 개선, 예방 및 치료용 탄산칼슘제 조성물 및 이의 제조방법을 제시하였다. 상기 특허문헌1은 수산화칼슘에 대해 극소량의 수산화마그네슘을 혼합하여 탄산칼슘제 조성물을 제조하였다. 상기 특허문헌1은 칼슘의 흡수를 촉진시키기 위해 마그네슘을 극소량 혼합한 것으로, 칼슘 100중량부 대비 마그네슘을 0.8중량부 보다 크게 혼합하면 칼슘흡수촉진효과가 미비하다고 언급하고 있어, 마그네슘에 의한 골다공증 개선에 대해서는 인지하지 못하였다.
한국등록특허 제10-1577083호(2015.12.07.등록; 이하 '특허문헌2'이라 함)는 골다공증을 예방 및 개선하기 위한 칼슘, 마그네슘, 아연, 및 비타민 D-3을 포함하는 배합물을 제시하였다. 상기 특허문헌2는 칼슘 대비 마그네슘의 함량을 높여 뼈성분과 유사하게 조성하였으나, 흡수율을 높이기 위한 별도의 방법은 제시하지 못하였다
따라서, 천연광물로부터 칼슘과 마그네슘을 수취하되 인체 뼈성분과 유사한 비율로 혼합하되 인체흡수율을 높여 골밀도를 향상시킬 수 있는 새로운 제조방법에 의한 골다공증 예방치료제의 필요성이 대두되었다.
한국등록특허 제10-10729487호(2017.04.18.등록) : 골다공증 개선, 예방 및 치료용 탄산칼슘제 조성물 및 이의 제조방법 한국등록특허 제10-1577083호(2015.12.07.등록) : 골다공증을 예방 및 개선하기 위한 칼슘, 마그네슘, 아연, 및 비타미 D3을 포함하는 배합물
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 나노입자경의 탄산칼슘과 탄산마그네슘 제조방법 및 그 방법으로 제조된 골다공증 예방치료제는,
탄산칼슘과 탄산마그네슘을 뼈성분과 동일한 비율로 수취하되 하나의 반응기를 통해서 동시에 제조하면서 흡수성이 높은 나노입자크기로 합성할 수 있는 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
또한, 나노입자경의 탄산칼슘과 탄산마그네슘을 이용한 골다공증 예방치료제의 제공을 다른 목적으로 한다.
상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 나노입자경의 탄산칼슘과 탄산마그네슘 제조방법 및 그 방법으로 제조된 골다공증 예방치료제는,
칼슘과 마그네슘 성분이 포함된 광물로부터 소성된 산화칼슘(CaO)와 산화마그네슘(MgO) 소성혼합물을 준비하는 제1단계; 상기 제1단계의 소성혼합물을 물과 혼합하여 수산화칼슘유(Ca(OH)2)와 수산화마그네슘유(Mg(OH)2)의 혼합현탁액을 제조하는 제2단계; 상기 제2단계의 혼합현탁액의 농도를 측정하여 칼슘과 마그네슘 중 어느 하나의 성분을 투입하여 칼슘과 마그네슘의 성분중량비를 2:1로 조절하는 제3단계; 상기 제3단계의 성분중량비 조정이 완료된 혼합현탁액을 반응기에 투입하여 교반하면서 CO2를 급속하게 순간 공급하여 수산화칼슘과 격렬한 반응으로 0.04㎛ 입경의 교질 정육면체 결정을 갖는 탄산칼슘을 합성하는 제4단계; 상기 제4단계의 탄산칼슘을 합성하는 반응액은 발열반응에 의해 반응액의 온도가 40~50℃로 승온시키고, 승온된 수산화마그네슘액은 CO2와 반응하여 탄산마그네슘을 합성하고 pH7.00 까지 CO2를 도입하여 반응을 종료하고, 탄산칼슘 결정은 65℃이상으로 온도에서 성장시켜 0.06~0.08㎛ 입자로 제조하는 제5단계;에 의해 칼슘과 마그네슘의 중량비가 2:1로 형성된 입자를 제조할 수 있다.
여기서, 상기 제4단계에서는, 황산(H2SO4)을 1∼5 중량% 첨가하여 0.01~0.02㎛ 입경을 갖는 탄산칼슘을 제조할 수 있다
또한, 상기 제4단계에서는, 차아황산나트륨(Na2S2O4)을 1∼5 중량% 첨가하여 철분을 안정화시켜 백색도를 향상시킬 수 있다
또한, 상기 제5단계에서 제조된 반응물을 탈수 및 건조하고, 미크론밀(Micron Mill)로 응집된 입자를 분리하는 해쇄과정을 통해 탄산칼슘과 탄산마그네슘의 비율이 2:1인 혼합분말을 제조하는 제6단계가 더 이루어질 수 있다.
상기 제6단계에는 탄산칼슘 200mg 에 대해 비타민 D-3를 2~3mcg 비율로 혼합할 수 있다.
또한, 상기 제1단계의 칼슐과 마그네슘 성분이 포함된 광물은, 석회석[CaCO3], 백운석[CaMg(CO3)2], 수활석[Brucite; Mg(OH)2], 사문석[Serpentinite; [Mg3(Si2O5)(OH)4], 헌타이트[Huntite; Mg3Ca(CO3)4], 엠소마이트[Epsomite; MgSO4·7H2O] 중 어느 하나 이상을 선택할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 탄산칼슘과 탄산마그네슘의 비율이 2:1인 혼합분말을 이용한 골다공증 예방치료제로 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 탄산칼슘과 탄산마그네슘의 비율이 2:1인 혼합분말을 구연산(Citric Acid), 젖산 (Lactic Acid), 초산(Acetic Acid), 개미산(Formic Acid), 옥살산(Oxalic Acid) 중 어느 하나에 pH7.00까지 혼합 용해하여, 구연산칼슘, 젖산칼슘, 초산칼슘, 개미산칼슘, 옥살산칼슘 중 어느 하나를 액상 골다공증 예방치료제로 제공할 수 있다.
상기 해결수단에 의한 본 발명의 나노입자경의 탄산칼슘과 탄산마그네슘 제조방법 및 그 방법으로 제조된 골다공증 예방치료제는,
수산화칼슘과 수산화마그네슘이 혼합된 용해액을 반응기에 투입하여 탄산가스 주입으로 탄산칼슘을 합성하면 합성반응에서 발생된 열에 의해 반응액의 온도가 상승되어 탄산마그네슘 합성반응이 추가적으로 이루어져 하나의 반응기에서 탄산칼슘과 탄산마그네슘을 동시에 제조할 수 있다.
특히 급격한 탄산가스 주입에 의한 합성반응과 가온숙성에 의해 탄산칼슘의 입경을 0.06~0.08㎛의 나노사이즈로 제공하여 분산성을 향상시켜 인체흡수율을 더 높일 수 있다. 또한 탄산칼슘과 탄산마그네슘의 인체성분비와 동일하게 2:1 로 제공함으로써 골밀도를 증가시켜 골다공증을 예방할 수 있는 유용한 방법 및 치료제의 제공이 가능하게 되었다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 칼슘과 마그네슘 제조방법의 공정을 도시한 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반응기를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반응기에 장착된 CO2 분배장치를 도시한 개략사시도.
도 4는 제1세대 방추형 탄산칼슘 SEM-1 사진. (석회유[Ca(OH)2]에 탄산가스를 도입하여 생성되는 탄산칼륨으로 일본 백석공업(주)에서 1905년 세계최초로 생산된 방추형 탄산칼슘)
도 5는 제2세대 입방형 탄산칼슘 SEM-2 사진. (1974년 일본 백석공업(주)연구소 지천절치 생산의 입방형 탄산칼슘)
도 6은 제3세대 섬유상(Whisker) 탄산칼슘 SEM-3 사진. (2017 년 바이오칼슘(주) 유규재 생산의 섬유형 탄산칼슘)
도 7은 탄산마그네슘 원료 수산화마그네슘 원료 SEM-4 사진.
도 8은 바이오칼슘(주)에서 제작한 펀상탄산마그네슘 SEM-5 사진.
도 9는 바이오칼슘(주)에서 제조한 원형 탄산마그네숨 SEM-6 사진.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에서 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되고 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 칼슘과 마그네슘 제조방법의 공정을 도시한 흐름도이다.
참조한 바와같이 본 발명에 따른 나노입경의 탄산칼슘과 탄산마그네슘 제조방법은,
제1단계로, 칼슘과 마그네슘이 포함된 광물로부터 소성된 소성품인 산화칼슘(CaO)와 산화마그네슘(MgO) 소성혼합물을 준비하는 단계가 수행된다.
상기 광물은, 석회석[CaCO3], 백운석[CaMg(CO3)2], 수활석[Brucite; Mg(OH)2], 사문석[Serpentinite; [Mg3(Si2O5)(OH)4], 헌타이트[Huntite; Mg3Ca(CO3)4], 엠소마이트[Epsomite; MgSO4·7H2O] 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 광물은, 30~60mm 입경으로 파쇄하여 900~1000℃의 범위로 약 90~120분간 소성하여 소성물을 제조한다. 상기 광물 입경을 60mm보다 크게하면 소성 시간이 오래 소요되거나 미소성 될 수 있으며, 30mm 입경보다 작게하면 소성로의 통풍에 장애가 될 수 있어므로 상기 범위로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 경소품 이외에 소성품 생산공장에서 생산되는 소성품을 구입하여 사용할 수 있다.
각 광물의 소성공정은 다음 반응식과 같다.
[광물 소성공정]
CaMg(CO3)2 + Heat 900~1000 ℃ → CaO·MgO + 2CO2↑
Mg(OH)2 + Heat 330∼430℃ → MgO+ H2O↑
MgCO3 + Heat 402∼550℃ → MgO+ CO2 ↑
제2단계로, 상기 제1단계에서 마련된 소성혼합물을 물과 혼합하여 수산화칼슘유(Ca(OH)2)와 수산화마그네슘유(Mg(OH)2)로 합성해 혼합현탁액을 제조하는 단계가 수행된다.
소성물인 산화칼슘(CaO)과 산화마그네슘(MgO)을 물과 혼합하면, 산화칼슘은 발열반응(278kcal/kg)이 이루어지면서 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 되고 산화마그네슘은 고형물로 잔류된다.
115~165℃온도와 1.7~7.0기압의 고온고압처리기(autoclave)에서 80~90℃의 열수를 1mol 이상의 물로 12~24시간 동안 수화하여 수화반응성을 갖는 수산화마그네슘(Mg(OH)2)이 생성된다.
[수화공정]
CaO·MgO + 2H2O → Ca(OH)2 + MgO+ H2O +278 kcal/kg
MgO + H2O → Autoclave(115 ∼165℃) → Mg(OH)2 +220kcal/kg
제3단계로, 상기 제2단계의 혼합현탁액의 농도를 측정하여 산화칼슘(CaO) 또는 산화마그네슘(MgO)을 첨가하여 칼슘과 마그네슘의 성분중량비를 2:1로 조절하는 단계가 수행된다.
일예로, 상기 성분중량비 조절이 용이하도록 초기에는 혼합비 대비 마그네슘의 혼합량을 더 첨가하여 혼합현탁액을 제조하고, 취급이 용이한 산화칼슘을 농도조절용으로 추가 투입하는 방향으로 농도 조절이 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
제4단계로, 상기 제3단계의 성분비 조절이 완료된 혼합현탁액을 반응기에 투입하여 교반하면서 CO2를 급속하게 공급하여 수산화칼슘과 급속한 반응을 유도하여 0.04㎛ 입경의 교질 정육면체 결정을 갖는 탄산칼슘을 합성하는 단계가 이루어진다.
도 2를 참조한 바와같이 상기 반응기(10)는 완충장치(buffer;20)가 내설된 배치(batch)타입 반응기로서, 회전축(30)에 다단의 임펠러(40)가 장착되어 내부혼합이 균일하게 이루어지도록 하고, 하부에는 반응물을 배출시키고 CO2 를 도입하는 인출구(50)가 형성되되, 인출구(50)에는 삼방밸브를 이용하거나 별도의 라인을 통해 CO2를 반응기로 공급하는 CO2 공급라인(60)이 설치되고, 또한 공급된 CO2가 반응기 내에 고르게 공급되도록 인출구가 형성된 반응기 내부측에는 CO2분배장치(70)가 더 설치될 수 있다. 반응기에는 pH측정기, 온도측정기를 장착하여 pH와 온도측정이 이루어지게 할 수 있다.
여기서 상기 CO2분배장치(70)는 도 3을 참조한 바와같이 내부에 다수의 통공이 형성된 다공성 재질로 형성된다. 바람직하게는 하부에서 공급받은 CO2를 상부측으로 고르게 분산제공하되, 상부면의 통공크기와 측면의 통공크기를 서로 다르게 형성하여 상부로의 CO2분산량과 측면으로의 CO2분산량과 근사하게 형성할 수 있다. 예컨대 상부면의 통공크기는 작게 형성하고, 측면의 통공크기는 상부면보다 상대적으로 크게 형성하여 상부면과 측면으로의 공급량 조절이 이루어지게 할 수 있다. 이와같이 반응기 내부에서 교반되는 반응액에 CO2가 신속하고 균일하게 혼합시키면 0.04㎛ 입경을 갖는 탄산칼슘 핵(seed)를 생성시킬 수 있다.
상기한 바와같은 반응기에는 3단계에서 수취한 혼합용해액을 투입하고, 교반하면서 CO2가스를 도입하면서 탄화반응을 실행하였다. 이때 CO2가스의 공급은 공급하는 밸브를 순간개방하여 급격하고 균일한 반응을 유도해 탄산칼슘의 입자가 0.04㎛ 입경의 교질 정육면체 결정을 생성하고, 60℃ 이상으로 가온 및 숙성과정을 통해 0.06~0.08㎛ 입경으로 성장된 탄산칼슘을 제조한다.
물론 CO2가스를 서서히 개방하여 탄화반응을 유도할 수 있으나, 이는 완속합성을 하면 방추형의 8~12㎛입경의 큰 입자로 성장하기 때문에 흡수율에서 적합하지 않다.
본 단계에서는 수산화칼슘에 황산(H2SO4)을 1∼5 중량% 첨가하여 혼합하고, CO2가스의 공급으로 0.01~0.02㎛ 입경을 갖는 탄산칼슘을 제조하고, 60℃이상의 가온숙성으로 0.06~0.08㎛ 입경으로 성장시킨 탄산칼슘을 제조할 수 있다. 여기서 상기 황산을 1중량% 이하로 혼합하면 나노입경의 탄산칼슘 제조가 어렵고, 황산 5중량% 이상으로 혼합하면 나노입경으로 제조할 수 있으나 과량으로 투입될 뿐 효과증진이 미비함으로 상기 범위로 혼합사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 제4단계에서는, 차아황산나트륨(Na2S2O4)을 1∼5 중량% 첨가하여 철분을 안정화시켜 백색도를 향상시킬 수 있다. 광물에는 미량의 불순물 특히 철분이 포함될 수 있으므로, 미량의 차아황산나트륨을 혼합하여 잔존하는 철분을 안정화시킴으로써 탄산칼슘과 탄산마그네슘의 백색도를 향상시킬 수 있다. 상기 1중량% 이하로 혼합할 경우에는 철분 안정화가 충분히 이루어지지 않아 수취분말의 백색도 향상이 어렵고, 5중량% 이상으로 혼합할 경우에는 백색도 향상정도가 미비함으로 상기 범위로 형성하는 것이 바람직하다.
제5단계로, 상기 제4단계의 탄산칼슘을 합성하는 반응액은 발열반응에 의해 반응액의 온도가 40~50℃로 상승되고, 수산화마그네슘은 승온된 상태에서 CO2와 반응하여 탄산마그네슘을 합성한다.
CO2가스를 도입한 후 약 15분이 결과되면 반응액의 점도가 급격히 상승한 후 하강하고, 계속적으로 CO2가스를 도입하다가 반응액의 pH가 pH7.00 에 도달하면 반응을 종료시킨다.
반응기의 배출구를 통해 칼슘과 마그네슘의 중량비가 2:1로 형성되고, 칼슘 입경을 0.06~0.08㎛의 나노사이즈로 제조된 탄산칼슘과 탄산마그네슘을 수취할 수 있다.
상기 탄산칼슘은 교질 정육면체로 미세하여 응집이 이루어진다. 따라서, 합성된 반응물을 탈수 및 건조한 다음 미크론밀(Micron Mill)로 해쇄과정을 통해 탄산칼슘과 탄산마그네슘의 비율이 2:1인 혼합분말을 최종적으로 수취할 수 있다.
탄산칼슘과 탄산마그네슘의 섭취방법은,
도 4 내지 6의 칼슘(SEM-1∼3 사진)과 도 8과 9의 마그네슘(SEM-5∼6 사진) 제품을 2:1 의 성분 중량 비율로 선택한다. 칼슘은 SEM-2∼3 제품이 초미세하여 섭취 권장된다.
반제품(수분 50% 내외의 Cake 형상)과 분말제품으로 다음 섭취방법이 제안된다.
본 제품은 무취, 무미, 백색의 안정물임으로 칼슘은 2스푼 마그네슘 1스푼을 1인 일식 분으로 하여 식사 조리시 쌀, 밥, 국, 장류 등에 칩가하여 섭취할 수 있다.
반응기로의 CO2유량계의 선정방법은 다음과 같다.
Ca(OH)2와 Mg(OH)2에 대해 CO2는 2mol 이 소요됨으로 혼합가스량은,
1) Ca 반응식 : Ca(OH)2 + 2CO2 → Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2
분자량 : 74.08 + 88.00 → 162.08 → 100.08 + 18.00 + 44.00 = 162.08
2) Mg 반응식 : Mg(OH)2 + 2CO2 → Mg(HCO3)2 → MgCO3 + H2O + CO2
분자량 : 58.31 + 88.00 → 146.31 → 84.31 + 18.00 + 44.00 = 146.31
상기 반응식에서 CO2 는 2mol이 필요함으로 10톤 용량 화합기에 CO2 농도 5%의 공기유량계는 다음과 같이 결정되며, 하기 비율에 의해 공급량을 조절하는 것이 바람직하다.
3) 탄산칼슘 10톤 반응용 공기유량 :
10,000kg×0.03 = 300kg/CaO = 300kg×74.08÷56.08 = 396.29kg/Ca(OH)2
396.29kg ÷ 74.08(Ca(OH)2 분자량) × 2mol × 22.4(Avoga상수) = 239.66Nm3 → 240Nm3
4) 탄산마그네슘 반응용의 공기유량 :
10,000kg×0.03 = 300kg/MgO = 300kg×58.31÷40.31 = 433.96kg/Mg(OH)2
433.96kg ÷ 58.31(Mg(OH)2 분자량) × 2mol × 22.4 = 333.41Nm3 → 340Nm3
탄산화반응 3Hr 반응용 유량계
5) 탄산칼슘(CaCO3) 유량 : 240Nm3/3hr = 80Nm3 유량계크기 40~120Nm3
6) 탄산마그네슘(MgCO3) 유량 : 340Nm3/3hr = 110Nm3 유량계크기 70~150Nm3
상기한 바와같이 제조된 칼슘과 마그네슘의 성분중량비가 2:1로 형성되고, 탄산칼슘 입경을 0.06~0.08㎛인 탄산칼슘과 탄산마그네슘 분말을 단위포장하거나 알약형태로 가공하여 골다공증 예방치료제로 사용될 수 있다.
- PHARMETICS INC. : Calcium/Magnesium 350mg/175mg V-D3 2.5mcg/100 UI (1정 1.5 gram)
- (주)제이비케이랩 : Calmaplex 칼슘/마그네슘 400mg/230mg V-D 60μg
- Robinson Pharmer Inc. U.S.A.(수입제품) Calcium 200mg/Magnesium 100mg V-D3 2.5mcg
상기한 바와같이 골다공증 예방치료제로서 칼슘과 마그네슘의 성분중량비 2:1로 조성하는 것이 적합함이 알려져 있으므로, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 칼슘과 마그네슘도 2:1의 비율로 조성하여 골다공증 예방치료제로 제공하는 것이 바람직하다.
또한 칼슘의 안정성은 FAO/WHO 합공식품첨가물 전문가회(JECFA)의 1965년 9차 회의에서 1일 허용한도(ADI)는 제한이 없으므로 최상위 안전성 판정을 하였으므로, 뼈건강을 유지 강화하기 위해서는 영양제 또는 치료제로서 섭취하는 것이 바람직하다.
골다공증 예방치료제로는 탄산칼슘 200mg 에 대해 비타민 D-3를 2~3mcg 비율로 혼합하여 칼슘 흡수율을 증가시킬 수 있다. 상기 2mcg 이하로 혼합하면 흡수율 증진이 미비하고, 3mcg이상으로 혼합할 경우 흡수율 증진의 향상이 미비함으로 상기 범위로 혼합하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제조방법에 의해 하나의 반응기에서 0.06~0.08㎛ 입경의 탄산칼슘과 탄산마그네슘을 동시에 반응시켜 수취한 탄산칼슘과 탄산마그네슘의 비율이 2:1인 혼합분말은, 구연산(Citric Acid), 젖산 (Lactic Acid), 초산(Acetic Acid), 개미산(Formic Acid), 옥살산(Oxalic Acid) 중 어느 하나에 pH7.00까지 혼합 용해하여 제조하여 구연산칼슘, 젖산칼슘, 초산칼슘, 개미산칼슘, 옥살산칼슘의 액상 골다공증 예방치료제의 제공이 가능하다.
실험예
1. 치료제 분말 제조
실시예1)
본 발명의 제조방법에 의해 탄산칼슘과 탄산마그네슘이 2;1로 혼합된 치료제분말을 제조하였다.
광물로는 석회석과 백운석을 30mm 입경으로 파쇄하여 950℃에서 90분간 소성하여 산화칼슘과 산화마그네슘의 경소품을 제조하였다.
혼합경소품을 물과 반응시켜 수화반응에 의해 수산화칼슘과 고형물의 수산화마그네슘 혼합액을 제조하였다.
이어서 수산화마그네슘을 오토클레이브(autoclave)에서 넣고 165℃ 물로 수산화마그네슘을 수화반응시켜 용해액을 제조하였다.
용해액은 반응기로 투입하였고, 용해액의 칼슘과 마그네슘 농도를 측정해 칼슘과 마그네슘 성분중량비를 2:1로 조정하였다.
반응기에 황산을 3중량%로 첨가하여 교반하였다.
CO2공급라인의 밸브를 순간 개방하여 CO2 와 급격한 반응이 이루어지도록 하여 입경이 0.04㎛ 내외를 갖는 탄산칼슘을 합성하였다. pH7.00 까지 CO2 를 도입하여 탄산칼슘과 탄산마그네슘의 반응을 종료하였다.
반응기의 상등액을 제거하고 반응물을 수취하여 탈수 건조하고, 해쇄하여 탄산칼슘과 탄산마그네슘의 비율이 2:1인 골다공증 예방 및 치료제 분말을 제조하였다.
비교예1)
상기 실시예1과 동일한 제조방법으로 제조하되 탄산가스 주입을 완속으로 진행하여 입경이 8~12㎛인 탄산칼슘을 합성하였다.
비교예2)
상기 실시예1과 동일한 제조방법으로 제조하되, 칼슘과 마그네슘의 성분비를 1:1로 설정하여 준비하였다.
2. 시험설계 및 시험사료
1일령 육계 Ross 수평아리를 4처리 4반복, 반복당 30수씩 총 480수를 공시하여 5주간 사양시험을 실시하였다.
시험설계는 표1과 같이 사료만 공급한 대조구와, 실시예, 비교예1, 비교예2의 치료제를 혼합한 처리구로 분류하였다.
대조구를 제외한 사료에는 5 중량부로 추가공급하였다.
[표 1]
설계된 시험사료 성분은 아래 표2와 같다.
[표 2]
3. 사육환경
계사는 콘크리트 바닥이 설치된 개방식 계사이며, 각 pen의 크기는 210×164cm(3.44 m2)이다. 깔짚은 왕겨를 이용하였으며 각 pen당 5cm 두께였다. 온도조절은 입추시 35℃를 기준으로 매일 1℃씩 낮추어 상온과 동일한 10일령에 폐온시켰다. 습도는 입추시 65∼70%로 조정하였고 이후 60%정도로 유지하다가 폐온시부터 외부 습도와 동일하게 사육하였다.
점등은 입추후 3일간 24시간 점등을 실시하였고, 이후 7일령까지 23시간점등 : 1시간소등으로 하였으며 8일령부터 시험종료시까지 야간간헐점등을 실시하였다. 백신은 1일령에 ND+IB 혼합백신은 분무접종, 7일령에 IBD, 11일령에 ND+IB, 14일령에 IBD, 21일령에 ND, 28일령에 IBD를 각각 음수 접종하였다. 사료와 물은 신선한 것으로 자유롭게 섭취할 수 있도록 하였다.
4. 조사항목
체중은 입추시와 매주 측정하였는데, 반복별 전체중량을 칭량하여 개체수로 나누어 평균체중을 측정하였다. 폐사된 개체는 발견 즉시 제거하였다.
시험이 종료되는 5주령에 사육군 별로 동일중량으로 각3수씩 선별하여 도계한 후 대퇴부뼈의 무게를 비교하였다. 또한 각 사육군에서 상하위 20%씩을 제외한 중간층 60% 범위를 모두 도계한 후 대퇴부뼈 무게를 비교하여 그 평균값을 하기 표3에 나타냈다.
[표 3]
각 사육군 간에 동일체중을 객체를 선별하여 대퇴부 무게를 대비한 바 본 발명의 실시예의 분말을 혼합한 처리구1에서 가장 큰 값으로 측정되었다. 상대적으로 입경이 큰 탄산칼슘 분말을 공급한 처리구2와 1:1 성분비를 갖는 분말을 공급한 처리구3은 처리구1보다는 현저하게 낮게 측정되었다.
또한, 각 객체군별 대퇴부무게를 보면, 처리구1 > 처리구2 > 처리구3 > 대조구 순으로 나타났다. 이는 탄산칼슘의 입경이 작을수록, 탄산마그네슘과의 성분비가 2:1로 제공될수록 흡수율이 높아지면서 뼈조직의 강화에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
따라서, 본 발명과 같이 0.06~0.08㎛의 입경을 갖는 탄산칼슘을 탄산마그네슘과 2:1의 비율로 혼합하여 제공된 골다공증 예방 및 치료제가 뼈조직의 강화에 크게 도움이 됨을 확인할 수 있다.
10 : 반응기
20 : 완충장치
30 : 회전축
40 ; 임펠러
50 : 인출구
60 : CO2 공급라인
70 : CO2 분배장치

Claims (5)

  1. 칼슘과 마그네슘 성분이 포함된 광물로부터 소성된 산화칼슘(CaO)와 산화마그네슘(MgO) 소성혼합물을 준비하는 제1단계;
    상기 제1단계의 소성혼합물을 물과 혼합하여 수산화칼슘유(Ca(OH)2)와 수산화마그네슘유(Mg(OH)2)의 혼합현탁액을 제조하는 제2단계;
    상기 제2단계의 혼합현탁액의 농도를 측정하여 칼슘과 마그네슘 중 어느 하나의 성분을 투입하여 칼슘과 마그네슘의 성분중량비를 2:1로 조절하는 제3단계;
    상기 제3단계의 성분중량비 조정이 완료된 혼합현탁액을 반응기에 투입하고, 황산(H2SO4)을 1∼5 중량% 와 차아황산나트륨(Na2S2O4)을 1∼5 중량%를 첨가하여 교반하면서 CO2를 급속하게 공급하여 수산화칼슘과 격렬한 반응으로 0.04㎛ 입경을 갖는 교질 정육면체 결정을 갖는 탄산칼슘을 합성하면서 철분을 안정화시켜 백색도를 향상시키는 제4단계;
    상기 제4단계의 탄산칼슘을 합성하는 반응액은 발열반응에 의해 반응액의 온도가 40~50℃로 승온시키고, 승온된 수산화마그네슘액은 CO2와 반응하여 탄산마그네슘을 합성하고, pH7.00 까지 CO2를 도입하여 반응을 종료하고, 탄산칼슘 결정은 65℃이상으로 온도에서 성장시켜 0.06~0.08㎛ 입자로 제조하는 제5단계;에 의해 칼슘과 마그네슘의 중량비가 2:1로 형성된 입자를 제조하는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘과 탄산마그네슘 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제5단계에서 제조된 반응물을 탈수 및 건조하고, 미크론밀(Micron Mill)로 뭉쳐진 입자를 분리하는 해쇄과정을 통해 탄산칼슘과 탄산마그네슘의 비율이 2:1인 혼합분말을 제조하는 제6단계가 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘과 탄산마그네슘 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계의 칼슘과 마그네슘 성분이 포함된 광물은,
    석회석[CaCO3], 백운석[CaMg(CO3)2], 수활석[Brucite; Mg(OH)2], 사문석[Serpentinite; [Mg3(Si2O5)(OH)4], 헌타이트[Huntite; Mg3Ca(CO3)4], 엠소마이트[Epsomite; MgSO4·7H2O] 중 어느 하나 이상을 선택하는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘과 탄산마그네슘 제조방법.
  4. 칼슘과 마그네슘 성분이 포함된 광물로부터 산화칼슘(CaO)와 산화마그네슘(MgO) 소성혼합물을 준비하고, 소성혼합물을 물과 혼합하여 수산화칼슘유(Ca(OH)2)와 수산화마그네슘유(Mg(OH)2)의 혼합현탁액을 제조하되 칼슘과 마그네슘의 성분중량비를 2:1로 조절하고, 성분조절 혼합현탁액을 반응기에 투입하고, 황산(H2SO4) 1∼5 중량% 와 차아황산나트륨(Na2S2O4) 1∼5 중량%를 첨가 및 교반하고, CO2를 급속하게 공급하여 수산화칼슘과 격렬한 반응으로 0.04㎛ 입경의 교질 정육면체 결정을 갖는 탄산칼슘을 합성하면서 철분 안정화로 백색도를 향상시키고, 발열반응으로 승온된 수산화마그네슘액은 CO2와 반응하여 탄산마그네슘을 합성하고, pH7.00 까지 CO2를 도입하여 반응을 종료하고, 탄산칼슘 결정은 65℃이상으로 온도에서 성장시켜 제조된 0.06~0.08㎛ 입경의 탄산칼슘을 탄산마그네슘과 2:1 중량비로 조성하고, 탄산칼슘 200mg 에 대해 비타민 D-3를 2~3mcg 비율로 혼합한 혼합분말을 이용한 골다공증 예방치료제.
  5. 칼슘과 마그네슘 성분이 포함된 광물로부터 산화칼슘(CaO)와 산화마그네슘(MgO) 소성혼합물을 준비하고, 소성혼합물을 물과 혼합하여 수산화칼슘유(Ca(OH)2)와 수산화마그네슘유(Mg(OH)2)의 혼합현탁액을 제조하되 칼슘과 마그네슘의 성분중량비를 2:1로 조절하고, 성분조절 혼합현탁액을 반응기에 투입하고, 황산(H2SO4) 1∼5 중량% 와 차아황산나트륨(Na2S2O4) 1∼5 중량%를 첨가 및 교반하고, CO2를 급속하게 공급하여 수산화칼슘과 격렬한 반응으로 0.04㎛ 입경의 교질 정육면체 결정을 갖는 탄산칼슘을 합성하면서 철분 안정화로 백색도를 향상시키고, 발열반응으로 승온된 수산화마그네슘액은 CO2와 반응하여 탄산마그네슘을 합성하고, pH7.00 까지 CO2를 도입하여 반응을 종료하고, 탄산칼슘 결정은 65℃이상으로 온도에서 성장시켜 제조된 0.06~0.08㎛ 입경의 탄산칼슘을 탄산마그네슘과 2:1 중량비로 조성하고, 탄산칼슘 200mg 에 대해 비타민 D-3를 2~3mcg 비율로 혼합한 혼합분말을 구연산(Citric Acid), 젖산 (Lactic Acid), 초산(Acetic Acid), 개미산(Formic Acid), 옥살산(Oxalic Acid) 중 어느 하나에 pH7.00까지 혼합 용해하여 제조된, 구연산칼슘, 젖산칼슘, 초산칼슘, 개미산칼슘, 옥살산칼슘 중 어느 하나에 의한 액상 골다공증 예방치료제.
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