KR20230064335A - 젤라틴, 난각 분말 및 호두 분말을 포함하는 생분해성 용기의 제조방법 및 이에 따라 제조된 생분해성 용기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 젤라틴, 난각 분말 및 호두 분말을 포함하는 생분해성 용기의 제조방법 및 이에 따라 제조된 생분해성 용기에 관한 것으로서 (A) 젤라틴 분말과 물을 혼합하여 젤라틴 용액을 제조하는 단계; (B) 상기 제조된 젤라틴 용액에 난각 분말을 첨가하여 혼합하는 단계: (C) 상기 (B)단계에서 제조된 혼합물에 호두 분말을 첨가하여 혼합하는 단계; 및 (D) 상기 (C)단계에서 혼합된 혼합물을 성형하는 단계;를 포함함으로써, 제조 유통 중 가해지는 각종 충격에 쉽게 파손되지 않고 토양 및 해양에서도 생분해가 가능하다.
Description
본 발명은 제조 유통 중 가해지는 각종 충격에 쉽게 파손되지 않고 토양 및 해양에서도 생분해가 가능한 생분해성 용기의 제조방법 및 이에 따라 제조된 생분해성 용기에 관한 것이다.
일회용 식품 용기는 식품을 일시적으로 보관하기 위하여 사용되는 물품 일체를 의미하는 것으로 사용된다. 일회용 식품 용기의 간단한 예시로서, 일상에서 흔히 발견할 수 있는 플라스틱 백, 스티로폼 패키지, 종이 포장지 등을 고려할 수 있다.
일회용 식품 용기는 배달음식 등을 보관하기 위하여 사용될 수 있으며, 사용 및 폐기가 용이하다는 장점을 가지지만, 플라스틱을 포함한 일회용 식품 용기 중 일부는 폐기 과정에서 환경호르몬이 발생하거나, 단순 매립 시 토양오염의 원인이 되기도 한다.
플라스틱은 안정하고 비중이 적기 때문에 우리 주변에서 광범위하게 사용되는 재료이지만, 자연환경에 배출 시 변화되지 않고 축적된다. 또한 비중이 적어 동일한 중량의 폐기물보다 용적점유율이 높고 처리장 확보의 문제가 지속적으로 대두되고 있다.
최근 지구온난화에 따른 온실효과로 지구 대기의 평균온도가 상승하고 이상 기후 발생 등 환경문제가 지속적으로 이슈가 되고 있다. 국내에서도 전국민의 건강과 직결되는 황사, 미세먼지, 대기오염 등의 환경문제가 해결해야할 큰 사회문제로 대두되고 있으며 지속가능(sustainable)한 주제로 관심을 끌고 있다.
이렇듯 환경오염에 대한 관심이 증대되면서, 흔히 사용되는 일회용 식품 용기를 환경 친화적인 방향으로 수정하기 위한 노력이 계속되고 있으며, 그 일환으로 생분해성 물질이 각광받고 있다.
생분해성 물질은 보통의 상황에서는 일반의 플라스틱과 같이 사용 가능하고, 사용 후에는 자연계에 생식하는 미생물 등의 작용에 의해 분해되어 최종적으로 이산화탄소와 물로 변환시켜 자연으로 환원되는 것을 일컫는다.
생분해성 물질은 효소를 이용하여 필요이상의 탄소원을 폴리에스터류로 저장하는 미생물의 모방에서 출발한다. 생분해성 물질은 생체적합성과 생분해성을 겸비한 고분자화합물인 폴리에스터에서 시작되어 지속적인 개발과 개량이 이루어지고 있다.
하지만, 상기한 생분해성 물질은 기존 플라스틱에 비해 가격, 물성 등에 문제가 있어 전체를 대체하는 것에 한계가 존재하였다.
본 발명의 목적은 제조 유통 중 가해지는 각종 충격에 쉽게 파손되지 않고 토양 및 해양에서도 생분해가 가능한 생분해성 용기를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법에 따라 제조된 생분해성 용기를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생분해성 용기를 제조하는 방법은 (A) 젤라틴 분말과 물을 혼합하여 젤라틴 용액을 제조하는 단계; (B) 상기 제조된 젤라틴 용액에 난각 분말을 첨가하여 혼합하는 단계: (C) 상기 (B)단계에서 제조된 혼합물에 호두 분말을 첨가하여 혼합하는 단계; 및 (D) 상기 (C)단계에서 혼합된 혼합물을 성형하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 (A)단계에서 젤라틴 용액은 물 100 중량부에 대하여 젤라틴 분말 20 내지 70 중량부를 첨가하여 80 내지 120 ℃에서 10 내지 40분 동안 혼합할 수 있다.
상기 (B)단계에서 난각 분말은 물 100 중량부에 대하여 20 내지 70 중량부로 첨가될 수 있다.
상기 (B)단계는 젤라틴 용액과 난각 분말을 혼합하여 상기 (A)단계의 혼합온도에 비하여 10 내지 30 ℃ 낮은 온도에서 10 내지 40분 동안 혼합할 수 있다.
상기 (C)단계에서 호두 분말은 물 100 중량부에 대하여 15 내지 60 중량부로 첨가될 수 있다.
상기 (C)단계는 (B)단계에서 제조된 혼합물과 호두 분말을 혼합하여 상기 (B)단계의 혼합온도에 비하여 10 내지 20 ℃ 낮은 온도에서 10 내지 40분 동안 혼합할 수 있다.
상기 (D)단계에서 혼합물을 30 내지 60 ℃로 낮춘 후 성형을 수행할 수 있다.
또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생분해성 용기는 상기 제조방법에 따라 제조될 수 있다.
상기 생분해성 용기는 일회용 식품 용기, 빨대, 화장품 용기, 세제 용기, 세안제 용기, 샴푸 용기, 린스 용기, 바디클렌저 용기 또는 호텔 어메니티 용기일 수 있다.
본 발명의 생분해성 용기는 젤라틴, 난각 분말 및 호두 분말을 함께 사용하여 제조 유통 중 가해지는 각종 충격에 쉽게 파손되지 않고 토양 및 해양에서도 생분해가 가능하다.
또한, 수분 투과도 및 산도 투과도가 우수하므로 식품 등의 내용물이 오랜 시간 동안 변질되지 않고 보존될 수 있다.
본 발명은 제조 유통 중 가해지는 각종 충격에 쉽게 파손되지 않고 토양 및 해양에서도 생분해가 가능한 생분해성 용기의 제조방법 및 이에 따라 제조된 생분해성 용기에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 생분해성 용기를 제조하는 방법은 (A) 젤라틴 분말과 물을 혼합하여 젤라틴 용액을 제조하는 단계; (B) 상기 제조된 젤라틴 용액에 난각 분말을 첨가하여 혼합하는 단계: (C) 상기 (B)단계에서 제조된 혼합물에 호두 분말을 첨가하여 혼합하는 단계; 및 (D) 상기 (C)단계에서 혼합된 혼합물을 성형하는 단계;를 포함한다.
먼저, 상기 (A)단계에서는 젤라틴 분말과 물을 혼합하여 젤라틴 용액을 제조한다.
상기 젤라틴은 천연 고분자 화합물로서, 현재 산업분야에서 약의 캡슐, 접착제, 의료용품 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
상기 젤라틴 분말은 물과 혼합되어 기본적인 강도를 가지며 원하는 형상으로 성형될 수 있도록 하는 것으로서, 물 100 중량부에 대하여 20 내지 70 중량부, 바람직하게는 3 내지 50 중량부로 사용된다.
젤라틴 분말의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 난각 분말 및 호두 분말을 사용하더라도 기본적인 강도도 갖지 못할 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 난각 분말 및 호두 분말을 사용하더라도 다량의 공극이 발생하여 강도가 낮고 젤라틴 특유의 냄새가 강하게 발생할 수 있다.
상기 젤라틴 분말과 물은 80 내지 120 ℃, 바람직하게는 90 내지 110 ℃에서 10 내지 40분, 바람직하게는 25 내지 35분 동안 혼합하여 젤라틴 용액을 수득한다. 젤라틴 분말과 물을 혼합 시 온도 및 시간이 상기 하한치 미만인 경우에는 젤라틴이 물에 분산되지 않아 강도가 저하될 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 생산비용이 높아지고 제조공정 시간이 길어질 수 있다.
다음으로, 상기 (B)단계에서는 상기 제조된 젤라틴 용액에 난각 분말을 첨가하여 혼합한다.
상기 난각(egg shell)은 알의 가장 바깥쪽의 단단한 껍데기로서, 외측에는 얇은 탄산칼슘층이 표면에 직각으로 늘어서 있고, 내측에는 두꺼운 비결정층이 있다.
이러한 난각 분말은 호두 분말과 함께 사용되어 강도를 향상시키고 수분 투과도 및 산소 투과도를 양호한 수준으로 유지시켜 주는 것으로서, 난각으로는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 닭 알 또는 오리 알을 들 수 있다.
상기 난각 분말은 물 100 중량부에 대하여 20 내지 70 중량부, 바람직하게는 30 내지 50 중량부로 사용된다. 난각 분말의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 강도가 향상되지 못하고 토양 및 해양에서 생분해되지 못할 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 수분 투과도 및 산소 투과도가 낮아질 수 있다.
상기 젤라틴 용액과 난각 분말은 상기 (A)단계에서 수행한 혼합온도에 비하여 10 내지 30 ℃ 만큼 낮은 온도, 즉 60 내지 100 ℃, 바람직하게는 70 내지 90 ℃에서 10 내지 40 분, 바람직하게는 20 내지 30 분 동안 혼합된다.
상기 (B)단계에서, 젤라틴 용액과 난각 분말을 혼합 시 상기 (A)단계보다 낮은 온도에서 수행하지 않는 경우에는 다량의 공극이 발생하여 용기로 사용할 수 없으므로 (B)단계에서 공정을 수행 시 (A)단계에서 수행한 온도보다 온도가 낮아야 한다.
젤라틴 용액과 난각 분말을 혼합 시 온도 및 시간이 상기 하한치 미만인 경우에는 수분 투과도 및 산소 투과도가 저하될 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 공극이 다량 발생하여 강도가 저하될 수 있다.
다음으로, 상기 (C)단계에서는 상기 (B)단계에서 제조된 혼합물에 호두 분말을 첨가하여 혼합한다.
본 발명에서 사용하는 호두는 호두 외과피, 열매 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 강도 및 생분해 촉진 면에서 바람직하게는 호두 외과피를 들 수 있다.
이러한 호두 분말은 공극을 최소화시킬 뿐만 아니라 생분해를 촉진시키고 젤라틴 특유의 냄새를 제거한다. 특히, 호두 분말은 생분해의 시작을 촉진시키고 생분해가 진행되면 호두 분말과 난각 분말에 의해 빠르게 생분해된다.
상기 호두 분말은 물 100 중량부에 대하여 15 내지 60 중량부, 바람직하게는 25 내지 40 중량부로 사용된다. 호두 분말의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 공극을 감소시키지 못하고 강도가 저하되며 젤라틴 특유의 냄새가 제거되지 못할 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 호두 분말의 뭉침 현상이 심해 용기를 제조하는 과정에서 균열이 발생하여 용기를 제조할 수 없다.
상기 (B)단계에서 제조된 혼합물과 호두 분말은 상기 (B)단계에서 수행한 혼합온도에 비하여 10 내지 20 ℃ 만큼 낮은 온도, 즉 45 내지 85 ℃, 바람직하게는 55 내지 75 ℃에서 10 내지 40 분, 바람직하게는 20 내지 30 분 동안 혼합된다.
상기 (C)단계에서, (B)단계의 혼합물과 호두 분말을 혼합 시 상기 (B)단계보다 낮은 온도에서 수행하지 않는 경우에는 공극이 감소되지 못하고 소비자의 기호도가 낮은 냄새가 발생할 수 있으므로 (C)단계에서 공정을 수행 시 (B)단계에서 수행한 온도보다 온도가 낮아야 한다.
(B)단계의 혼합물과 호두 분말을 혼합 시 온도 및 시간이 상기 하한치 미만인 경우에는 강도가 저하되고 오랜 시간이 흐른 후 생분해가 진행되기 시작할 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 소비자의 기호도가 낮은 냄새가 발생할 수 있다.
다음으로, 상기 (D)단계에서는 상기 (C)단계에서 혼합된 혼합물을 30 내지 60 ℃에서 성형시킨 후 0 내지 7 ℃에서 1 내지 3시간 동안 냉장시키고, 15 내지 50 ℃에서 건조시킨 다음 110 내지 125 ℃에서 단단하게 굳힌다.
본 발명의 공정과 다르게, 상기 물, 젤라틴, 난각 분말 및 호두 분말을 한번에 혼합하여 제조하는 경우에는 경도, 수분 투과도 및 산소 투과도가 본 발명의 용기에 비하여 현저히 저하될 수 있다.
상기 생분해성 용기로는 일회용 식품 용기, 빨대, 화장품 용기, 세제 용기, 세안제 용기, 샴푸 용기, 린스 용기, 바디클렌저 용기 또는 호텔 어메니티 용기를 들 수 있으며; 상기 일회용 식품 용기로는 접시, 국그릇, 밥그릇, 반찬그롯, 탕그릇 등 배달음식용 용기 전부를 들 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1.
물 100 중량부와 젤라틴 분말 50 중량부를 110 ℃에서 30 분 동안 혼합하여 젤라틴 용액을 제조한 후 온도를 80 ℃로 낮추어 난각 분말 40 중량부를 첨가하여 20 분 동안 혼합한 다음 온도를 60 ℃로 낮추어 호두 분말 30 중량부를 첨가하여 20 분 동안 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 상기 제조된 혼합물을 원하는 용기의 형태 틀에 넣어 50 ℃에서 성형시킨 후 5 ℃에서 1 시간 동안 냉장시키고, 30 ℃에서 건조시킨 다음 110 ℃에서 굳혀 생분해성 용기를 수득하였다.
비교예 1. 젤라틴 단독
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 물 100 중량부와 젤라틴 분말 50 중량부를 110 ℃에서 30 분 동안 혼합하여 젤라틴 용액을 냉장시킨 후 성형시키고 굳혀서 생분해성 용기를 수득하였다.
비교예 2. 난각 분말 단독
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 물 100 중량부와 난각 분말 40 중량부를 첨가하여 70 ℃에서 40 분 동안 혼합하여 젤라틴 용액을 냉장시킨 후 성형시키고 굳혀서 생분해성 용기를 수득하였다.
비교예 3. 호두 분말 단독
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 물 100 중량부와 호두 분말 30 중량부를 첨가하여 70 ℃에서 40 분 동안 혼합하여 젤라틴 용액을 냉장시킨 후 성형시키고 굳혀서 생분해성 용기를 수득하였다.
비교예 4. 함량비 상이
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 물 100 중량부에 대하여 젤라틴 분말 80 중량부, 난각 분말 10 중량부 및 호두 분말 10 중량부를 사용하여 생분해성 용기를 수득하였다.
비교예 5. 공정순서 상이
물 100 중량부와 난각 분말 40 중량부를 첨가하여 70 ℃에서 20 분 동안 혼합한 후 온도를 110 ℃로 높여 젤라틴 분말 50 중량부를 첨가하여 30분 동안 혼합한 다음 온도를 55 ℃로 낮추어 호두 분말 30 중량부를 첨가하여 20 분 동안 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 상기 제조된 혼합물을 원하는 용기의 형태의 틀에 넣어 50 ℃에서 성형한 후 5 ℃에서 1 시간 동안 냉장시키고, 30 ℃에서 건조시킨 다음 110 ℃에서 굳혀 생분해성 용기를 수득하였다.
비교예 6. 한 번에 혼합
물 100 중량부, 젤라틴 분말 50 중량부, 난각 분말 40 중량부 및 호두 분말 30 중량부를 첨가하여 110 ℃에서 40 분 동안 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 상기 제조된 혼합물을 원하는 용기의 형태 틀에 넣어 50 ℃에서 성형한 후 5 ℃에서 1 시간 동안 냉장시키고, 30 ℃에서 건조시킨 다음 110 ℃에서 굳혀 생분해성 용기를 수득하였다.
<시험예>
시험예 1. 반죽물 확인
실시예 1, 비교예 2 및 비교예 3에 따라 제조된 반죽물의 상태를 육안으로 확인하였다.
| 실시예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 |
 |
 |
 |
위 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 반죽물은 성형하기 용이하도록 형성되었으나 비교예 2 및 3에 따라 제조된 반죽물은 성형하기 어려운 형태로 생성되는 것을 확인하였다.
이에, 비교예 2 및 3은 생분해성 용기로 성형하지 못하여 이후 실험에 이용하지 못하였다.
시험예 2. 미생물 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 용기를 16일 동안 보관 후 용기 25 g에 멸균 peptone수 225 mL을 가한 후 균질한 다음 단계별로 십진 희석하여 각 단계별 희석액 1 mL를 멸균된 petri dish에 무균적으로 분주하고, plate count agar(Difco, Laboratories, USA)배지를 약 20 mL을 가하여 37 ℃에서 24 시간 배양한 후 형성된 집락을 계수하였다.
| 구분 | 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 4 | 비교예 5 | 비교예 6 |
| 일반세균(CFU/g) | ND | ND | ND | ND | ND |
| 대장균(CFU/g) | ND | ND | ND | ND | ND |
위 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1, 비교예 1, 비교예 4 내지 비교예 6에 따라 제조된 생분해성 용기에서 16일 동안 보관 시 일반세균 및 대장균이 검출되지 않는 것을 확인하였다.
시험예 3. 경도 및 압축 강도측정
실시예 및 비교예에서 제조된 용기의 경도 및 압축강도를 측정하였다.
경도의 측정조건은 하기 [표 3]과 같으며, 압축강도는 Instron사의 34 sc-1 Universal Test Machine을 이용하여 용기에 압력을 가하여 찌그러질 때까지의 압축강도를 측정하였다.
| Measurement | Condition |
| Test mode and option | TPA(Texture Profile Analysis) |
| Pre-test speed | 1.0 mm/s |
| Test speed | 2.0 mm/s |
| Post-test speed | 10.0 mm/s |
| Strain | 70% |
| Probe | TA10(Cylinder, 12.7mm D, 35mm L) |
| 구분 | 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 4 | 비교예 5 | 비교예 6 |
| 경도 (gf) |
8.61±0.63 | 5.56±0.74 | 6.84±0.39 | 6.21±0.71 | 5.88±0.64 |
| 압축강도 (Mpa) |
92.18±9.85 | 39.18±3.15 | 81.64±7.58 | 72.55±9.44 | 61.47±7.18 |
위 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 생분해성 용기는 비교예 1, 비교예 4 내지 6에 비하여 경도 및 압축강도가 우수한 것을 확인하였다.
시험예 4. 수분 투과도 및 산도 투과도 측정
4-1. 수분 투과도: Mocon 사의 Aquatran을 이용하여 38±0.5 ℃, 상대습도 90±2% 및 1 atm의 조건에서 수분 투과도를 측정하였다
4-2. 산소 투과도: Mocon 사의 Oxtran을 이용하여 23±0.5 ℃ 및 1 atm의 조건에서 산소 투과도를 측정하였다.
| 구분 | 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 4 | 비교예 5 | 비교예 6 |
| 수분 투과도 (g/m2.day) |
21.4±1.58 | 50.18±0.84 | 41.09±2.04 | 43.04±1.84 | 44.15±1.09 |
| 산소 투과도 (cc/m2.day) |
20.8±0.94 | 51.94±1.67 | 40.67±0.69 | 42.18±1.42 | 43.49±2.09 |
위 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 생분해성 용기는 비교예 1, 비교예 4 내지 6에 비하여 수분 투과도 및 산소 투과도가 우수한 것을 확인하였다.
Claims (9)
- (A) 젤라틴 분말과 물을 혼합하여 젤라틴 용액을 제조하는 단계;
(B) 상기 제조된 젤라틴 용액에 난각 분말을 첨가하여 혼합하는 단계:
(C) 상기 (B)단계에서 제조된 혼합물에 호두 분말을 첨가하여 혼합하는 단계; 및
(D) 상기 (C)단계에서 혼합된 혼합물을 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 용기의 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 (A)단계에서 젤라틴 용액은 물 100 중량부에 대하여 젤라틴 분말 20 내지 70 중량부를 첨가하여 80 내지 120 ℃에서 10 내지 40분 동안 혼합한 것을 특징으로 하는 생분해성 용기의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (B)단계에서 난각 분말은 물 100 중량부에 대하여 20 내지 70 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 생분해성 용기의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (B)단계는 젤라틴 용액과 난각 분말을 혼합하여 상기 (A)단계의 혼합온도에 비하여 10 내지 30 ℃ 만큼 낮은 온도에서 10 내지 40분 동안 혼합한 것을 특징으로 하는 생분해성 용기의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (C)단계에서 호두 분말은 물 100 중량부에 대하여 15 내지 60 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 생분해성 용기의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (C)단계는 (B)단계에서 제조된 혼합물과 호두 분말을 혼합하여 상기 (B)단계의 혼합온도에 비하여 10 내지 20 ℃ 만큼 낮은 온도에서 10 내지 40분 동안 혼합한 것을 특징으로 하는 생분해성 용기의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (D)단계에서 혼합물은 30 내지 60 ℃로 낮춘 후 성형하는 것을 특징으로 하는 생분해성 용기의 제조방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 난각 분말 및 호두 분말을 포함하는 생분해성 용기.
- 제8항에 있어서, 상기 생분해성 용기는 일회용 식품 용기, 빨대, 화장품 용기, 세제 용기, 세안제 용기, 샴푸 용기, 린스 용기, 바디클렌저 용기 또는 호텔 어메니티 용기인 것을 특징으로 하는 생분해성 용기.
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|---|
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