KR20100035032A - 커피추출물 찌꺼기를 이용하여 피엘에이 섬유를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커피추출물 찌꺼기를 이용하여 PLA 섬유를 제조하는 방법에 관한것으로서 종래의 PLA섬유는 감자, 옥수수전분등을 이용하여 제조하였으나 이러한 방법에 의하여 제조되는 PLA섬유는 신축성이 결여되어 약한 충격에도 쉽게 파손되어 내구성이 문제가 되었다. 그러나 본 발명은 커피추출물 찌꺼기를 이용함으로써 별다른 활용없이 버려지는 커피추출물 찌꺼기를 활용하도록 하였으며 감자, 옥수수전분을 원료로 하여 만들어지는 PLA섬유와 비교하여 볼때 신축성이나 내구성이 오히려 더 우수한 효과를 갖는다.

Description

커피추출물 찌꺼기를 이용하여 피엘에이 섬유를 제조하는 방법{METHOD FOR PRODUCING PLA FIBER USING THE GROUNDS OF COFFEE}

본 발명은 커피액을 추출하고 버려지는 커피 폐기물을 이용하여 폴리유산 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 커피추출 후 남는 찌꺼기를 이용하여 폴리유산 섬유를 만드는 방법에 관한 것이다. 종래에 생분해성 플라스틱인 폴리유산을 제조하는 방법은 여러가지가 소개된바 있으며 생분해성 플라스틱은 사용하고 있는 동안에는 종래의 플라스틱과 같이 다양한 방법으로 성형이 가능하며 사용 후 폐기 시킬 때에는 미생물에 의해 토양속이나 기타 자연에 유해물질을 남기지 않으면서도 빠르게 분해되어 최종적으로는 흙의 유기성분이나 물, 이산화탄소 등으로 되는 플라스틱을 말하며 환경문제가 되는 최근에 크게 주목받고 있다. 이러한 수지는 유해물질이 발생하지 않아 인체에 무해하며 소각하여도 다이옥신이 생성되지 않으며 전자렌지에 사용하여도 유해물질이 발생하지 않는다.

현재까지 생분해성 플라스틱으로는 옥수수나 감자 등의 녹말을 유산균에 의 해 발효시켜 얻은 유산을 탈수중합한 폴리유산이 제조되고 있으며 이러한 생분해성 플라스틱은 그린 플라스틱이라고도 불리며 노트북의 케이스, 쓰레기 회수봉투 등 다양한 분야에서 다양한 목적으로 사용되고 있다.

그러나 이러한 생분해성 플라스틱은 소재가 옥수수, 전분 등으로 한정이 되어 있으며 다른 수지류에 비해 신축성이 결여되어 약한 충격에도 쉽게 파손되며 시트의 제작시에도 쉽게 파손되는 등의 문제를 가지고 있다. 또한 온도에 대한 저항성이 낮아 섭씨 55도 이상 상승하는 경우 최초의 성형 형태로부터 변형이 일어나는 경우가 많았다.

이를 개선하기 위하여 대한민국 특허 등록번호 제 10-0816679호 ' 천연섬유 강화 폴리유산 수지 조성물'은 폴리유산수지에 천연섬유를 첨가하여 뛰어난 기계적 강도와 내열성을 갖도록 하는 것을 목적으로 하였다. 그러나 단순히 천연섬유와 폴리유산수지를 혼용하는데 그칠 뿐 근본적인 신축성, 내구성, 내온성에 대한 해결책은 되지 못한다.

또한, 대한민국 특허 공개번호 제10-2006-0039967호는 폴리유산수지에 가수분해하지 않은 전분을 포함시켜 연성수지를 제조하는 방법을 개시하고 있으나 실제 제품에 사용하기에는 불충분 하며 전분을 포함하지 않은 경우와 물리적인 특성이 크게 개선되지는 못했다.

또한, PLA 를 생산하는 원재료는 감자, 옥수수 전분등이 주로 사용되는데 이것은 감자나 전분으로부터 글루코오스를 얻기 쉽기 때문으로 미국의 아르곤국립연구소는 감자폐기물을 공급원으로 하여 발효공정에 의해 젖산을 생산하였으며 젖산을 개환중합하여 PLA를 합성하였다.

옥수수를 이용하여 PLA를 합성하는 방법은 카길 다우사에 의하여 개발되었으며 현재 사용되는 대부분의 PLA가 옥수수 전분을 이용한 것이다. 현재는 쌀이나 밀을 이용하여 PLA를 합성하는 방법도 개발되고 있다. 이처럼 원료가 되는 물질을 달리하는 것도 출발원료가 무엇이냐에 따라 사용되는 가수분해효소, 첨가제 등에 차이가 생길 수 있으며 그로부터 얻어지는 PLA섬유의 기계적인 물성에도 차이가 있기 때문이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 폴리유산수지 섬유가 갖는 신축성, 내구성 결함의 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 커피 추출물 찌꺼기를 이용하여 폴리유산섬유를 제조하는 방법에 있어서, 원료가 되는 커피추출물 찌꺼기를 세척하고 건조하는 전처리단계와; 상기 전처리단계를 거친 원료를 섭씨 100도 이상의 온도에서 10내지 15시간 노출시킴으로써 잔존수분을 증발시키고 상기 원료의 탄수화물 성분을 활성화시키는 증열단계와; 상기 증열단계를 거친 원료에 가수분해 효소를 투입하여 교반하여 글루코오스를 생성하는 단계와; 상기 글루코오스에 유산균을 투입하여 발효시키는 단계와; 상기 발효단계이후에 축합중합, 개환중합 중 어느 한 방법을 통하여 고분자화 시키는 단계; 를 포함할 수 있다.

상기 글루코오스를 생성하는 단계 이후에, 상기 원료를 메쉬에 통과시켜 글루코오스를 제외한 찌꺼기를 걸러내는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 투입되는 유산균은 상기 글루코오스 100중량부에 대하여 1내지 2중량부인 것일 수 있다.

상기 글루코오스 생성단계 상기 증열과정을 거친 원료 100중량부를 섭씨 60내지 70도까지 냉각시킨후에 가수분해 효소 1내지5 중량부를 투입하여 교반하는 것일 수 있다.

상기한 바와 같은 방법으로 커피추출물 찌꺼기라는 새로운 원료를 이용하여 커피추출물찌꺼기의 활용도를 높이면서도 신축성, 강도 등의 기계적 특성이 우수한 폴리유산 섬유를 제조하는 방법을 제공한다.

도1은 본 발명에 따른 폴리유산 섬유를 제조하는 방법을 도시한다. 기존의 폴리유산섬유는 주로 전분을 이용하여 제조하였지만 본 발명에서는 커피를 추출하고 남은 찌꺼기를 모아 폴리유산섬유를 제조하도록 하였다.

현재 커피전문점이 많이 늘어나고 성인들의 커피 섭취량이 늘어나고 있는 추세이지만 커피를 추출하고 남은 찌꺼기는 조금씩 모아서 커피향이 퍼지도록 하는 방향제 이외에는 달리 쓰이는 데가 없다. 본 발명은 이러한 커피 찌꺼기를 재활용하는 것을 모색할 뿐 아니라 커피찌꺼기를 이용함으로써 폴리유산 섬유의 고질적 문제점이던 신축성의 문제를 해결하고 신축성의 증가로 인해 파손율이 줄어 내구성을 향상시킬 수 있도록 하였다. 아래의 표는 식품연구소에서 커피추출 후 남은 찌꺼기의 성분을 분석한 결과이다.

탄수화물	수분	회분	조단백질	조지방
29.57%	55.52%	0.7%	7.06%	7.15%

상기 조성에서 탄수화물의 식이섬유 함유는 30.21%이다. 여기서 수분을 제거하게되면 탄수화물의 비중은 60%가 넘게 되는데 60%정도의 탄수화물 비율은 PLA로 만들기에 모자라지 않으며 이 탄수화물을 추출하여 젖산으로 만들게 된다.

커피추출후 남은 커피찌거기는 원료 자체에 수분의 함유율이 높고 원료의 수거과정에서 내부에 불순물이 있을 수 있기 때문에 전처리 과정을 거치게 된다. 전처리는 원료를 물에 씻어 불순물을 제거하고 건조한 공기를 쐬도록 하여 건조하는 건조과정을 거치도록 할 수 있다.

건조과정을 거친 원료는 원료에 함유되어 있는 탄수화물을 팽창 활성화시키기 위하여 10내지 15시간 동안 높은 온도에서 쪄냄으로서 잔존수분을 증발시키고 탄수화물을 팽창/활성화시키게 되는 증열과정을 거치게 된다. 상기 온도는 섭씨 80도 내지 130도 정도가 적당하다.

종래에 전분이나 감자를 이용하여 PLA를 제조하는 방법은 이러한 증열과정없이 전분을 물에 녹여 액화시킨 후 작업을 하였는데 본 발명에서는 오히려 잔존수분을 증발시킴으로써 탄수화물을 활성화시켜 가수분해가 쉽게 일어나도록 하였으며 증열과정을 거침으로써 얻어지는 PLA의 품질 즉 최종결과물의 기계적인 특성이 우수해진다.

건조와 증열과정을 거친 원료는 불순물을 제거하고 다시한번 건조를 시키는 전처리 과정을 거칠 수 있다.

증열과정을 거친 원료는 활성화된 탄수화물에서 글루코오스를 분리해내도록 하기 위하여 효소를 투입하여 가수분해를 유도한다. 이 과정에 의하여 탄수화물이 단당류인 글루코오스(glucose)로 변하게 된다. 가수분해 효소로는 아밀로글루코시다아제(amyloglucosdiase)가 사용될 수 있다. 가수분해는 상기 증열과정을 거친 원료 100중량부를 섭씨 60내지 70도까지 냉각시킨 후에 가수분해 효소 1내지5 중량부 를 섞은뒤 상기 원료를 교반하여 섞으며 가수분해가 이루어지도록 한다.

상기 원료에서 글루코오스만을 추출하며 분리한다. 글루코오스만을 추출하기 위하여 메쉬형태의 체에 상기 원료를 통과시킴으로써 남아있는 커피추출물찌꺼기는 걸리도록 하여 글루코오스만 통과되도록 한다.

이렇게 얻어진 글루코오스에 유산균을 첨가하여 발효시킴으로써 단당류가 유산(LATIC ACID C₃H₆O₃ )로 변화하게 된다. 유산균은 글루코오스 100중량부에 대하여 1내지 2중량부 정도를 첨가하여 혼합시킨후 발효시키도록 한다.

상기 유산을 교반하여 축합중합을 하면 고분자의 PLA(Poly Lactic Acid)가 생성된다. 혹은 개환중합을 하여 유산 두분자로 이루어진 환상 단량체를 촉매존재하에서 개환 중합시켜 PLA를 제조할 수 있다. 이때 분자량을 높이기 위하여 디이소시아네와 같은 체인연장제를 사용할 수도 있다. 촉매는 탈수 축중합에 사용되는 것이며 특별히 한정하지 않으며 산화루테늄이나 산화티탄을 사용할 수 있다. 중량평균 분자량이 5만이상이 되도록 축중합을 하는 것이 적당하다.

이렇게 하여 얻어지게 되는 PLA를 압출 성형함으로써 PLA원료 섬유를 제조하 게 된다. 이렇게 하여 얻어지게 되는 실의 강도는 약 5~7cN/dtex로 종래의 PLA섬유보다 고강도의 특성을 가지면서도 신축성이 우수하다.

섬유소 가수분해 효소를 이용하여 당화반응을 수행한 결과 발효성 당 (포도당+자일로스+셀로바이오스)을 얻었으며 이를 활용하여 Lactic Acid 발효를 수행한 결과 젖산을 생산할 수 있었으며 이를 이용하여 PLA를 제조할 수 있었으며 이와 같은 반응은 당화수율이나 발효수율이 다른 방법에 비하여 상대적으로 높으며 고강도의 특성을 가지면서도 신축성이 우수한 PLA섬유를 얻을 수 있었다.

도1은 본 발명에 따라 커피추출물 찌꺼기를 이용하여 PLA섬유를 제조하는 방법을 도시하는 도면.

Claims (4)

1. 커피 추출물 찌꺼기를 이용하여 폴리유산섬유를 제조하는 방법에 있어서,

   원료가 되는 커피추출물 찌꺼기를 세척하고 건조하는 전처리단계와;

   상기 전처리단계를 거친 원료를 섭씨 100도 이상의 온도에서 10내지 15시간 노출시킴으로써 잔존수분을 증발시키고 상기 원료의 탄수화물 성분을 활성화시키는 증열단계와;

   상기 증열단계를 거친 원료에 가수분해 효소를 투입하여 교반하여 글루코오스를 생성하는 단계와;

   상기 글루코오스에 유산균을 투입하여 발효시키는 단계와;

   상기 발효단계이후에 축합중합, 개환중합 중 어느 한 방법을 통하여 고분자화 시키는 단계; 를 포함하는,

   커피 추출물 찌꺼기를 이용하여 폴리유산섬유를 제조하는 방법
2. 제1항에 있어서, 상기 글루코오스를 생성하는 단계 이후에, 상기 원료를 메쉬에 통과시켜 글루코오스를 제외한 찌꺼기를 걸러내는 단계를 더 포함하는, 커피 추출물 찌꺼기를 이용하여 폴리유산섬유를 제조하는 방법
3. 제1항에 있어서, 상기 투입되는 유산균은 상기 글루코오스 100중량부에 대하여 1내지 2중량부인 것을 특징으로 하는, 커피 추출물 찌꺼기를 이용하여 폴리유산 섬유를 제조하는 방법
4. 제1항에 있어서, 글루코오스 생성단계 상기 증열과정을 거친 원료 100중량부를 섭씨 60내지 70도까지 냉각시킨후에 가수분해 효소 1내지5 중량부를 투입하여 교반하는 것을 특징으로 하는, 커피 추출물 찌꺼기를 이용하여 폴리유산섬유를 제조하는 방법

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