KR20140075427A

KR20140075427A - 고활성칼슘을 이용한 식물추출액 제조와 그 추출액 및 대두유 등의 혼합물을 나노화 장치로 분쇄한 나노입자 친환경 항균제의 제조방법

Info

Publication number: KR20140075427A
Application number: KR1020120143747A
Authority: KR
Inventors: 구자준
Original assignee: 에코바이오텍 주식회사
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-19

Abstract

본 발명은 신규 개발한 증기포집식 액상 나노장치를 이용한 나노화된 친환경 항균제 개발에 관한 것으로, 구체적으로 살균효과가 뛰어난 식물추출물(소리쟁이 뿌리, 은행잎, 살구씨 등)을 친환경농약으로 많이 사용하는 대두유와 혼합하여, 식물병 방제효과가 뛰어난 나노 입자 크기(약 67.6nm)로 제조할 수 있는 기계장치 및 친환경 항균제 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 천연물 작물보호제에 대한 효과를 높이고자 신청자가 새로이 개발한 액상 나노장치를 이용한 기술은, 천연물 농약제조 분야에서는 처음 시도되는 기술이며 강한 식물병 항균작용을 가지고 있는 천연식물과 오일의 혼합용액 액상 Particle의 Size를 아주 작게 만들어 방제효과를 극대화할 수 있는 기술이기에, 천연물 농약의 가장 취약한 부분인 약해와 약흔의 방지가 가능하면서 식물병 방제효과가 탁월한 진일보적인 친환경 천연물 항균제를 제조할 수 있는 새로운 방식이 될 수 있다.

Description

고활성칼슘을 이용한 식물추출액 제조와 그 추출액 및 대두유 등의 혼합물을 나노화 장치로 분쇄한 나노입자 친환경 항균제의 제조방법{Manufacturing of Plant Extracts by Using High Activated Calcium and Manufacturing Method of Nano Eco-Friendly Antimicrobial Agent Pulverizing the Mixture of the Plant Extracts and Soybean Oil and so on with Nano Machine}

본 발명은 신규 개발한 증기포집식 액상 나노장치를 이용한 나노화된 친환경 항균제 개발에 관한 것으로, 구체적으로 살균효과가 뛰어난 식물추출물(소리쟁이 뿌리, 은행잎, 살구씨 등)을 친환경 농약으로 많이 사용하는 대두유와 혼합하여, 식물병 방제효과가 뛰어난 나노 입자 크기(약 67.6nm)로 제조할 수 있는 기계장치 및 친환경 항균제 제조방법에 관한 것이다.

농산물의 대량생산을 위한 병해충방제로 합성농약의 오남용에 의해 인축에의 직접적 피해, 농산물에서의 잔류농약, 토양과 하천 등의 환경오염으로 인한 생태계의 파괴와 저항성 병해충의 증가로 인한 피해가 확산되고 있다.

“리우 환경회의 협약” 이후 WTO/DDA 출범 및 협상에 대비하여 합성농약의 사용을 줄이려는 추세가 뚜렷해지고 있으며, 국내에서도 향후 10년 이내에 화학농약의 사용량을 70% 이하로 줄여야 하는 현실에서 전 세계적으로 기존의 화학농약을 대체할 천연물 원료의 친환경 생물농약의 원료물질 개발이 아주 미진한 상태이다.

우리나라는 재배양식이 다양해지고 주년재배의 성행에 의한 연작 때문에 흰가루병과 탄저병 등 토양병해 발생이 심각해지고 이에 따른 연작장해 문제가 시급히 해결해야 할 과제로 등장했다.

종래기술은 살균효과가 뛰어난 식물추출물을 유화제와 혼합하여 Homogenizer로 균질화시킨 후 농산물에 직접 살포하여 병해를 해결하였지만, 이 방법은 액상의 입자Size가 커서 오일축적으로 인한 약해는 물론 가수분해와 산패, 혼합물의 비중차이로 인하여 층 분리가 일어나 제품의 항상성과 재현성이 보장되지 않는 문제점이 있다.

본 발명에서 신규로 개발한 기술은, 식물병균에 대한 항균효과가 잘 알려져 있는 소리쟁이 뿌리와 은행잎, 살구씨 등의 식물을 효율적으로 추출한 후, 그 추출액과 식물성 지방산인 대두유를 혼합한 후 새로이 고안한 증기포집식 액상 나노장치를 사용하여 적정조건에서 입자가 아주 작은 Size로 되게 분사하고 기계장치 안에서 분사구로부터 가장 원거리에 있는 Misty물질이 증기화한 후 얻어지는 입자들을 포집하여 수득하여 나노화된 액상을 제조하는 방법으로, 이 액상물질은 물과 대두유 오일의 층 분리현상을 야기하는 문제점을 해결함과 동시에, 천연물 농약으로서의 효능을 증폭시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기존 제품의 입자가 크기에 발생하는 부작용인 약해와 약흔 문제, 저온 시 분사문제 등 현존하는 많은 천연물 농약 사용의 문제점들을 해결하는 효과를 기대할 수 있어 화학농약을 대체할 친환경 농약의 개발에 아주 유익한 기술임을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 주된 목적은 살균효과가 뛰어난 식물추출물(소리쟁이, 은행잎, 살구씨 등)을 친환경 농약으로 많이 사용하고 있는 대두유와 혼합하여, 나노 입자 크기(약 67.6nm)로 제조할 수 있는 기계장치 및 친환경 항균제 농약의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 친환경적으로 사용이 불가한 기존 유기용매를 이용한 추출법을 탈피하여 고활성칼슘을 이용하여 활성도가 높은 식물추출물을 사용하는 방법을 제공한다.

본 발명에서 사용되는 산화칼슘은 종래 산화칼슘과는 달리 물에 다량 용해될 수 있는 수용성의 특징을 갖고 있기 때문에, 종래 산화칼슘과 구분하기 위해 고활성칼슘이라 칭하기로 한다.

본 발명의 고활성칼슘을 제조하기 위해서는 패각류를 깨끗이 수세하고 건조한 다음, 곱게 분쇄하여 사용할 수 있으며, 이때 패각분의 입경은 1~5㎜로 사용하는 것이 바람직한데, 1㎜ 미만인 경우에는 가루가 날리기 쉬어 작업성이 좋지 않고, 5㎜를 초과한 경우에는 소성시간이 연장되고 소성효율도 더 이상 증가하지 않기 때문이다.

상기 패각분을 전기로(爐)에 넣고 1,450℃에서 10시간 소성하여 패각분의 탄산칼슘에서 탄산가스를 제거하고, 산화철 등의 불순물을 휘산시킨 다음, 통전기에 넣고 700,000~120,000Volt 이상의 전압에서 통전시키는 단계를 거쳐 본 발명에서 사용하는 고활성칼슘을 제조할 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 고활성칼슘은 다른 산화칼슘과는 달리 물 1Liter에 1,000~1,300㎎이 완전 용해되는 수용성 칼슘의 특성을 갖는다.

본 발명에서 상기 통전기로는 고전압 출력기를 탄소 판(carbon plate)에 연결하여 통전시킴으로써 산화칼슘에 고전압을 인가할 수 있는 장치를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 통전기를 통하여 산화칼슘을 70,000Volt 이상의 고전압에서 통전시키는데, 고전압으로 인한 열과 전기에너지가 산화칼슘에 인가되면 산화칼슘 내의 원자간 인력을 약화시켜 산화칼슘의 수용성을 향상시키게 된다.

고활성칼슘을 이용한 추출방법은 상기의 조건에서 얻어진 고활성칼슘 분말 2.0g을 25℃온도에서 1Liter의 순수수에 투입하여 30~100rpm의 속도로 교반기에서 10~30분간 교반한 후, Micro Filter기에 통과시켜 얻어진 Ca⁺⁺이온의 농도가 1,000ppm 이상으로 된 맑은 액상을 수득한 후, 이 용액을 소리쟁이 뿌리, 은행잎, 살구씨 등 천연물 항균제의 주원료 식물들을 열수 추출할 때, 1/50 정도의 고활성칼슘 용액농도에서 추출할 경우, 단순 열수추출의 경우보다 유효성분 추출률이 약 30% 이상 높아진다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 증기포집식 액상 나노장치를 이용한 약해가 없는 친환경 항균제를 개발하는 기계의 제작 방법을 제공한다.

종래기술은 식물성 종자유에 유화제와 물을 혼합한 후 homogenizer를 이용하여 입자 결속력을 약하게 하여 사용하였으나 이렇게 제조된 대부분의 식물 종자유는 오일입자가 커 식물에 부착하면 광합성을 저해하여 식물에 약해가 있으며 약흔이 남아 농약으로서 그 사용이 한정되고 유효성이 미비하다.

증기포집식 액상 나노장치를 이용한 친환경 항균제란 우선 고활성칼슘을 이용하여 고농도의 식물추출액을 수득한 후 그 식물추출액과 대두유를 교반기에 각각 투입하고 20~50rpm의 속도로 10~30분간 잘 교반하여, 천연물 항균제를 제조하는 중간제를 제조한다. 식물추출액과 대두유를 잘 혼합한 혼합액을 탱크에서 70~80℃로 가열한 후 탱크에 고압 공기의 힘(450~800Bar)으로 혼합액을 분사하면서 동시에 저장탱크의 가운데 혹은 분사구의 반대방향의 공기 분사구를 약간 경사지게 배치한 뜨거운 공기(70~80℃)를 노즐 외부에서 분사하면 안개나 연기처럼 아주 미세한 분자 입자경이 만들어지는데 Limit Guard를 넘어온 미세 입자만 FAN방식의 집진기를 이용 나노오일 입자만을 포집하는 장치이다. 입자가 커서 밑으로 Limit Guard 이내에 떨어진 오일은 다시 한 번 Repeat 공정으로 분사하여 포집한다.

이러한 증기포집식 액상 나노장치로 만들어진 제재는 식물성 오일의 살균효과를 높일 뿐 아니라 점도 문제, 식물에 대한 약해와 약흔 문제를 해결할 수 있다.

본 발명에 따르면 고활성칼슘을 이용한 추출로 활성도가 높은 식물추출물을 확보할 수 있고, 증기포집식 액상 나노장치를 이용하여 약해가 없는 친환경 항균제를 개발하는 기계의 제작 방법과 친환경 항균제 완성품을 제공할 수 있다.

도 1은 친환경 항균제 제작에 사용되는 증기포집식 액상 나노장치 제작 제안 설계 도면의 개략도이다.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.

실시예 1. 고활성칼슘 제조

패각류(특히, 새고막 껍질)를 깨끗이 수세하여 열풍으로 완전히 건조시킨 다음 직경 3㎜ 내외로 잘게 부쉈다. 이와 같이 수득된 패각분을 뚜껑이 있는 2,000℃ 내열 세라믹용기에 넣어, 1,800℃성능의 수퍼칸탈 발열체로 발열하는 폐쇄형 구조의 내열성 고온 전기로 중에 넣었다. 내열 전기로는 양쪽에 흑연 전극판이 장착되어 있는 세라믹재 3상 로이다.

상기와 같은 내열 전기로에서 1,450℃에서 10시간을 소성한 후, 소성 패각분을 전기가 잘 통하는 아크릴 통에 1kg 담아, 통전기에서 85,000Volt의 전압을 발생시켜 소성 패각분을 60분간 전기를 통하게 하였다.

고온 소성 및 통전공정을 완료한 후에, 소성 패각분이 담긴 용기를 통전기로부터 꺼내어 10℃ 정도의 냉풍으로 급랭시켜 미세분쇄기로 800Mesh 정도로 분쇄한 후, 습기를 차단할 수 있는 비닐 백 또는 용기로 포장하였다.

실험예 1. 패각원료를 가공 처리한 고활성칼슘의 함량분석

고활성칼슘 제조 시 효과적인 소성 조건을 결정하기 위하여, 200kg 용량의 전기로를 사용하여 시간적인 요소(4 조건) 및 온도적인 요소(7 조건)에 따라 3회 반복 소성시험을 실시하였다.

소성시험은 총 84(4×7×3=84)회 실시하였고, 소성시간과 온도에 따른 패각유래 활성칼슘의 칼슘함량 분석하여 표 1에 나타내었다. 각 수치는 평균 결과 값이다.

(단위: %)

	6시간	8시간	10시간	12시간
900℃	65	71	78	82
1,100℃	82	84	87	85
1,300℃	85	89	92	90
1,350℃	88	90	95	90
1,400℃	91	93	96	92
1,450℃	94	97	99.4	99.0
1,500℃	94	97	99.2	98.7

이의 결과, 900~1,400℃의 범위에서 12시간을 소성한 경우, 얻어지는 것보다 탄화되는 고활성칼슘의 양이 많아짐을 알 수 있었고, 1,450℃와 1,500℃에서도 12시간을 소성하였을 때, 순도가 오히려 떨어지는 것을 알 수 있었다.

따라서 경제적인 면이나 품질을 고려할 때, 소성온도를 약 1,450℃로 하고 소성시간을 약 10시간으로 하는 것이 바람직하다.

실험예 2. 고활성칼슘을 이용한 식물 유효성분 추출시험

상기 실험예 1의 시료 중 1,450℃이상에서 10시간 소성한 패각원료에 한하여, 85,000Volt의 전압으로 1시간 전기분해하여 얻어진 고활성칼슘 분말 2.0g을 25℃ 1Liter의 순수수에 투입하여 60rpm의 속도로 교반기에서 30분간 교반한 후, Micro Filter기에 통과시켜 얻어진 Ca⁺⁺이온의 농도가 1,200ppm으로 된 맑은 액상을 수득한 후, 이 용액을 소리쟁이뿌리, 은행잎, 살구씨 등 천연물 항균제의 주원료 식물들을 고활성칼슘 용액 2% 농도로 동일 추출시간으로 열수로 추출할 때, 무처리군 대비 2% 고활성칼슘 용액 처리군의 식물의 유효성분 농도가 30% 이상 높았다.[표 2]

[소리쟁이 추출액] 좌 : Control 우 : 처리구		[살구씨 추출액] 좌 : Control 우 : 처리구
* 시험기관/일시 : 에코바이오텍(주) 부설연구소, 2007년 12월 28일/2008년 1월 2일 * 주원료 : 은행, 살구씨 등의 시험제제의 원료

실시예 2. 증기포집식 액상 나노장치를 이용한 식물추출물 제조

실험예 1. 증기포집식 액상 나노장치를 이용하여 제조한 식물성오일(대두유)의 particle size 측정

원제가 대두유이므로 많은 사람들이 오일이 균과 충을 도포해서 죽이는 기전으로 알고 있으나, 다른 연구자들의 연구결과 지방산의 기작으로 살균/살충효과가 있음을 밝혀냈으며, 2-핵세날과 비방향족 탄화수소(Nonaromatic Hydrocarbon)로서 카보닐기(Carbonyl Group)를 가진 것으로 추정되는 오일이, 모닐리니아 프루크티콜라(Monilinia Fructicola)등의 곰팡이의 포자발아를 억제시키는 것으로 관찰되었다.

균/충의 공격 시 식물체의 큐티큘라층에서 분비하는 물질의 하나인 지방산도 곰팡이의 생육을 크게 저하하는 것으로 식물병리학자들의 연구결과 밝혀졌으며 그중에서도 탄소수가 13~18사이의 중급지방산이 가장 효과적인 항균성을 보이고, 지방산의 이중결합수가 많을수록 항균성도 증가하며 비 해리 분자가 작용기작에 관여한다고 알려져 있다.

본 발명에서는 탄소수가 13~18사이인 식물성 지방산 중 원료 공급이 쉽고, 비교적 원가가 저렴한 대두유를 원제로 선정했으며, 대두유의 구성성분은 리놀린산 51~57%(탄소수 17), 올레인산 32~36%(탄소수 17), 팔미진 산 2.4~6.8%(탄소수 15), 스테아린산 4.7~7.3%(탄소수 17)로 조성되어 있다.

증기포집식 액상 나노장치로 식물성오일(대두유)과 전술한 소리쟁이 뿌리, 은행잎, 살구씨 등 식물추출물과의 혼합용액의 미세입자 용액을 제조하여, 15일 경과 후 한국기초과학지원연구원에서 ELS-8000(광 산란 장치를 이용한 오일 입자 측정기로 측정범위는 3㎚~5㎛사이만 측정이 가능)라는 기기를 이용하여 particle size를 측정한 결과는 표 3과 같이 나타났다. particle size 크기는 각 시료 종류에 따라 유의적인 차이가 나타났으며, 습식 나노공법으로 만든 시료의 particle size가 기존 방법으로 제조한 시료의 1/16 이하의 크기로 측정되었다.

구분	시료종류	측정결과	비고
시료 A	원액 상태의 대두유	측정 불가	입자가 커서
시료 B	타사가 사용하는 방법으로 대두유를 28,000rpm으로 약 5분간Homogenizing	989.2nm	제조 후 층 분리는 물론 갈변현상이 일어남
시료 C	습식 나노공법으로 만든 시료	67.6nm	시료 B의 1/16 이하의 크기

실험예 2. 7가지 식물 병에 대한 방제가 측정

국립 한국화학연구원 생물기능연구팀에서 현장 실험을 통해 7가지 식물 병(밀 붉은녹병, 보리 흰가루병, 토마토 역병, 벼 도열병, 고추 탄저병, 토마토 잿빛곰팡이병, 벼 잎집무늬마름병)에 대한 방제가를 측정한 결과 표 4와 같이 나타났다.

실험에 사용된 천연물 항균제의 조성비는 중량비로 대두유 55%, 식물추출물 45%(소리쟁이 뿌리 50%, 은행잎 30%, 살구씨 20%의 원료구성비)이었다.

시료	농도	방 제 가 (%)
시료	농도	밀 붉은녹병	보리 흰가루병	토마토 역병	벼 도열병	고추 탄저병	토마토 잿빛곰팡이병	벼 잎집무늬마름병
개발 제제	500배	100	90	83	83	71	58	55

이의 결과 밀 붉은녹병, 보리 흰가루병, 토마토 역병, 벼 도열병, 고추 탄저병, 토마토 잿빛곰팡이병, 벼 잎집무늬마름병 등에서 각각의 식물병 별로 55~100%의 방제가를 나타냈다.

Claims

고활성칼슘을 이용하여 식물의 유효성분의 추출을 극대화하는 공정 및 식물병 방제효과가 인정되는 고활성칼슘 추출법으로 제조된 식물추출물과 대두유의 혼합용액을 제조하는 방법 및 식물병에 대한 살균효과를 향상시키기 위하여 그 혼합용액을 미세입자로 만들어 줄 수 있는 신규한 기계장치
나노 입자로 쪼개져 연기나 안개처럼 날아다니는 용액 혹은 오일 입자를 FAN방식을 이용한 집진기로 포집하는 방법
제 1항에 있어서 식물추출물의 원료는 소리쟁이 뿌리와 은행잎, 살구씨 등으로 구성되나 고삼, 산초, 부자, 소리쟁이, 작약, 질경이, 제충국, 자몽종자, 할미꽃, 솔잎 등 다른 항균식물 원료일 수 있으며 오일종류는 대두유를 사용하였으나 카놀라유, 포도씨유, 옥수수유, 님오일(Neem oil) 등의 천연물 유래 오일 종류일 수 있으며, 이상의 식물추출물과 오일의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 제재
제 1항에 있어서 살균 활성은 흰가루병, 잿빛 곰팡이, 역병, 탄저병, 벼 도열병으로 이루어진 군에서 선택되는 곰팡이 균에 대한 활성인 것을 특징으로 하는 제재
1) 식물 추출물과 오일류를 혼합하는 비율과 교반기를 이용한 혼합 공정
2) 상기 1)에서 혼합한 혼합물을 (70~80℃)로 예열하는 공정
3) 상기 2)에서 얻은 혼합물을 공기 분사구를 약간 경사지게 배치하여 노즐 중심의 분사구에서 분사되는 혼합용액을 분쇄시켜 나노급의 미세입경의 입자로 제조하는 공정