KR20240000799A - apparatus for extracting effective ingredient using carbon dioxide - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 이산화탄소를 이용하여 원료에서 유효성분을 추출하는 반응기 본체 내부에 교반기와 펄스 전기장 처리 장치들을 배치함으로써 비교적 짧은 시간에 매우 효율적으로 유효성분의 추출이 가능한 추출 장치를 제공하기 위한 것으로, 원료와 액체 이산화탄소가 투입되어 상기 원료에서 유효성분을 추출하기 위한 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치에 있어서, 상기 원료와 상기 액체 이산화탄소가 투입되어 상기 원료에서 유효성분을 추출하기 위한 내부 공간을 제공하는 반응기 본체와, 상기 반응기 본체의 내부 공간 중앙을 따라 연장되며 상기 반응기 본체에 회전가능하게 지지되는 교반기용 축과 상기 교반기용 축에 마련된 교반날개를 포함하는 교반기와, 상기 반응기 본체 내주면에 마련된 절연체에 의하여 서로 분리되게 배치된 펄스 전기장 처리용 제1전극과 펄스 전기장 처리용 제2전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is intended to provide an extraction device that can extract active ingredients very efficiently in a relatively short time by placing a stirrer and pulse electric field processing devices inside a reactor main body that extracts active ingredients from raw materials using carbon dioxide. In the active ingredient extraction device using carbon dioxide for extracting the active ingredient from the raw material by inserting liquid carbon dioxide, a reactor main body providing an internal space for extracting the active ingredient from the raw material by introducing the raw material and the liquid carbon dioxide and a stirrer that extends along the center of the inner space of the reactor body and includes a stirrer shaft rotatably supported on the reactor body and a stirring blade provided on the stirrer shaft, and an insulator provided on the inner peripheral surface of the reactor body. It is characterized by comprising a first electrode for pulse electric field processing and a second electrode for pulse electric field processing that are separately arranged.

Description

이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치{apparatus for extracting effective ingredient using carbon dioxide}Apparatus for extracting effective ingredient using carbon dioxide}

본 발명은 이산화탄소를 이용하여 원료로부터 유효성분을 추출하는 추출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an extraction device that extracts active ingredients from raw materials using carbon dioxide.

고령화 사회와 더불어 만성 질환 증대로 인해 예방 및 의약 제품의 안전성이 증대가 요구되면서 약용식물은 간단한 가공만으로 이용되는 것에서 확대되어 약리 성분 추출, 성분 연구 등을 통해 의약품, 건강기능식품, 화장품 등의 소재로 활용이 증대되고 있다. As the aging society and the increase in chronic diseases require increased prevention and safety of medicinal products, medicinal plants have expanded from being used through simple processing to being used as materials for pharmaceuticals, health functional foods, cosmetics, etc. through extraction of pharmacological ingredients and ingredient research. Utilization is increasing.

특히 국내는 다양한 약용식물이 다양한 기후 및 토질에 따라 독특한 약리작용을 나타내어 새로운 효능에 관한 연구 및 표준화 연구가 이뤄지고 있으며 이를 활용하여 다양한 의약 제품이 연구되고 있다. In particular, in Korea, various medicinal plants exhibit unique pharmacological effects depending on various climates and soil conditions, and research and standardization studies on new effects are being conducted, and various medicinal products are being studied using these.

특히 새로운 자생식물을 이용하여 새로운 효능을 확인하는 연구가 많이 이뤄지고 있고 자생식물 단독이나 복합소재를 이용하여 그 자체 물질을 이용하던가 이 약용식물의 유효성분을 규명하고 이를 활용한 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. In particular, many studies are being conducted to identify new efficacy using new native plants, and research is being actively conducted to identify and utilize the effective ingredients of these medicinal plants, whether by using native plants alone or composite materials. .

이런 약용식물을 이용한 천연물 원료 소재의 의약품 및 건강 기능식품으로 산업화가 가속화되어 전 세계 건강식품 시장은 2016년 2,339억 4,000만 달러에서 연평균 성장률 6.03%로 증가하여, 2021년에는 3,135억 6,000만 달러에 이를 것으로 전망되고, 기능성 식품은 국내외 의약품의 50% 정도가 천연물에서 유래된 단일 물질로 보고된다. As the industrialization of medicines and health functional foods made from natural ingredients using medicinal plants accelerates, the global health food market increases from $233.94 billion in 2016 to an average annual growth rate of 6.03%, reaching $313.56 billion in 2021. It is expected that this will happen, and approximately 50% of domestic and foreign pharmaceuticals in functional foods are reported to be single substances derived from natural products.

국내 약용식물은 오래전부터 사용해 온 경험을 바탕으로 활발하게 연구되고 있으며, 기후 및 지형의 다양성으로 인하여 자생식물 8,458종, 외래식물 438종이 있으며 약용자원으로 사용할 수 있는 식물이 약용으로 1,253종, 식용 826종으로 총 2,104종이 자생하고 있는 것으로 알려져 있으며, 이러한 식물에서 자연적으로 만들어지는 모든 화학물질은 천연물의 주요 성분이며, 이러한 유기화합물을 통틀어 파이토케미컬(phytochemical; 식물 화학물질)이라 말하고, 식물에는 매우 다양한 2차 대사산물이 풍부하며, 생합성 기원으로 카로티노이드, 페놀, 알칼로이드, 질소 함유 화합물 및 유기황 화합물 등으로 분류할 수 있다. Domestic medicinal plants are being actively studied based on long-standing experience in use. Due to the diversity of climate and terrain, there are 8,458 species of native plants and 438 species of exotic plants, and 1,253 species of plants that can be used as medicinal resources include 826 species for medicinal purposes and 826 species for food. A total of 2,104 species are known to be growing naturally, and all chemicals naturally produced by these plants are major components of natural products. These organic compounds are collectively referred to as phytochemicals, and plants contain a wide variety of chemicals. Secondary metabolites are abundant, and can be classified into carotenoids, phenols, alkaloids, nitrogen-containing compounds, and organosulfur compounds based on their biosynthetic origin.

종래의 유효성분 추출 방법은 먼저 건조된 원료를 분쇄해서 용매에 침적 시키면 팽창과 수화 (hydration)가 일어나고, 뒤이어 확산과 삼투압에 의해 원료 내 가용성 성분이 용매로 이동하는, 즉 식물세포 구조에 함유된 성분이 용매로 이동하여 결국 평형을 유지하게 되는 질량이동 현상이 발생하게 되는데 이를 추출이라고 한다.In the conventional method of extracting active ingredients, the dried raw materials are first pulverized and immersed in a solvent, causing expansion and hydration, and then the soluble components in the raw materials move to the solvent by diffusion and osmotic pressure, that is, the soluble components contained in the plant cell structure are extracted. A mass transfer phenomenon occurs in which components move into the solvent and eventually maintain equilibrium, which is called extraction.

유효성분 또는 이차 대사물질(secondary metabolites) 혹은 생리활성 물질(bioactive ingredients)은 세포질(cytoplasm)에서 합성되어 최종적으로 불용성 구조인 식물세포의 액포(vacuole)나 지질단백 이중층(lipoprotein bilayer)으로 둘러싸인 구조에 포함되어 있어서 추출하기 용이하지 않다. 따라서 약재에서 어떤 성분의 추출 수율을 높이기 위해서는 해당 성분의 질량 이동률을 증가시키는 것이 중요하다. 질량 이동률이 증가하게 되면 세포 투과성과 이차 대사물질의 확산이 증가하는데, 이러한 질량이동은 구성 성분의 농도 변화, 가열 또는 고압, 초음파, 펄스 자기장 등에 의해 향상될 수 있다.Active ingredients, secondary metabolites, or bioactive ingredients are synthesized in the cytoplasm and ultimately stored in an insoluble structure surrounded by the vacuole or lipoprotein bilayer of plant cells. It is not easy to extract because it is contained. Therefore, in order to increase the extraction yield of a certain ingredient from a herbal medicine, it is important to increase the mass transfer rate of that ingredient. As the mass transfer rate increases, cell permeability and diffusion of secondary metabolites increase, and this mass transfer can be improved by changes in the concentration of components, heating or high pressure, ultrasound, and pulsed magnetic fields.

한편, 초임계 유체 추출기술(Supercritical fluid extraction technology)은 임계온도 및 임계 압력 이상의 유체를 사용하는 기술로 의약품, 식품가공 및 석유화학물질 정제 등의 추출, 정제관련 분야에서 기존의 공정을 대체할 수 있는 새로운 환경 친화적 청정기술로 주목받고 있다. Meanwhile, supercritical fluid extraction technology is a technology that uses fluids above critical temperature and pressure, and can replace existing processes in extraction and purification-related fields such as pharmaceuticals, food processing, and petrochemical refining. It is attracting attention as a new environmentally friendly clean technology.

특히, 근자에 이르러 에너지 자원 가격의 상승, 전통적인 분리공정이 지니는 환경폐해, 기체나 액체 공정으로 제조가 불가능한 특수 목적 신소재 수요의 신장 등의 이유로 선진 각국에서는 지난 30여 년간, 전통적인 공정으로 기체나 액체를 사용하는 개념을 탈피하여 초임계 유체 기술을 공정 유체로 사용하는 신공정 유체기술의 개발에 심혈을 기울여 오고 있다. 그 결과 공정 유체로서 초임계 유체를 사용하는 기술은 정밀화학, 에너지, 환경, 신소재 등 제반 산업에 급속도로 파급되면서 전통적인 다양한 분리 기술을 초임계 유체 공정을 이용하는 신기술로 대체하고 있는 중이다.In particular, for the past 30 years, developed countries have been using traditional processes to produce gases or liquids due to the rising price of energy resources, the environmental damage caused by traditional separation processes, and the growing demand for special-purpose new materials that cannot be manufactured through gas or liquid processes. Breaking away from the concept of using supercritical fluid technology, we have been focusing on the development of new process fluid technology that uses supercritical fluid technology as the process fluid. As a result, technology using supercritical fluid as a process fluid is rapidly spreading across various industries such as fine chemistry, energy, environment, and new materials, replacing various traditional separation technologies with new technologies using supercritical fluid processes.

초기 초임계 유체 기술이 천연물 추출 정제에 주로 적용된 분야는 향신료, 화장품, 지방 등과 같이 비극성 물질, 저가의 식품이나 향료 성분에 국한되었으나 최근들어 이 기술에 관련된 여러 현상학적 특성 및 부가적 기술의 발전으로 극성, 소량, 고가의 천연의약품 추출 정제에 응용되기에 이르렀다. In the early days, supercritical fluid technology was mainly applied to natural product extraction and purification, which was limited to non-polar substances such as spices, cosmetics, fats, etc., and low-cost food or flavoring ingredients, but recently, with the development of various phenomenological characteristics and additional technologies related to this technology, It has been applied to extract and purify polar, small, and expensive natural medicines.

초임계 유체 후보는 그 종류가 매우 다양한데, 그 중 이산화탄소를 가장 많이 사용한다. 이산화탄소는 자연에 무한량 존재할 뿐만 아니라 제철산업이나 석유화학산업에서 다량 발생하는 물질이다. 또한, 이산화탄소는 무색, 무취, 인체에 무해하며 또한 화학적으로 매우 안정한 물질이다. 여기에 덧붙여 이산화탄소는 그 어떤 유체보다 낮은 임계온도(31.1℃)와 임계 압력(7.38 MPa)을 나타내 쉽게 초임계 조건으로 조정이 가능하여 환경 친화적 특성뿐만 아니라 효율적 에너지 사용 면에서도 큰 장점을 갖는다. There are many different types of supercritical fluid candidates, of which carbon dioxide is the most widely used. Carbon dioxide not only exists in infinite quantities in nature, but is also a substance that is generated in large quantities in the steel industry and petrochemical industry. In addition, carbon dioxide is colorless, odorless, harmless to the human body, and is also a very chemically stable substance. In addition, carbon dioxide has a lower critical temperature (31.1°C) and critical pressure (7.38 MPa) than any other fluid, so it can be easily adjusted to supercritical conditions, which has great advantages in terms of efficient energy use as well as environmental friendliness.

더군다나 이 기술이 천연 생리활성물질의 분리, 정제 분야에서 적용될 시에는 기존의 공정에서 발생하는 문제점, 즉 최종 산물 내에 잔류하는 유기용매에 의한 인체독성, 고비용, 폐기 용매에 의한 환경공해, 목적성분의 변성 및 낮은 추출 선택성 등을 상당부분에서 해결 또는 보완할 수 있다.Moreover, when this technology is applied in the field of separation and purification of natural biologically active substances, it addresses the problems that arise in existing processes, namely, human toxicity due to organic solvents remaining in the final product, high cost, environmental pollution due to waste solvents, and loss of target ingredients. Denaturation and low extraction selectivity can be solved or supplemented to a large extent.

그러나 상용적으로 이용되고 있는 종래의 이산화탄소를 이용한 초임계 유체 추출 기법은 매우 고압인 초고압 추출 조건이 필요하거나 혹은 초고압 상태에서 장기간 유지하여야 하기 때문에 이로 인하여 초고압의 승압에 필요한 과다한 에너지와 초고압을 견딜 수 있는 반응기 등 고비용이 소요되며 또한 장시간 초고압 환경을 유지하여야 하기 때문에 추출 공정에 장시간이 소요된다는 단점을 가지고 있다.However, the commercially used conventional supercritical fluid extraction technique using carbon dioxide requires very high pressure extraction conditions or must be maintained at ultra-high pressure for a long period of time, so it cannot withstand the excessive energy and ultra-high pressure required to boost the ultra-high pressure. It has the disadvantage of requiring a high cost, such as a reactor, and that the extraction process takes a long time because an ultra-high pressure environment must be maintained for a long time.

가령 대한민국 공개특허 제10-2014-0088982호 "초임계 이산화탄소 추출방법을 이용한 차조기 추출물의 제조방법" (2014. 7.14. 공개)은, 차조기 분말에 초임계 이산화탄소를 용매로 사용하여 30 ~ 70℃의 온도에서 100 ~ 300 bar(약 10~30 MPa)의 압력(바람직하기로는 233 bar)으로 2~3시간 동안 추출한다고 기재되어 있다.For example, Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0088982, “Method for producing perilla extract using supercritical carbon dioxide extraction method” (published on July 14, 2014) uses supercritical carbon dioxide as a solvent in perilla powder and extracts perilla extract at a temperature of 30 to 70°C. It is described that the extraction is performed at a temperature of 100 to 300 bar (about 10 to 30 MPa) and a pressure of 233 bar (preferably 233 bar) for 2 to 3 hours.

대한민국 특허등록 제10-0849156호 "초임계 이산화탄소를 이용한 라이코펜 추출"(2008. 7.23. 등록)은, 동결건조된 수박 케익 또는 건조되지 않은 수박케익을 6000~9000 psi(약 41~62 MPa) 및 40~70℃의 조건에서 초임계 이산화탄소를 이용하여 라이코펜이 농축된 추출물을 제조하는 방법에 대하여 기재되어 있다.Republic of Korea Patent Registration No. 10-0849156, “Lycopene Extraction Using Supercritical Carbon Dioxide” (registered on July 23, 2008), freeze-dried or undried watermelon cake was extracted at 6000~9000 psi (about 41~62 MPa) and A method for producing a lycopene-enriched extract using supercritical carbon dioxide under conditions of 40 to 70°C is described.

이와 같은 종래의 초임계 이산화탄소를 이용한 추출 기법은 이산화탄소의 압력에만 의존하여 추출을 진행하다는 점에서, 이산화탄소를 초고압으로 승압시켜야 하며, 초고압 상태에서 장시간 유지되어야 한다는 기술적 전제 조건을 가지게 된다.This conventional extraction technique using supercritical carbon dioxide has the technical prerequisite that carbon dioxide must be boosted to ultra-high pressure and maintained at ultra-high pressure for a long time in that extraction proceeds only depending on the pressure of carbon dioxide.

한편 초임계 유체 추출기술과는 별개로 펄스 전기장 처리 기술이 독자적으로 발전하고 있다.Meanwhile, apart from supercritical fluid extraction technology, pulse electric field processing technology is developing independently.

펄스 전기장 (PEF; Pulsed Electric Field)Pulsed Electric Field (PEF)

PEF 분야의 혁신 잠재력은 펌핑 가능한 신선한 식품의 처리를 위한 이 기술의 광범위한 구현이다. The innovative potential in the field of PEF is the widespread implementation of this technology for the processing of pumpable fresh food products.

전통적인 열 살균은 비타민과 같은 건강 증진 성분을 파괴하고 신선한 맛을 잃게 하지만, PEF를 적용하면 신선한 맛이 주요 품질 매개변수인 주스나 스무디(Smoothie)와 같은 열에 민감한 제품의 품질에 해로운 영향 없이 장기간 보존할 수 있다. PEF 처리 기술은 다양한 용량 옵션이 있는 연속 작동 및 간단한 장비 설계로 기존 생산 라인에 쉽게 구현할 수 있다. While traditional heat sterilization destroys health-promoting ingredients such as vitamins and causes loss of fresh taste, PEF allows heat-sensitive products such as juices and smoothies, where fresh taste is a key quality parameter, to be preserved for long periods of time without detrimental effects on quality. can do. PEF processing technology can be easily implemented into existing production lines with continuous operation and simple equipment design with various capacity options.

PEF 처리에는 10~60kV 정도의 마이크로 고전압 펄스가 적용된다. 인가된 고전압 펄스는 세포막(및 세포벽)의 미세 기공을 유도하여 장벽 기능 상실, 세포 내 내용물 누출 및 활력 상실을 유발하게 한다. For PEF treatment, micro high-voltage pulses of approximately 10 to 60 kV are applied. The applied high-voltage pulse induces micropores in the cell membrane (and cell wall), causing loss of barrier function, leakage of intracellular contents, and loss of vitality.

PEF 처리 장치를 통해 펌핑이 가능한 액체 또는 반점성 액체나 운송되어야 하는 고체 제품은 고전압 펄스에 노출되게 한다. 필요한 처리 시간은 1초 미만으로 펄스는 모든 볼륨 요소를 충분히 처리할 수 있도록 초당 최대 500번 이상 반복 속도로 적용된다. 전계 강도 및 특정 에너지 입력과 같은 전기 매개변수 외에도 제품 온도 및 제품 레시피도 처리 강도에 영향을 미친다.Liquid or semi-viscous liquids that can be pumped through a PEF treatment device or solid products that must be transported are exposed to high voltage pulses. The required processing time is less than 1 second and pulses are applied at a repetition rate of up to 500 or more times per second to sufficiently process all volume elements. In addition to electrical parameters such as electric field strength and specific energy input, product temperature and product recipe also affect processing intensity.

전기천공법electroporation

PEF 처리는 생물학적 세포막(및 세포벽)이나 미생물의 세포막(및 세포벽)에 전기천공(electroporation)을 일으켜 식품 및 생명공학 분야의 액체 제품을 낮은 온도에서 보존하는 효과적인 공정이다. PEF treatment is an effective process for preserving liquid products in the food and biotechnology fields at low temperatures by causing electroporation of biological or microbial cell membranes (and cell walls).

열 공정과 비교하여 유사하거나 향상된 수준의 미생물 비활성화로 열에 불안정한 구성 요소의 보유를 증가시키는데 기여할 수 있다. Similar or improved levels of microbial inactivation compared to thermal processes may contribute to increased retention of heat labile components.

그러나, 특히 연속적인 PEF 처리는 불균일한 처리 조건에 이를 수 있으며, 일반적으로 PEF는 처리되는 제품의 유속이 가장 낮은 챔버 내벽에서 가장 높게 나타나므로, 처리 챔버 내의 PEF의 불균일성과 이와 관련된 불균일한 온도 상태가 나타난다. However, continuous PEF processing in particular can lead to non-uniform processing conditions, and since PEF is generally highest on the inner wall of the chamber where the flow rate of the product being processed is lowest, the non-uniformity of PEF within the processing chamber and the associated non-uniform temperature conditions. appears.

이러한 이유로 PEF 처리 챔버는 처리 챔버 내부에서 보다 균질한 흐름 특성을 얻고 국부 온도 피크를 줄여 처리 균질성을 증가시키도록 설계되어야 한다. For this reason, PEF processing chambers should be designed to increase processing homogeneity by achieving more homogeneous flow characteristics and reducing local temperature peaks within the processing chamber.

세포막 기능 상실loss of cell membrane function

세포질은 얇은 반투막인 세포막으로 둘러싸여 있으며, 세포막은 이온과 거대분자의 세포내 및 세포외 수송을 위한 반투과성 장벽 역할을 한다. 이 세포막은 두께가 5나노미터(nm)인 인지질 이중층으로 PEF에 세포를 노출시키면 세포막(membrane; 멤브레인)에 각각 50~100나노미터(nm)의 작은 구멍이 생기면서 뚫리는 효과를 전기천공이라고 하며, 이는 세포의 귀중한 내용물에 접근할 수 있도록 하는 세포막 장벽 기능의 상실이다. 이 같은 전기천공은 1 마이크로초(μs) 후에 발생하고, 이 과정은 빠르고 유연하며, 에너지 효율적이며, 열이 최소화되기 때문에 이렇게 처리된 제품은 기존 식품 가공 기술보다 더 나은 영양가를 유지하면서 더 긴 저장기간을 갖게 된다. The cytoplasm is surrounded by a thin semipermeable membrane, the cell membrane, which serves as a semipermeable barrier for intracellular and extracellular transport of ions and macromolecules. This cell membrane is a phospholipid bilayer with a thickness of 5 nanometers (nm). When a cell is exposed to PEF, small holes of 50 to 100 nanometers (nm) are created in the cell membrane, which is called electroporation. , which is the loss of the cell membrane barrier function that allows access to the cell's valuable contents. This electroporation occurs in 1 microsecond (μs), and the process is fast, flexible, energy efficient, and requires minimal heat, so products processed this way can be stored longer while maintaining better nutritional value than conventional food processing techniques. There will be a period.

세포 크기는 20~100 마이크로미터(μm), 박테리아 치수는 2~10 마이크로미터(μm)일 수 있으며, 기공(천공)은 각각 50~100 나노미터(nm)의 크기를 가질 수 있다. Cell sizes can be 20 to 100 micrometers (μm), bacterial dimensions can be 2 to 10 micrometers (μm), and pores can each be 50 to 100 nanometers (nm) in size.

이러한 작은 기공(천공)은 세포막이 더 많은 펄스를 받을 때 더 안정적인 비가역적(irreversible) 기공이 된다. 펄스의 필요한 처리 시간은 1초 미만으로 모든 볼륨 요소를 충분히 처리할 수 있도록 초당 최대 500펄스(최대 500Hz의 펄스 반복 속도)가 되게 한다. These small pores (perforations) become more stable irreversible pores when the cell membrane receives more pulses. The required processing time for pulses is less than 1 second, up to 500 pulses per second (pulse repetition rate of up to 500 Hz) to sufficiently process all volume components.

세포막 장벽 기능의 상실은 미생물의 소멸을 가져오지만, 이러한 세포막에 대한 천공 효과에도 불구하고 PEF 처리는 비타민, 풍미 또는 단백질에 영향을 미치지 않아 열에 민감한 액체의 감각적 품질과 기능적 가치를 유지하면서 미생물에 의한 오염 제거를 가능하게 한다.Loss of cell membrane barrier function results in the disappearance of microorganisms, but despite this perforating effect on cell membranes, PEF treatment has no effect on vitamins, flavors or proteins, maintaining the organoleptic quality and functional value of heat-sensitive liquids. Enables decontamination.

세포막 파괴는 유도된 세포막 전위가 대장균(E. coli)의 경우 약 10kV/cm의 외부 전기장에 해당하는 많은 세포 시스템에서 임계값 1V를 초과할 때 발생한다. 대장균을 죽이고 액체의 미생물 부하를 줄이는 경우 최소 약 10kV/cm의 임계값이 필요하며, 전기천공은 최소 임계값(1V) 이상에서 비가역적이 된다.Membrane disruption occurs when the induced membrane potential exceeds a threshold of 1 V in many cellular systems, corresponding to an external electric field of approximately 10 kV/cm for E. coli. A threshold of at least about 10 kV/cm is required to kill E. coli and reduce the microbial load of a liquid, and electroporation becomes irreversible above the minimum threshold (1 V).

PEF 기술에서 처리 효율과 가장 밀접한 관련이 있는 요소는 전기장의 세기라고 알려져 있다. 여기서 전기장의 세기는 다음 식(1)에서 보는 바와 같이 전압과 전극 간격에 따라 달라진다. It is known that the factor most closely related to treatment efficiency in PEF technology is the strength of the electric field. Here, the intensity of the electric field varies depending on the voltage and electrode spacing, as shown in the following equation (1).

E = V/d -------------식(1)E = V/d -------------Equation (1)

E : electric fields (V/cm) E: electric fields (V/cm)

V : applied voltage (V)V : applied voltage (V)

d : electrode gap distance (cm) d : electrode gap distance (cm)

전압(V)과 전극 간격(d)의 관계를 보면 전극간의 간격(d)보다는 외부에서 가해지는 전압(V)의 크기가 더 큰 영향을 끼치는 것으로 확인되었다. Looking at the relationship between voltage (V) and electrode spacing (d), it was confirmed that the magnitude of the externally applied voltage (V) has a greater effect than the spacing (d) between electrodes.

즉, 인가전압을 증가시키거나 전극 간격을 줄이는 방법을 이용하여 전기장의 세기를 증가시키면 추출 효율을 높이기에 더욱 효과적임이 확인되었다. In other words, it was confirmed that increasing the intensity of the electric field by increasing the applied voltage or reducing the electrode gap was more effective in increasing extraction efficiency.

PEF 또는 전기천공법은 세포 크기에 관계없이 세포막에 구멍을 뚫는 프로세서로서 생산량의 극적인 증가, 색소, 항산화제 및 비타민 등을 보존 시키며, 신선하고 건강한 제품을 오래도록 지속시키는 효과도 있다. 또한 식품의 색상, 맛 및 영양소와 같은 신선 특성에 미치는 영향을 최소화하면서 식품의 저온 살균을 위해 비교적 낮은 온도에서 적용할 수 있으며, 이 과정 자체는 효소의 비활성화에 제한된 영향을 미친다. PEF, or electroporation, is a processor that punctures cell membranes regardless of cell size. It dramatically increases production, preserves pigments, antioxidants, and vitamins, and makes products fresh and healthy for a long time. It can also be applied at relatively low temperatures for pasteurization of food with minimal impact on freshness characteristics such as color, taste and nutrients of the food, and the process itself has limited effect on the deactivation of enzymes.

대한민국 공개특허 제10-2014-0088982호 "초임계 이산화탄소 추출방법을 이용한 차조기 추출물의 제조방법" (2014. 7.14. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0088982 “Method for producing perilla extract using supercritical carbon dioxide extraction method” (published on July 14, 2014) 대한민국 특허등록 제10-0849156호 "초임계 이산화탄소를 이용한 라이코펜 추출"(2008. 7.23. 등록)Republic of Korea Patent Registration No. 10-0849156 “Lycopene extraction using supercritical carbon dioxide” (registered on July 23, 2008)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이산화탄소를 이용하여 원료에서 유효성분을 추출하는 반응기 본체 내부에 교반기와 펄스 전기장 처리 장치들을 배치함으로써 비교적 짧은 시간에 매우 효율적으로 유효성분의 추출이 가능한 추출 장치를 제안하고자 한다.The present invention was developed to solve the problems of the prior art as described above, and is very effective in a relatively short time by placing a stirrer and pulse electric field processing devices inside the reactor body that extracts active ingredients from raw materials using carbon dioxide. We would like to propose an extraction device that can extract ingredients.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 원료와 액체 이산화탄소가 투입되어 상기 원료에서 유효성분을 추출하기 위한 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치에 있어서, 상기 원료와 상기 액체 이산화탄소가 투입되어 상기 원료에서 유효성분을 추출하기 위한 내부 공간을 제공하는 반응기 본체와, 상기 반응기 본체의 내부 공간 중앙을 따라 연장되며 상기 반응기 본체에 회전가능하게 지지되는 교반기용 축과 상기 교반기용 축에 마련된 교반날개를 포함하는 교반기와, 상기 반응기 본체 내주면에 마련된 절연체에 의하여 서로 분리되게 배치된 펄스 전기장 처리용 제1전극과 펄스 전기장 처리용 제2전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problem, the present invention provides an active ingredient extraction device using carbon dioxide for extracting an active ingredient from the raw material by inputting the raw material and liquid carbon dioxide. A stirrer comprising a reactor body providing an internal space for extracting components, a stirrer shaft extending along the center of the inner space of the reactor body and rotatably supported on the reactor body, and a stirring blade provided on the stirrer shaft. and a first electrode for pulse electric field treatment and a second electrode for pulse electric field treatment arranged to be separated from each other by an insulator provided on the inner peripheral surface of the reactor main body.

상기에 있어서, 상기 반응기 본체의 하부에 마련되어 상기 액체 이산화탄소의 비등을 유도하는 가열기와, 상기 반응기 본체의 상부에 마련되어 상기 비등한 이산화탄소의 응축을 유도하는 냉각기가 더 마련되는 것이 바람직하다.In the above, it is preferable that a heater provided at the bottom of the reactor body to induce boiling of the liquid carbon dioxide and a cooler provided at the top of the reactor body to induce condensation of the boiled carbon dioxide are further provided.

상기에 있어서, 상기 반응기 본체는 입형 실린더 형태의 실린더형 몸체를 포함하며, 상기 펄스 전기장 처리용 제1전극과 상기 펄스 전기장 처리용 제2전극은 모두 상하가 개방된 원통 형태이며, 상기 펄스 전기장 처리용 제1전극과 상기 펄스 전기장 처리용 제2전극은 상기 반응기 본체의 내부 공간 중앙을 따라 상하 방향으로 교대로 배치되는 것이 바람직하다.In the above, the reactor main body includes a cylindrical body in the form of a vertical cylinder, and both the first electrode for pulse electric field treatment and the second electrode for pulse electric field treatment have a cylindrical shape with the top and bottom open, and the pulse electric field treatment It is preferable that the first electrode for processing the pulse electric field and the second electrode for processing the pulse electric field are alternately arranged in the vertical direction along the center of the internal space of the reactor main body.

상기에 있어서, 상기 교반기용 축의 상단부에 외부 동력과 연결되기 위한 교반기 헤드가 형성될 수 있다.In the above, a stirrer head for connection to external power may be formed at the upper end of the stirrer shaft.

상기에 있어서, 상기 반응기 본체의 내부 공간의 하부에 상부가 개방된 형태의 베어링 안착홈과 상하방향으로 연장되며 상기 베어링 안착홈을 포위하는 형태로 배치되는 복수의 관통구가 형성된 필터 지지판이 마련되며, 상기 베어링 안착홈에 상기 교반기용 축의 하단을 회전가능하게 지지하는 제1베어링이 삽입되며, 상기 교반기용 축이 관통하기 위한 축 관통공이 중앙에 형성된 필터가 상기 필터 지지판의 상부에 마련되는 것이 바람직하다.In the above, a filter support plate is provided at the lower part of the internal space of the reactor main body, having a bearing seating groove with an open top, and a plurality of through holes extending in the vertical direction and arranged in a form surrounding the bearing seating groove. , a first bearing rotatably supporting the lower end of the agitator shaft is inserted into the bearing seating groove, and a filter having a shaft through hole formed in the center for the agitator shaft to pass through is preferably provided on an upper part of the filter support plate. do.

상기에 있어서, 상기 반응기 본체는, 입형 실린더 형태의 실린더형 몸체와, 상기 실린더형 몸체의 개방된 상부를 닫으며 재료 투입구와 이산화탄소 주입구가 형성된 상부 덮개와, 상기 실린더형 몸체의 개방된 하부를 닫기 위하여 상기 실린더형 몸체에 착탈 가능하게 결합되며 출구 포트가 형성된 하부 덮개를 포함하는 것이 바람직하다.In the above, the reactor body includes a cylindrical body in the form of a vertical cylinder, an upper cover that closes the open upper part of the cylindrical body and has a material inlet and a carbon dioxide inlet, and closes the open lower part of the cylindrical body. For this purpose, it is preferable to include a lower cover that is detachably coupled to the cylindrical body and has an outlet port.

상기와 같이 본 발명은, 이산화탄소를 이용하여 원료에서 유효성분을 추출하는 반응기 본체 내부에 교반기와 펄스 전기장 처리 장치들을 배치함으로써 비교적 짧은 시간에 매우 효율적으로 유효성분의 추출이 가능한 추출 장치를 제공하게 된다.As described above, the present invention provides an extraction device that can extract active ingredients very efficiently in a relatively short time by placing a stirrer and pulse electric field treatment devices inside the reactor main body for extracting active ingredients from raw materials using carbon dioxide. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치가 적용된 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 시스템의 개략도,
도 2는 도 1의 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치만을 별도로 도시한 도면,
도 3은 도 2의 분리 단면도,
도 4는 도 3의 펄스 전기장 처리용 제1전극 및 펄스 전기장 처리용 제2전극의 사시도,
도 5는 도 2에서 펄스 전기장 처리되는 상태를 개념적으로 도시한 도면,
도 6은 도 2의 제1베어링이 안착된 상태의 필터 지지판의 평면도.
1 is a schematic diagram of an active ingredient extraction system using carbon dioxide to which an active ingredient extraction device using carbon dioxide according to an embodiment of the present invention is applied;
Figure 2 is a separate view showing only the active ingredient extraction device using carbon dioxide of Figure 1;
Figure 3 is an exploded cross-sectional view of Figure 2;
Figure 4 is a perspective view of the first electrode for pulse electric field processing and the second electrode for pulse electric field processing of Figure 3;
Figure 5 is a diagram conceptually showing the state of pulse electric field processing in Figure 2;
Figure 6 is a plan view of the filter support plate in a state in which the first bearing of Figure 2 is seated.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치가 적용된 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 시스템의 개략도이며, 도 2는 도 1의 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치만을 별도로 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 분리 단면도이며, 도 4는 도 3의 펄스 전기장 처리용 제1전극 및 펄스 전기장 처리용 제2전극의 사시도이며, 도 5는 도 2에서 펄스 전기장 처리되는 상태를 개념적으로 도시한 도면이며, 도 6은 도 2의 제1베어링이 안착된 상태의 필터 지지판의 평면도이다.Figure 1 is a schematic diagram of an active ingredient extraction system using carbon dioxide to which an active ingredient extraction device using carbon dioxide according to an embodiment of the present invention is applied, and Figure 2 is a separate diagram showing only the active ingredient extraction device using carbon dioxide of Figure 1. , FIG. 3 is an isolated cross-sectional view of FIG. 2, FIG. 4 is a perspective view of the first electrode for pulse electric field processing and the second electrode for pulse electric field processing in FIG. 3, and FIG. 5 conceptually shows the state of pulse electric field processing in FIG. 2. It is a drawing, and FIG. 6 is a plan view of the filter support plate in a state in which the first bearing of FIG. 2 is seated.

먼저 본 추출 장치(100)를 위하여 이산화탄소 저장부(10)가 마련된다.First, a carbon dioxide storage unit 10 is provided for this extraction device 100.

이산화탄소 저장부(10)는 본 추출 장치(100)에 액체 이산화탄소와 기체 이산화탄소를 공급하기 위한 것이다.The carbon dioxide storage unit 10 is used to supply liquid carbon dioxide and gaseous carbon dioxide to the extraction device 100.

이산화탄소 저장부(10)에는 7.4 MPa의 액체 이산화탄소와 기체 이산화탄소가 저장되어 있으며, 7.4 MPa의 액체 이산화탄소와 기체 이산화탄소를 본 추출 장치(100)에 지속적으로 제공할 수 있다. Liquid carbon dioxide and gaseous carbon dioxide of 7.4 MPa are stored in the carbon dioxide storage unit 10, and 7.4 MPa of liquid carbon dioxide and gaseous carbon dioxide can be continuously provided to the extraction device 100.

이산화탄소 저장부(10)에 저장된 액체 이산화탄소는 액체 이산화탄소 공급관(11)을 통하여 본 추출 장치(100)에 공급되며, 이산화탄소 저장부(10)에 저장된 기체 이산화탄소는 기체 이산화탄소 공급관(12)을 통하여 본 추출 장치(100)에 공급된다.Liquid carbon dioxide stored in the carbon dioxide storage unit 10 is supplied to the main extraction device 100 through the liquid carbon dioxide supply pipe 11, and gaseous carbon dioxide stored in the carbon dioxide storage unit 10 is main extracted through the gaseous carbon dioxide supply pipe 12. is supplied to the device 100.

본 추출 장치(100)에서 사용된 기체 이산화탄소(이산화탄소 저장부(10)에서 배출된 액체 이산화탄소가 사용된 후 발생한 기체 이산화탄소를 포함)는 사용량이 적어 별다른 회수장치 없이 대기중으로 퍼징(purging)할 수 있다.The gaseous carbon dioxide used in this extraction device 100 (including the gaseous carbon dioxide generated after the liquid carbon dioxide discharged from the carbon dioxide storage unit 10 is used) has a small amount of use and can be purged into the atmosphere without a separate recovery device. .

본 추출 장치(100)에 대하여 설명한다.The present extraction device 100 will be described.

본 실시예는 반응기 본체(110)와 가열기(120)와 냉각기(130)와 펄스 전기장 처리용 제1,2전극(141, 142)과 교반기(150) 등으로 이루어진다.This embodiment consists of a reactor main body 110, a heater 120, a cooler 130, first and second electrodes 141 and 142 for pulse electric field treatment, and a stirrer 150.

본 실시예에서 추출 대상인 원료는 신선한 상태의 동식물 원료가 바람직하며, 구체적인 예로서 신선한 상태의 식물 원료를 제시하고 있지만, 이에 한정되지 않는다.In this embodiment, the raw materials to be extracted are preferably fresh animal and plant raw materials, and fresh plant raw materials are presented as a specific example, but are not limited thereto.

반응기 본체(110)는 원료에서 유효성분을 추출하기 위한 내부 공간을 제공한다.The reactor body 110 provides an internal space for extracting active ingredients from raw materials.

본 실시예의 반응기 본체(110)는, 상하가 개방된 입형 실린더(vertical cylinder) 형태의 실린더형 몸체(113)와, 실린더형 몸체(113)의 개방된 하부를 닫는 하부 덮개(114)와, 실린더형 몸체(113)의 개방된 상부를 닫는 상부 덮개(115)를 포함한다.The reactor main body 110 of this embodiment includes a cylindrical body 113 in the form of a vertical cylinder with the top and bottom open, a lower cover 114 that closes the open lower part of the cylindrical body 113, and a cylinder. It includes an upper cover 115 that closes the open upper part of the mold body 113.

반응기 본체(110)는 대략 7.4MPa 이상의 압력에서 작동하기 때문에 경제성과 안전한 작동을 위하여 실린더형 몸체(113)의 직경을 가급적 작게 형성하는 것이 바람직하다. Since the reactor body 110 operates at a pressure of approximately 7.4 MPa or more, it is desirable to make the diameter of the cylindrical body 113 as small as possible for economical and safe operation.

본 실시예에서 상부 덮개(115)는 실린더형 몸체(113)의 개방된 상부를 덮으면서 실린더형 몸체(113)와 일체화된 구조를 가진다.In this embodiment, the upper cover 115 covers the open upper part of the cylindrical body 113 and has a structure integrated with the cylindrical body 113.

상부 덮개(115)의 중앙에는 축 결합용 관통구(115a)가 형성되며, 축 결합용 관통구(115a)의 주변에 재료 투입구(115b) 및 이산화탄소 주입구(115c)가 형성된다.A through hole 115a for shaft coupling is formed in the center of the upper cover 115, and a material inlet 115b and a carbon dioxide inlet 115c are formed around the through hole 115a for shaft coupling.

축 결합용 관통구(115a)는, 하부의 작은 직경의 제2베어링 안착구멍(115a-1)과 상부의 큰 직경의 캡 장착용 암나사구멍(115a-2)로 이루어진다.The through hole 115a for shaft coupling consists of a small diameter second bearing seating hole 115a-1 at the bottom and a large diameter cap mounting female screw hole 115a-2 at the top.

제2베어링 안착구멍(115a-1)에는 제2베어링(115d)이 안착된다.The second bearing (115d) is seated in the second bearing seating hole (115a-1).

제2베어링(115d)은 후술하는 교반기용 축(151)의 상단부를 회전 가능하게 지지하면서 그 상부로 교반기 헤드(151a)가 돌출된다.The second bearing 115d rotatably supports the upper end of the agitator shaft 151, which will be described later, and the agitator head 151a protrudes from the top.

캡 장착용 암나사구멍(115a-2)에는 교반기 헤드 캡(115e)의 수나사부(115e-1)가 나사 결합된다.The male thread portion 115e-1 of the stirrer head cap 115e is screwed into the female thread hole 115a-2 for mounting the cap.

교반기 헤드 캡(115e)은 캡 장착용 암나사구멍(115a-2)에 착탈 가능하게 결합되어 교반기 헤드(151a)를 덮거나 외부로 노출시킨다.The stirrer head cap 115e is detachably coupled to the cap mounting female screw hole 115a-2 to cover or expose the stirrer head 151a to the outside.

캡(115e)의 하부에는 가스켓(115f)이 삽입되어 캡(115e)과 상부 덮개(115) 사이의 기밀을 가능하게 한다.A gasket 115f is inserted into the lower part of the cap 115e to enable airtightness between the cap 115e and the upper cover 115.

재료 투입구(115b)를 통하여 반응기 본체(110)의 내부 공간에 동식물 원료를 투입할 수 있으며, 재료 투입구(115b)에는 투입구용 뚜껑(115b-1)이 결합되어 재료 투입구(115b)를 닫을 수 있다.Animal and plant raw materials can be introduced into the internal space of the reactor main body 110 through the material inlet 115b, and an inlet lid 115b-1 is coupled to the material inlet 115b to close the material inlet 115b. .

이산화탄소 주입구(115c)를 통하여 반응기 본체(110) 내부에 액체 이산화탄소 또는 기체 이산화탄소를 주입할 수 있다.Liquid carbon dioxide or gaseous carbon dioxide can be injected into the reactor main body 110 through the carbon dioxide inlet 115c.

즉 이산화탄소 주입구(115c)는 액체 이산화탄소 공급관(11) 및 기체 이산화탄소 공급관(12) 모두에 연결되며, 이들 중 어느 하나를 통하여 액체 이산화탄소 또는 기체 이산화탄소가 반응기 본체(110)의 내부 공간으로 주입될 수 있다.That is, the carbon dioxide inlet 115c is connected to both the liquid carbon dioxide supply pipe 11 and the gaseous carbon dioxide supply pipe 12, and liquid carbon dioxide or gaseous carbon dioxide can be injected into the internal space of the reactor main body 110 through any one of them. .

하부 덮개(114)는 실린더형 몸체(113)의 개방된 하부를 덮기 위한 것으로 실린더형 몸체(113)에 착탈 가능하게 결합된다.The lower cover 114 is for covering the open lower part of the cylindrical body 113 and is detachably coupled to the cylindrical body 113.

즉 실린더형 몸체(113)와 하부 덮개(114)는, 그 사이에 가스켓이 삽입된 후 볼트에 의하여 서로 플랜지 결합된다.That is, the cylindrical body 113 and the lower cover 114 are flanged to each other by bolts after a gasket is inserted therebetween.

하부 덮개(114)의 상부에는, 원판 형태의 필터 지지판(116)이 안착된다.A disk-shaped filter support plate 116 is mounted on the upper part of the lower cover 114.

필터 지지판(116)의 중앙에는 상부가 개방된 형태의 베어링 안착홈(116a)이 형성되며, 베어링 안착홈(116a)을 포위하는 형태로 상하방향으로 연장되는 복수의 관통구(116b)가 형성된다.A bearing seating groove 116a with an open top is formed in the center of the filter support plate 116, and a plurality of through holes 116b extending in the vertical direction are formed to surround the bearing seating groove 116a. .

베어링 안착홈(116a)에는 제1베어링(116c)이 삽입 안착되어 있다.The first bearing 116c is inserted and seated in the bearing seating groove 116a.

제1베어링(116c)은 교반기용 축(151)의 하단을 회전가능하게 지지하기 위한 것이다.The first bearing 116c is for rotatably supporting the lower end of the stirrer shaft 151.

필터 지지판(116)을 안정적으로 지지하기 위하여 하부 덮개(114)에는 복수의 받침대(114a)가 마련된다.In order to stably support the filter support plate 116, a plurality of supports 114a are provided on the lower cover 114.

필터 지지판(116)의 상면에는 필터(117)가 안착된다.A filter 117 is mounted on the upper surface of the filter support plate 116.

필터(117)는, 추출이 완료된 혼합원료(원료와 액체 이산화탄소)에서 유효성분이 용해된 용해액(유효성분이 추출된 액체 이산화탄소)은 통과시키고 잔사(찌꺼기)는 걸러내기 위하여 마련된다. 잔사와 필터(117)는 하부 덮개(114)를 실린더형 몸체(113)로부터 분리함으로써 제거될 수 있다.The filter 117 is provided to pass through a solution in which the active ingredient is dissolved (liquid carbon dioxide from which the active ingredient has been extracted) from the extracted mixed raw material (raw material and liquid carbon dioxide) and filter out the residue. Residue and filter 117 can be removed by separating lower cover 114 from cylindrical body 113.

필터(117)의 중앙에는 교반기용 축(151)이 관통하기 위한 축 관통공(117a)이 형성되어 있다.A shaft penetration hole 117a is formed in the center of the filter 117 through which the stirrer shaft 151 passes.

하부 덮개(114)에는 추출된 유효성분이 용해된 상태의 용해액이 배출되는 출구 포트(114b)가 마련된다.The lower cover 114 is provided with an outlet port 114b through which the solution in which the extracted active ingredient is dissolved is discharged.

출구 포트(114b)에는 출구용 개폐 밸브(114b-1)가 마련된다.The outlet port 114b is provided with an outlet opening/closing valve 114b-1.

출구 포트(114b)에는 에센셜 오일 회수부(20)가 연결된다.The essential oil recovery unit 20 is connected to the outlet port 114b.

실린더형 몸체(113)의 하부 외주면에 가열기(120)가 부착되어 있으며, 실린더형 몸체(113)의 상부 외주면에 냉각기(130)가 부착되어 있다.A heater 120 is attached to the lower outer peripheral surface of the cylindrical body 113, and a cooler 130 is attached to the upper outer peripheral surface of the cylindrical body 113.

가열기(120)는 이산화탄소를 가열하여 액체 이산화탄소의 비등을 유도하기 위한 것으로, 온도계가 장착되어 자동 제어되는 것이 바람직하다.The heater 120 is used to heat carbon dioxide to induce boiling of liquid carbon dioxide, and is preferably equipped with a thermometer and automatically controlled.

냉각기(130)는 이산화탄소를 냉각하여 비등한 이산화탄소의 응축을 유도하기 위한 것으로, 온도계가 장착되어 자동 제어되는 것이 바람직하다.The cooler 130 is used to cool carbon dioxide and induce condensation of boiling carbon dioxide, and is preferably equipped with a thermometer and automatically controlled.

냉각기(130)는 액체 이산화탄소의 증발에 의하여 주변 열을 흡수하는 패드형 냉각기이다.The cooler 130 is a pad-type cooler that absorbs ambient heat through evaporation of liquid carbon dioxide.

따라서 냉각기(130)에는 액체 이산화탄소 공급관(131)과 기체 이산화탄소 배출관(132)이 각각 연결된다.Accordingly, a liquid carbon dioxide supply pipe 131 and a gaseous carbon dioxide discharge pipe 132 are respectively connected to the cooler 130.

액체 이산화탄소 공급관(131)은, 이산화탄소 저장부(10)의 액체 이산화탄소 공급관(11)에서 분기되는 관으로, 제어밸브(131a)(솔레노이드 밸브)와 팽창밸브(131b)가 마련된다.The liquid carbon dioxide supply pipe 131 is a pipe branching from the liquid carbon dioxide supply pipe 11 of the carbon dioxide storage unit 10, and is provided with a control valve 131a (solenoid valve) and an expansion valve 131b.

따라서 액체 이산화탄소 공급관(131)을 통하여 공급되는 액체 이산화탄소는 팽창밸브(131b)를 거치면서 팽창되어 증발되기 쉬운 상태로 변화되며, 냉각기(130)에서 증발되면서 주변 열(구체적으로는 반응기 본체(110)의 상부의 기체 이산화탄소의 응축열)을 흡수하며, 이후 기체 이산화탄소 배출관(132)을 통하여 외부로(구체적으로는 대기중으로) 배출된다.Therefore, the liquid carbon dioxide supplied through the liquid carbon dioxide supply pipe 131 expands while passing through the expansion valve 131b and changes into a state in which it is easy to evaporate, and as it evaporates in the cooler 130, the surrounding heat (specifically, the reactor main body 110) It absorbs the heat of condensation of gaseous carbon dioxide at the top of the gaseous carbon dioxide and is then discharged to the outside (specifically, into the atmosphere) through the gaseous carbon dioxide discharge pipe 132.

냉각기(130)는 액체 이산화탄소를 이용함으로써 혼합원료의 이산화탄소와 동일한 원료를 사용하여 전체적인 추출 시스템을 단순화시킬 수 있다.By using liquid carbon dioxide, the cooler 130 can simplify the overall extraction system by using the same raw material as the carbon dioxide of the mixed raw material.

한편 실시예에 따라서는 냉각기(130)의 냉열 공급을 위하여 별도의 냉동기를 마련하고, 냉동기에서는 기체 이산화탄소를 회수하여 압축 및 응축 과정을 거쳐 액체 이산화탄소를 공급하도록 할 수 있다. 냉동기의 냉각과정은 일반적으로 잘 알려진 기술이므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다. Meanwhile, depending on the embodiment, a separate refrigerator may be provided to supply cold heat to the cooler 130, and the refrigerator may recover gaseous carbon dioxide and supply liquid carbon dioxide through compression and condensation processes. Since the cooling process of a refrigerator is a generally well-known technology, detailed explanation is omitted here.

반응기 본체(110)의 내주면, 구체적으로는 실린더형 몸체(113)의 내주면을 덮는 형태로 절연체(143)가 마련되며, 절연체(143)에 의하여 서로 전기적으로 분리된 펄스 전기장 처리용 제1전극(141) 및 펄스 전기장 처리용 제2전극(142)이 마련된다.An insulator 143 is provided in a form that covers the inner peripheral surface of the reactor main body 110, specifically the inner peripheral surface of the cylindrical body 113, and a first electrode for pulse electric field treatment ( 141) and a second electrode 142 for pulse electric field processing are provided.

본 실시예에서 펄스 전기장 처리용 제1전극(141) 및 펄스 전기장 처리용 제2전극(142)은 각각 복수로 마련되며, 또한 각각의 펄스 전기장 처리용 제1전극(141) 및 펄스 전기장 처리용 제2전극(142)은, 도 4에 도시된 바와 같이 상하가 모두 개방된 원통 형태로 형성된다.In this embodiment, a plurality of first electrodes 141 for pulse electric field processing and second electrodes 142 for pulse electric field processing are provided, and each first electrode 141 for pulse electric field processing and a plurality of second electrodes 142 for pulse electric field processing are provided. The second electrode 142 is formed in a cylindrical shape with both top and bottom open, as shown in FIG. 4 .

펄스 전기장 처리용 제1전극(141) 및 펄스 전기장 처리용 제2전극(142)은 펄스 전기장 처리 장치의 일부이다.The first electrode 141 for pulse electric field processing and the second electrode 142 for pulse electric field processing are part of the pulse electric field processing device.

즉, 펄스 전기장 처리용 제1전극(141) 및 펄스 전기장 처리용 제2전극(142) 각각에는 종래의 펄스 전기장 처리 장치와 마찬가지로 소정의 펄스를 발생시킬 수 있는 펄스 발생기(미도시)가 더 연결되어 펄스 전기장 처리 장치를 구성하게 된다.That is, a pulse generator (not shown) capable of generating a predetermined pulse is further connected to each of the first electrode 141 for pulse electric field processing and the second electrode 142 for pulse electric field processing. This constitutes a pulse electric field processing device.

도 5는 복수의 펄스 전기장 처리용 제1전극(141) 및 복수의 펄스 전기장 처리용 제2전극(142)의 배선 상태를 도시한 것이며, 또한 펄스 전기장 처리용 제1전극(141)과 펄스 전기장 처리용 제2전극(142)에서 발생되는 펄스 전기장을 개념적으로 도시한 것이다.Figure 5 shows the wiring state of the first electrode 141 for processing a plurality of pulse electric fields and the second electrode 142 for processing a plurality of pulse electric fields, and also shows the wiring state of the first electrode 141 for processing a pulse electric field and the second electrode 142 for processing a pulse electric field. This conceptually illustrates the pulse electric field generated from the second electrode 142 for processing.

펄스 발생기의 작동에 의하여 펄스 전기장 처리용 제1전극(141) 및 펄스 전기장 처리용 제2전극(142) 사이에 약 10~60kV/cm, 바람직하기로는 25~50㎸/㎝의 PEF가 발생된다.By operating the pulse generator, a PEF of about 10 to 60 kV/cm, preferably 25 to 50 kV/cm, is generated between the first electrode 141 for pulse electric field processing and the second electrode 142 for pulse electric field processing. .

본 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이, 실린더형 몸체(113)의 내부 공간 중앙을 따라(즉 상하 방향을 따라) 펄스 전기장 처리용 제1전극(141) 및 펄스 전기장 처리용 제2전극(142)이 교대로 절연체(143)의 표면에 삽입되어 있어 비교적 매우 넓은 PEF 유효 처리 면적(전극의 표면적)을 확보할 수 있어 PEF 처리 효율을 높일 수 있다.In this embodiment, as shown in FIG. 5, a first electrode 141 for pulse electric field processing and a second electrode for pulse electric field processing are installed along the center of the internal space of the cylindrical body 113 (that is, along the vertical direction). 142) are alternately inserted into the surface of the insulator 143, so a relatively very large PEF effective treatment area (surface area of the electrode) can be secured, thereby increasing PEF treatment efficiency.

반응기 본체(110) 내부에 교반기(150)가 마련된다.A stirrer 150 is provided inside the reactor body 110.

본 실시예에서 교반기(150)는 교반기용 축(151)과 교반날개(152)로 이루어진다.In this embodiment, the stirrer 150 consists of a stirrer shaft 151 and a stirring blade 152.

본 실시예에서 교반기(150)는 외부 동력이 연결되어 구동되는 형태이지만, 이에 한정되지 않으며, 교반기는 교반기용 축(151)의 회전을 위한 모터 등을 구비한 형태일 수도 있다.In this embodiment, the stirrer 150 is driven by connecting external power, but the present invention is not limited to this, and the stirrer may be equipped with a motor for rotating the stirrer shaft 151.

교반기용 축(151)은 반응기 본체(110) 내부 중앙을 따라 연장되며 반응기 본체(110)에 회전가능하게 지지된다.The stirrer shaft 151 extends along the inner center of the reactor body 110 and is rotatably supported on the reactor body 110.

즉 교반기용 축(151)은 제1베어링(116c)과 제2베어링(115e)에 회전 가능하게 지지된다.That is, the stirrer shaft 151 is rotatably supported by the first bearing 116c and the second bearing 115e.

교반기용 축(151)의 상단에는 육각 기둥 형태의 교반기 헤드(151a)가 형성되어 있다.A stirrer head 151a in the form of a hexagonal column is formed at the top of the stirrer shaft 151.

교반기 헤드(151a)에는 외부 동력(탁상 드릴 머신, 핸드 드릴 등)을 연결하여 교반기용 축(151)을 회전시킬 수 있다.An external power source (tabletop drill machine, hand drill, etc.) can be connected to the stirrer head 151a to rotate the stirrer shaft 151.

교반기 헤드(151a)는 육각 기둥 외에도 사각 기둥, 오각 기둥 등 다양한 형태로 변형될 수 있다.The stirrer head 151a can be transformed into various shapes such as a square column and a pentagonal column in addition to a hexagonal column.

교반기용 축(151)에는 교반날개(152)가 마련된다.A stirring blade 152 is provided on the stirrer shaft 151.

미설명 부호 30은 제어부이다.The unexplained symbol 30 is a control unit.

본 실시예의 작용에 대하여 설명한다.The operation of this embodiment will be described.

(1) 원료 투입 단계(1) Raw material input step

재료 투입구(115b)를 통하여 신선한 생물 원료(예. 동식물 원료)가 반응기 본체(110)의 내부 공간으로 투입된다.Fresh biological raw materials (eg, animal and plant raw materials) are introduced into the internal space of the reactor main body 110 through the material inlet 115b.

이와 같이 신선한 생물 원료, 바람직하기로는 신선한 식물 원료가 직접 투입되면, 신선한 식물 원료의 휘발성 아로마 물질, 즉 에센셜 오일이 소실되는 것을 방지할 수 있다. In this way, when fresh biological raw materials, preferably fresh plant raw materials, are directly added, it is possible to prevent the volatile aroma substances, that is, essential oils, of the fresh plant raw materials from being lost.

여기에서 신선하다는 것은 건조 처리되지 않았다는 것을 의미한다. 만일 종래와 같이 건조된 원료를 일반 분쇄기에서 분쇄한다면 대부분의 에센셜 오일이 대기로 소실되어 휘발성 아로마 물질을 회수할 수 없을 것이다. Fresh here means that it has not been dried. If the dried raw materials are ground in a conventional grinder, most of the essential oil will be lost to the atmosphere and the volatile aroma substances will not be recoverable.

따라서 신선한 원료를 반응기 본체(110) 내부로 투입하고 곧바로 분쇄함으로써 추출되는 유효 성분의 질과 양을 높일 수 있다.Therefore, the quality and quantity of the extracted active ingredients can be increased by introducing fresh raw materials into the reactor main body 110 and immediately pulverizing them.

원료 투입이 끝난 후 재료 투입구(115b)의 투입구용 뚜껑(115b-1)을 닫아 반응기 본체(110)을 밀폐시킨다.After the input of the raw materials is completed, the inlet lid 115b-1 of the material inlet 115b is closed to seal the reactor main body 110.

(2) 원료 분쇄 단계(2) Raw material grinding step

원료 투입 단계 이후, 교반기 헤드 캡(115e)을 열어 교반기 헤드(151a)에 외부 동력을 연결하여 교반기용 축(151)을 회전시키고 이에 의하여 교반기(150)의 교반날개(152)가 회전하여 원료를 분쇄한다.After the raw material input step, the stirrer head cap 115e is opened and external power is connected to the stirrer head 151a to rotate the stirrer shaft 151, thereby rotating the stirring blade 152 of the stirrer 150 to mix the raw materials. Crush.

이때 외부 동력은 탁상 드릴머신이나 핸드 드릴 등일 수 있다.At this time, the external power source may be a tabletop drill machine or hand drill.

만일 교반기(150)가 외부 동력과 연결되는 형태가 아니라, 모터 등을 구비한 형태라면 단순히 교반기를 작동시키는 것으로 충분하다.If the stirrer 150 is not connected to external power but has a motor, etc., it is sufficient to simply operate the stirrer.

(3) 펄스 전기장 처리 단계(3) Pulsed electric field processing step

원료 분쇄 단계 이후, 펄스 전기장 처리용 제1전극(141) 및 펄스 전기장 처리용 제2전극(142)에 전원을 공급하여 분쇄된 원료를 펄스 전기장(PEF) 처리한다.After the raw material grinding step, power is supplied to the first electrode 141 for pulse electric field treatment and the second electrode 142 for pulse electric field treatment to process the pulverized raw material with a pulse electric field (PEF).

PEF 분야의 혁신 잠재력은 펌핑 가능한 신선한 식품의 처리를 위한 이 기술의 광범위한 구현이다. 전통적인 열 살균은 비타민과 같은 건강 증진 성분을 파괴하고 신선한 맛을 잃게 하지만, PEF를 적용하면 신선한 맛이 주요 품질 매개변수인 주스나 스무디(Smoothie)와 같은 열에 민감한 제품의 품질에 해로운 영향 없이 장기간 보존할 수 있다. PEF 처리 기술은 다양한 용량 옵션이 있는 연속 작동 및 간단한 장비 설계로 기존 생산 라인에 쉽게 구현할 수 있다. The innovative potential in the field of PEF is the widespread implementation of this technology for the processing of pumpable fresh food products. While traditional heat sterilization destroys health-promoting ingredients such as vitamins and causes loss of fresh taste, PEF allows heat-sensitive products such as juices and smoothies, where fresh taste is a key quality parameter, to be preserved for long periods of time without detrimental effects on quality. can do. PEF processing technology can be easily implemented into existing production lines with continuous operation and simple equipment design with various capacity options.

PEF 처리에는 10~60kV 정도의 마이크로 고전압 펄스가 적용된다. 인가된 고전압 펄스는 세포막의 미세 기공을 유도하여 장벽 기능 상실, 세포 내 내용물 누출 및 활력 상실을 유발하게 한다. For PEF treatment, micro high-voltage pulses of approximately 10 to 60 kV are applied. The applied high-voltage pulse induces micropores in the cell membrane, causing loss of barrier function, leakage of intracellular contents, and loss of vitality.

PEF 처리 장치를 통해 펌핑이 가능한 액체 또는 반점성 액체나 운송되어야 하는 고체 제품은 고전압 펄스에 노출되게 한다. 필요한 처리 시간은 1초 미만으로 펄스는 모든 볼륨 요소를 충분히 처리할 수 있도록 초당 최대 500번 이상 반복 속도로 적용된다. 전계 강도 및 특정 에너지 입력과 같은 전기 매개변수 외에도 제품 온도 및 제품 레시피도 처리 강도에 영향을 미친다.Liquid or semi-viscous liquids that can be pumped through a PEF treatment device or solid products that must be transported are exposed to high voltage pulses. The required processing time is less than 1 second and pulses are applied at a repetition rate of up to 500 or more times per second to sufficiently process all volume elements. In addition to electrical parameters such as electric field strength and specific energy input, product temperature and product recipe also affect processing intensity.

한편, 펄스 전기장(PEF) 처리와 동시에 교반기(150)를 작동시켜 실린더형 몸체(113) 내부 중앙부의 분쇄된 원료를 실린더형 몸체(113)의 내주면측으로 보내게 되면 펄스 전기장의 전극 표면에서 펄스전기장 처리가 균등하게 이루어지게 하고, 또한 교반기(150)에 의한 분쇄된 원료의 난류 발생에 의한 분쇄된 원료의 점도에 기인한 펄스 전기장 처리용 전극에 점착할려는 성질을 제거하여 본 추출 장치(100)에서 분쇄된 원료를 효율적으로 펄스 전기장(PEF) 처리를 할 수 있다. Meanwhile, at the same time as the pulse electric field (PEF) treatment, the stirrer 150 is operated to send the pulverized raw material from the inner center of the cylindrical body 113 to the inner peripheral surface of the cylindrical body 113, and the pulse electric field is generated from the electrode surface of the pulse electric field (PEF). This extraction device (100) ensures that the treatment is performed evenly and also removes the tendency to stick to the electrode for pulse electric field treatment due to the viscosity of the pulverized raw material due to the turbulence of the pulverized raw material by the stirrer (150). Pulverized raw materials can be efficiently treated with pulsed electric field (PEF).

또한 본 추출 장치(100)에서 원통 형태의 펄스 전기장 처리용 제1전극(141) 및 펄스 전기장 처리용 제2전극(142)이 절연체(143)의 내주면을 따라 상하방향으로 교대로 배치되어 비교적 매우 넓은 PEF 유효 처리 면적(전극의 표면적)을 확보할 수 있어 PEF 처리 효율을 높일 수 있다.In addition, in this extraction device 100, the cylindrical first electrode 141 for pulse electric field processing and the second electrode 142 for pulse electric field processing are alternately arranged in the vertical direction along the inner peripheral surface of the insulator 143, so that the By securing a large PEF effective treatment area (surface area of the electrode), PEF treatment efficiency can be increased.

또한 본 추출 장치(100)는, 교반기(150)를 작동시키면서 펄스 전기장 처리를 수행함으로써 원료를 확산 유동시키거나 와류를 형성시키면서 펄스 전기장 처리하는 것이 가능하다.In addition, the present extraction device 100 performs pulse electric field treatment while operating the stirrer 150, thereby making it possible to perform pulse electric field treatment while spreading the raw material or forming a vortex.

펄스 전기장 처리가 완료되면, 교반기(150)의 가동 또한 중지되며, 교반기 헤드(151a)로부터 외부 동력을 분리하고, 교반기 헤드 캡(115e)을 닫는다.When the pulse electric field treatment is completed, the operation of the stirrer 150 is also stopped, external power is separated from the stirrer head 151a, and the stirrer head cap 115e is closed.

(4) 액체 이산화탄소 주입 단계(4) Liquid carbon dioxide injection step

펄스 전기장 처리 단계 이후, 즉 본 추출 장치(100)에서 분쇄되고 PEF 처리된 원료에 고압의 액체 이산화탄소를 주입하여, 원료가 액체 이산화탄소와 혼합되면서 가압된 혼합원료를 형성한다. After the pulse electric field treatment step, that is, high-pressure liquid carbon dioxide is injected into the pulverized and PEF-treated raw material in the extraction device 100, and the raw material is mixed with the liquid carbon dioxide to form a pressurized mixed raw material.

구체적으로는, 액체 이산화탄소 공급관(11)의 제1개폐 밸브(11a)을 개방하여 이산화탄소 저장부(10)의 액체 이산화탄소가 액체 이산화탄소 공급관(11) 및 이산화탄소 주입구(115c)를 경유하여 반응기 본체(110) 내부로 주입되도록 하며, 이에 의하여 분쇄된 원료와 액체 이산화탄소의 혼합원료를 형성하면서 상호 압력이 7.4 MPa로 밸런스되게 한 후(즉 분쇄된 원료가 가압되도록 한 후) 제1개폐 밸브(11a)를 닫는다. Specifically, by opening the first opening/closing valve 11a of the liquid carbon dioxide supply pipe 11, liquid carbon dioxide in the carbon dioxide storage unit 10 flows through the liquid carbon dioxide supply pipe 11 and the carbon dioxide inlet 115c to the reactor main body 110. ) is injected into the inside, thereby forming a mixed raw material of the pulverized raw material and liquid carbon dioxide, and the mutual pressure is balanced at 7.4 MPa (i.e., after the pulverized raw material is pressurized), the first opening/closing valve (11a) is opened. Close.

이와 같이 분쇄된 원료에 액체 이산화탄소를 주입하는 것은, 혼합원료의 유동성을 증가시켜 후술하는 유효성분 분리과정에서 혼합원료의 임계온도와 임계압력 주위에서 확산 유동 형성 혹은 와류 형성을 용이하게 하는 목적이 있으며, 7.4 MPa의 액체 이산화탄소에 의하여 가압된 혼합원료는, 이미 펄스 전기장 처리되면서 비가역적 및 가역적 미세공이 형성되어 있는 세포벽을 고압의 이산화탄소가 뚫고 들어가 비가역적 미세공으로 변하면서 세포막(및 세포벽)이 스스로 파괴되어 유효성분 추출의 효율을 증대시키기 위함이다. The purpose of injecting liquid carbon dioxide into the pulverized raw materials in this way is to increase the fluidity of the mixed raw materials and facilitate the formation of diffusion flow or vortex around the critical temperature and critical pressure of the mixed raw materials in the active ingredient separation process described later. , the mixed raw material pressurized by liquid carbon dioxide at 7.4 MPa causes the cell membrane (and cell wall) to self-destruct as the high-pressure carbon dioxide penetrates the cell wall where irreversible and reversible micropores have already been formed as a result of the pulse electric field treatment, turning into irreversible micropores. This is to increase the efficiency of extracting active ingredients.

신선한 동식물 자체의 물 용매와 이산화탄소가 이 미세공을 통하여 침투하면, 가역적 미세공은 비가역적 미세공으로 변하면서 세포막(및 세포벽)이 파괴된다. 이에 의하여 가역적 미세공이 비가역적 미세공으로 변하면서 세포막(및 세포벽)이 스스로 파괴되어 세포 원액질을 쏟아냄으로 전기천공(또는 추출)의 효율을 증대시킬 수 있다.When the water solvent and carbon dioxide of fresh animals and plants themselves penetrate through these micropores, the reversible micropores change into irreversible micropores and the cell membrane (and cell wall) is destroyed. As a result, the reversible micropores change into irreversible micropores, and the cell membrane (and cell wall) destroys itself, spilling out the raw cell fluid, thereby increasing the efficiency of electroporation (or extraction).

상기와 같이 본 추출 장치(100)는, 펄스 전기장 처리 단계 이후 곧바로 액체 이산화탄소를 주입함으로써, 전기 에너지의 단시간 투여로 유효성분의 파괴없이 세포막(및 세포벽)만 선택적으로 파괴하여 목적하는 유효 성분(또는 활성 물질)의 생산성 증대 및 기타 유용 활성의 증진이 가능해질 뿐만 아니라 저온에서 추출이 이루어지기 때문에 신선한 동식물의 유효성분의 파괴 위험 또한 없으므로 안정적으로 추출물을 얻을 수 있다. As described above, the present extraction device 100 injects liquid carbon dioxide immediately after the pulse electric field treatment step, thereby selectively destroying only the cell membrane (and cell wall) without destroying the active ingredient through short-term administration of electric energy, thereby producing the desired active ingredient (or Not only is it possible to increase the productivity of active substances and enhance other useful activities, but because the extraction is performed at low temperatures, there is no risk of destruction of the active ingredients of fresh animals or plants, so extracts can be obtained stably.

한편 액체 이산화탄소의 온도와 압력은 임계온도 31.1℃와 임계압력 7.4 MPa의 아임계 부근과 초임계 부근 사이로서, 이와 같은 온도 및 압력은 종래의 기술에 비하여 압력을 대폭 낮추게 되어 전체적인 장비의 가격을 파격적으로 절감시키며, 에너지 소비량을 줄여 매우 효과적이고 경제적이다.Meanwhile, the temperature and pressure of liquid carbon dioxide are between subcritical and supercritical, with a critical temperature of 31.1℃ and a critical pressure of 7.4 MPa. This temperature and pressure significantly lowers the pressure compared to conventional technology, drastically reducing the price of the overall equipment. It is very effective and economical by reducing energy consumption.

(5) 추출 (가열 및 냉각)(5) Extraction (heating and cooling)

액체 이산화탄소가 주입된 후 추출 공정이 시작된다.After liquid carbon dioxide is injected, the extraction process begins.

하부의 가열기(120)의 작동에 의하여 아임계 상태의 혼합원료가 가열되면, 반응기 본체(110) 내부의 혼합원료의 압력이 이산화탄소의 임계압력 이상으로 급격히 상승하면서 초임계 상태가 되고, 액체 이산화탄소가 비등하면서 다량의 기포와 부력을 동반한 급격한 소용돌이가 반응기 본체(110) 내부의 하방향에서 상방향으로 일어나면서 난류(turbulent flow)가 발생하여 혼합원료를 강제로 뒤섞으면서 원료로부터 유효성분이 신속히 분리될 수 있다.When the mixed raw materials in a subcritical state are heated by the operation of the lower heater 120, the pressure of the mixed raw materials inside the reactor main body 110 rapidly rises above the critical pressure of carbon dioxide, entering a supercritical state, and liquid carbon dioxide As it boils, a rapid vortex accompanied by a large amount of bubbles and buoyancy occurs from the bottom to the top inside the reactor main body 110, generating a turbulent flow, which forcibly mixes the mixed raw materials, allowing the active ingredient to be quickly separated from the raw materials. You can.

한편 가열기(120)만 작동하는 상태가 유지되면 시간의 경과에 따라 반응기 본체(110)의 압력이 전체적으로 상승하면서 점점 기포와 소용돌이의 발생이 감소할 것이다.Meanwhile, if only the heater 120 is maintained in operation, the overall pressure of the reactor body 110 will increase over time, and the generation of bubbles and vortices will gradually decrease.

이를 방지하기 위하여 하부의 가열기(120)와 함께 상부의 냉각기(130)를 가동시킨다.To prevent this, the upper cooler 130 is operated together with the lower heater 120.

냉각기(130)가 가동되면 반응기 본체(110) 상부에서 응축작용이 일어나, 즉 반응기 본체(110) 상부로 상승한 고온의 기체 이산화탄소가 냉각되면서 응축된 후 다시 반응기 본체(110) 하부로 이동하여, 반응기 본체(110) 내부에서 지속적으로 다량의 기포와 급격한 소용돌이가 유지되면서, 마치 열 사이펀(thermal siphon)과 같은 운전이 가능하여 분쇄된 동식물 원료에서 유용성분을 다량 추출할 수 있다.When the cooler 130 is operated, condensation occurs at the upper part of the reactor main body 110, that is, the high-temperature gas carbon dioxide rising to the upper part of the reactor main body 110 is cooled and condensed, and then moves back to the lower part of the reactor main body 110, thereby forming the reactor. While a large amount of bubbles and rapid swirling are continuously maintained inside the main body 110, operation like a thermal siphon is possible, allowing a large amount of useful components to be extracted from pulverized animal and plant raw materials.

상기와 같이 반응기 본체(110) 내부의 혼합원료는 아임계와 초임계(임계온도 31.1℃와 임계압력 7.4 MPa)의 온도 및 압력 주변 범위에서 작동되므로, 전체적인 장비의 가격을 파격적으로 절감시키며, 에너지 소비량을 줄여 매우 효과적이고 경제적이다.As described above, the mixed raw materials inside the reactor main body 110 operate in the temperature and pressure ranges of subcritical and supercritical (critical temperature 31.1°C and critical pressure 7.4 MPa), thereby significantly reducing the overall cost of equipment and reducing energy consumption. It is very effective and economical by reducing consumption.

(6) 추출 용해액 배출(6) Extraction solution discharge

일정 시간 동안 분쇄된 동식물 원료에서 유용성분을 추출한 후, 가열기(120) 및 냉각기(130)의 작동이 중지된다.After extracting useful components from the pulverized animal or plant raw materials for a certain period of time, the operation of the heater 120 and cooler 130 is stopped.

가열기(120) 및 냉각기(130)의 작동이 중지된 후, 기체 이산화탄소 공급관(12)의 제2개폐 밸브(12a)를 열며 이에 의하여 이산화탄소 저장부(10)의 7.4 MPa의 기체 이산화탄소가 기체 이산화탄소 공급관(12) 및 이산화탄소 주입구(115c)를 통하여 반응기 본체(110) 내부 상부로 공급되도록 한 후, 이 상태에서 출구 포트(114b)의 출구용 개폐 밸브(114b-1)를 서서히 열면 고압의 기체 이산화탄소가 혼합원료를 하부로 밀어내면서 혼합원료를 압착하여 유용성분이 추출된 용해액이 필터(117)와 필터 지지판(116)의 관통구(116b)를 지나 출구 포트(114b)를 통하여 배출되며, 배출된 용해액은 에센셜 오일 회수부(20)로 이송된다. 아울러 필터(117)에 걸러진 잔사(찌꺼기)는 하부 덮개(114)를 분리함으로 외부로 배출할 수 있다. After the heater 120 and the cooler 130 stop operating, the second opening/closing valve 12a of the gaseous carbon dioxide supply pipe 12 is opened, thereby allowing 7.4 MPa of gaseous carbon dioxide in the carbon dioxide storage unit 10 to enter the gaseous carbon dioxide supply pipe. (12) and carbon dioxide is supplied to the upper part of the reactor main body 110 through the inlet 115c, and in this state, when the outlet opening/closing valve 114b-1 of the outlet port 114b is slowly opened, high-pressure gaseous carbon dioxide is released. The dissolved solution from which the useful components are extracted by pressing the mixed raw materials while pushing them downward passes through the filter 117 and the through hole 116b of the filter support plate 116 and is discharged through the outlet port 114b. The liquid is transferred to the essential oil recovery unit (20). In addition, residues filtered in the filter 117 can be discharged to the outside by removing the lower cover 114.

실시예에 따라서는 반응기 본체(110)에 다시 한 번 액체 이산화탄소를 주입하여 추출 과정을 다시 반복할 수도 있다.Depending on the embodiment, liquid carbon dioxide may be injected once again into the reactor main body 110 and the extraction process may be repeated again.

본 장치는, 유효성분 추출을 위한 파일럿 장치로도 이용될 수 있다.This device can also be used as a pilot device for extracting active ingredients.

파일럿이란 향후 완성하고자 하는 시스템의 특성에 있어서 비기능 요구사항 및 기능적 요구사항에 대한 아키텍쳐(architecture)적 결정을 갖는 초기의 모형 시스템을 만들어 고객의 요구가 적절히 반영되었는지를 파악하기 위한 과정이다. 이것은 아키텍쳐의 결정이 주요 품질 요소들을 충족하는지를 실증적으로 검토하기 위한 과정으로 고객의 만족도를 높일 수 있고 프로젝트 관리자는 개발 생산성에 대한 확신을 얻을 수 있으며, 개발자는 새로운 아키텍쳐를 학습할 수 있는 기회를 갖게 된다.A pilot is a process to determine whether customer needs are appropriately reflected by creating an initial model system with architectural decisions on non-functional and functional requirements in terms of the characteristics of the system to be completed in the future. This is a process to empirically review whether architectural decisions meet key quality factors. This can increase customer satisfaction, project managers can gain confidence in development productivity, and developers can have the opportunity to learn new architectures. do.

파일럿 과정에서, 누락된 고객의 요구사항이나 고객의 요구에 대한 잘못된 반영이 발견되면 과감히 문제가 시작된 곳으로 복귀(Feedback)시켜 문제를 해결하여야 한다. 파일럿의 목적으로는 사용자와 개발자 사이에 신속한 피드백을 제공하고 상호간 의견을 명확하게 해주어 추상적인 생각의 차이를 운영 가능한 모형 시스템을 통해 사용자의 요구 사항을 충분히 만족할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. During the pilot process, if missing customer requirements or incorrect reflections of customer requests are discovered, the problem must be resolved by boldly returning to the place where the problem began (feedback). The purpose of the pilot is to provide rapid feedback between users and developers, clarify mutual opinions, and ensure that user requirements can be fully satisfied through a model system that can handle differences in abstract ideas.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

100 : 추출 장치
110 : 반응기 본체
113 : 실린더형 몸체
114 : 하부 덮개
115 : 상부 덮개
115a : 축 결합용 관통구 115a-1 : 제2베어링 안착구멍
115a-2 : 캡 장착용 암나사구멍
115b : 재료 투입구 115c : 이산화탄소 주입구
115d : 제2베어링 115e : 교반기 헤드 캡
116 : 필터 지지판 116a : 베어링 안착홈
116b : 관통구 116c : 제1베어링
117 : 필터
120 : 가열기
130 : 냉각기
141 : 펄스 전기장 처리용 제1전극
142 : 펄스 전기장 처리용 제2전극
143 : 절연체
150 : 교반기
151 : 교반기용 축 151a : 교반기 헤드
152 : 교반날개
100: extraction device
110: reactor body
113: cylindrical body
114: lower cover
115: upper cover
115a: Penetration hole for shaft coupling 115a-1: Second bearing seating hole
115a-2: Female thread hole for cap mounting
115b: material inlet 115c: carbon dioxide inlet
115d: second bearing 115e: stirrer head cap
116: Filter support plate 116a: Bearing seating groove
116b: Through hole 116c: First bearing
117: filter
120: heater
130: cooler
141: First electrode for pulse electric field processing
142: Second electrode for pulse electric field processing
143: insulator
150: stirrer
151: Agitator shaft 151a: Agitator head
152: stirring wing

Claims (6)

원료와 액체 이산화탄소가 투입되어 상기 원료에서 유효성분을 추출하기 위한 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치에 있어서,
상기 원료와 상기 액체 이산화탄소가 투입되어 상기 원료에서 유효성분을 추출하기 위한 내부 공간을 제공하는 반응기 본체와,
상기 반응기 본체의 내부 공간 중앙을 따라 연장되며 상기 반응기 본체에 회전가능하게 지지되는 교반기용 축과 상기 교반기용 축에 마련된 교반날개를 포함하는 교반기와,
상기 반응기 본체 내주면에 마련된 절연체에 의하여 서로 분리되게 배치된 펄스 전기장 처리용 제1전극과 펄스 전기장 처리용 제2전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치.
In an active ingredient extraction device using carbon dioxide for extracting active ingredients from raw materials by adding raw materials and liquid carbon dioxide,
A reactor body providing an internal space into which the raw materials and the liquid carbon dioxide are added to extract active ingredients from the raw materials;
A stirrer extending along the center of the inner space of the reactor body and including a stirrer shaft rotatably supported on the reactor body and a stirring blade provided on the stirrer shaft;
An active ingredient extraction device using carbon dioxide, comprising a first electrode for pulse electric field treatment and a second electrode for pulse electric field treatment arranged to be separated from each other by an insulator provided on the inner peripheral surface of the reactor main body.
제 1 항에 있어서,
상기 반응기 본체의 하부에 마련되어 상기 액체 이산화탄소의 비등을 유도하는 가열기와, 상기 반응기 본체의 상부에 마련되어 상기 비등한 이산화탄소의 응축을 유도하는 냉각기가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치.
According to claim 1,
An active ingredient extraction device using carbon dioxide, characterized in that it further includes a heater provided at the bottom of the reactor body to induce boiling of the liquid carbon dioxide, and a cooler provided at the top of the reactor body to induce condensation of the boiled carbon dioxide.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 반응기 본체는 입형 실린더 형태의 실린더형 몸체를 포함하며,
상기 펄스 전기장 처리용 제1전극과 상기 펄스 전기장 처리용 제2전극은 모두 상하가 개방된 원통 형태이며,
상기 펄스 전기장 처리용 제1전극과 상기 펄스 전기장 처리용 제2전극은 상기 반응기 본체의 내부 공간 중앙을 따라 상하 방향으로 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치.
The method of claim 1 or 2,
The reactor body includes a cylindrical body in the form of a vertical cylinder,
The first electrode for pulse electric field processing and the second electrode for pulse electric field processing are both cylindrical in shape with the top and bottom open,
An active ingredient extraction device using carbon dioxide, characterized in that the first electrode for pulse electric field treatment and the second electrode for pulse electric field treatment are alternately arranged in the vertical direction along the center of the internal space of the reactor main body.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 교반기용 축의 상단부에 외부 동력과 연결되기 위한 교반기 헤드가 형성되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치.
The method of claim 1 or 2,
An active ingredient extraction device using carbon dioxide, characterized in that a stirrer head for connection to external power is formed at the upper end of the stirrer shaft.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 반응기 본체의 내부 공간의 하부에 상부가 개방된 형태의 베어링 안착홈과 상하방향으로 연장되며 상기 베어링 안착홈을 포위하는 형태로 배치되는 복수의 관통구가 형성된 필터 지지판이 마련되며,
상기 베어링 안착홈에 상기 교반기용 축의 하단을 회전가능하게 지지하는 제1베어링이 삽입되며,
상기 교반기용 축이 관통하기 위한 축 관통공이 중앙에 형성된 필터가 상기 필터 지지판의 상부에 마련되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치.
The method of claim 1 or 2,
A filter support plate is provided at the lower part of the internal space of the reactor main body, which has a bearing seating groove with an open top and a plurality of through holes that extend in the vertical direction and are disposed in a form surrounding the bearing seating groove,
A first bearing rotatably supporting the lower end of the agitator shaft is inserted into the bearing seating groove,
An active ingredient extraction device using carbon dioxide, characterized in that a filter having a shaft penetration hole formed in the center for the agitator shaft to pass through is provided on an upper part of the filter support plate.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 반응기 본체는, 입형 실린더 형태의 실린더형 몸체와, 상기 실린더형 몸체의 개방된 상부를 닫으며 재료 투입구와 이산화탄소 주입구가 형성된 상부 덮개와, 상기 실린더형 몸체의 개방된 하부를 닫기 위하여 상기 실린더형 몸체에 착탈 가능하게 결합되며 출구 포트가 형성된 하부 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 유효성분 추출 장치.
The method of claim 1 or 2,
The reactor body includes a cylindrical body in the form of a vertical cylinder, an upper cover formed with a material inlet and a carbon dioxide inlet to close the open upper part of the cylindrical body, and a cylindrical body to close the open lower part of the cylindrical body. An active ingredient extraction device using carbon dioxide, characterized in that it is detachably coupled to the body and includes a lower cover having an outlet port.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100849156B1 (en) 2007-01-23 2008-07-30 한국식품연구원 Development of lycopene recovery by supercritical carbon dioxide extraction
KR20140088982A (en) 2012-12-31 2014-07-14 동의대학교 산학협력단 Method for producing beefsteak plant extract from plant using supercritical carbon dioxide extraction

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