KR100404771B1

KR100404771B1 - 식물성 테르펜정유 추출방법

Info

Publication number: KR100404771B1
Application number: KR10-2000-0076243A
Authority: KR
Inventors: 윤승열
Original assignee: 주식회사 한국닛소
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2003-11-07
Anticipated expiration: 2020-12-13
Also published as: KR20020046394A

Abstract

식물성 테르펜정유를 추출하기 위한 원료를 소정 크기로 분쇄하여 준비하는 단계와; 원료를 소정 크기의 압력탱크 내에 수용하는 단계와; 진공펌프를 이용하여 압력탱크 내의 압력을 소정압력의 진공상태로 감압하는 단계와; 스팀 공급수단을 이용하여 압력탱크 내로 고온/고압의 스팀을 분사하여, 분사된 고온/고압의 스팀에 의해 상기 원료로부터 식물성 테르펜정유가 수증기 상태로 추출되도록 하는 단계; 압력탱크 내에서 원료로부터 추출된 테르펜정유와 수분이 함유된 수증기물질을 압력탱크에 연결된 열교환 응축기로 이동시켜 냉각시키는 단계와; 열교환 응축기에서 냉각된 응축수를 유수분리기로 이동시켜 수분과 식물성 테르펜정유 및 이물질로 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출방법이 개시된다.

Description

식물성 테르펜정유 추출방법{Extraction Apparatus Method For Essential terpene-oil}

본 발명은 ① 소나무과 소나무속의 잣나무(Pinus Koraiensis)와 소나무(Pinus densiflora) ② 전나무속의 전나무(Abies holophylla maximowicz) ③ 측백나무과 편백나무(Chamaecyparis Obtusa)와 화백나무(Chamaecyparis pisifersa) ④ 삼나무과 삼나무속의 삼나무(Cryptomeria japonica) ⑤ 녹나무과 녹나무속의 녹나무(Cinnamoum canphora) ⑥ 주목과 주목속의 주목나무(Taxus cuspidata) ⑦ 너도밤나무과 밤나무속의 밤나무(Castanea crenata) ⑧ 화본과 왕대속의 참대나무(Phyllostachys bambusoides) ⑨ 운향과 귤나무속의 귤나무열매(Citrus unshiu markovich)와 유자나무열매(Citrsjunos tanaka), 탱자나무속의 탱자나무열매(Poncirus trifoliata rafinesque) 등으로부터 삼림욕의 주체물질이며 식물 유기체의 2차 신진대사 물질인 동시에 생명공학적 유기화합체인 기능성 테르펜정유(Essential Terpene Oil)을 추출하기 위한 식물성 테르펜정유 추출방법에 관한 것이다.

최근에는 날로 심각해지는 도시공해로부터 자신의 건강을 지키기 위해, 많은 사람들이 여러 가지 자연요법과 새로운 레저를 개발하고 있다. 그 중에서도, 숲속의 신선한 공기를 마음껏 마시며, 심신의 피로를 푸는 삼림욕이 도시민들에게 새로운 건강요법으로 각광받고 있다. 현재까지 국내외에 알려진 삼림욕의 효과로는 살균작용, 항산화작용, 스트레스 해소작용, 탈취작용, 향 발산에 의한 인간 감성공학적인 진정작용 등을 들 수 있다. 또한, 삼림욕은 이러한 기능성 효과뿐만 아니라, 자폐증세가 있는 어린이나 우울증에 시달리는 노인들에게 중추신경계에 의한 자신감과 적극성을 갖게 해 줄 뿐만아니라 대뇌피질을 자극하여 집중력과 운동량을 증가시켜주며, 인간들의 피부미용에도 특별한 효과가 있는 것으로 알려지고 있다. 이러한 효과들은 주로 침엽수와 운향과식물 등이 발산하는 휘발성 테르펜정유성분 즉, 유기화학적인 향기성분 물질에 기인한다. 이러한 테르펜정유성분은 그 차체물질이 갖고있는 고유의 기능성으로 인하여 화장품, 의약품, 의약부외품, 위생용품, 섬유제품, 생활화학용품, 가전제품, 건축자재, 도료, 안료, 탈취제품, 식품, 동물사료 등 관련제품의 기능성부여에 응용되며, 또한 인간이 향기물질을 피부에 접촉 및 흡입하므로서 자율신경계가 완화되어 전신의 생리기능을 활성화시킴으로서 질병을 치료하는 소위 방향요법(aromatherapy)에도 사용된다. 이와 같이, 식물에서 방출되어 사람에게 유익하며 산업적 가치가 매우 큰 테르펜정유성분은 일반적으로 그 식물이 함유하는 정유함량에 비례한다. 즉, 정유함량이 높은 식물은 향기성분의 방출량도 많다. 이러한 정유는 예컨대 "식물체가 가지고 있는 천연의 방향성(芳香性) 기름물질"로 불리는 것으로서, 이는 수십 또는 수백 종의 화합물로 구성되어 있는 것이 보통이다. 이것은 많은 이소프렌(Isoprene, C5H8)이 모여서 생성된 탄화수소의 일종이며, 주로 모노테르펜, 세스퀴테르펜, 디테르펜 및 방향족과 지방족화합물 등으로 구성되어 있으며, 이들 중에서도 테르펜화합물을 가장 많이 함유하고 있다.

한편, 상기 테르펜정유는 주로 잣나무, 소나무, 편백나무, 화백나무 등과 같은 침엽수와 귤, 탱자와 같은 운향과식물에 특히 많이 함유되어 있는 것으로 알려지고 있다. 그리고, 식물의 테르펜정유함량은 극소량에서부터 5%에 이르고 있으며, 계절 및 수종에 따라 조금씩 달리하고 있다. 이와 같이, 테르펜정유는 식물에 미소량이 함유되어 있으므로, 식물로부터 추출하기 위해서는 소정의 테르펜정유 추출장치가 요구된다.

일 예로서, 국내 임업연구원에서 사용하고 있는 이동식 증수법 소형 정유추출기를 이용한 정유 추출방법을 살펴보기로 한다. 먼저, 길이 1cm 정도로 자른 가지나 잎을 별도 제작된 스테인레스망에 담아 증류조에 넣는다. 시료가 잠기지 않을 정도로 증류조에 물을 넣은 후, 냉각기에 냉각수를 연결하고 점화한다. 이어서, 증류조 내부온도가 100℃에 도달한 후부터 2∼3시간 가열하면서 흘러나오는 정유를 정류수집기에 수집한다. 이때, 테르펜정유는 물보다 비중이 가벼우므로 물위에 뜨게 되는데, 이것을 분액여두에 수집하여 20여분 방치하면, 정유층과 물층으로 나뉘어진다. 그러면, 물은 버리고 정유만을 수집하면 된다. 이러한 과정을 수회 반복하여 수집한 정유는 여과하여 정유중에 포함된 불순물을 제거한다. 마지막으로, 정유중량의 약 1%의 무수황산나트륨(105℃에서 3시간 이상 건조하여 데시케이터 내에서 방냉한 것)을 투입하고, 냉암소에서 24시간 탈수처리함으로서 정제 테르펜정유를 얻는다.

그런데, 상기와 같은 방법으로 정유를 추출할 경우에는, 정유회수량(OilRecovery Percentage)이 소량일 뿐만아니라 공법상 많은 작업시간이 요구되므로 그에 따른 제비용이 증가하는 경제적인 문제점이 있다. 또한, 소형증류조에 재료를 넣고 소위 증수법으로 끓일 때는 정유 고유의 유효성분이 다량의 끊는물에 용해된 이후의 수증기로부터 추출하게 되므로, 수율 즉, 대량생산이 힘들다는 문제점 등이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 적은 비용 및 시간으로 테르펜정유를 대량생산할 수 있도록 새롭게 설계된 고순도의 천연식물성 테르펜정유 추출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 식물성 테르펜정유 추출방법을 적용하기 위한 추출장치를 나타내 보인 개략적인 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 압력탱크의 측면도.

도 3은 도 1에 도시된 열교환 응축기의 정면도.

도 4는 도 1에 도시된 유수분리기의 개략적인 정면도.

도 5는 압력탱크에 원료를 투입하기 위한 원료투입수단을 나타내 보인 개략적인 사시도.

도 6은 도 1에 도시된 정유추출장치를 이용하여 본 발명의 실시 예에 따른 식물성 테르펜정유 추출방법을 설명하기 위한 흐름도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100..스팀공급수단 110..물탱크 130..보일러

170..스팀공급경로 200..압력탱크 210..탱크본체

212..압력게이지 214..온도센서 220..수증기 공급경로

230..도어 250..분사부재 300..진공펌프

400..열교환 응축기 430..냉각파이프 500..냉각수단

510..냉각수 탱크 530..냉각기 540..순환펌프

600..유수분리기 810..타공망 용기 830..케이스적치대

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 식물성 테르펜정유 추출방법은, 식물성 테르펜정유를 추출하기 위한 원료를 소정 크기로 분쇄하여 준비하는 단계와; 상기 원료를 소정 크기의 압력탱크 내에 수용하는 단계와; 진공펌프를 이용하여 상기 압력탱크 내의 압력을 소정압력의 진공상태로 감압하는 단계와; 스팀 공급수단을 이용하여 상기 압력탱크 내로 고온/고압의 스팀을 분사하여, 분사된 고온/고압의 스팀에 의해 상기 원료로부터 식물성 테르펜정유가 수증기 상태로 추출되도록 하는 단계; 상기 압력탱크 내에서 상기 원료로부터 추출된 테르펜정유와 수분이 함유된 수증기물질을 상기 압력탱크에 연결된 열교환 응축기로 이동시켜 냉각시키는 단계와; 상기 열교환 응축기에서 냉각된 응축수를 유수분리기로 이동시켜 수분과 식물성 테르펜정유 및 이물질로 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 열교환 응축기의 내부온도가 소정 온도로 유지되도록 상기 열교환 응축수의 내부를 냉각수단을 이용하여 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 감압하는 단계에서, 식물세포의 기공을 확장시키기 위하여 상기 압력탱크 내의 압력을 약 30 내지 40 토르(torr)로 감압하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스팀 공급단계는, 상기 스팀공급수단에서 공급되는 소정 압력 및 온도의 스팀을 상기 압력탱크 내부에 마련된 분사부재를 이용하여 상기 압력탱크 내부로 분사하는 단계와; 상기 압력 탱크 내의 온도와 압력을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 스팀의 온도 및 압력이 소정 기준 온도 및 압력에 도달할 경우, 상기 압력탱크 내의 수증기물질을 상기 열교환 응축기로 소정 시간 동안 배출시키는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 측정하는 단계에서, 상기 압력탱크 내의 기준온도는 130 ℃ 이하이며, 기준압력은 2.0kg/㎡g 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 스팀을 상기 열교환 응축기로 배출시키는 동안, 상기 압력탱크 내로 스팀을 계속 공급하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 원료를 수용하는 단계는, 상기 원료를 복수의 구멍이 형성된 타공망 용기에 소정량씩 담는 단계와; 상기 원료가 담긴 타공망 용기를 용기 적치대에 소정 간격으로 적재시키는 단계와; 상기 용기가 적재된 용기 적치대를 상기 압력탱크 내에 밀어 넣는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 식물성 테르펜정유 추출방법을 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 식물성 테르펜정유 추출방법을 설명하기 위한 테르펜정유 추출장치를 나타내 보인 개략적인 도면이다. 도면을 참조하면, 테르펜정유 추출장치는, 고온 고압의 스팀을 공급하기 위한 스팀공급수단(100)과, 상기 스팀공급수단(100)으로부터 공급되는 스팀이 채워지는 압력탱크(200)와, 상기 압력탱크(200)에 연결되는 진공펌프(300)와, 상기 압력탱크(200)에 연결되는 열교환 응축기(400)와, 상기 열교환 응축기(400)를 냉각시키기 위한 냉각수단(500) 및 상기 열교환 응축기(400)에 연결되는 유수분리기(600)를 구비한다.

상기 스팀공급수단(100)은 물탱크(110)와, 상기 물탱크(110)에서 공급된 물을 가열하여 스팀으로 만들기 위한 보일러(130) 등을 구비한다. 상기 물탱크(110)는 소정의 수도관(101)으로부터 공급된 물이 채워진다. 상기 물탱크(110)와 보일러(130)는 물공급경로(150)로 연결되며, 그 물공급라인(150)에는 물공급펌프(160)가 설치된다. 상기 보일러(130)는 스팀공급경로(170)를 통해 압력탱크(200)와 연결된다. 상기 스팀공급경로(170)에는 소정의 스팀압력조절기(180)가 설치된다. 이 스팀압력조절기(180)는 압력탱크(200)로 공급되는 스팀의 공급압력을 분배하고, 소정 압력의 스팀을 압력탱크(200)로 공급할 수 있도록 조절한다. 또한, 스팀압력 조절기(180)에서 압력탱크(200)로 공급되는 스팀공급경로(170a, 170b) 상에는 스팀의 온도와 압력을 감지하는 감지컨트롤센서(190)를 부착한다. 상기 감지컨트롤센서(190)는 소정의 메인컨트롤(미도시)과 연결하여 메인컨트롤에 데이터를전달한다. 또, 스팀공급경로(170) 상에는 스팀의 공급을 선택적으로 차단하기 위한 밸브(171)가 설치된다.

상기 압력탱크(200)는 식물성 테르펜정유의 원료 예컨대, 잣나무, 소나무, 편백나무, 화백나무 등과 같은 수종의 지엽 및 목질부 등을 파쇄한 원료를 수용한다. 이러한 압력탱크(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 탱크본체(210)와, 탱크본체(210)의 일측 개방구를 개폐시키는 도어(230)를 구비한다. 탱크본체(210)는 스팀공급구(211)와, 수증기 배출경로(220)에 연결되는 수증기배출구(213)와, 에어배출구(215) 및 안전밸브(217) 등을 구비한다. 상기 스팀공급구(211)는 외측으로 스팀공급경로(170a)에 연결되고, 내측으로는 탱크본체(210) 내에 설치되는 분사부재(250)에 연결된다. 상기 분사부재(250)에는 다수의 분사구멍이 형성되어 탱크본체(210) 내부로 고온/고압의 스팀을 분사한다. 또한, 탱크본체(210)에는 탱크본체(210) 내의 온도를 측정하기 위한 온도센서(214)와, 압력을 측정하기 위한 압력게이지(212)가 설치된다. 상기 도어(230)는 도어몸체(231)와 서포터부(233)와, 도어샤프트(235)와, 도어체결바(237) 및 체결레버(239)를 구비한다. 이러한 구조의 도어(230)는 체결레버(239)를 회전시켜 도어체결바(237)를 탱크본체(210)에 체결시킴으로서, 탱크본체(210) 내의 고온/고압을 견딜 수 있도록 탱크본체(210)를 폐쇄시킨다.

상기 진공펌프(300)는 압력탱크(200)에 연결되어 탱크본체(210) 내부의 압력을 선택적으로 감압한다. 즉, 탱크본체(210) 내부를 진공상태로 만들거나, 소정 압력상태로 소정 시간 내에 감압시키는 역할을 하게 된다.

상기 열교환 응축기(400)는 도 3에 도시된 바와 같이, 수증기 배출경로(220)를 통해 탱크본체(210)에 연결되며, 그 응축탱크(410)의 내부에는 냉각파이프(430)가 다수 열을 이루도록 설치된다. 이러한 열교환 응축기(400)는 탱크본체(210)에서 배출되는 식물성 테르펜정유물질이 포함된 수증기물질을 응축시킨다. 또한, 상기 응축탱크(410)에는 수증기 배출경로(220)에 연결되는 수증기 유입구(411)와, 응축수 배출경로(450)가 연결된 응축수 배출구(412)와, 냉각수 공급경로(470) 및 냉각수 배출경로(480)각각이 연결되는 냉각수 입/출구(413)(414)가 마련된다.

상기 냉각수단(500)은 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각수 탱크(510)와, 냉각기(530) 및 순환펌프(540)를 구비한다. 냉각수 탱크(510)는 냉각수 배출경로(480) 및 냉각수 공급경로(470)가 연결된다. 상기 냉각수 탱크(510) 내에 채워지는 냉각수는 상기 냉각기(530)의 구동에 의해 강제 냉각된다. 상기 순환펌프(540)는 냉각수 탱크(510) 내의 냉각수를 냉각수 공급경로(470)를 통해 열교환 응축기(400)를 경유하여 회수되도록 강제 펌핑한다.

상기 유수분리기(600)는 메인 응축수 배출경로(450)에 연결되어, 열교환 응축수(400)에서 대량으로 응축되어 배출되는 응축수를 저장한다. 이 유수분리기(600)는 도 4에 도시된 바와 같이, 분리기본체(610)와, 복수의 정유배출관(630) 및 물배출관(650)을 구비한다. 각 정유배출관(630)에는 밸브(631)가 설치되며, 정유배출관(630) 각각은 공통의 공용관(640)에 연결된다.

한편, 도 1을 다시 참조하면, 상기 메인 응축수배출경로(450)의 메인밸브(451) 하류에는, 복수의 응축수 토출관(493)을 가지는 보조 응축수배출경로(490)가 연결된다.

또한, 도 5를 참조하면, 식물성 테르펜정유물질의 원료를 압력탱크(200) 내에 투입시키기 위한 원료 투입수단으로 압력탱크(200) 내에 마련된 한 쌍의 메인 가이드레일(270)과, 원료 수납용 타공망 용기(810)와, 용기 적치대(830) 및 운반수레(850)가 구비된다. 상기 타공망 용기(810)는 다수의 스팀통과공(811)이 형성된 케이스형의 구조를 갖는다. 이 타공망 용기(810)는 용기 적치대(830)의 선반부(833)에 상하로 적층된다. 그리고, 용지 적치대(830)는 운반수레(850)의 보조 가이드레일(853)에 이동 가능하게 위치된다. 따라서, 이 용지 적치대(830)는 각 가이드레일(853)(270)을 따라 이동되어 압력탱크(200) 내로 투입될 수 있다.

한편, 상기 구성을 가지는 식물성 테르펜정유 추출장치를 이용하여 본 발명의 실시 예에 따른 식물성 테르펜정유 추출방법을 도 1 내지 도 6을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 수종의 지엽 및 목질부를 약 2 내지 3cm로 파쇄하여 식물성 테르펜정유의 원료를 준비한다(S10). 상기 원료로 사용되는 수종은 소나무, 잣나무, 리기다소나무, 구상나무, 낙엽송, 삼나무, 비자나무, 편백나무, 화백나무, 전나무 등의 다양한 수종이 있다. 여기서, 상기 각 수종들이 함유하고 있는 정유함량은 서로 차이가 있으며, 같은 수종이라도 채취장소와 시기 등에 따라 조금씩 다른 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 후술할 관련 학술논문자료집에 따르면, 국내 잣나무의 경우 증수법에 의해 추출된 테르펜정유함율은 평균 약 1.08%로 기재되어 있다.

한편, 준비된 원료는 압력탱크(200) 내로 투입하게 된다(S11). 이 단계에서,상기 압력탱크(200) 내에 원료를 투입하기 위해서는, 도 5에 도시된 바와 같은 원료투입수단을 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 단계(S11)에서는, 먼저 원료를 타공망 용기(810)에 예컨대 약 200kg을 수용한다. 그런 다음, 원료가 수용된 타공망 용기(810)들을 용기 적치대(830)에 상하로 적재시킨다. 그리고, 운반수레(850)를 이동시켜 각 가이드레일(270)(853)을 일치시킨 다음, 운반수레(850)에 놓인 용기 적치대(830)를 압력탱크(200) 내로 밀어 넣는다. 이와 같이, 타공망 용기(810)를 용기 적치대(830)에 적재시킨 상태로, 그 용기 적치대(830) 전체를 압력탱크(200) 내로 투입함으로서, 원료를 투입하고 빼내는 작업이 편리하다. 또한, 원료를 압력탱크(200) 내의 공간부에 골고루 분포되게 투입할 수 있기 때문에, 정유 추출을 짧은 시간 내에 효과적으로 수행할 수 있게 된다.

계속해서, 원료를 투입하고 난 후에는 탱크본체(210)를 도어(230)를 이용하여 밀폐시킨다. 그런 다음, 진공펌프(300)를 구동시켜 압력탱크(200) 내부를 감압시킨다(S12). 상기 단계(S12)에서, 압력탱크(200) 내의 압력이 약 30 내지 40 토르(torr)의 진공도에 도달할 때까지 감압시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 압력탱크(200) 내의 압력을 감압시킴으로서, 식물세포의 기공 즉, 상기 원료의 기공을 확장시키게 되어 원료로부터의 식물성 페르텐정유의 추출효율을 높일 수 있게 된다. 계속해서, 상기 단계(S12) 다음에는, 상기 스팀공급수단(100)을 구동시켜 스팀을 생성한다(S13). 즉, 보일러(130)를 구동시켜 물탱크(110)에서 공급되는 물을 가열하여 스팀을 생성한다. 이 때, 보일러(130)에서 생성된 스팀은 약 5kg/㎡g의 압력으로 스팀압력조절기(180)를 경유하고 스팀공급경로(170a)를 통해압력탱크(200) 내로 공급된다(S14). 압력탱크(200) 내부로 소정 시간 스팀을 계속 공급하는 동안에, 온도센서(214)와 압력게이지(212)에서는 압력탱크(200) 내의 온도 및 압력을 측정하고, 측정된 데이터는 소정 메인컨트롤로 전달되어 미리 설정된 기준 온도 및 압력에 도달했는지를 판단한다(S15). 여기서, 각종 수목에 대해 설정되는 온도 및 압력은 130℃ 이내에서 서로 다르게 조절할 수 있으며, 상기 예는 잣나무를 기준으로 할 때 기준온도는 약 130℃이고, 기준압력은 약 2.0kg/㎡g인 것이 바람직하다. 상기 기준온도 및 기준압력은 상기 압력탱크(200)의 용량 및 설계압력 등을 고려하여 미리 설정된 것으로, 압력탱크(200)의 설계에 따라 변할 수 있다.

한편, 상기 단계(S15)에서 측정된 온도 및 압력이 기준온도 및 압력에 도달되지 않을 경우에는 스팀을 계속해서 공급하고, 기준온도 및 압력에 도달되었을 경우에는, 메인컨트롤에서는 설정된 소정 시간 예컨대, 약 1시간 정도가 경과하였는지를 판단한다(S19). 그리고, 미리 설정된 시간이 경과하였을 경우에는, 압력탱크(200)로의 스팀공급을 중단시킨다(S20). 이와 같이, 소정 시간 경과 후에 스팀을 중단하는 이유는, 설정된 시간이 경과하면 원료에 포함된 대부분의 식물성 테르펜정유물질이 추출되기 때문이다. 따라서, 실질적으로는 식물성 테르펜정유물질의 추출량을 늘릴 수 있지만, 생산비용 및 시간 등을 고려하여 소량의 테르펜정유물질은 추출과정에서 포기하게 되며, 그 포기되는 양은 무시할 수 있을 정도의 소량에 불과하다. 또한, 스팀공급을 중단한 상태에서도 상기 단계(S15)에서와 같이 압력탱크(200) 내의 온도 및 압력을 계속해서 체크하여 컨트롤하게 된다.

계속해서, 압력탱크(200)의 수증기배출구(213)를 개방시켜 압력탱크(200) 내의 수증기물질을 열교환 응축기(400)로 배출하기 시작한다(S16). 여기서, 압력탱크(200)에서 열교환 응축기(400)로 배출되는 스팀을 "수증기물질"이라 칭하는 이유는, 상기 수증기에는 압력탱크(200)에 투입된 원료로부터 추출되어 증발된 식물성 테르펜정유물질이 함유되어 있기 때문에, 보일러(130)에서 압력탱크(200)로 공급되는 스팀과 구분 짓기 위해 임으로 명한 것이다.

한편, 상기 단계(S16)가 진행되는 동안, 스팀은 압력탱크(200)로 계속 공급되어 압력탱크(200) 내부를 고온/고압의 상태로 계속적으로 유지시킨다. 이 과정에서, 압력탱크(200)내에 투입된 원료에서는 압력탱크(200)의 진공도 상태에서 고온/고압의 상태로 변화 및 유지되는 상황변화에 따라, 그 원료에 함유된 식물성 테르펜정유물질이 추출되어 휘발성의 상태 즉, 증발되어 수증기물질에 포함된다. 특히, 분사부재(250)에서 원료 쪽으로 고온의 스팀이 고압으로 집중적으로 분사되므로 원료에서는 소위 말하는 대류식 찜통작용에 의해 그 원료가 함유하고 있는 물질들을 효과적으로 추출할 수 있게 된다. 또한, 압력탱크(200)의 초기 상태를 진공도의 저압으로 유지시킨 상태에서, 고온/고압의 스팀이 압력탱크(200)로 공급되므로 원료에서의 식물성 정유물질의 추출효과를 높이고 시간을 단축시킬 수 있다는 이점이 있다. 상기 단계(16)는 약 1시간 정도 지속되며, 이 시간동안에는 압력탱크(200)로 스팀을 계속 공급하여 고온/고압의 상태로 유지시킨다. 그러므로 약 1시간 동안 압력탱크(200) 내의 원료에서는 식물성 테르펜정유물질이 계속해서 추출되고, 추출된 테르펜정유물질은 수증기물질에 함유되어 수증기 배출경로(220)를 통해 열교환 응축기(400)로 계속 이동된다.

따라서, 상기 열교환 응축기(400)는 상기 냉각수단(500)에 의해 냉각되면서 압력탱크(200)에서 이동된 수증기물질을 열교환에 의해 응축시켜 응축수로 변환시킨다(S17). 구체적으로, 순환펌프(540)에서는 냉각수탱크(510)의 냉각수를 냉각수 공급경로(470)를 통해 응축탱크(410) 내의 냉각파이프(430)로 강제 펌핑하여, 그 냉각파이프(430)를 계속 냉각시킨다. 그러면, 응축탱크(410) 내로 투입되는 고온의 수증기물질은 냉각파이프(430)에 접촉되어 냉각되어 응축수로 변환된다. 이 때, 상기 응축수가 약 30℃ 정도의 온도로 유지될 수 있도록, 냉각파이프(430)로 공급되는 냉각수온도는 약 18℃ 정도인 것이 바람직하다. 이를 위해, 냉각수 탱크(510) 내의 냉각수는 냉각기(530)의 작동에 의해 지속적으로 냉각된다. 한편, 냉각파이프(430)를 지나면서 수증기와의 열교환에 의해 더워진 냉각수는 냉각수 배출경로(480)를 통해 냉각수 탱크(510) 내로 회수된다.

상기 응축탱크(410)에서 응축된 응축수는 수분과 식물성 테르펜정유물질 및 기타 몰질계부유물을 포함하고 있다. 이러한 응축수는 메인 응축수배출경로(450)를 통해 유수분리기(600)로 배출되어 저장된다(S18).

한편, 유수분리기(600)에 저장된 응축수는 수분과 테르펜정유물질 및 이물질이 혼합된 혼합물이다. 하지만, 특히 물과 테르펜정유물질은 서로의 비중이 다르므로, 소정시간 응축수를 그대로 놓아두면 자연히 정유층과 물층이 상하로 구분되게 된다. 따라서, 물과 테르펜정유물질의 경계를 유수분리기(600)의 투명창(620)을 통해 확인한 후, 그 경계보다 위쪽에 위치된 정유배출관(630)에 마련된 밸브(631)를개방시킴으로서 테르펜정유물질을 외부로 분리해낸다(S21). 또한, 상기 유수분리기(600)에 차있는 물과 이물질은 물배출관(650)에 설치된 밸브(651)를 개방시켜 외부로 배출시킬 수 있다.

그러나, 상기와 같이 유수분리기(600)에 의하여 분리된 테르펜정유물질에는 극소량의 수분이 포함되어 있게 된다. 따라서, 분리된 테르펜정유물질을 소정의 정유분리기(미도시)를 이용하여 순수 천연 식물성 테르펜정유와 수분으로 정제분리할 수 있게 된다(S22). 상기 정유분리기는 산업전반에 걸쳐 다양한 기종이 출시 및 사용되고 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

한편, 열교환 응축기(400)에서 배출되는 응축수가 소량일 경우에는, 배출되는 응축수를 유수분리기(600)로 보내지 않고, 예컨대 분액여두 등의 용기에 수거할 수 있도록, 응축수배출경로(490)에 마련된 보조 밸브(491,492)를 열어서 토출관(493)으로 응축수를 배출시킬 수 있다.

한편, 상기와 같은 방법으로 원료로부터 테르펜정유를 추출하게 되면, 잣나무를 예로 압력탱크(200)에 약 200kg의 원료를 투입했을 경우, 평균 약 1.05리터 정도 추출된다(잣나무의 평균수분율 약 54%). 이와 같은 잣나무 경우의 테르펜정유추출량은, 증수법인 경우 잣나무함량이 1.08 ㎖/100g(임업연구원자료, 한국임산에너지학회지 제13권2호(1993.12)「침엽수 수목정유의 항균성에 관한연구」에서 잣나무의 경우에는 약 0.79％(v/w％), 1999년도 임업연구보고서중 「수목정유의 증수법 개발」에서 잣나무의 경우 6개월평균 약 0.7125±0.1275％(v/w％))인데 반하여 상기 추출장치에 이한 방법인 경우에 평균 약 1.14 ㎖/100g로 증수법에 비해 잣나무의 테르펜정유추출함량이 상당히 높다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 테르펜정유 추출장치의 식물성 테르펜정유를 추출효율은 매우 높다 할 수 있다. 이와 같은 추출량은 잣나무에 함유된 정유의 함량이 극소량인 것을 감안할 때 관련 기술분야의 당업자들에게는 매우 높은 추출량으로 인정되는 수치이다.

또한, 추출되지 않은 나머지 잔량의 정유함량은 원료의 자연상태나 파쇄시에 휘발성분으로 방출될 수 있으며, 추출과정에서 압력탱크(200) 내에 잔류수증기나 추출한 후의 원료에 미소량 잔류할 수 있고, 또 단위시간당 추출작업을 완료하기 때문에 미량의 식물성 테프펜정유가 남아 있을 수 있기 때문이다. 따라서, 상기와 같은 테르펜정유 추출량을 통해 본원의 테르펜정유 추출방법이 매우 높은 효과가 있음을 알 수 있다.

또한, 압력탱크(200)에 원료를 투입하고, 응축수로부터 정유를 분리하여 내는데 소요되는 소위 1사이클 작업시간이, 종래의 증수법에 의한 정제정유를 얻는데 걸리는 시간은약 26∼28시간 소요되지만, 상기 방법에 의한 추출시간은 약 2시간 내외정도 걸리는 것을 감안한다면, 종래에 비해 몇 배 이상의 시간을 절약할 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라, 소요되는 경비의 절감뿐만 아니라, 단시간 내에 대량의 식물성 테르펜정유를 추출해냄으로서 대량생산에 따른 저가의 식물성 테르펜정유 관련제품을 공급할 수 있다는 이점과 관련업계에 수입에 의존하지 않고 안정적으로 테르펜정유를 공급되어질 수 있다는 장점도 있다.

참고적으로, 상기와 같이 추출되는 식물성 정유의 대부분은 테르펜(terpene)화합물로 구성되어, 소위 테르펜정유(精油)라 불리기도 한다. 이러한 테르펜 정유의 테르펜 농도는 앞서 말한 바와 같이 계절 및 풍토 등 원료가 생산된 주위 환경에 따라 큰 차이가 있지만, 주로 검출되는 테프펜류는 α-pinene, camphene, β-pinene, sabinene, 3-carene, myrcene, α-terpinene, limonene 등이 주체이며, 이중에서 통상 α-pinene의 함량이 가장 높은 것으로 알려지고 있다. 이외에도, 한국임산에너지학회지(제13권2호)에 기재된 논문 "침엽수 침엽정유의 항균성에 관한 연구(강하영, 이성숙, 최인규)"를 참조하면, 정유에 함유된 다양한 물질에 관한 자료가 개시되어 있다.

또한, 상기와 같이 침엽수로부터 추출한 식물성 테르펜정유의 이용 및 효과에 대해서는 이미 발표된 다양한 논문("나무가 내뿜는 삼림욕 성분의 효능", "수목이 발산하는 정유성분의 이용", "수목추출성분의 생화학적 이해"-임업연구원 강하영)("침엽수종으로부터 분리된 정유의 스트레스 완화효과"-충북대학교 수의과대학, 임업연구원 임산화학과-나기정,강하영, 오종환, 최인규, 윤영원, 정의배)("침엽수 수엽정유의 항균성에 관한 연구"-임업연구원 임산화학과-강하영,이성숙,최인규)("잣나무향의 진정작용에 대한 인간공학적 평가"-충북대학교 산업과학기술연구소-임헌길) 등에 자세히 설명되어 있다. 즉, 식물성 테르펜정유물질은 보건휴양기능, 항균작용 이외에도 살충작용, 곤충의 발육억제 및 섭식저해작용, 식물생장억제작용, 탈취작용, 약리작용 등 생물활성 범위는 다양하다. 이러한 정유가 갖고 있는 항균성질은 부작용과 잔류독성이 매우 적다는 등의 좋은 점이 있기 때문에, 적극적인 연구가 진행되고 있으며, 이미 방향제나 화장품 등의 향료제 제품에 적용되고 있다. 또한, 테르펜정유는 스트레스 완화효과에도 효능이 있는 것으로 알려지고 있다. 아울러 테프펜 정유는 대한약전, 장원기, 대한민국 화장품원료집(KCID), 국제화장품원료집(ICID), FDA(Food and Drug Administration) 등에도 등재되어 있는 원료이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 테르펜정유의 다양한 이용분야에 대해 연구 및 제품이 개발 및 시판되고 있는 점을 감안 할 때, 상술한 바와 같은 본원 발명의 실시 예에 따른 테르펜정유 추출방법을 이용할 경우, 적은 경비로 대량의 테르펜정유를 추출하여 다가오는 식물성 테르펜정유관련 산업분야의 발전에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대되는 것은 당연하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 식물성 테르펜정유 추출방법에 따르면, 짧은 시간 내에 대량의 천연 식물성 테르펜정유를 추출할 수 있다. 또한, 종래에 비해 테르펜정유의 추출효율을 높일 수 있다.

따라서, 테르펜정유추출에 따른 시간 및 비용을 절감하여 생산단가를 낮춤으로서, 저가의 테르펜정유 관련제품을 일반 소비자에게 제공할 수 있다는 이점이 있다.

Claims

식물성 테르펜정유의 원료를 소정 크기로 분쇄하여 준비하는 단계와;

상기 원료를 소정 크기의 압력탱크 내에 수용하는 단계와;

진공펌프를 이용하여 상기 압력탱크 내의 압력을 소정압력의 진공상태로 감압하는 단계와;

스팀 공급수단을 이용하여 상기 압력탱크 내로 고온/고압의 스팀을 분사하여, 분사된 고온/고압의 스팀에 의해 상기 원료로부터 식물성 테르펜정유가 수증기 상태로 추출되도록 하는 단계;

상기 압력탱크 내에서 상기 원료로부터 추출된 테르펜정유와 수분이 함유된 수증기물질을 상기 압력탱크에 연결된 열교환 응축기로 이동시켜 냉각시키는 단계와;

상기 열교환 응축기에서 냉각된 응축수를 유수분리기로 이동시켜 수분과 식물성 테르펜정유 및 이물질로 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출방법.
제1항에 있어서,

상기 열교환 응축기의 내부온도가 소정 온도로 유지되도록 상기 열교환 응축수의 내부를 냉각수단을 이용하여 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 감압하는 단계에서, 식물세포의 기공을 확장시키기 위하여 상기 압력탱크 내의 압력을 약 30 내지 40 토르(torr)로 감압하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출방법
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스팀 공급단계는,

상기 스팀공급수단에서 공급되는 소정 압력 및 온도의 스팀을 상기 압력탱크 내부에 마련된 분사부재를 이용하여 상기 압력탱크 내부로 분사하는 단계와;

상기 압력 탱크 내의 온도와 압력을 측정하는 단계; 및

상기 측정된 스팀의 온도 및 압력이 소정 기준 온도 및 압력에 도달할 경우, 상기 압력탱크 내의 수증기물질을 상기 열교환 응축기로 소정 시간 동안 배출시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출방법.
제4항에 있어서,

상기 측정하는 단계에서, 상기 압력탱크 내의 기준온도는 130 ℃ 이하인 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출방법.
제4항에 있어서,

측정하는 단계에서, 상기 압력탱크 내의 기준압력은 2.0kg/㎡g 이하인 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출방법.
제4항에 있어서,

상기 스팀을 상기 열교환 응축기로 배출시키는 동안, 상기 압력탱크 내로 스팀을 계속 공급하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원료를 수용하는 단계는,

상기 원료를 복수의 구멍이 형성된 타공망 용기에 소정량씩 담는 단계와;

상기 원료가 담긴 타공망 용기를 용기 적치대에 소정 간격으로 적재시키는 단계와;

상기 용기가 적재된 용기 적치대를 상기 압력탱크 내에 밀어넣는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출방법.