KR20170049124A - 프로폴리스 유효성분 추출장치 및 추출방법 - Google Patents
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Abstract
초음파 진동자를 최적의 위치에 배치하여 추출 용매에 초음파 파동을 가하여 분자운동을 활성화 및 추출원료의 파쇄를 통한 추출액의 유효성분을 향상, 추출시간 단축, 수율 향상을 실현하는 프로폴리스 유효성분 추출장치 및 추출방법에 관한 것으로, 3중 구조로 제작되고, 프로폴리스 원괴(벌집)와 에탄올을 투입하기 위한 맨홀과 유입관이 설치된 처리조, 상기 처리조 내에 장착되어 상기 프로폴리스 원괴와 에탄올을 교반하는 교반기, 상기 처리조의 하부에 마련되고, 초음파 발진기로부터 발생한 주파수에 의해 진동하는 초음파 진동자, 프로폴리스 추출시 상기 처리조로부터 발생하는 에탄올의 증발분을 상기 처리조의 내부로 회수하기 위한 냉각수단, 상기 처리조 내의 온도를 일정 상태로 유지시키는 온도 제어수단을 포함하는 구성을 마련하여, 프로폴리스 유효성분의 추출 효율을 높일 수 있다.
Description
본 발명은 프로폴리스 유효성분 추출장치 및 추출방법에 관한 것으로, 특히 초음파 진동자를 최적의 위치에 배치하여 추출 용매에 초음파 파동을 가하여 분자운동을 활성화 및 추출원료의 파쇄를 통한 추출액의 유효성분을 향상, 추출시간 단축, 수율 향상을 실현하는 프로폴리스 유효성분 추출장치 및 추출방법에 관한 것이다.
일반적으로 프로폴리스(Propolis)는 벌집에서 얻어지는 지용성 복합체로 식물이 분비하는 왁스와 수지 물질을 모아 벌 자신의 침샘 분비물과 혼합하여 만든 수지성, 점착성, 고무상의 물질로 벌집 출입구에 발라 외부로부터 균의 유입을 막기 위해 사용하며, 주로 벌통 내의 표면 틈새에 발라 빗물 및 냉기를 막았으며 벌집 전체 구조를 강화하기 위해 사용한다. 일반적인 성분으로는 수지 50~55%, 밀랍 30%, 정유 8~10%, 회분 5%, 기타 각종 유기성분, 미네랄 등의 성분으로 이루어져 있으며, 구성 성분은 약 150~180개의 휘발성 물질과 페놀계 화합물로 알려져 있다.
프로폴리스는 플라보노이드와 유기물이 다량 함유되어 있으며 성분 중 플라보노이드계 물질은 강력한 항균 효과를 가지는 것으로 보고되고 있다. 프로폴리스에 포함된 계피산과 카페릭산 에스터를 비롯한 많은 종류의 플라보노이드 성분은 항암, 항균, 항박테리아, 항바이러스, 항염증, 항진균성, 항산화 및 알레르기성 피부염 치료에 도움이 되는 생리활성 기능물질 기작을 나타내는 것으로 보고되고 있다.
이와 같은 프로폴리스는 꿀벌들이 여러 식물들의 표피, 잎 등에서 채취한 수지(樹脂)에 벌 자신에 타액을 포함하여 만든 복합물질로써 항산화, 항균, 항염, 면역증강 등의 생리활성 기능을 지닌 차세대 천연 기능성 물질의 소재이다.
프로폴리스가 건강 기능성 식품 소재 및 생리활성 기능물질로 이용되기 위해서는 고순도 프로폴리스의 플라보노이드계 물질을 얻는 것이 필요하고, 기능성 식품 소재화를 위한 프로폴리스 고순도 추출법을 개발하여 유용성분의 최적 처리조건을 확립하는 것이 필요하다.
프로폴리스 추출물을 추출하는 방법은 크게 에탄올 추출법, 물 추출법, 초임계 추출법, 미셀화 추출법의 4가지 종류가 있다. 지용성 물질인 프로폴리스의 추출은 세계적으로 주로 에탄올 추출법이 사용된다.
물 추출법은 프로폴리스의 지용성 유효성분이 잘 용해되지 않아 유효성분 플라보노이드 함량이 0.2% 정도밖에 분리되지 않아 상대적으로 추출 및 효능이 떨어져 프로폴리스 본래의 기능인 항균력과 항산화 작용이 거의 발휘되지 않는다.
또, 초임계 및 미셀화 추출법은 생산비용이 높아 비경제적으로 실용화하기 가 곤란하다는 문제가 있었다.
현재 가장 일반적인 상용화되어 있는 추출방법은 에탄올 추출법을 사용하고 있으며, 주로 많은 연구가 진행된 제조방법으로 알코올 추출물은 다량의 왁스나 수지 등이 함께 추출되어 물에 비교적 혼합이 잘되지 않는 지용성으로 제품화하기가 힘든 단점이 있다.
또 대한민국 식품의약품안전처의 식품기능공전에 의하면 프로폴리스 추출물의 가공식품 규격에는 총 플라보노이드(Total flavonoid), p-쿠마르산 (p-coumaric acid), 계피산 (Cinamic acid) 성분이 확인되어야 한다고 규정하고 있다.
현재까지도 지용성 물질인 프로폴리스 에탄올 추출법은 프로폴리스 원괴와 에탄올을 추출 탱크에서 대략 30~180일 정도 교반(혼합)하여 주면 프로폴리스가 추출되어지는 아주 간단하면서도 단순한 공정이다, 하지만 이러한 추출 방법은 프로폴리스가 가지고 있는 유효 성분인 총 플라보노이드 물질의 함량이 낮을 뿐만 아니라 과도한 추출시간 및 과도한 유틸리티 증가, 인건비 증가 등 시간과 비용이 과다하게 발생되므로 생산성이 낮은 단점이 있다. 또한, 프로폴리스의 추출 및 숙성의 기간에 따라 프로폴리스 추출물의 플라보노이드 유효성분 함량이 달라져 일정한 품질을 보장할 수 없는 문제가 있다.
이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 처리조와 진동부를 구비한 초음파를 이용한 원료물질 추출장치에서, 추출대상물과 추출용 매제를 수용하는 처리조, 상기 처리조의 중앙부위에 상하로 연장되게 배치되는 진동부, 상기 진동부와 소정거리 이격되고 상기 추출대상물과 상기 진동부가 분리되도록 상기 처리조 내에 함침되며, 상기 진동부에서 발생하는 초음파를 상기 추출대상물에 전달하는 투과판 및 상기 진동부를 포함하는 투과판 내의 공간에 충진되는 초음파 전달물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 원료물질 추출장치에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 초강력 초음파 추출방법 및 HSC 펌프를 이용한 캐비테이션 기포압운전으로 식물성 세포벽막 박리효과를 높인 초음파 진공추출농축법의 캐비테이션 복합시스템에서, 초음파 진공추출 농축조에 수납된 처리액을 HSC 펌프와 SC펌프를 포함하는 부설 배관류로 흡송 순환시킬 때 초음파 1∼10만HZ 주파수의 자동추미발진기를 장착한 반사판 초음파조사탱크를 20°∼ 70°경사각으로 설치하는 방법으로 반사판 기포순간파괴성을 높여 초음파에너지 상승작용을 유도하여 처리액에서 원하는 물질을 초강력 초음파 상온가공으로 추출 및 농축시키는 초음파 진공추출농축방식의 캐비테이션 복합시스템에 대해 개시되어 있다.
그러나 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 식용 에탄올 95%를 이용한 에탄올 추출방식으로 상온 교반 추출방식으로 제품 경쟁력 낮고, 추출효율 및 생산성이 낮다는 문제가 있었다.
즉, 상기와 같은 종래의 기술에서는 초음파 진동에 의해 추출 용액에 캐비테이션을 발생시키지만, 초음파 진동의 최적화가 이루어지지 않아 추출 효율이 낮고 진공을 유지하기 위한 설비유지 비용이 증가한다는 문제가 있었다.
또 상술한 바와 같은 종래의 기술에 의한 추출 방법은 프로폴리스가 가지고 있는 유효 성분인 총 플라보노이드 물질의 함량이 낮을 뿐만 아니라 추출 효율이 떨어져 추출시간 및 유틸리티, 인건비 등 비용이 과대하게 발생되어 생산비 원가 상승 등으로 생산성이 떨어진다는 단점이 있으며, 프로폴리스의 추출 및 숙성 기간에 따라 프로폴리스 추출물의 플라보노이드 유효성분 함량이 달라져 일정한 품질을 보장할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 프로폴리스의 성분함량이 기존 1%보다 높은 1.5~2.0% 이상의 프로폴리스를 추출함으로써, 프로폴리스 추출 성능 및 수율을 향상시키는 프로폴리스 유효성분 추출장치 및 추출방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고주파의 초음파를 이용하여, 에탄올 추출법을 개선하고 추출물의 용해성, 흡수성, 추출 수율 등을 향상시키기 위한 프로폴리스 유효성분 추출장치 및 추출방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 프로폴리스 추출물의 유효성분을 효과적으로 추출하여 플라보노이드계 물질 함량을 증가시켜 추출공정의 사이클 시간의 단축, 생산성의 증가, 유틸리티 비용절감 및 생산제조 원가의 절감을 실현할 수 있는 프로폴리스 유효성분 추출장치 및 추출방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치는 초음파 에탄올 추출법으로부터 프로폴리스의 유효성분을 분리 및 제조하는 프로폴리스 유효성분 추출장치로서, 3중 구조로 제작되고, 프로폴리스 원괴(벌집)와 에탄올을 투입하기 위한 맨홀과 유입관이 설치된 처리조, 상기 처리조 내에 장착되어 상기 프로폴리스 원괴와 에탄올을 교반하는 교반기, 상기 처리조의 하부에 마련되고, 초음파 발진기로부터 발생한 주파수에 의해 진동하는 초음파 진동자, 프로폴리스 추출시 상기 처리조로부터 발생하는 에탄올의 증발분을 상기 처리조의 내부로 회수하기 위한 냉각수단, 상기 처리조 내의 온도를 일정 상태로 유지시키는 온도 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치에서, 상기 초음파 발진기로부터 발생한 주파수는 20㎑이고, 상기 초음파 진동자는 120도 간격으로 3개가 배치되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치에서, 상기 냉각수단은 상기 처리조의 상부에 마련되어 상기 처리조 내부에서 에탄올의 증발분을 냉각하는 응축기와 상기 응축기에 냉각수를 공급하는 칠러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치에서, 상기 온도 제어수단은 상기 처리조 내의 온도를 감지하는 온도 센서 및 상기 온도 센서에서 감지된 온도에 따라 상기 처리조 내의 온도를 25~45℃로 유지시키는 히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치에서, 상기 교반기는 교반용 모터, 상기 교반용 모터에 장착된 교반 축, 상기 교반 축에 장착된 다수의 교반 날개를 포함하고, 상기 교반용 모터는 상기 교반 날개를 30~60rpm/min의 속도로 회전시키는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치에서, 상기 다수의 교반 날개 중 최상부의 교반 날개는 삿갓형으로 이루어지고, 중앙의 교반 날개의 폭은 최대로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치는 초음파 에탄올 추출법으로부터 프로폴리스의 유효성분을 분리 및 제조하는 프로폴리스 유효성분 추출장치로서, 3중 구조로 제작되고, 프로폴리스 원괴(벌집)와 에탄올을 투입하기 위한 맨홀과 유입관이 설치된 처리조, 상기 처리조 내에 장착되어 상기 프로폴리스 원괴와 에탄올을 교반하는 교반기, 상기 처리조의 중앙 부분에 마련되고, 초음파 발진기로부터 발생한 주파수에 의해 진동하는 초음파 진동자, 상기 교반기와 초음파 진동자에 의해 처리된 프로폴리스 원액을 상기 처리조 내로 순환시키는 미스트 분사기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치에서, 상기 미스트 분사기는 프로폴리스 원액을 순환시키는 미스트 순환 펌프와 상기 처리조의 상부와 하부에 각각 마련된 미스트 공급부를 포함하며, 상기 교반기는 다수이 교반 날개를 포함하고, 상기 상부에 각각 마련된 미스트 공급부는 상기 교반 날개 중 삿갓형상의 최상위 교반날개 상부에 위치하고, 상기 하부에 각각 마련된 미스트 공급부는 상기 교반 날개 중 최하위 교반날개 저부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출방법은 초음파 에탄올 추출법으로부터 프로폴리스의 유효성분을 추출하는 방법으로서, (a) 유입관을 통해 처리조 내에 프로폴리스 원괴(벌집)와 에탄올을 투입하는 단계, (b) 투입된 프로폴리스 원괴와 에탄올의 온도를 일정 상태로 유지시키는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 온도가 일정 상태로 유지된 후 초음파로 프로폴리스 원괴와 에탄올에 대해 진동을 부여하면서 교반하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에서 교반에 의해 상기 처리조 내의 상부로 증발되는 에탄올을 냉각하는 단계 및 (e) 드레인을 통해 프로폴리스의 유효성분을 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출방법에서, 상기 단계 (b)에서 온도는 25~45℃로 유지되는 것을 특징으로 한다.
또 상기 단계 (c)에서 진동은 초음파 발진기로부터 발생한 주파수 20㎑에 의해 처리조 내에 120도 간격으로 배치된 3개의 초음파 진동자로부터 부여되고, 교반은 교반용 모터에 의해 30~60rpm/min의 속도로 회전되는 다수의 교반 날개에 의해 교반되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치 및 추출방법에 의하면, 처리조의 하부에 마련되고, 초음파 발진기로부터 발생한 주파수에 의해 진동하는 초음파 진동자와 프로폴리스 추출시 상기 처리조로부터 발생하는 에탄올의 증발분을 상기 처리조의 내부로 회수하기 위한 냉각수단을 마련하여 저가의 추출 비용으로 추출 효율을 높일 수 있다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치 및 추출방법에 의하면, 처리조 내의 온도를 일정 상태로 유지시키는 온도 제어수단을 마련하고, 초음파 진동자를 최적의 위치에 마련하므로, 추출시간 단축 및 프로폴리스의 유효성분 함량을 향상시킬 수 있다는 효과도 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치 및 추출방법에 의한 프로폴리스는 수지 및 왁스 성분들이 제거되어, 음료 및 물에 적하될 때, 음료의 표면에 뜨거나, 침하 또는 용기의 바닥면 및 측면에 부착되지 않기 때문에 유효성분들의 손실을 방지할 수 있고, 소화 흡수율이 높아, 천연 항생 물질인 프로폴리스의 항균, 항산화 및 면역 증가 효과 등에 대한 플라보노이드 유효성분 추출 및 건강 기능식품으로서 소비 증진과 소비자의 건강 증진에 기여할 수 있다는 효과도 얻어진다.
또한, 또 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치 및 추출방법에 의하면, 프로폴리스 원액을 순환시키는 미스트 순환 펌프와 처리조의 상부와 하부에 각각 마련된 미스트 공급부를 마련하는 것에 의해 추출 효율을 더욱 높일 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명에 적용되는 프로폴리스 원괴의 일 예를 나타내는 사진,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치의 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 초음파 진동자의 배치 상태를 나타내는 도면,
도 4는 처리조의 하부에 120도 간격으로 3개가 배치된 상태에서의 3차원 시뮬레이션 상태를 나타낸 도면,
도 5는 주파수의 변동에 따른 진폭의 프로파일을 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명에 적용되는 초음파 진동자의 일 예를 나타내는 사진,
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치의 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 프로폴리스의 유효성분을 추출하는 방법을 설명하기 위한 공정도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치의 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 초음파 진동자의 배치 상태를 나타내는 도면,
도 4는 처리조의 하부에 120도 간격으로 3개가 배치된 상태에서의 3차원 시뮬레이션 상태를 나타낸 도면,
도 5는 주파수의 변동에 따른 진폭의 프로파일을 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명에 적용되는 초음파 진동자의 일 예를 나타내는 사진,
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치의 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 프로폴리스의 유효성분을 추출하는 방법을 설명하기 위한 공정도.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 프로폴리스 원괴의 일 예를 나타내는 사진이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치의 구성도이며, 도 3은 도 2에 도시된 초음파 진동자의 배치 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 에탄올 추출법으로부터 프로폴리스의 유효성분을 분리 및 제조하는 프로폴리스 유효성분 추출장치로서, 추출기 본체, 자켓 및 커버로 이루어진 3중 구조로 제작되고, 도 1에 도시된 바와 같은 프로폴리스 원괴(벌집)와 에탄올을 투입하기 위한 맨홀(11)과 유입관(12)이 설치된 처리조(10), 상기 처리조(10) 내에 장착되어 상기 프로폴리스 원괴와 에탄올을 교반하는 교반기, 상기 처리조(10)의 하부에 마련되고, 초음파 발진기(20)로부터 발생한 주파수에 의해 진동하는 초음파 진동자(30), 프로폴리스 추출시 처리조(10)로부터 발생하는 에탄올의 증발분을 처리조(10)의 내부로 회수하기 위한 냉각수단, 상기 처리조(10) 내의 온도를 일정 상태로 유지시키는 온도 제어수단을 포함한다.
상기 처리조(10)는 초음파 처리조로서, 예를 들어 실제 크기 670리터로 제작하며, 추출 용량은 500리터/1회 가능하고, 처리조(10) 하부에는 처리가 완료된 혼합액 등과 같은 물질을 배출하는 드레인(13)이 장착된다.
또 처리조(10)는 SUS를 이용하여 3중 구조로 제작되며, 처리조(10)의 내부 온도를 일정하게 유지 가능하도록 내외부 본체 사이에 재킷을 설치하여 저온(40℃ 정도) 추출이 가능하도록 하여 최적의 추출물의 성분 유지가 가능하도록 한다.
또 처리조(10) 내에는 프로폴리스 유효성분의 함량과 추출 효율을 높이기 위해 상기 처리조(10) 내 액의 회전 흐름(rotation flow)을 막아 혼합을 증진시키는 방해판이 예를 들어, W50*L800의 사이즈로 마련된다.
또한, 처리조(10) 내에는 탱크 내부의 온도를 측정하는 온도계와 압력을 측정하는 압력계가 설치될 수 있고, 상기 맨홀(12)에는 처리조(10)의 내부를 볼 수 있도록 맨홀 캡 부분에 점검창이 마련된다. 또 상기 설명에서는 맨홀(11)과 유입관(12)이 설치된 구조로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 유입관(12)을 생략하고 맨홀(11)이 유입관의 기능을 구비하도록 설치할 수도 있다.
처리조(10) 외부에는 도 2에 도시된 바와 같이, 처리조(10)를 유지하기 위한 다수의 지지대(14)가 마련된다.
상기 교반기는 교반용 모터(40), 상기 교반용 모터(40)에 장착된 교반 축(41), 상기 교반 축(41)에 장착된 다수의 교반 날개(42~45)를 포함하고, 상기 교반용 모터(40)는 상기 다수의 교반 날개(42~45)를 30~60rpm/min의 속도로 회전시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 교반 날개(42~45) 중 최상부의 교반 날개(42)는 삿갓형으로 이루어지고, 중앙의 교반 날개(44)의 폭은 최대로 형성된 다. 또 도 2에 도시된 다수의 교반 날개(42~45)가 동일 방향으로 형성된 구조로 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 서로 어긋난 상태, 예를 들어 90씩 어긋남 상태로 마련될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 교반기는 추출 용매에 가해지는 초음파 에너지에 의해 발생하는 캐비테이션과 함께 추출용액의 혼합의 성능을 높이기 위해 마련되며, 교반 모터(40)는 기어 박스가 마련된 기어드(geared) 모터를 적용한다.
상기 교반기는 교반 축(41)의 내구성을 위하여 처리조(10) 내부에 지지부를 설치하며, 처리조(10)의 기밀 유지에 의한 프로폴리스 손실을 막기 위해서 메커니컬 실에 의한 밀봉구조로 설치된다.
본 발명에 적용되는 기어드 모터는 다수의 교반 날개(42~45)를 30~60rpm/min의 속도로 회전시킬 수 있도록 교반 모터(40)를 선정하여 설치하여 교반 축(41)을 회전시킨다. 이때 회전을 가변하기 위해 가변저항을 설치하여, 테스트를 통해 추출 효율을 최대로 끌어올리는데 필요한 최적의 교반 회전수를 설정할 수 있도록 하며, 이때 사용되는 기어드 모터는 예를 들어 3hp로 1/30 감속하게 한다.
상기 초음파 발진기(20)는 사용 전원을 고주파 전력으로 변환하며, 초음파 진동자(30)와 결합하여 사용하며, 작업자의 편의를 최우선으로 하여 육안으로 확인 가능한 조작부의 간편성을 고려하여 LCD를 채용하고, SMPS(switching mode power supply)방식을 사용하여 어떤 전압이 들어오더라도 가동상태에 문제가 발생되지 않도록 한다. 또 초음파 진동자(30)의 출력에너지가 50~1,800W까지 출력을 가변할 수 있도록 하고, 투입된 프로폴리스 원괴와 에탄올의 양에 따라 최적의 조건을 설정할 수 있도록 한다.
이와 같은 초음파 발진부(20)는 AC 전원을 DC 전원으로 바꾸는 부분과 DC 전원을 MOSFET 혹은 TR 등을 이용하여 고주파(20㎑ 이상)로 변환하는 인버터 부, VCO 주파수 발생회로, 기타 보호회로 등으로 구성할 수 있다. 본 발명에서는 초음파 발진기(20)로부터 발생한 주파수로서 20㎑를 사용하는 것이 바람직하다.
초음파 진동자(30)는 고주파 전력을 초음파로 변환하며, 도 3에 도시된 바와 같이 예를 들어 200×200mm의 사이즈로, 120도 간격으로 3개가 배치되도록 한다.
본 발명에서 초음파 진동자(30)의 출력과 배치는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 다수의 실험에 의해 결정되었다.
도 4는 처리조의 하부에 120도 간격으로 3개가 배치된 상태에서의 3차원 시뮬레이션 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 주파수의 변동에 따른 진폭의 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 4에서, 도 4의 (a)는 20㎑에서의 에너지 분포를 나타내고, 도 4의 (b)는 30㎑에서의 에너지 분포를 나타내고, 도 4의 (c)는 40㎑에서의 에너지 분포를 나타낸다. 도 4의 대비에서 알 수 있는 바와 같이, 20kHz의 경우가 최대 에너지 분포가 처리조(10) 내부 용액에 가장 넓은 영역으로 분포함을 알 수 있다. 특히 초음파의 최대에너지가 분포하는 영역은 도 4의 3차원 시뮬레이션 결과에서 보다 더 확실하게 알 수 있으며, 30kHz 및 40kHz보다 20kHz의 경우가 처리조(10) 중앙을 중심으로 넓은 부분에 높은 진폭 영역이 넓게 분포됨을 알 수 있었다. 본 발명에서는 이 결과를 바탕으로 초음파의 캐비테이션(cavitation) 현상을 이용한 초음파 진동자(30)에서 20kHz 주파수의 최적 배치 및 주파수 영역을 확정할 수 있었다.
본 발명에 적용되는 초음파 진동자(30)는 도 6에 도시된 바와 같이, 초음파 발진기(20)로부터 발생한 수 만회의 주파수를 받아 진동을 발생시키는 고강도의 압전세라믹 진동자를 사용한다. 도 6은 본 발명에 적용되는 초음파 진동자(30)의 일 예를 나타내는 사진이다.
압전세라믹 진동자는 기계적으로 강도가 강하고 안전성이 아주 우수하며, 전기-음파 에너지 변환율이 우수하다. 초음파가 용매로 전파될 때 발생하는 압력 변화에 의한 캐비티(Cavity)의 붕괴로 발생하는 큰 충격 현상(수백 기압)을 이용하여 분자운동 및 원괴의 파괴(분쇄)를 일으켜 프로폴리스의 유효성분의 추출 효과를 향상시키게 된다. 이와 같이 캐비테이션에 의한 강력한 에너지를 발생시키기 위해서 20~200kHz의 주파수를 갖는 진동자를 선정하여 진동판과 함께 처리조(10) 내부 하단부에 설치한다. 즉 초음파 진동자(30)는 압전효과를 이용하여 전기를 진동에너지로 바꾸는 전왜 소자(Piezoelectric element)로 구성하고 내열, 내구성을 고려 SUS-304/316을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 냉각수단은 상기 처리조(10)의 상부에 마련되어 상기 처리조(10) 내부에서 에탄올의 증발분을 냉각하는 응축기(50)와 상기 응축기(50)에 냉각수를 공급하는 칠러(60)를 포함한다.
응축기(50)는 프로폴리스의 추출 시 처리조(10)의 내부에서 교반 및 초음파 진동에 의해 온도 및 압력이 증가하여 발생하는 에탄올의 증발에 대해 열교환을 통한 응축에 의해 회수하기 위해 처리조(10)의 상부에 열교환용 파이프가 장착되어 마련된다. 즉 처리조(10) 내에서 증발하는 에탄올에는 프로폴리스 성분이 포함되어 있어 원가 절감 차원에서 원부재의 회수장치로서 마련되며, 칠러(60)에서 냉각된 냉각수가 공급되어 열교환을 실시한다.
칠러(60)는 상기 응축기(50)의 냉각수를 공급하기 위해 냉각하는 장치로서 최소 5~7hp를 설치하는 것이 바람직하다.
또 본 발명에 적용되는 온도 제어수단은 처리조(10) 내의 온도를 감지하는 온도 센서(70), 상기 온도 센서(70)에서 감지된 온도에 따라 상기 처리조(10) 내의 온도를 25~45℃로 유지시키는 히터(80) 및 온도 센서(70)에서 감지된 온도에 따라 히터(80)의 작동을 제어하는 제어부(미 도시)를 포함한다.
프로폴리스는 25~45℃에서는 부드럽고, 유연하며, 매우 점착성이 높은 물질이다. 15℃ 이하가 되면, 특히 0℃ 이하에서는 딱딱하고 거칠어진다. 45℃ 이상에서는 점점 더 끈적끈적해지고, 60~70℃ 정도에서는 용액 형태로 바뀐다. 100℃가 넘으면 녹아 변성이 일어난다. 그러므로 본 발명에서는 처리조(10) 내의 온도를 25~45℃로 바람직하기는 40℃로 유지하기 위해 히터(80)로서 예를 들어 5Kw의 전기 히터를 4개를 설치하고 2개씩 분리 가동하여 적정한 추출 온도를 형성하도록 한다.
이와 같은 히터(80)의 작동은 도 2에 도시된 바와 같이, 처리조(10) 측면에 온도센서(70)를 설치하고 제어부에서의 모니터링에 따라 자동으로 실시할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2 실시 예에 구성을 도 7에 따라서 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치의 구성도이다.
또 제2 실시 예에서 제1 실시 예와 동일 부분에는 동일 부호를 병기하며, 동일 부분에 대한 설명은 생략한다.
이 제2 실시 예의 특징은 도 7에 도시된 바와 같이, 교반기와 초음파 진동자(30)에 의해 처리된 프로폴리스 원액을 상기 처리조(10) 내로 순환시키는 미스트 분사기를 마련하는 것이다.
상기 미스트 분사기는 프로폴리스 원액을 순환시키는 미스트 순환 펌프(90)와 처리조(10)의 상부와 하부에 각각 마련된 미스트 공급부(91)를 포함한다.
여기서, 상기 최상부 교반날개(42)가 삿갓형으로 형성됨에 따라 상기 상부 미스트 공급부(91)를 통해 분사되는 미스트는 미스트 공급부(91)와 충돌하여 더 미세화되면서 처리조 내부로 비산된다.
아울러, 하부 미스트 공급부(91)가 최하부 교반날개(45) 저부에 형성됨에 따라 하부 미스트 공급부(91)를 통해 분사되는 프로폴리스 원액이 처리조 내에서 효과적으로 교반된다.
이로서, 상하부 미스트 공급부(91)를 통해 공급되는 프로폴리스 원액이 처리조 상하부에서 효과적으로 교반된다.
또 처리조(10)의 하부 중앙 부분에는 깔때기 형상으로 배출구(15)가 마련되고, 프로폴리스 원액은 처리조(10) 내에서 처리되는 도중 배출구(15)를 통해 미스트 순환 펌프(90)로 공급되고, 미스트 순환 펌프(90)에서 미스트 공급부(91)를 통해 처리조(10)의 상부 및 하부에서 처리조(10)의 중앙 부분으로 분무된다.
이와 같은 분무를 효율적으로 실행하기 위해 미스트 순환 펌프(90)는 예를 들어 1hp의 기능을 갖고, 미스트 공급부(91)는 전방향으로 분무하기 위해 미세 홀이 가공된 볼 형상으로 이루어진다.
또 제2 실시 예에서는 처리조(10)의 하부에 미스트 공급부(91)를 마련하므로, 초음파 진동자(30)는 도 7에 도시된 바와 같이 처리조(10)의 대략 중앙 부분에 120도 간격으로 3개가 배치되도록 한다. 제2 실시 예에서도 초음파 진동자(30)는 20kHz 주파수를 적용한다.
또 제1 실시 예에서는 다수의 교반 날개(42~45)가 동일 방향으로 형성된 구조로 도시하였지만, 제2 실시 예에서는 중앙의 교반 날개(44)가 나머지 교반 날개와 대략 180도 어긋난 상태로 마련된다.
따라서, 제2 실시 예는 제1 실시 예에 비해 프로폴리스 원액으로 공기방울과 같은 미세 입자를 처리조(10) 내에 분무하므로, 제1 실시 예에 비해 더욱 추출 효율을 높일 수 있다.
다음에, 도 2에 도시된 프로폴리스 유효성분 추출장치에 의한 프로폴리스의 유효성분을 추출하는 방법에 대해 도 8에 따라 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 프로폴리스의 유효성분을 추출하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출방법은 먼저 맨홀(11) 또는 유입관(12)을 통해 처리조(10) 내에 도 1에 도시된 바와 같은 프로폴리스 원괴와 에탄올을 투입한다(S10). 상기 단계 S10에서 투입되는 양은 처리조(10)의 용적 및 처리하는 프로폴리스의 양에 따라 가변 가능하므로 특정 양에 한정되는 것은 아니다.
상기 단계 S10에서 투입된 프로폴리스 원괴와 에탄올의 온도를 일정 상태로 유지시키기 위해 히터(80)를 작동시킨다(S20). 이와 같은 히터(80)의 작동은 처리조(10)에 장착된 온도센서(10)에서 감지된 온도에 따라 제어부의 제어하에 실행된다.
상기 단계 S20에서 온도가 일정 상태, 예를 들어 40℃로 유지된 후 초음파로 프로폴리스 원괴와 에탄올에 대해 초음파 진동자(30)에서 진동을 부여하면서 교반기가 작동하여 교반을 실행한다(S30).
상기 단계 S30에서 교반 과정에서 프로폴리스의 추출 시 온도 및 압력에 의해 에탄올이 증발하게 되며, 증발된 에탄올에는 프로폴리스 성분이 포함된다. 본 발명에서는 원가 절감 차원에서 원부재의 회수장치로서 응축기(60) 및 칠러(70)에 의해 상기 처리조(10) 내의 상부로 증발되는 에탄올을 냉각한다(S40).
상기 단계 S30 및 S40의 과정은 반복되고, 원하는 프로폴리스의 유효 성분의 추출을 위한 분쇄가 실행되면 드레인(13)을 통해 프로폴리스의 유효성분을 배출(S50)하는 것에 의해 본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출이 완료된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 프로폴리스 유효성분 추출장치 및 추출방법을 사용하는 것에 의해 프로폴리스 유효성분의 추출 효율을 높일 수 있다.
10 : 처리조
20 : 초음파 발진기
30 : 초음파 진동자
40 : 교반용 모터
50 : 응축기
60 : 칠러
70 : 온도 센서
80 : 히터
90 : 미스트 순환 펌프
20 : 초음파 발진기
30 : 초음파 진동자
40 : 교반용 모터
50 : 응축기
60 : 칠러
70 : 온도 센서
80 : 히터
90 : 미스트 순환 펌프
Claims (12)
- 초음파 에탄올 추출법으로부터 프로폴리스의 유효성분을 분리 및 제조하는 프로폴리스 유효성분 추출장치로서,
3중 구조로 제작되고, 프로폴리스 원괴(벌집)와 에탄올을 투입하기 위한 맨홀과 유입관이 설치된 처리조,
상기 처리조 내에 장착되어 상기 프로폴리스 원괴와 에탄올을 교반하는 교반기,
상기 처리조의 하부에 마련되고, 초음파 발진기로부터 발생한 주파수에 의해 진동하는 초음파 진동자,
프로폴리스 추출시 상기 처리조로부터 발생하는 에탄올의 증발분을 상기 처리조의 내부로 회수하기 위한 냉각수단,
상기 처리조 내의 온도를 일정 상태로 유지시키는 온도 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로폴리스 유효성분 추출장치. - 제1항에서,
상기 초음파 발진기로부터 발생한 주파수는 20㎑이고,
상기 초음파 진동자는 120도 간격으로 3개가 배치되는 것을 특징으로 하는 프로폴리스 유효성분 추출장치. - 제2항에서,
상기 냉각수단은 상기 처리조의 상부에 마련되어 상기 처리조 내부에서 에탄올의 증발분을 냉각하는 응축기와 상기 응축기에 냉각수를 공급하는 칠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로폴리스 유효성분 추출장치. - 제2항에서,
상기 온도 제어수단은 상기 처리조 내의 온도를 감지하는 온도 센서 및 상기 온도 센서에서 감지된 온도에 따라 상기 처리조 내의 온도를 25~45℃로 유지시키는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로폴리스 유효성분 추출장치. - 제2항에서,
상기 교반기는 교반용 모터, 상기 교반용 모터에 장착된 교반 축, 상기 교반 축에 장착된 다수의 교반 날개를 포함하고, 상기 교반용 모터는 상기 교반 날개를 30~60rpm/min의 속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 프로폴리스 유효성분 추출장치. - 제5항에서,
상기 다수의 교반 날개 중 최상부의 교반 날개는 삿갓형으로 이루어지고, 중앙의 교반 날개의 폭은 최대로 형성된 것을 특징으로 하는 프로폴리스 유효성분 추출장치. - 제1항에서,
상기 교반기와 초음파 진동자에 의해 처리된 프로폴리스 원액을 상기 처리조 내로 순환시키는 미스트 분사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로폴리스 유효성분 추출장치. - 제7항에서,
상기 미스트 분사기는 프로폴리스 원액을 순환시키는 미스트 순환 펌프와 상기 처리조의 상부와 하부에 각각 마련된 미스트 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로폴리스 유효성분 추출장치. - 제8항에서.
상기 교반기는 다수이 교반 날개를 포함하고,
상기 상부에 각각 마련된 미스트 공급부는 상기 교반 날개 중 삿갓형상의 최상위 교반날개 상부에 위치하고,
상기 하부에 각각 마련된 미스트 공급부는 상기 교반 날개 중 최하위 교반날개 저부에 위치하는 것을 특징으로 하는 프로폴리스 유효성분 추출장치. - 초음파 에탄올 추출법으로부터 프로폴리스의 유효성분을 추출하는 방법으로서,
(a) 유입관을 통해 처리조 내에 프로폴리스 원괴(벌집)와 에탄올을 투입하는 단계,
(b) 투입된 프로폴리스 원괴와 에탄올의 온도를 일정 상태로 유지시키는 단계,
(c) 상기 단계 (b)에서 온도가 일정 상태로 유지된 후 초음파로 프로폴리스 원괴와 에탄올에 대해 진동을 부여하면서 교반하는 단계,
(d) 상기 단계 (c)에서 교반에 의해 상기 처리조 내의 상부로 증발되는 에탄올을 냉각하는 단계 및
(e) 드레인을 통해 프로폴리스의 유효성분을 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로폴리스 유효성분 추출방법. - 제10항에서,
상기 단계 (b)에서 온도는 25~45℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 프로폴리스 유효성분 추출방법. - 제11항에서,
상기 단계 (c)에서 진동은 초음파 발진기로부터 발생한 주파수 20㎑에 의해 처리조 내에 120도 간격으로 배치된 3개의 초음파 진동자로부터 부여되고,
교반은 교반용 모터에 의해 30~60rpm/min의 속도로 회전되는 다수의 교반 날개에 의해 교반되는 것을 특징으로 하는 프로폴리스 유효성분 추출방법.
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