KR20060002675A - 해조류 섬유질의 탈색 및 정제방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해조류에서 추출한 섬유질의 탈색 및 정제방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 해조류를 열수와 염기성 수용액 조건 하에서 각각 가수분해하여 해조류의 점조 성분인 기타 다당체를 제거한 후 얻어진 해조류 섬유질을 산화제 및 환원제를 사용하여 탈색 및 정제하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 과잉생산된 해조류(미역, 다시마 등 갈조류)와 해조류 가공 부산물을 이용하여 산업에 이용 가능한 해조류 섬유질을 용이하게 분리한 후 보다 고부가가치 형태로 제조하기 위해 보다 쉽고 온화한 조건하에서 탈색 및 정제하는 과정을 수행함으로써 기존의 육상식물의 섬유소와는 다른 성격의 정제된 해조류 섬유질을 공업적으로 대량 생산하는 방법을 모색하였으며, 이를 통해 산업적으로 활용 가능할 수 있는 이점이 있다.

해조류(미역, 다시마), 해조류 가공 부산물, 탈색, 산화제, 환원제, 정제.

Description

해조류 섬유질의 탈색 및 정제방법 { Decolorization and purification of seaweeds fiber. }

본 발명은 해양식물인 해조류로부터 해조류 섬유질을 분리하는 방법 및 해조류 부산물로부터 산업화가 가능한 해조류 섬유질을 제조하고, 제조된 해조류 섬유질의 탈색 및 정제하는 방법에 관한 것이다.

이전까지 알려져 있는 해조류의 관한 것은 대부분 해조류의 당류, 무기질 등에 관한 이용기술이며 이들에 관해서는 상당부분 연구되어 있어 일부 해조류, 해조묵 등은 실용화 단계에 있다. 그러나 해조류의 섬유질 이용에 관한 연구는 거의 전무한 상태이며 특히 대량소비가 가능한 산업적 소재 개발연구는 극히 미흡하다.

예를 들면, 국내에서 사용되는 갈조류 중 다시마 등은 연간 수 백 톤에 이르고 있으나 극히 일부만이 수출용 또는 식품용으로 활용되고 대부분 폐기되고 있다. 특히, 해조류의 사양화로 경제적 효용 가치를 잃고 있으며 해조류인 미역, 다시마 등의 가공 부산물인 줄기부분은 대량 생산되고 있으나 현재 대량소비가 가능한 용도개발이 미흡한 실정이며 특히 해조류에 다량 함유된 섬유소의 효율적 활용을 위한 새로운 아이디어 제품개발은 시급한 실정이다.

해조류 중 미역과 다시마는 과잉 생산되고 있으며, 미역 가공 공정에서도 연간 3000톤 이상의 부산물이 발생되어 이를 이용한 고부가가치적 메트릭스 개발 및 활용이 요구된다.

해조류(미역, 다시마 등 갈조류)는 연안 등지에서 대량 어획되어 가공과 제품처리 과정에서 부산물 등은 그대로 방치되거나 버려져 왔다. 그러나 이러한 섬유소는 셀룰로오스 구조와 비슷하면서 물리적 성질이 다른 천연 고분자로 되어있다. 이러한 분자구조는 셀룰로오스와 매우 유사하며, 그러나 이들의 작용기 차이로 각각의 용도는 매우 광범위하다. 이들은 육상 식물의 셀룰로오스에 비해서 오히려 무독성, 무공해성, 생분해성 등의 특성이 있어 식품 첨가제 등의 여러 분야에서 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

그 외에 이들 해조류 섬유질은 전분이나 일반 셀룰로오스와는 달리 용해도면에서 유기용매나 무기용매에서 조차도 용해가 되지 않는 불용성인 문제점이 있으며 또한 점성 물질로 인해 아직까지 펄프에 대한 응용과 특수 분야 화학적 응용에 따른 제재 개발 연구는 거의 전무한 셈이다. 용해도에 따른 정제과정이 매우 까다롭기 때문에 화학적으로 우수한 활성이 있음에도 불구하고 응용 면에서 분자수식 조절방법이 매우 어려워 관련된 응용제품이 전량 해외 선진국 등에 의해서 독점되거나 부분적 개발된 제품들은 수입에 의존하고 있는 실정이다.

따라서 본 발명의 목적은 이러한 응용성이 어려운 해조류의 섬유질을 획득한 후 보다 안정하고 응용성을 확대하기 위해 해조류 섬유질의 탈색과 정제할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

이하 본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 아래의 실시의 예에서는 구체적인 구성요소 또는 조건 등과 같이 특정사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음을 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

본 발명은 해양 식물인 해조류로부터 해조류 섬유질을 열수 및 염기성 수용액을 통하여 획득하면 특유의 색을 띠고 있다. 이 물질의 산업적 응용을 극대화하기 위한 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는, 해조류 섬유질의 특유한 색을 탈색시키기 위한 산화제 수용액에 침적시키는 제 1 단계와, 상기 산화제에 침적된 해조류 섬유질을 환원제를 사용하여 산화-환원 반응을 통해 해조류 섬유질이 가지고 있는 특유의 색을 없애는 제 2단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

제 1 단계에 있어서는, 먼저 열수와 염기성 수용액 처리로 얻어진 특유의 색을 띠는 해조류 섬유질을 충분히 침적될 수 있도록 0.3내지 2.0%(W/V) 범위의(바람직하게는 0.5내지 1.0%의 범위) 산화제 용액을 첨가한다. 충분히 침적될 수 있도록 교반하는 것이 좋으며 충분히 침적되면 실온에 15분내지 60분간 침적시킨다. 침적이 완료되면 잉여되는 산화제를 제거하기 위해 침적되었던 해조류 섬유질을 물로 충분히 세척한다. 상기 제 1 단계에서 사용되는 산화제의 종류는 과망간산칼륨(KMnO₄)이 바람직하다.

제 2 단계에 있어서는, 물로 충분히 세척된 산화제에 침적되었던 해조류 섬유질을 0.3내지 2.0M(몰 농도)농도범위(바람직하게는 0.5내지 1.0M농도 범위)의 산성용액에 충분히 침적시킨 후 40내지 100℃에서 교반하면서 10분에서 150분간 환원시켜 백색의 해조류 섬유질을 얻는다. 통상 20분에서 40분 사이에서 백색의 해조류 섬유질을 얻을 수 있다. 이때 환원제로 사용하는 산성용액은 염산(HCl)이 바람직하다.

또한, 위에서 언급한 탈색 및 정제 방법 이외에 해조류 섬유질 제조시 염기성 수용액 처리 후 pH 9∼11.5로 맞춘 다음 과산화수소(H₂O₂)를 0.018~0.2% 농도로 30∼70℃에서 1∼5시간 반응시킨 후 물로 중성이 되게 수세 및 건조하여 백색의 정제된 해조류 섬유질을 얻을 수 있다.

그리고 산화제로 과산화 수소이외에 브롬화합물을 이용하여 탈색 및 정제된 해조류 섬유질을 얻을 수 있었다.

실시 예 1

열수와 염기성 수용액 처리로 얻어진 해조류 섬유질을 0.3내지 2.0%(W/V)범위의 과망간산칼륨용액에 실온에서 약 15분내지 60분간 침적시킨 후 여과하고 여과된 해조류 섬유질을 물을 사용하여 과망간산칼륨 용액을 세척한다. 세척된 해조류 섬유질은 짙은 갈색을 나타내며 이것을 다시 0.3내지 2.0M(몰 농도) 농도 범위의 염산수용액에 충분히 침적되게 한 후 40내지 100℃에서 교반하면서 10내지 150분간 환원시킨다. 이렇게 얻어진 백색의 해조류 섬유질을 중성이 되게 물로 세척하면 깨끗이 정제된 해조류 섬유질을 얻을 수 있었다. 이들 용액의 농도와 반응시간에 따른 정제된 순백의 섬유질을 얻는데 필요한 조건을 아래 표 1에 나타내었다.

실시 예 2

열수와 염기성 수용액 처리로 얻어진 해조류 섬유질 100중량부, 물 2,000중량부에 분산하고 탄산나트륨 2.5중량부를 첨가 용해한 후 pH를 10으로 조정하고 아브롬산나트륨(NaBrO₂) 0.05~2.0중량부를 첨가하여 실온에서 1~8시간 반응하고 물로 세척한 후 건조하면 깨끗이 정제된 해조류 섬유질을 얻을 수 있었다.

실시 예 3

열수와 염기성 수용액 처리로 얻어진 해조류 섬유질 100중량부. 물 2,000g에 분산하고 브롬화나트륨(NaBrO₃)10~20 중량부와 수산화나트륨 2중량부, 차아염소산 나트륨용액 5중량부를 첨가한 후 실온에서 1~8시간 반응시킨 후 물로 세척한 후 건조하면 깨끗이 정제된 해조류 섬유질을 얻을 수 있었다.

표 1. 반응조건에 따른 해조류 섬유질의 상태변화

0.3% 과망간산칼륨 - 0.5M 염산
과망간산칼륨 침적시간(분)	염산 반응온도(℃)	반응종료시간(분)	색 상
15	50	110	탈색 미비
	70	80	탈색 미비
30	50	75	백색
	70	60	백색
0.5% 과망간산칼륨 - 0.5M 염산
15	50	70	백색
	70	40	백색
30	50	50	백색
	70	35	백색
0.5% 과망간산칼륨 - 1.0M 염산
15	50	55	백색
	70	30	백색
30	50	45	백색
	70	20	백색
1.0% 과망간산칼륨 - 1.0M 염산
15	50	40	베이지색
	70	30	베이지색
30	50	60	베이지색
	70	20	베이지색

실시 예 4

열수와 염기성 수용액 처리로 얻어진 해조류 섬유질 100중량부, 물 1,500중량부에 분산하고 차아브롬산 칼륨수용액을 첨가하여 실온에서 3~7시간 교반 반응시킨 후 물로 세척한 후 건조하면 깨끗이 정제된 해조류 섬유질을 얻을 수 있었다.

실시 예 5

열수와 염기성 수용액 처리로 얻어진 해조류 섬유질 100중량부, 물 2,000중량부에 분산하고 95%황산 10중량부를 첨가한 후 브롬화 나트륨((NaBrO₃) 5중량부를 첨가하고 20~50℃에서 1~6시간 반응 후 수산화 나트륨을 첨가하여 pH를 8로 조정한 후 물로 세척한 후 건조하면 깨끗이 정제된 해조류 섬유질을 얻을 수 있었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기존에 그대로 버려지는 해조류나 해조류 가공 부산물로부터 산업에 이용 가능한 해조류 섬유질을 용이하게 분리하고 이를 보다 고부가가치의 활용을 위해 탈색 및 정제하는 방법을 착안하였으며, 특히 온화한 조건에서 반응하여 해조류 섬유질 가지는 고유의 성상을 변화가 거의 없이 제조할 수 있으며, 산업적인 대량생산 방법으로써 활용할 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

1. 열수와 염기성 수용액 처리로 얻어진 특유의 색을 띠는 해조류 섬유질을 산화제에 충분히 침적될 수 있도록 교반 및 현탁시키는 제 1 단계와, 상기 산화제 처리 후 산화제와 해조류 섬유질을 분리하는 제 2 단계와, 분리된 해조류 섬유질을 중화시키는 제 3 단계와, 중화 후 산성용액을 첨가하여 탈색, 중화, 정제, 건조하는 제 4 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 해조류 섬유질 탈색 및 정제하는 방법.
2. 상기 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계에서 사용되는 산화제로 과망간산 칼륨을 사용하여 농도는 0.3내지 2.0%(W/V) 범위, 바람직하게는 0.5∼1.0%(W/V) 범위의 농도를 사용하는 것을 특징으로 하는 것과 반응 온도 또는 가열온도는 실온인 것과 반응시간 또는 가열시간은 15∼60분간 침적을 특징으로 하는 해조류 섬유질의 탈색 및 정제방법.
3. 상기 제 1 항에 있어서, 제 4 단계에서 환원제로 산성용액인 염산을 사용하여 0.3내지 2.0M(몰 농도)농도범위, 바람직하게는 0.5∼1.0M농도 범위의 농도를 사용하는 것과 반응온도 또는 가열온도는 40∼100℃인 것과 반응시간 또는 가열시간은 10∼150분인 것을 특징으로 하는 해조류 섬유질의 탈색 및 정제방법.
4. 열수와 염기성 수용액 처리로 얻어진 특유의 색을 띠는 해조류 섬유질에 탄산나트륨 2.5중량부를 첨가 용해한 후 pH를 10으로 조정하고 아브롬산나트륨(NaBrO₂) 0.05~2.0중량부를 첨가하여 실온에서 1~8시간 반응하는 것을 특징으로 하는 해조류 섬유질의 탈색 및 정제방법.
5. 열수와 염기성 수용액 처리로 얻어진 특유의 색을 띠는 해조류 섬유질에 브롬화나트륨(NaBrO₃)10~20 중량부와 수산화나트륨 2중량부, 차아염소산 나트륨용액 5중량부를 첨가한 후 실온에서 1~8시간 반응하는 것을 특징으로 하는 해조류 섬유질의 탈색 및 정제방법.
6. 열수와 염기성 수용액 처리로 얻어진 특유의 색을 띠는 해조류 섬유질에 차아브롬산 칼륨수용액을 첨가하여 실온에서 3~7시간 반응하는 것을 특징으로 하는 해조류 섬유질의 탈색 및 정제방법.
7. 열수와 염기성 수용액 처리로 얻어진 특유의 색을 띠는 해조류 섬유질에 95%황산 10중량부를 첨가한 후 브롬화 나트륨((NaBrO₃) 5중량부를 첨가하고 20~50℃에서 1~6시간 반응 후 수산화 나트륨을 첨가하여 pH를 8로 조정하는 것을 특징으로 하는 해조류 섬유질의 탈색 및 정제방법.
8. 열수와 염기성 수용액 처리로 얻어진 특유의 색을 띠는 해조류 섬유질에 pH 9∼11.5로 맞춘 다음 과산화수소(H₂O₂)를 0.018~0.2% 농도로 30∼70℃에서 1∼5시간 반응시키는 것을 특징으로 하는 해조류 섬유질의 탈색 및 정제방법.