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문제 정의
- 본 연구에서는 연간 수만 톤 배출되는 한약재 찌꺼기를 보다 유용하게 이용하기 위해 먼저 한약재 폐기물을 이용하여 실제 한방보드를 제조하고 한방 보드의 기능성, 특히 한방보드의 향기 물질을 활용한 제품으로 한방침대를 제조할 경우에 용매 추출물에 의한 향기성분 분석이 아닌 실제 방출되는 향기 성분을 탐색하고 온도에 따른 방출 특성을 검토하였다.
제안 방법
- 한방보드는 중층에는 4∼18 mesh 한약재 파티클에 이소시아네이트 수지를, 표층에는 18∼ 60 mesh의 한약재 파티클에 요소수지 접착제를 도포하여 성형한 후 190℃에서 7분간 열압하여 제조하였다.
- 향기성분 측정은 20 × 10 × 10 mm로 재단한 시험편을 Thermal Extractor (Gerstel TE, Germany)에서 질소(99.999%)를 carrier gas로 사용하 여 25℃에서 유속 39 mℓ/min으로 Tenax TA Tube에 1 L를 흡착시켜 분석용 시료로 활용하였다.
- 5 mm × 14 cm의 그리드 스크린을 사용하였다. 이어 분쇄한 한약재 찌꺼기는 4 mesh (4.750 mm), 18 mesh (1.000 mm), 60 mesh (0.249 mm)의 스크린이 장착된 진동체(shaking screen)를 사용하여 분별하였다. 한방보드는 중층에는 4∼18 mesh 한약재 파티클에 이소시아네이트 수지를, 표층에는 18∼ 60 mesh의 한약재 파티클에 요소수지 접착제를 도포하여 성형한 후 190℃에서 7분간 열압하여 제조하였다.
- 999%)를 carrier gas로 사용하 여 25℃에서 유속 39 mℓ/min으로 Tenax TA Tube에 1 L를 흡착시켜 분석용 시료로 활용하였다. 이어 동일 시험편을 사용하여 순차적으로 35℃에서 1 L를 흡착시켜 분석하고, 이어 동일 시험편을 45℃ 및 다시 25℃에서 측정하여 온도의 변화에 따른 향기 성분의 방출특성을 조사하였다. 포집한 시료의 향기성분은 열탈착식 가스크로마토 질량분석기 (Thermal Desorption Sytstem Gas Chromatograph Mass Spectrometer (TD GC/MS))에 의해 분석하였다.
- 이어 동일 시험편을 사용하여 순차적으로 35℃에서 1 L를 흡착시켜 분석하고, 이어 동일 시험편을 45℃ 및 다시 25℃에서 측정하여 온도의 변화에 따른 향기 성분의 방출특성을 조사하였다. 포집한 시료의 향기성분은 열탈착식 가스크로마토 질량분석기 (Thermal Desorption Sytstem Gas Chromatograph Mass Spectrometer (TD GC/MS))에 의해 분석하였다. GC (Gas Chromatography)는 6890N (Agilent), MSD (Mass Selective Detector)는 5975 (Agilent) 및 TDS (Thermal Desorption System)는 TDS2 (Gerstel) 를 사용하였으며, 분석조건은 Table 1과 같다.
- 한약재를 탕제한 후 폐기되는 찌꺼기를 효율적으로 이용하기 위해 한방보드를 제조하여, 한방보드를 한방침대로 이용할 때 방출하는 향기성분의 동정과 온도에 따른 방출 특성을 검토하였다.
대상 데이터
- 한방보드 제조를 위한 한약재 찌꺼기는 경남 산청군 소재 본디올(주)로부터 분양받아 사용하였다. 접착제는 업계에서 사용하고 있는 SE0급 요소수지와 폴리메릭이소시아네이트 수지를 분양받아 사용하였다.
- 한방보드 제조를 위한 한약재 찌꺼기는 경남 산청군 소재 본디올(주)로부터 분양받아 사용하였다. 접착제는 업계에서 사용하고 있는 SE0급 요소수지와 폴리메릭이소시아네이트 수지를 분양받아 사용하였다.
- 포집한 시료의 향기성분은 열탈착식 가스크로마토 질량분석기 (Thermal Desorption Sytstem Gas Chromatograph Mass Spectrometer (TD GC/MS))에 의해 분석하였다. GC (Gas Chromatography)는 6890N (Agilent), MSD (Mass Selective Detector)는 5975 (Agilent) 및 TDS (Thermal Desorption System)는 TDS2 (Gerstel) 를 사용하였으며, 분석조건은 Table 1과 같다.
- 한약재 찌꺼기를 이용한 한방보드의 용도를 모색하는 과정에서 한약재 폐기물이 가진 기능을 활용한 제품으로 가온용 한방침대에의 활용을 고려한 시제품을 제조하였다(Fig. 1). 한방보드를 가온용의 한방 침대 등으로 이용할 경우 온도에 따른 휘발성 화합 물의 성분을 Tenax TA Tube에 흡착시킨 후 TD GC/MS로 분석한 크로마토그램과 화학구조 그룹별로 분석한 결과는 Fig.
성능/효과
- 45%)은 모든 온도에서 검출되었으나 나머지 14종 의 monoterpenes은 45℃로 가온된 후 다시 25℃로 낮추어 측정한 향기성분에서는 검출되지 않았다. 온도가 증가함에 따라 monoterpene의 종류는 11종, 13종 및 15종으로 증가하였으나 각각의 온도에서 방출하는 향기 성분의 피크면적비는 21, 11, 8.5%로 감소 하였다. 전체 성분중 약 80%인 sesquiterpene은 25℃ 에서는 25종, 35℃는 28종, 45℃에서는 27종 그리고 다시 25℃에서는 21종이 동정되었으며, 이들 온도 전체에서는 39종이 동정되었다.
- 5%로 감소 하였다. 전체 성분중 약 80%인 sesquiterpene은 25℃ 에서는 25종, 35℃는 28종, 45℃에서는 27종 그리고 다시 25℃에서는 21종이 동정되었으며, 이들 온도 전체에서는 39종이 동정되었다. 전체 88종의 향기성분 중 1% 이상인 22종의 향기성분의 피크 면적비는 Fig.
- 측정한 3 온도조건에서 모두 검출된 성분은 19종으로 모두 hydrocarbon이며, toluene을 제외하고는 모두 Terpenoid류로 3종의 monoterpene (α-pinene (0.89%), β-pinene (0.53%), limonene (6.45%))과 15종의 sesquiterpene (α-curcumene 9.39%, zingiberene 6.45%, β-elemene 6.05%, β-selinene 5.67%, α -amorphene 5.62%, α-copaene 5.31%, δ-cadinene 4.84%, caryophyllene 4.75%, β-bisabolene 4.07%, ylangene 2.46%, cis-calamenene 1.69%, isocomene 1.42% δ-elemene 1.15% 6S-2,3,8,8-tetramethyl-tricyclo[5.2.2.0(1,6)]undec-2-ene 1.08% 및 E,E-α-farnesene 1.02%)였다.
- 한약을 달인 찌꺼기로 한방보드를 제조한 후 한방 보드로부터 방출되는 휘발성 성분을 분석한 결과, 전체 88종이 동정되었다. 25℃에서 검출된 화합물은 44종이었으며, 온도가 상승함에 따라 화합물의 수와 전체 피크 면적 모두 증가하여 35℃에서는 55종, 45℃에서는 65종이었다. 또한 피크면적도 25℃을 기준으로 35℃에서는 1.
- 02%였다. 검출량 이 많은 상위 22종 중에서 대회향유나 아니스유에 대량으로 존재하며 목련유 중에도 포함되어 있으며 특유의 강한 향기와 단맛으로 인해 과자나 음료 등의 향료로 사용되는 Ether인 anethole 이외는 모두 Hydrocarbon화합물이며, monoterpene인 limonene을 제외하곤 모두 sesquiterpene이었다.
- 09%로 hydrocarbon 다음으로 많이 검출되었으며, 대부분 강한 향을 가지고 있다. 특히 과자 등의 향료로 사용되는 anethole (3.26%)은 모든 온도에서 검출되었으며 그 양도 비교적 많았으며, 그 외 eucalyptol, esdragole, anisole, safrole은 각 각 0.3% 미만으로 매우 적었다.
- 한방보드로부터 방출되는 휘발성 물질로는 88종이 동정되었다. 온도별로는 25℃에서 44종, 35℃에서는 55종, 45℃에서는 65종이 검출되었으며, 온도가 상승함에 따라 화합물의 수와 전체 피크 면적 모두 증가하였다. 그러나 25℃ → 35℃ → 45℃에서 측 정 후 다시 25℃에서 방출되는 향기성분은 29종이 검출되었으며, 피크면적은 약 51%가 감소되었다.
- monoterpenes에는 limonene 6.45%을 제외하곤 모두 1% 미만이었으며 α-pinene (0.89%), β-pinene (0.53%), limonene (6.45%)은 모든 온도에서 검출되었으나 나머지 14종의 monoterpenes은 45℃로 가온된 후 25℃에서 측정한 향기 성분에는 검출되지 않았다.
- 그러나 25℃ → 35℃ → 45℃에서 측 정 후 다시 25℃에서 방출되는 향기성분은 29종이 검출되었으며, 피크면적은 약 51%가 감소되었다. 검출된 화합물의 구성은 25℃에서는 93%, 35℃에서는 92%, 45℃에서는 90%가 Hydrocarbon류의 화합물이 었으며, 그 외 Ether류가 약 4%, Ketone, Aldehyde, Acid류의 물질이 소량 검출되었다. 또한 온도가 높아지면 Hydrocarbon류의 피크면적은 증가하나 조성 비율은 감소하였으며, 특히 온도가 높아짐에 따라 Ketone화합물의 수와 방출량이 증가하였다.
- 검출된 화합물의 구성은 25℃에서는 93%, 35℃에서는 92%, 45℃에서는 90%가 Hydrocarbon류의 화합물이 었으며, 그 외 Ether류가 약 4%, Ketone, Aldehyde, Acid류의 물질이 소량 검출되었다. 또한 온도가 높아지면 Hydrocarbon류의 피크면적은 증가하나 조성 비율은 감소하였으며, 특히 온도가 높아짐에 따라 Ketone화합물의 수와 방출량이 증가하였다.
- 한약재의 대부분은 수많은 향기성분을 포함하고 있으며, 한약재 찌꺼기에도 강황의 주요 성분으로 살충제나 벌레 기피물질인 α-curcumene이 가장 많은 9.39%였으며, 쑥이나 울금에 포함되어 있는 zingiberene이 6.45%, 탱자나 오렌지유의 주성분으로 향료의 원료로 사용되는 limonene이 6.45%, 인삼의 향기로 알려진 β-elemene 6.05, 샐러리유의 주성분인 β-selinene이 5.67%, 바질 잎이나 삼백초에서 나타나는 α-amorphene이 5.62% α-copaene 5.31, δ-cadinene 4.84, caryophyllene 4.75, β-bisabolene 4.07, anethole 3.36, γ-elemene 3.26, ylangene 2.46, γ-cadinene 2.45, (+)-endo-6-methyl-2-methylene-6-(4-methyl-3-pentenyl)bicyclo[3.1.1]heptane 2.43, β-farnesene 2.39, paeono 2.25, (-)-cyperene 1.89, cis-calamenene 1.69, isocomene 1.42, δ-elemene 1.15, 6S-2,3,8,8-tetramethyltricyclo[5.2.2.0(1,6)]undec-2-ene 1.08, E,E-α-farnesene 1.02%였다.
- 한약을 달인 찌꺼기로 한방보드를 제조한 후 한방 보드로부터 방출되는 휘발성 성분을 분석한 결과, 전체 88종이 동정되었다. 25℃에서 검출된 화합물은 44종이었으며, 온도가 상승함에 따라 화합물의 수와 전체 피크 면적 모두 증가하여 35℃에서는 55종, 45℃에서는 65종이었다.
- 그러나 25℃ → 35℃ → 45℃에서 측정 후 다시 25℃ 에서 방출되는 향기 성분은 29종이 검출되었으며, 피크면적은 약 51%가 감소되었다. 동정된 화합물의 구성은 25℃에서는 93%, 35℃에서는 92%, 45℃ 에서는 90%가 Hydrocarbon류의 화합물이었으며, 전 온도에서의 방출량도 약 91%가 Hydrocarbon류의 화합물이었으며, 그 외 Ether류가 약 4%, Ketone, Aldehyde, Acid류의 성분이 소량 검출되었다. 또한 온도가 높아지면 Hydrocarbon류의 피크면적은 증가하나 비율은 감소하는 것으로부터 방출량은 많아 지지만 방출하는 화합물의 구조에는 다소의 변화 가 수반되는 것으로 생각된다.
- 20 × 10 × 10 mm의 한방보드로부터 25℃에서 향기성분을 측정한 후 동일 시료를 사용하여 35℃, 45℃ 및 다시 25℃에서 각각 방출하는 향기 성분을 Tenax 튜브에 흡착시킨 후 TD GC/MS로 동정한 전체 화합물은 Table 3과 같다. 측정한 모든 온도에서 동정된 향기 성분은 모두 88종이며, Hydrocarbos이 60종으로 가장 많았으며, 이어 Ketones이 7종, Ethers와 함질소 화합물이 각 5종, Aldehydes가 4종, Acids가 3종, 2종의 Alcohols과 각 1종의 Ester와 Miscellaneous 이 검출되었다. 약 91%가 Hydrocarbons이었으며, 그중 11%가 monoterpenes이고 80%가 sesquiterpenes 이었다.
- Aldehyde류로는 hexanal, furfural, 5-methyl furfural, nonanal이 검출되었으나 그 양은 아주 미미하였으며, 45℃까지 가온한 후 25℃에서 다시 측정하였을 때는 전혀 검출되지 않았다. Ketone류로는 7종(2.97%)이 검출되었으며, camphor는 25, 35, 45℃ 모두에서 동정되었으나, apocynin는 25℃에서만, acetylfuran, butyrolactone, 2,3-dihydro-3,5-dihydroxy-6-methyl-4H-pyran-4-on, valerophenone는 45℃에서만, paeonol은 35℃와 45℃에서만 동정되었다. Acid류로는 2-ethyl-hexanoic acid, retardex, 2,4,6-trimethyl-benzoic acid의 3종이 검출되었으나 양은 매우 적었다.
후속연구
- 이상의 결과에서 한약재 찌꺼기로 제조한 한방보드에는 다양한 종류의 향기성분이 다량 포함되어 있으며, 향기성분을 활용한 다양한 제품의 제조에 활용 할 수 있을 것으로 생각된다.
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