죽초액의 죽초액의 죽초액의

碩士學位論文

죽초액의 죽초액의 죽초액의

죽초액의 정제 정제 정제 정제 및 및 및 및 자동온도제어장치를

자동온도제어장치를 자동온도제어장치를

자동온도제어장치를 이용한 이용한 이용한 이용한 죽력 죽력 죽력 죽력 제조시스템

제조시스템 제조시스템

제조시스템 개발 개발 개발 개발

全 南 大 學 校 大 學 院 食 品 工 學 科

李 丙 枓

指導敎授 殷 鍾 邦

2006年 2月

碩士學位論文

죽초액의 죽초액의 죽초액의

죽초액의 정제 정제 정제 정제 및 및 및 및 자동온도제어장치를

자동온도제어장치를 자동온도제어장치를

자동온도제어장치를 이용한 이용한 이용한 이용한 죽력 죽력 죽력 죽력 제조시스템

제조시스템 제조시스템

제조시스템 개발 개발 개발 개발

全 南 大 學 校 大 學 院 食 品 工 學 科

李 丙 枓

指導敎授 殷 鍾 邦

2006年 2月

죽초액의 죽초액의 죽초액의

죽초액의 정제 정제 정제 정제 및 및 및 및 자동온도제어장치를

자동온도제어장치를 자동온도제어장치를

자동온도제어장치를 이용한 이용한 이용한 이용한 죽력 죽력 죽력 죽력 제조시스템

제조시스템 제조시스템

제조시스템 개발 개발 개발 개발

全 南 大 學 校 大 學 院 食 品 工 學 科

李 丙 枓

上記 者 의 食品 工 學碩 士 學 位請 求 論文 을 認 准함 所 屬 職 位 學 位 姓 名 審 査 委 員 長 全南大學交 敎授 食品學博士 鄭熙鍾 審 査 委 員 全南大學交 助敎授 農學博士 文齊鶴 審 査 委 員 全南大學交 敎授 食品學博士 殷鍾邦

2006年 2月

목 목 목 목 차차차차

국문초록국문초록

국문초록국문초록··· 1

ⅠⅠ ⅠⅠ. . . . 서론서론서론서론··· 4

ⅡⅡ ⅡⅡ. . . . 문헌 문헌 문헌 문헌 고찰고찰고찰고찰··· 7

ⅢⅢ ⅢⅢ. . . . 재료 재료 재료 재료 및 및 및 및 방법방법방법방법··· 17

가. 실험 재료 ··· 17

1) 죽초액 ··· 17

2) 대나무 ··· 17

3)전통적인 방법에 의해 제조된 죽력 ··· 17

4) 자동온도제어장치를 이용하여 제조된 죽력 ··· 17

나. 실험 방법 ··· 18

1) 여과법을 이용한 죽초액의 정제 ··· 18

2) 흡착법을 이용한 죽초액의 정제 ··· 18

3) 증류법을 이용한 죽초액의 정제 ··· 18

4) 정제 죽초액과 죽력의 물리적 특성분석 ··· 19

가) 색도 ··· 19

나) 투과도 ··· 19

다) 굴절율 ··· 19

5) 정제 죽초액과 죽력의 화학적 특성분석 ··· 19

가) pH ··· 19

나) 용해 타르 함유율 ··· 19

다) 총 페놀성 함량 측정 ··· 19

6) 정제 죽초액과 죽력의 유해물질 분석 ··· 20

가) 시안화합물 함량 ··· 20

나) 벤조피렌 함량 측정 ··· 20

7) 자동온도제어장치를 이용한 죽력 제조시스템의 확립 ··· 21

가) 전통적인 죽력 제조에 따른 항아리 내부의 온도 측정 ··· 21

나) 자동온도제어가 가능한 죽력 제조 장치 ··· 22

8) 통계분석 ··· 22

ⅣⅣ ⅣⅣ. . . . 결과 결과 결과 결과 및 및 및 및 고찰고찰고찰고찰··· 23

가. 여과법을 이용한 정제 죽초액 이화학적 특성 ··· 23

나. 흡착법을 이용한 정제 죽초액 이화학적 특성 ··· 31

다. 증류법을 이용한 정제 죽초액 이화학적 특성 ··· 38

라. 전통적인 죽력 제조 방법에 의한 죽력 제조와 항아리 내부 온도 변화 측정 ··· 45

마. 자동온도제어장치를 이용한 죽력 제조 장치 개발 ··· 55

바. 전통적 죽력 제조방법과 자동온도제어장치를 이용하여 제조한 죽력의 이화학적 특성 조사 ··· 61

Ⅴ Ⅴ Ⅴ Ⅴ. . . . 결론결론결론결론··· 66

가. 죽초액의 정제 방법 확립 ··· 66

나. 전통적 죽력 제조 기작 규명 ··· 66

다. 자동온도제어장치를 이용한 죽력 제조 시스템 개발 ··· 66

Ⅵ Ⅵ Ⅵ Ⅵ. . . . 참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌··· 68

영문초록 영문초록 영문초록 영문초록··· 71

LIST LIST LIST

LIST OF OF OF OF FIGURESFIGURESFIGURESFIGURES

Fig. 1. Pictures of bamboo smoke distillates refined by various

filter paper ··· 27 Fig. 2. Pictures of bamboo smoke distillates refined by distillation and vacuum

distillation ··· 41 Fig. 3. Pictures of each manufacturing steps for bamboo smoke distillates

by the traditional method using a clay jar ··· 46 Fig. 4. Temperature profile of inside kiln during manufacturing Jukryeok by the traditional method using a clay jar for 72 hr ··· 49 Fig. 5. Temperature profile of inside kiln during manufacturing Jukryeok by the traditional method using a clay jar for 48 hr ··· 50 Fig. 6. Temperature profile of inside kiln during manufacturing Jukryeok by the traditional method using a clay jar for 72 hr ··· 51 Fig. 7. Temperature profile of inside kiln during manufacturing Jukryeok by the traditional method using a clay jar for 64 hr ··· 52 Fig. 8. Average temperature profile of inside kiln during manufacturing

Jukryeok by the traditional method using a clay jar ··· 54 Fig. 9. New electric kiln for bamboo smoke distillates ··· 56 Fig. 10. Pictures of each steps in the manufacturing operation for bamboo

smokdistillates by the new method using an electric kiln ··· 57 Fig. 11. Temperature profile of inside kiln during manufacturing Jukryeok by the new method using an electric kiln ··· 59 Fig. 12. Average temperature profile of inside kiln during manufacturing

Jukryeok by the new method using an electric kiln ··· 60

LIST LIST LIST

LIST OF OF OF TABLESOF TABLESTABLESTABLES

Table 1. Color of bamboo smoke distillates refined by various

filter paper ··· 26 Table 2. pH, refractive index and transmittance of bamboo smoke distillates

refined by various filter paper ··· 28 Table 3. Soluble tar and total phenolic compound of bamboo smoke distillates

refined by various filter paper ··· 29 Table 4. Content of cyanogenic glycoside and benzopyrene of bamboo smoke distillates refined by various filter paper ··· 30 Table 5. Color of bamboo smoke distillates refined by various absorption

materials ··· 34 Table 6. pH, refractive index and transmittance of bamboo smoke distillates

refined by various absorption materials ··· 35 Table 7. Soluble tar and total phenolic compound of bamboo smoke distillates

refined by various absorption materials ··· 36 Table 8. Content of cyanogenic glycoside and benzopyrene of bamboo smoke distillates refined by various absorption materials ··· 37 Table 9. Color of bamboo smoke distillates and their residues refined by

distillation and vacuum distillation ··· 40 Table 10. pH, refractive index and transmittance of bamboo smoke distillates

and their residues refined by distillation and vacuum distillation ···· 42 Table 11. Soluble tar and total phenolic compound of bamboo smoke distillates

and their residues refined by distillation and vacuum distillation ···· 43 Table 12. Content of cyanogenic glycoside and benzopyrene in bamboo smoke

distillates and their residues refined by distillation and vacuum

distillation ··· 44

Table 13. Color of Jukryeok made by traditional kiln and

new electric kiln ··· 62 Table 14. pH, refractive index and transmittance of Jukryeok made by

traditional kiln and new electric kiln ··· 63 Table 15. Soluble tar and total phenolic compound of Jukryeok made by

traditional kiln and new electric kiln ··· 64 Table 16. Content of cyanogenic glycoside and benzopyrene of Jukgryeok

made by traditional kiln and new electric kiln ··· 65

죽초액의 죽초액의 죽초액의

죽초액의 정제 정제 정제 정제 및 및 및 및 자동온도제어장치를 자동온도제어장치를 자동온도제어장치를 자동온도제어장치를 이용한 이용한 이용한 이용한 죽력 죽력 죽력 죽력 제조시스템

제조시스템 제조시스템

제조시스템 개발 개발 개발 개발

이 병 두

전남대학교대학원 식품공학과 (지도교수 : 은 종 방)

(국문초록)

대나무 목초액인 죽초액은 여러가지 용도로 이용이 되고 있고 일부에서는 정치 등 간단한 정제법으로 정제하여 이용하고 있으나 시일이 오래 걸리므로 빠른 시간에 효 과적인 정제법이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 죽초액을 여과법, 흡착법, 증류법 을 이용하여 정제하고자 이들 방법으로 정제한 후 정제 죽초액의 물리적, 화학적 특 성을 분석하였다. 여과법은 Whatman filter paper를 No. 1, No. 2, No. 3, No. 4와 Membrane filter (0.45 ㎛)를 이용하였고, 흡착법은 활성탄, celite, Amberlite XAD-4를 각각 5%, 10% 첨가하여 정제를 실시하였다. 마지막으로 증류법으로 상 압증류와 감압증류를 실시하였다. 여과법, 흡착법, 증류법을 통한 정제 죽초액의 pH는 대부분 2.46~2.69였다. 활성탄 5%와 10% 첨가구가 4.0과 4.6으로 가장 높았으며, 증류에 의해 정제한 처리구가 2.04~2.09로 가장 낮았다. 활성탄을 이 용하여 정제한 죽초액의 pH가 가장 높은 이유는 활성탄은 산성물질의 흡착능력 이 강하기 때문으로 판단된다. 다음으로 정제 죽초액의 굴절률은 모든 처리구에 서 1.335~1.354, 투과도는 99.083~99.999로 차이가 없었다. 여과법, 흡착법, 증류법을 통한 정제 죽초액의 용해타르 함량은 0.813~0.980% 이었다. 상압증류 잔액이 5.886%로 가장 높았으며, 상압증류액이 0.035%로 가장 낮았으며, 또한 감압증류역시 0.038%로 상압증류와 별 차이 없이 낮은 결과 값을 나타내었다.

정제 죽초액의 총 페놀성 화합물 함량은 Whatman No. 3으로 정제한 죽초액이 36.417 mg/ml로 가장 높았으며 활성탄은 10%첨가한 죽초액이 0.983 mg/ml로

가장 낮은 결과 값을 나타내었다. 활성탄에 의해 정제시 가장 낮은 값을 나타낸 이유는 활성탄의 강한 흡착능력 때문으로 사료된다. 여과법, 흡착법, 증류법을 통 한 정제 죽초액의 유해 물질인 시안화합물은 대조구에 비하여 대부분 절반 정도 감소하였으나 활성탄을 첨가한 처리구의 시안화합물 함량이 가장 높았다. 정제 죽초액의 벤조피렌 함량은 대조구에 비하여 증류법으로 정제한 죽초액의 함량이 가장 낮았다. 증류법이 유해 물질인 벤조피렌을 제거하는데 효과적일 것으로 생 각된다.

전통적인 죽력 제조 기작을 과학적으로 규명하여 이를 바탕으로 자동온도제어장차 를 이용한 죽력 제조 시스템을 개발하였다. 전통적인 방법으로 죽력을 제조하면서 제조 장치 내부의 온도 변화를 측정하여 이를 바탕으로 개발한 죽력 제조 장치에 적 용시켰다. 또한 제조된 죽력의 이화학적 특성을 조사하였다. 전통적인 죽력 제조 중 온도 변화는 다음과 같았다. 점화 후 8시간 후에 80℃가 되었고, 10시간 30분 만에 100℃ 가 되었다. 최고온도는 240℃로 점화 후 40시간이 걸렸으며 최고온도에 이 른 후 자연냉각이 되어 실온에 이르렀다. 제조된 죽력의 색도는 L값은 73.310, a값 은 4.919, b값은 43.039이었다. 굴절율은 1.338%이고 투과도는 99.355%, pH는 2.631, 용해타르는 0.481%, 총페놀 함량은 379.297 mg/ml 시안화합물은 5.732 ppm, 벤조피렌은 0.116 ppb이었다. 고안된 죽력 제조 중 온도의 변화는 점화 후 8 시간 만에 80℃가 되었고, 13시간 만에 100℃가 되었다. 최고 온도는 246℃로 점화 후 42시간이 소요 되었다. 그 후 자연 냉각이 되게 하였다. 제조된 죽력의 색도는 L 값은 66.578, a값은 4.627, b값은 29.260이었다. 굴절율은 1.338%이고 투과도는 99.473%, pH는 2.443, 용해타르는 1.198%, 총 페놀 함량은 151.510 mg/ml, 시안 화합물은 5.140 ppm, 벤조피렌은 0.118 ppb이었다.

본 연구를 통하여 죽초액의 정제방법 중 여과법은 부유하거나 침전한 물질을 제 거하는데는 효과적이지만 죽초액내에 함유되어 있는 유해 물질을 제거에는 효과 적이지 못하였다. 흡착법의 경우 Amberlite XAD-4를 사용하여 정제한 죽초액 활성탄이나 celite를 사용하여 정제한 죽초액에 비하여 우수한 정제 효과를 보였 다. 마지막으로 증류법은 위의 두 정제법에 비하여 탁월한 정제효과가 있었는데 상압증류법은 증류하는데 많은 시간을 필요로 하고 장치가 비교적 싸며 감압증 류법의 경우는 증류시간은 짧지만 장치 비용이 많이 필요하다는 단점이 있다. 전

통적인 방법에 의하여 제조한 죽력은 외부 환경의 영향으로 항아리 내부 온도 변화가 심하여 제품의 품질이 일률적이지 못하였으나 고안된 장치를 이용하여 제조시 항아리 내부의 온도를 일정하게 조절이 가능하여 품질이 일정한 죽력을 제조할 수 있었다.

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ. . . . 서론서론서론서론

대나무는 한국을 비롯하여 중국, 일본 등 동남아시아 여러 나라에 널리 분포하 고 있다. 한국에서의 대표적인 재배 죽종은 왕대, 솜대 및 맹종죽이며, 왕대가 가 장 많은 2,996 ha를 차지하고 있으며 주로 전남(2,650 ha, 49.4%)과 경남 (2,039 ha, 38%)에 분포되어 있다(1, 2). 대나무는 일반적으로 생장기간이 매우 짧아서 죽순이 돋아서부터 왕대는 20~40일, 솜대는 25~45일, 맹종죽은 30~50 일만에 다 자란다. 대나무의 이러한 생장특성으로 성죽은 적당히 간벌하여야 다 음해에 좋은 죽순을 얻을 수 있고, 따라서 건실하고 굵은 대나무를 얻을 수 있으 며, 그렇지 않을 때에는 대나무 밭이 활력을 잃어버린다. 그러므로 대나무는 매 년 벌채하더라도 매년 생장이 가능하며 재생산이 매우 빠른 환경 친화성 소재이 다. 이러한 대나무는 몇 년 전까지만 해도 농수산업 및 건축업 시설재나 생활자 재로 많이 이용되어 농가의 높은 소득원으로 각광받았지만 최근에는 강철, 플라 스틱 등의 도입과 외국산 죽제품의 수입 및 소비자들의 의식과 생활패턴의 변화 로 그 이용도가 많이 떨어지고 있었다. 그러나 최근 대나무숯이 수질정화, 전자 파 차폐, 원적외선 발생효과, 조습제, 탈취제 등으로 널리 이용되며(3) 이에 대한 생산이 날로 늘어나고 있으며, 따라서 죽초액의 생산도 늘어나고 있다. 때문에 이들의 새로운 이용에 대한 개발이 필요하다.

본 실험에 사용된 시료인 죽초액은 대나무를 밀폐된 공간에서 탄화시켜 숯을 제조하는 과정에서 생성되는 기체 (수증기와 연기)를 냉각시켜 얻어진 갈색의 액 체를 용기에 밀폐하여 냉암소에 3~6개월간 정치시킨 중간층을 이다(4). 또 다른 시료인 죽력은 대나무를 항아리에 넣어 땅속에 묻어둔 후 쌀겨를 연료로 사용하 여 150~450℃이하로 가열하여 채취된 즙액을 말한다(5).

죽초액의 제조 방법에는 재래식 토요에 의한 제법, 개량식 탄화로, 이동식 탄화 로 및 기계식 탄화로에 의한 제조방법 등이 있다(6, 7). 재래식 토요 제법은 지 형지물을 이용하여 흙과 돌로 요를 축조하고 거기에서 숯을 제조하는 방법이며 개량식 탄화로는 강철판을 사용하여 외부를 돔형으로 제작하고 내부를 세라믹 단열재로, 바닥을 내화벽돌로 만들었으며 입구와 탄화실을 볼트너트 조임식으로 만들어 탄화로내부에 공기가 유입되는 것을 차단하게 되어있다. 이동식 탄화로에 의한 제법은 드럼통이나 철판을 이용하여 만들어진 소형의 탄화로로서 산간지대

에서 이동하면서 작업하기 편리하게끔 제조되어 있다. 기계식 탄화로는 철판, 스 테인레스, 세라믹 단열재, 내화점토 등을 소재로 만들어졌으며 온도센서가 부착 된 자동 혹은 반자동화 시스템에 의하여 탄화가 진행된다. 통상적으로, 재래식 토요와 개량식 탄화로는 600~800℃에서, 이동식 탄화로는 400~600℃의 비교 적 낮은 온도에서 탄화가 진행되기 때문에 페놀성 화합물이나 해로운 유기산의 함량이 적고 이들의 중합생성물인 타르도 비교적 적으며, 이 방법들은 주로 죽초 액과 대나무숯 양자의 품질을 모두 고려하는 방법이다. 그러나 기계식 탄화로는 높은 강도의 숯을 얻기 위하여 1000~1200℃의 고온에서 탄화를 실시하는데 이 와 같은 조건에서는 나무의 주요성분인 cellulose, hemicellulose, lignin이 열분 해를 일으켜 CO, CO2의 및 carbonyl group과 carboxyl group을 갖는 상당량의 휘발성 물질 (응축성 증기)을 생성한다. 이러한 휘발성 물질은 비교적 작은 분자 의 중간생성물로서 불안정한 형태로 존재하며 일단 공기를 만나면 재결합되어 여러 고리를 갖는 타르를 형성하며 열분해성 lignin상 용액 (pyroligneous liquid), 즉 죽초액 (또는 목초액)에 부유하거나 침전된다. 일반적으로 죽초액의 수율은 가열온도와 가열비율에 의하여 좌우되므로 이에 따르는 죽초액의 특성과 화학적 조성도 서로 차이가 있을 것으로 생각된다.

한편, 식품가공에서는 예로부터 목초액 중의 훈취성분을 정제분리하여 훈연액 을 제조하여 햄이나 소시지의 제조에 스모크향을 첨가하는 식품첨가제로 이용하 여 왔다. 또한, 일본에서는 훈연액을 제조하기 위한 탄화소재로 떡갈나무, 졸참나 무, 산벚나무 등 활엽수를 많이 이용하고 유럽이나 아메리카 여러 나라들에서는 hickory (Carya spp.)를 많이 사용하고 있다(8). 국내에서는 참나무를 탄화하여 제조한 목초액을 이용하여 훈연액을 제조하여 햄이나 소시지 생산에 이용하고 있다. 유럽이나 일본에서도 훈연액을 어육햄, 프레스햄 등에 이용하고 있다(9).

훈연액은 훈취뿐만 아니라 항산화작용이 있어 일본에서는 튀김유에 첨가하여 튀 김유의 산패를 방지하고 있다(10).

최근에 죽초액을 소나 돼지에게 급여하면 육질이 부드러워 지고 지방과 콜레 스테롤의 축적이 적어져 이를 인간이 섭취하면 고혈압이나 동맥경화와 같은 성 인병의 예방에 도움이 된다고 하여 화제가 되고 있다(11). 뿐만 아니라 죽초액과 제조공정이 비슷한, 참나무를 탄화시키는 과정에서 발생한 목초액은 예로부터 한

방치료에서 아토피성피부병의 치료제로 이용하여 왔다(12). 최근의 연구에 의하 면 목초액은 간의 해독작용(13)과 간 기능회복 효과(14), 혈당 강하 효과(15), 숙취해소와 피로회복 효과(16), 항산화 효과(17)등이 있는 것으로 알려져 있다.

그리하여 국내에서는 목초액을 이용하여 SOD (superoxide dismutase) 활성을 증강시켜주는 기능성 음료를 개발하여 시판하고 있다(17). 거성바이오에서 다년 간 연구한 바에 의하면 이와 같은 목초액에는 200여종의 성분이 함유되어 있으 며, 주요성분으로 수분이 96.85%, acetic acid 3.04%, 미네랄 (칼슘, 칼륨, 마그 네슘, 나트륨 등)이 0.005%, 비타민 (비타민 B1, B2 등)이 0.015%, 기타 유기산 이 0.08% 함유되어 있다. 그리고, 목초액이나 죽초액의 성분은 탄화소재나 탄화 방법에 따라 다소 다르다(19). 뿐만 아니라 죽초액의 제조에는 재래식 토요와 기 계식 탄화로 및 간이식 이동탄화로 등에 의한 방법들이 있다.

그래서 본 연구자는 여과법, 흡착법, 증류법의 정제과정을 통하여 이화학적 특 성에 대한 조사와 유해물질을 감소나 제거할 수 있는지를 조사하고자 한다. 기계 식 및 재래식 방법으로 제조된 죽초액의 이화학적 특성에 대해서는 여러 연구자 에 의하여 연구가 되어 졌으나 정제과정을 통한 죽초액의 이화학적 특성에 대한 연구는 많이 진행이 되지 않았다. 김 등(20)은 상압증류와 활성탄, 규조토에 의 한 정제과정을 통한 죽초액의 이화학적 특성에 대하여 연구를 하였다. 김 등의 연구결과는 정제과정을 거치는 동안 타르 등 색도를 나타내는 물질이 대부분 제 거되어 투명도를 얻을 수 있었다는 결과를 보고하였다. 또한 죽초액의 효능에 대 해서도 여러 연구자(21-27)가 연구결과를 발표하였으나 죽초액의 유해물질에 대 해서는 연구가 진행되어 있지 않다. 하지만 그 연구가 미미하여 본 연구자는 남 부지역의 대표적인 죽종인 왕대를 이용하여 제조된 죽초액의 이화학적 특성을 분석하고, 여과법, 흡착법, 증류법으로 정제를 실시하여 정제 전후의 죽초액의 성 분을 비교 조사 하였다. 아울러 현재 죽력은 체계화된 방법에 의하여 제조되지 않고 있어 그 품질이 일정하지가 않다. 죽력의 제조중 품질에 가장 많은 영향을 미치는 요소는 탄화온도이다. 따라서 본 연구자는 전통적인 방법으로 제조되고 있는 죽력 제조 방법에 있어서 제조 중 온도의 변화와 제조된 죽력의 이화학적 특성을 분석하여 전통적인 죽력 제조 윈리를 규명하고 이를 바탕으로 온도조절 이 가능하며 품질이 일정한 죽력 제조 시스템을 확립하여 전기로를 이용한 죽력 제조 기계를 개발하고자 한다.

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ. . . . 문헌고찰문헌고찰문헌고찰문헌고찰 1.

1.

1.

1. 죽초액의 죽초액의 죽초액의 죽초액의 연구현황 연구현황 연구현황 연구현황 및 및 및 전망및 전망전망전망

가가가. 가. . . 대나무의 대나무의 대나무의 대나무의 분포 분포 분포 분포 및 및 및 생장특성및 생장특성생장특성생장특성

대나무는 한국을 비롯하여 중국, 일본 등 동남아시아 여러 나라에 분포하고 있 으며, 기타 남미, 호주, 남아프리카, 북미 및 유럽에도 일부 분포하고 있다. 전 세계에 분포하고 있는 죽종은 47속 1,250여종에 이르고 있다. 국가별 죽림 분포 면적에 대한 확실한 기록은 없으나 대부분이 동남아에 분포하고 있으며 중국 400만 ha, 인도 300만 ha, 미얀마 150만 ha, 대만 17만 ha, 일본 17만 ha이고 한국에는 약 5천 ha이다. 기타 남미 에쿠아도르, 콜롬비아, 아프리카에도 수 10 만 ha의 죽림이 있다(1).

한국에서의 대표적인 재배 죽종은 왕대, 솜대 및 맹종죽이며, 분포 면적은 약 5,360ha로 그 중 왕대가 2,996 ha, 솜대가 2,294 ha, 맹종죽이 70 ha를 차지하 고 있으며 기타 조죽, 이대 어평죽등도 일부 재배되고 있다. 지역별 분포현황은 전남 2,650 ha (49.4%), 경남 2,039 ha (38%)로서 전체죽림의 87.4%를 차지한 다(2).

대나무는 일반적으로 생장기간이 매우 짧아서 수 십일이면 다 자라며 그 후로 는 굵어지지 않고 단지 단단해 진다. 일반적으로 대나무는 지하경을 따라 순이 돋아나며 왕대는 5월 중순에서 6월 중순, 솜대는 4월 하순에서 5월 상순, 맹종 죽은 4월 상순에서 5월 상순사이에 죽순이 돋아 왕대는 20~40일, 솜대는 25~45일, 맹종죽은 30~50일만에 다 자란다. 대나무의 이러한 생장특성으로 성 죽은 적당히 간벌하여야 다음해에 좋은 죽순을 얻을 수 있고 따라서 건실하고 굵은 대나무를 얻을 수 있으며 그렇지 않을 때에는 대나무 밭이 활력을 잃어버 린다.

그러나 플라스틱 제품의 등장과 값싼 외국산 죽제품의 유입으로 국내산 대나 무는 활로를 잃었다. 다행이 최근에 대나무숯의 새로운 특성들이 많이 밝혀지면 서 기존의 연료로서의 이용 외에도 거주환경 개량, 농지 개량, 오수 정화, 전자파 차폐, 원적외선 방사, 침구류로의 이용 등 탄화재로의 새로운 용도가 개발되면서 대나무의 이용도가 증가되었다. 이로 인해 숯 생산시에 생성되는 부산물인 죽초 액의 생산량도 증가되고 있는데 이전에는 연기로 하여 공해의 원인으로 간주되

어 왔으나 최근에는 회수하여 농업자재, 훈제, 건강, 산업 등에 이용하고 있다.

한편, 대나무는 매년 벌채하더라도 매년 생장이 가능하며 재생산이 매우 빠른 환경 친화성 소재이기 때문에 숯 및 죽초액의 제조에 무한한 가능성을 부여해 준다.

나나나. 나. . . 죽초액 죽초액 죽초액 죽초액 및 및 및 및 그 그 그 성분그 성분성분성분

대나무를 밀폐된 공간(숯가마 또는 탄화로)에서 희박한 산소의 존재 하에 가열 하면 열분해하여 대나무숯이 얻어지고 동시에 흰 연기가 발생한다. 이것을 대나 무의 탄화현상이라고 하며 이때 발생하는 연기(가스와 여러 가지 성분을 함유한 수증기)를 냉각하면 흑갈색의 액체가 얻어진다. 이 액체를 방치하면 표면에 노란 색이 도는 기름이 뜨고 중간부분은 투명한 황갈색의 액체가 형성되며 바닥에는 검은 기름의 액체가 얻어진다. 중간부분의 투명한 황갈색의 액체가 바로 조죽초 액(미정제 죽초액)이다(28).

조죽초액은 목초액에 비해 산성성분을 많이 함유하고있어 산도가 높다. pH는 3.0 전후이고 산의 농도는 약 7%로 그 농도가 높아 백탄 목초액에 가깝다. 산의 주성분은 초산이며 죽초액의 ‘초액’이라고 하는 명칭도 이 초산에서 유래한 것이 다. 목초액에 비하여 타르성분이 적고 투명하며 냄새가 부드럽다. 타르성분이 많 으면 그만큼 유용한 성분의 비율이 적어진다.

죽초액을 특징짓는 성분들은 산류로서 유기물의 50%전후를 점하고 있을 때가 많다. 산중에서도 대부분이 초산이다. 그 밖에 프로피온산, 부칠산 등의 산이 들 어 있지만 어느 것이나 초산에 비할 수 없을 정도로 함량이 적다. 알코올류로는 메탄올(木精이라 하며, 사람이 마시는 알코올은 에틸알코올이고 메틸알코올은 많 이 마시면 생명을 잃을 수가 있고 정도가 약하면 실명하게 된다)이 대표적이지만 말토올, 시크로텐 등도 함유되어 들어 있다. 산류와 함께 죽초액을 특징짓는 성 분은 페놀류가 있다. 유칼리목초액은 유기물 중 페놀이 27%를 차지하고 있는데 이것은 함량이 높은 편이고 보통 페놀함량은 유기물함량의 10% 전후이거나 그 이하이다. 페놀, 크레졸, 키시레놀류 등의 페놀성분들이 들어 있는데 이들은 본래 목타르(Wood tar)에 속하는 성분들로 죽초액이 바닥에 가라앉아야 하나 일부는 죽초액에 용해되어 용해타르의 일부를 구성하고 있다. 그런데 대부분의 페놀류는

살충작용과 식물의 발아와 성장을 저해하는 작용 등 생물의 행동에 영향을 미치 는 성분들이 많기 때문에 죽초액을 사용할 때에는 용해타르가 적게 함유된 것이 좋다.

죽초액의 중성물질에는 아세톤이나 에스테르류, 락톤류가 들어 있다. 포름알데 하이드, 아세트알데하이드 등의 알데하이드류가 아주 소량 함유되어 있다. 알데 하이드류는 장기간 방치하면 페놀류와 중합반응을 일으켜 죽초액 용기의 바닥에 가라앉거나 현탁되어 죽초액의 품질을 저하시킨다. 이외에도 암모니아, 메틸아민 류 등 질소를 함유한 염기류들이 죽초액에 함유되어 있지만 이들의 함량은 극히 적어서 죽초액의 성질을 좌우하지 못한다.

죽초액 중의 유기화합물의 함량은 탄화재에 따라 다소 다르며, 설사 같은 원료 를 탄화시키더라도 탄화조건(탄화온도, 시간, 산소의 양 등)에 따라 변한다. 탄화 온도가 높아지면 죽초액 성분들이 열에 의해 2차 분해되어 메탄올 등의 저분자 나 치환기가 없어진 페놀 등의 함유율이 높아진다.

다다다. 다. . . 죽초액의 죽초액의 죽초액의 죽초액의 제조방법제조방법제조방법제조방법

일반적으로 나무의 주요한 성분은 물, cellulose, hemicellulose, lignin 및 mineral인데, cellulose, hemicellulose, lignin 등은 고분자 물질들이어서 가열하 면 불안정하여 열분해를 일으킨다. 그 중 hemicellulose는 열에 가장 불안정하여 탄화로 내부의 온도가 약 180℃에서 열분해를 시작하고 260℃에서 분해가 끝난 다. 이 분해는 두 가지 단계로 나뉘어 진행되며, 첫 단계는 중합체가 부분적으로 분해된 용해성 올리고머 단위로 분해되며, 둘째 단계에서는 올리고머의 단량체 단위로 전환된다. 이 단량체는 온도가 더욱 증가되면 휘발성 물질로 전환된다.

Hemicellulose의 열분해 물질은 가스성의 물질로 변화되기 쉬우며 용해성 타르 에는 주로 acetic acid, formic acid, 그리고 소량의 furfural 유도체가 함유되어 있다. Cellulose는 탄화로 내부의 온도가 약 240℃에서 분해하기 시작하여 역시 두 개 단계를 거쳐 분해가 완성된다. 처음 단계는 240~300℃ 사이로서 이 단계 에서는 주로 중합도나 분자량의 감소가 이루어지며 free radical의 생성, 수분의 제거 그리고 CO와 CO2의 방출을 시사하는 carbonyl group과 carboxyl group 이 형성된다. 두 번째 단계는 300℃의 온도에서 목탄과 타르 및 가스의 형성이

다. 타르의 주요성분은 laevoglucosan (38~50%)으로서 기화성을 지니며 온도가 더욱 상승하게 되면 분해된다. lignin은 탄화로 내부의 온도가 약 280~500℃에 서 분해되어 열분해성 lignin상 액체 (pyroligneous liquid)를 형성하는데 액상부 분과 타르부분으로 나뉜다. Lignin은 거대분자로서 구조가 복잡하기 때문에 그의 열분해 생성물은 특정한 주요 생성물은 없고 생성물이 다양하다. 액상 건류물은 주로 methanol, acetic acid, acetone과 물로 이루어져 있다. 타르 잔류물은 주 로 phenol, guaiacol, 2,6-dimethoxyphenol 등의 페놀성 화합물로 구성되어있 다(29).

대나무의 탄화방법에는 주로 축요제탄법, 간이제탄법, 기계식 제탄법 등 세 가 지가 있다(21). 축요제법은 산간 및 반산간 지역에서 지형지물을 이용하여 황토 와 돌 혹은 내화벽돌로 탄화로를 축조하고 숯을 굽고 동시에 부산물로 죽초액이 얻어진다. 축요제법에는 탄화온도가 400~600℃로 비교적 낮은 흑탄가마에서 제 조하는 방법과 가마내의 온도가 1000℃ 이상으로 상승하는 백탄가마에서 제조 하는 방법이 있다. 숯을 제조하는 목적으로 볼 때 백탄가마에서 제조된 백탄은 강도가 높고 적외선 방출 효과가 우수하고 연소가 오래되는 등 장점을 갖고 있 다(30).

간이제탄법은 교통이 불편한 산간지대에서 재래의 숯가마를 사용하지 않고 간 단하게 숯을 굽는 방법으로 화재를 피할 수 있는 안전한 지점에 드럼통이나 이 동식 탄화로(콘크리트 혹은 철판으로 제조)를 설치하고 숯을 굽는다. 간이제탄법 에 의한 탄화온도는 일반적으로 400~600℃로서 비교적 낮은 온도에서 탄화가 진행된다. 숯은 연질이어서 품질이 그다지 좋지 않고 수율도 낮다. 그러나 죽초 액의 타르성분이 적은 장점을 갖고 있다(6).

기계식 탄화로에 의한 제탄법은 공장에서 철판, 스테인레스 스틸, 가열버너, 온 도센서 등 주요 자재들을 이용하여 탄화로를 축조하고 최대한 인위적으로 탄화 로의 온도를 통제하면서 나중에 온도를 1000~1200℃로 도달되게 한다. 이 방법 은 탄화가 고온에서 이루어지기 때문에 대나무의 규소까지도 용융상태에 도달하 므로 대나무숯의 경도가 상당히 높다. 뿐만 아니라 이와 같은 고온에서는 열분해 산물들이 2차 분해를 일으켜 가스와 많은 타르성분들을 생성한다(6).

대나무의 주요성분인 cellulose, hemicellulose, lignin이 탄화로에서 열분해되

어 그 산물들이 수증기에 혼입되어 연기로 배출되며, 연기의 온도가 80~150℃

의 사이의 것을 냉각기를 통해 채취한다(31). 대나무를 탄화로에 넣고 불을 지피 면 1~2일 정도에 배연구의 연기 온도가 80~90℃ 정도에 도달한다. 이때 굴뚝위 약 30 cm 떨어진 위치의 상부에 냉각통을 설치하고 죽초액을 채취할 수 있다.

그러나 초기의 80℃ 이전의 액체에는 대나무의 열분해 과정에서 발생하는 수증 기가 냉각된 물이 대부분이며 150℃ 이상의 온도에서 채취한 액체에는 타르성분 이 많이 함유되어 있으므로 통상의 죽초액은 100℃ 전후의 연기를 채취한다. 탄 화가 끝날 때까지 채취를 계속하면 타르성분의 혼입량이 많아진다. 그리하여 최 근에는 배연 입구에 온도 감지기를 부착하여 채취 적기를 부자로 알려주거나 채 취 작업을 자동으로 억제할 수 있는 장치가 이용이 되고 있다.

일본 목초액협회에서는 채취시기의 연기 온도를 80~150℃로 엄격히 규제하고 있으며 백색의 연기에서 채취한 목초액을 ‘표준 목초액’으로 정하여 품질보증과 사용할 때의 문제 발생을 방지하고 있다. 국내에서도 이와 같은 목초액 품질규격 을 제정하여 사용하고 있으며(32, 33) 이것을 죽초액에도 적용할 수 있을 것이 다.

라라라. 라. . . 죽초액의 죽초액의 죽초액의 죽초액의 정제방법정제방법정제방법정제방법

죽초액은 물을 제외하고 2백여 종류의 성분들이 함유되어 있으며 각각 특유한 성질을 지니고 있다. 화학적으로 안정한 것도 있으나 유기화합물 중에는 불안정 한 것이 많아 산소나 빛, 열에 불안정하여 중합되거나 변색되어 다른 유도체들이 생성된다. 일반적으로 탄화 직후에 채취된 죽초액에는 타르성분이 함께 존재하므 로 이것들이 용기 바닥에 가라앉거나 혹은 기벽에 부착된다. 그리고 산소에 의하 여 중합된 일부 화합물들이 액체에 현탁물로 부유된다. 이것을 여과하면 호박색 의 투명한 죽초액을 얻을 수 있으나 오랫동안 방치하면 점차적으로 액체에 현탁 물이 나타나 부유하거나 용기벽에 다시 검은 색의 타르가 붙게 된다. 죽초액중 불안정한 성분들이 산화중합을 일으킨 결과이다. 많은 성분들이 공존하고 있는 죽초액은 서로간에 폭넓은 작용을 일으키므로 화학적으로 안정된 상태로 보존하 기 어렵다. 그러므로 사용하기 직전에 반드시 정제과정을 거쳐야 한다.

죽초액의 일반적인 정제방법에는 크게 정치법, 여과법, 증류법, 분배법 등 4종

류의 방법이 있다(34).

1) 정치침전법

가장 간단한 방법이며 실제로 가장 많이 쓰이는 방법이다. 죽초액을 내산성의 폴리에틸렌 용기 또는 법랑칠을 한 용기에 담아 정치하면서 저장한다. 조죽초액 은 정치하여 두면 그 속에 함유되어 있는 불안정 성분이 산화중합을 일으켜 침 전하거나 미립자 모양의 검은 오탁물질이 용기 내면에 부착된다. 정치 기간은 최 저 3개월, 가능하면 6개월에서 1년간 그대로 밀봉하여 두어 충분히 분리시킨다.

상층부의 경유성분(10~15%), 하층부분의 타르성분(20~30%)을 남기고, 중간층 의 투명한 액체를 타르성분이 섞이지 않게 분리하여 죽초액을 얻는다. 이렇게 정 제하였어도 혼탁물이 계속 발생하면 불안정한 성분이 잔류하고 있기 때문이므로 계속 정치하던지 아니면 다른 정제방법을 취해야 한다. 전통적인 방법으로서 목 초액을 안정, 분리시키는데 상당히 긴 시간을 소요(6~12개월)하므로 공업적인 대량생산은 어렵다.

2) 여과법

여과법은 조죽초액을 여과지나 필터를 사용해서 침전물이나 미립자상의 오염 물을 제거하는 방법으로서 역시 널리 쓰는 방법이다. 여과한 직후에는 투명한 죽 초액이 얻어 지지만 채취한 직후의 조죽초액을 여과할 경우 시간이 지나면 다시 혼탁현상이 일어나면서 용기 내벽이나 밑바닥에 타르성분들이 부착된다. 따라서 여과법에만 의존하여서는 철저히 정제된 죽초액을 얻을 수 없으므로 실제에서는 정치법과 병행하여 정제도를 높인다. 그러나 여과법은 죽초액중의 부유성분이나 미립자상의 이물질들에 의하여 여과지나 필터가 막히는 현상이 일어나기 쉬우며 계속 쌓이게 되면 여과 효율이 떨어진다.

여과법에는 활성탄, 숯가루, 실리카겔, 규조토 등을 여과기에 채우고 그 위로부 터 조죽초액을 흘려 여과하는 방법도 있다. 그리고 죽초액 속에 활성탄을 10~30% 정도 넣어 천천히 저어주고 하룻밤정도 방치하여 윗부분을 분리해 내 는 방법도 있다. 그러나 활성탄은 강한 흡착능력을 갖고 있으므로 죽초액의 유용 한 성분들까지 흡착할 수 있으므로 량을 너무 과다하게 넣지 않는 것이 좋다. 실

제에서는 흡착제로 활성탄이나 백탄을 이용하며 활성탄으로 적송목초액을 정제 하였을 때 메탄올, 초산, 총유기물함량 등이 효과적으로 걸러져 좋은 유기물 흡 착능력을 나타내고 있다(35).

3) 증류법

비등점의 차이에 따라 혼합물 중의 성분을 분리하여 정제하는 것이 증류법이 다. 증류법에는 상압증류법과 감압증류법이 있는데 상압증류법은 대기압하에서 증류하여 정제하는 것이고 감압증류는 감압펌프나 아스피레이터를 이용하여 증 류장치에 감압을 실시하여 증류하는 방법이다. 어느 것이나 조죽초액을 가열하면 서 증발해 나오는 화합물을 분리하는 방법으로 전용장치를 이용해 실시한다. 혼 합물 중 비등점이 큰 화합물들은 증류에 의하여 효과적으로 분리할 수 있으나 실제에 있어서 죽초액에는 수분이 80~90% 함유하고 있고 유기산 중에서 함량 이 가장 많은 초산의 비등점이 117.8℃ 이며 기타 유기물들은 함량이 극소량이 며 또 비등점 차이가 크지 않기 때문에 어떤 단일성분을 분리해내는 것은 불가 능하다.

실제에 있어서, 메탄올, 포름알데하이드 등과 같은 인체에 유해한 저비등점 화 합물은 60~80℃ 근처에서 유출되는 부분을 제거한다. 그리고 페놀, 크레졸 등 유해한 페놀성 화합물들은 대부분이 비등점이 물보다 훨씬 높으므로 증류 후기 의 높은 온도에서의 증류액도 버린다. 그리고 90~105℃사이의 증류액을 따로 채취하면 유해물질들이 제거된 비교적 안정한 죽초액을 얻을 수 있다. 이 방법은 온도만을 정확히 조절하면 되기 때문에 조작이 비교적 간단하고, 최근 전문 증류 장치가 시판되어 일반 죽초액 제조업자들이 흔히 사용하는 방법이다.

감압증류법은 상압일 때보다 저온으로 증류할 수 있어 열에 불안정한 물질의 분리나 정제에 적합하다. 감압하에서 증류온도를 조절하면서 원하는 물질을 상압 의 경우보다 비교적 정확하게 분리ㆍ정제할 수 있는 장점이 있다. 그러나 압력과 온도를 동시에 고려해야 하므로 높은 기술이 요구되며 특수성분의 분리ㆍ제거에 이용된다.

4) 분획법

화학시약을 이용하여 죽초액을 산성획분, 중성획분, 염기성 획분, 페놀성 획분 등으로 분획하여 죽초액에 함유되어 있는 성분들을 group으로 분획하는 방법이 다. 이 방법은 복잡하므로 특수한 목적 외에는 실시하지 않는다.

5) 기타 정제법

상기의 4가지 상용 정제법 외에도 여러 가지 정제방법들이 소개되어 있다.

조목초액을 산성조건하에서 dimethylether나 n-hexane 유기용제와 혼합하여 그 유기용제 phase를 pH 4.5~11.0의 수용액으로 세정하여 남은 유기용매상을 증류건고하는 이것에 의하여 조목초액에 함유되어 있는 생체유해물질인 form -aldehyde, methanol, 피부자극성의 강산성물질을 제거하는 동시에 고품질의 목 초액 원액을 얻을 수 있으며 더욱이 조목초액중의 훈제취로서의 guaiacol, phenol 등 자극성 tar 취를 중화할 수 있는 furfural을 생성하여 특이한 고 품질 의 죽초액을 제조할 수 있다. 그러나 위해성분인 formaldehyde와 methanol이 제거되는 동시에 수용성 유기산성분이 거의 모두 제거된다.

마마마. 마. . . 죽초액의 죽초액의 죽초액의 죽초액의 이용이용이용이용 1) 농업에서의 이용

죽초액은 여러 가지 성분을 함유하고 있으며, 작물에 대한 영양, 살균 살충 작용을 하며 토양환경을 정비하여 유용미생물들의 증식을 촉진하고 작물의 발근 이나 생장을 촉진한다. 작물의 생장촉진을 목적으로 할 경우 죽초액을 200~500 배로 희석하여 사용하고 있다. 벼 재배에서 죽초액을 10아르당 원액 5~6 L를 50~100배로 희석한 것을 물 공급중에 함께 섞어 흘러 들인다. 콩은 개화전까지 약 500배액, 착과 후는 300배액을 월 2~3회 살포하면 외과과 내용물이 좋아진 다. 옥수수는 300배액을 월 3회 살포하면 초장이 크게 억제되고 수량과 품질이 모두 향상된다. 그러나 농도가 너무 크면 오히려 생장이 억제되므로 작물에 따 라, 작물의 생육단계에 따라 적절한 사용농도를 택해야 한다.

옆채류인 시금치나 양배추, 배추에 500~1000배액으로 살포하면 경옆이 충실 해지고 품질이 좋아지고 병충해를 예방할 수 있으며 수확기간을 단축할 수 있다.

과채류에 대해서도, 토마토, 오이, 가지 등은 유모시에 500배액, 이 후에는 월 2~3회 300배액으로 살포하면 생장이 촉진된다. 청고병은 50배액을 한주 당 1~2 L 관수하면 병이 퇴치된다. 딸기는 평상시 200~300배액으로 살포하면 과 실의 향기가 강해지고 감미가 증가되고 당도도 상승한다. 감자, 당근, 무, 양파 등의 근채류의 밭에서는 토양개량에 숯가루가 많이 이용되는데, 이 때 숯 사용량 의 약 20%의 비율로 죽초액을 섞으면 그 효과를 한층 높일 수 있다. 사과, 복숭 아, 배 등에 300~1000배액으로 살포하면 과실의 품질이 좋아지고 병충해를 예 방할 수 있으며 병충해 퇴치를 위한 농약의 사용량을 줄이거나 농약을 사용하지 않을 수 있다.

퇴비를 만들 때 약 50~300배 정도로 희석한 죽초액을 섞으면 죽초액 성분이 미생물의 먹이가 되어 미생물의 증식을 한층 활발하게 하며 발효도 촉진된다. 뿐 만 아니라 암모니아 발산을 막고 악취를 중화 분해하는 작용도 한다.

2) 임업 및 잔디재배에서의 이용

임업묘포에서 묘목 세근의 생장을 촉진하고 병충해를 방지한다. 그 외에도 잔 디밭의 생육을 향상시켜 주고 신초의 발생을 촉진하고 잎의 생육을 촉진시켜 준 다.

3) 축산업에서의 이용

죽초액을 사료에 첨가하여 가축이나 가금에게 먹이면 식욕이 왕성해지고 생 육상태가 좋아진다. 돼지의 경우 육질이 부드러워지고 불필요한 지방의 축적을 방지할 수 있다는 연구보고도 있다(36). 그리고 가금의 산란율이 증가되고 계란 노른자 중의 비타민 함량이 증가되며 콜레스테롤 함량이 감소되는 등의 현상이 관찰되었다(37). 뿐만 아니라 가축이나 가금의 장내 유용미생물의 증식을 도와주 고 이상발효를 막아 분변에서 발생하는 악취도 감소된다(6)

4) 화장품소재로서의 이용

죽초액을 첨가한 피부 보호용품이 많이 시판되고 있다. 죽초액에 함유되어 있 는 초산 등 주요성분 외 알코올, 에스테르, 알데히드, 케톤 등 2백수십종의 천연

성분이 함유되어 있는 것이 밝혀졌다. 주성분인 초산은 피부표면의 각질층을 부 드럽게 하거나 수축작용을 하며 알코올 성분은 피부를 청결하고 살균소독 작용 을 한다. 알데히드 성분은 침투성이 뛰어나 시판 화장크림이나 핸드크림 등과 함 께 사용하여 영양성분이 피부 깊은 곳까지 보급하여 피부보호효과를 높인다. 또 죽초액에는 천연형의 폴리페놀이나 크레졸 등 살균작용을 하는 성분이 함유되어 있어 이들 성분이 피부증상의 개선에 관계한다. 때문에 죽초액은 예로부터 아토 피성 피부염의 약으로 널리 이용되어 왔다. 무좀치료에도 뛰어나 효과가 있다고 보고되어 있다.

천연물에서 유래되고, 안전성에 뛰어나고, 또한 항 염증 효과, 항 알레르기효 과가 현저하고, 실용적 가치가 높은 화장품원료를 제공하는 것을 목적으로 한 발 명으로서 죽초액 또는 목초액을 함유하고 있는 것을 특징으로 하고 있는 것들이 여러종 있다.

2.

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2. 죽력의 죽력의 죽력의 죽력의 연구현황 연구현황 연구현황 및 연구현황 및 및 및 전망전망전망전망

죽력은 대나무를 고온에서 가열하여 얻은 즙액으로 냄새가 감(甘), 한(寒), 무독 (無毒)하고 청열(淸熱), 윤조(潤燥), 화담(火痰), 양혈(養血), 보음(補陰)의 효능이 있어 열(熱), 담탁(痰濁), 음허(陰虛)등을 주 원인으로 하는 당뇨병 및 고혈압 치 료에 활용되는 약물의 하나이다. 죽력의 효능연구로는 혈당강하, 심혈관순환장애 개선, 혈압강하, 간기능 개선 그리고 해열작용 등에 관하여 보고되고 있고, 죽력 의 안전성 연구로는 독성실험, 물리․화학적 특성에 관하여 보고되고 있다. 죽력원 액에는 대나무 탄화과정에서 생긴 약 300종 이상의 여러 가지 물질이 혼입되어 유해성분 제거를 위하여 적절한 여과 및 증류조건에 따른 죽력의 정제과정이 필 요하다. 김(20)등은 적절한 여과 및 증류조건을 통하면 저온 및 고온으로 추출된 죽초원액에 포함된 여러 유해성분이 제거된 죽력을 확보할 수 있다고 하였으며 여과 및 증류조건에 따라 정제 죽력 A에서 F까지로 구분하고 있다. 그 가운데 정제 죽력 D는 물리․화학적 특성에서 원액에 함유된 tar, aldehydes, methanol, carbonyl compounds, phenolic compounds 등이 제거되어 있고 항당뇨 동물실 험에서도 혈당강하효과가 있다고 보고되고 있다(21-27).

Ⅲ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅲ. . . . 재료 재료 재료 재료 및 및 및 및 방법방법방법방법 가

가 가

가. . . . 실험 실험 실험 실험 재료재료재료재료 1) 1) 1) 1) 죽초액죽초액죽초액죽초액

죽초액은 시중에서 구입하여 죽초액 정제 실험을 실시하였다. 구입한 죽초액은 대나무를 기계식 탄화로를 이용하여 800℃에서 탄화 시 나오는 연기를 응축시킨 것이다.

2) 2) 2) 대나무2) 대나무대나무대나무

죽력의 제조 시에는 2003년 11월에 벌채한 생 왕대(Phyllostachys bambuoides sieb. et zucc.)를 길이가 20~25 cm 간격으로 절단한 후 절단된 대나무를 2~3 cm 간격으로 파쇄하여 전통적인 방법에 따른 죽력 제조와 자동온 도제어장치를 이용한 죽력 제조에 사용하였다.

3) 3) 3) 전통적인 3) 전통적인 전통적인 방법에 전통적인 방법에 방법에 방법에 의해 의해 의해 제조된 의해 제조된 제조된 제조된 죽력죽력죽력죽력

왕대를 길이 20~25cm 간격으로 절단하고, 이를 2~3cm 간격으로 파쇄하였다. 파 쇄 된 대나무를 위쪽에 위치할 항아리에 넣고(대나무 10 kg), 온도 측정을 위하 여 위쪽과 아래쪽 항아라 온도 센서를 주입하였다. 위쪽과 아래쪽 항아리를 맞춘 후 온도측정 장치를 작동하였다. 왕겨를 넣기 위하여 자체 제작한 철제 원통을 설치하였다. 이때 항아리는 철제원통의 중앙에 오도록 설치를 한다. 철제원통을 설치 한 후 왕겨(10 kg)를 주입 후 탄화하여 받아진 죽력을 실험의 재료로 사용 하였다.

4) 4) 4) 자동온도제어장치를 4) 자동온도제어장치를 자동온도제어장치를 이용하여 자동온도제어장치를 이용하여 이용하여 이용하여 제조된 제조된 제조된 죽력제조된 죽력죽력죽력

왕대를 길이 20~25cm 간격으로 절단하고, 이를 2~3cm 간격으로 파쇄하였다. 파 쇄 된 대나무를 위쪽에 위치할 항아리에 넣고(대나무 10 kg), 온도 측정을 위하 여 항아라 상하좌우에 온도 센서를 주입한다. 위쪽에 위치할 항아리에 제작한 가 열 장치를 설치하였다. 항아리를 자동온도제어가 가능한 죽력 제조 장치에 주입 하였다. 가열장치와 온도 컨트롤러를 연결하였다. 모든 장착이 완료된 후 온도 콘트롤러를 이용하여 온도를 제어 하여 죽력을 제조하여 실험의 재료로 사용하

였다.

나나

나나. . . 실험방법. 실험방법실험방법실험방법

1) 1) 1) 1) 여과법을 여과법을 여과법을 여과법을 이용한 이용한 이용한 죽초액의 이용한 죽초액의 죽초액의 죽초액의 정제정제정제정제

Filter paper (Whatman No. 1~4, Whatman International Ltd., Maidstone, England) Nylon Membrane filter 0.45 ㎛ (Whatman International Ltd., Maidstone, England)를 이용하여 흡인여과 하였다. 사용된 여과지의 pore size 는 Whatman No. 1 (이하 No. 1으로 표시)이 11 ㎛, Whatman No. 2 (이하 No. 2로 표시)가 8 ㎛, Whatman No. 3 (이하 No. 3으로 표시)가 6 ㎛, 그리고 Whatman No. 4 (이하 No. 4로 표시)는 25 ㎛였으며 Membrane filter의 Pore size는 0.45 ㎛인 것을 사용하였다. 죽초액 50 ml를 위의 여과지 별로 각각 여 과하여 정제 죽초액의 물리적ㆍ화학적 특성을 조사하였다.

2) 2) 2) 2) 흡착법을 흡착법을 이용한 흡착법을 흡착법을 이용한 이용한 이용한 죽초액의 죽초액의 죽초액의 정제죽초액의 정제정제정제

흡착제로 활성탄 (200~250 mesh, 대정, 경기도, 한국), celite (545, 대정, 경기 도, 한국), Amberlite XAD-4 (Sigma, St. Louis, USA)를 사용한 흡착법을 이용 하여 실시하였다. 죽초액 100 ml에 흡착제를 각각 5 g과 10 g 넣은 후 24시간 동안 실온에 방치한 후 Nylon Membrane filter 0.45 ㎛ (Whatman International Ltd., Maidstone, England)로 여과한 후 정제 죽초액의 물리적ㆍ 화학적 특성 조사하였다.

3) 3) 3) 3) 증류법을 증류법을 증류법을 증류법을 이용한 이용한 이용한 죽초액의 이용한 죽초액의 죽초액의 죽초액의 정제정제정제정제

증류법을 이용한 죽초액의 정제는 상압 증류법과 감압 증류법 (VV2011, Heidolph, Germany)을 이용하였다. 상압증류법의 경우 250 ml의 죽초액을 온 도 조절이 가능한 가열장치를 이용하여 증류를 하였다. 상압 가열시 80℃까지 증류된 액은 제거하고 80~105℃사이의 온도에서 2시간 동안 증류하였다. 그리 고 감압증류는 감압증류장치 (VV2011, Heidolph, Germany)를 이용하여 70 cmHg, 50℃에서 20분간 증류하였다. 증류된 죽초액들을 정제 죽초액의 물리적 ㆍ화학적 특성 조사에 이용하였다.

4)4)4)4) 정제 정제 죽초액과 정제 정제 죽초액과 죽초액과 죽력의 죽초액과 죽력의 죽력의 물리적 죽력의 물리적 물리적 특성분석물리적 특성분석특성분석특성분석

가가가) 가) ) ) 색도색도색도색도

색도는 색차계 (CM-3500d, MINOLTA Co., Ltd., Japan)를 사용하여 L* (명 도), a* (적색도), b* (황색도)값을 측정하였다. (이때 zero calibration은 CM-A124 box, White calibration은 CM-A120 box를 이용하였다)

나나나) 나) ) ) 투과도투과도투과도투과도

UV-VIS Spectrophotometer (UV-1201, SHIMADZU Co., Ltd., Japan)를 이 용하여 690 nm에서 투과도를 측정하였다.

다다다) 다) ) ) 굴절율굴절율굴절율굴절율

Digital refractometer (1T, ATAGO, Japan)를 이용하여 측정하였다.

5)5)5)5) 정제 정제 정제 정제 죽초액과 죽초액과 죽초액과 죽초액과 죽력의 죽력의 죽력의 죽력의 화학적 화학적 화학적 특성분석화학적 특성분석특성분석특성분석

가가가) 가) ) ) pHpHpHpH

pH meter (VWR 8000, ORION RESERCH INC., USA)를 이용하여 죽초액과 죽력의 pH를 측정하였다.

나나나) 나) ) ) 용해 용해 용해 타르 용해 타르 타르 함유율타르 함유율함유율함유율

죽초액과 죽력을 50 ml 증발접시에 넣고 105℃의 dry oven에서 1시간동안 가 열하고 건고(乾固)시켜 얻은 잔류물를 분석천평으로 달고 즉초액과 죽력에 대한 중량백분율로 구하였다(33).

다다다) 다) ) ) 총 총 총 페놀성 총 페놀성 페놀성 페놀성 함량 함량 함량 함량 측정측정측정측정

총 페놀성 함량 측정은 Folin-Denis Method (38)를 이용하여 측정 하였다. 즉, 죽초액과 죽력을 100배 희석하여 희석 죽초액과 죽력을 test tube에 0.5 ml넣고 10% Folin 시약을 2.5 ml 가한 후 혼합한 후 7.5% Na2CO3을 2 ml가하여 혼합 한 다음 이를 실온에 30분간 방치후 UV-VIS Spectrophotometer (UV-1201, SHIMADZU Co., Ltd., Japan)를 이용하여 750 nm에서 흡광도를 측정하였다.

표준품으로 탄닌을 사용하여 검량선을 작성하였다. 측정한 결과는 검량선을 이용 하여 산출하였다.

6) 6) 6) 6) 정제 정제 죽초액과 정제 정제 죽초액과 죽초액과 죽초액과 죽력의 죽력의 죽력의 죽력의 유해물질 유해물질 유해물질 유해물질 분석분석분석분석

가가가) 가) ) ) 시안화합물 시안화합물 시안화합물 함량시안화합물 함량함량함량

죽초액과 죽력의 시안화합물 함량 측정은 이 등(39)의 방법으로 측정하였다. 즉 죽초액과 죽력을 100배 희석하여 희석 죽초액과 죽력을 test tube에 5 ml을 넣 고 초산:증류수 (1:8, v/v) 1 ml와 인산염 완충용액 1 ml, 클로라민-T 용액을 2

㎕와 피리딘-피라졸론 용액 5 ml를 첨가하고 이를 실온에 30분간 방치후 UV-VIS Spectrophotometer (UV-1201, SHIMADZU Co., Ltd., Japan)를 이용 하여 620 nm에서 흡광도를 측정하였다. 시안표준용액을 사용하여 검량선을 작 성하였다. 측정한 결과는 검량선을 이용하여 산출하였다. 검량선 방정식은 Y=1.6867X- 0.0038이고, 상관계수는 0.9999이였다.

나나나) 나) ) ) 벤조피렌 벤조피렌 벤조피렌 함량 벤조피렌 함량 함량 함량 측정측정측정측정

시험용액의 전처리: 죽초액을 잘 섞은 후 200 g을 정밀히 달아 이소옥탄 100 ml를 사용하여 1,000 ml 분액여두에 옮겨주고 이에 5.6% 수산화칼륨용액 450 ml를 가하여 잘 섞은 다음 층이 분리되도록 정치하였다. 이소옥탄층을 취한 다 음 다시 아래의 물층을 이소옥탄 100 ml씩으로 2회 반복 추출하고 이소옥탄층 을 앞의 이소옥탄층에 합한 다음 다시 이소옥탄층을 5.6% 수산화칼륨용액 50 ml씩으로 2회 수세하고 물 50 ml씩으로 2회, 50% 인산용액 50 ml씩으로 3회 및 물 100 ml씩으로 3회를 각각 수세한다.

시험조작 : 전처리하여 얻은 이소옥탄액을 미리 이소옥탄으로 평행화시켜 놓은 플로리실(60~100 mesh, U.S Silica company, USA): 무수황산 나트륨(6:5, g/g)을 함유하는 column(230×38 mm ID, 하층은 플로리실, 상층은 무수황산나 트륨)을 통과시켰다. 또한 분액여두를 벤젠 50 ml로 2회 수세하여 이액을 column에 통과시켜 용출시키고 용출된 액을 모아 두었다. 추가로 벤젠 75 ml를 사용하여 column에 잔류된 용출물을 용출시켜 얻은 용출액을 앞의 용출액과 합 하였다. 합쳐진 용출액으로부터 용매를 제거시키기 위해 질소 가스 하의 수욕 상

에서 약 5 ml가 될 때까지 농축시킨 다음 벤젠을 사용하여 세척하여 50 ml의 유리마개가 달린 삼각플라스크에 옮겨 질소가스 하의 수욕 상에서 주의하면서 0.2∼0.3 ml가 될 때까지 농축시켰다. 이어서 잔류물을 125 ml 비이커에 뜨거운 메틸알콜 5∼10 ml씩으로 4회 씻어주면서 옮겨둔 다음 감압하에서 50 ml 플라 스크에 여과하였다. 여액을 40℃ 에서 회전농축기로 3∼5 ml가 되도록 농축시킨 다음 이소옥탄 1 ml 씩으로 3회 씻어주면서 15 ml 시험관에 옮겨 질소 가스 하 에서 증발건고시킨 다음 잔류물을 아세토니트릴 : 메틸알콜 : 물 (2:2:1, v/v/v) 의 혼합 용액 0.25 ml로 녹인 액을 시험용액으로 하였다. 따로, 벤조피렌 표준품 일정량을 취하여 1 ml당 0.5∼4.0 ㎍ 사이의 벤조피렌을 함유하도록 물로 희석 한 액을 표준용액으로 하였다. 시험용액 및 표준용액 각각 20 μl씩을 다음의 조 작조건으로 액체크로마토그라프에 주입하였고 이때의 조작 조건은 아래와 같다.

다음 식에 따라 벤조피렌의 양을 구할 때, 그 양은 0.002 ppm 이하이어야 한다.

벤조피렌의 양 (ppm)＝ 표준용액의 농도 (μg/ml) × Au희석배수 As×Wu Au: 시험용액의 피크면적

As : 표준용액의 피크면적 Wu : 검체의 채취량(g)

벤조피렌 함량은 HPLC를 이용하여 분석 하였다. 이때 column은 μBondapack C18, ODS, 25.0 × 0.46 cm, 5㎛를 사용 하였고, detecter는 UV (UV-975, JASCO, Tokyo, JAPAN)을 사용하여 289 nm에서 검출하였다. 농도구배를 주어 검출을 하였는데 이동상 A액은 water를 B액은 Methanol : Acetonitrile (1:1, v/v)을 사용하여 A액 : B액 (20 : 80 → 0 : 100)으로 직선농도구배를 20분간 행한 후 B액 100%에서 20분간 유지시켰다. 이동상은 pump (PU-980 Intelligent pump, JASCO, Tokyo, JAPAN) 유속 1.0 ml/min으로 통과시켰다.

7) 7) 7) 7) 자동온도제어장치를 자동온도제어장치를 이용한 자동온도제어장치를 자동온도제어장치를 이용한 이용한 이용한 죽력 죽력 죽력 죽력 제조시스템의 제조시스템의 제조시스템의 제조시스템의 확립 확립 확립 확립

가가가) 가) ) ) 전통적인 전통적인 전통적인 죽력 전통적인 죽력 죽력 죽력 제조에 제조에 제조에 제조에 따른 따른 따른 항아리 따른 항아리 항아리 항아리 내부의 내부의 내부의 온도 내부의 온도 온도 온도 측정 측정 측정 측정

자동온도제어가 가능한 죽력 제조 장치를 개발하기 위하여 죽력 제조 장치에 있어서 대나무를 포함하고 있는 항아리 내부에 온도측정 장치(OPUS 10, Lufft,

Fellbach, Germany)를 항아리의 상하좌우에 설치하여 72시간 또는 48시간 동 안 죽력제조과정 동안의 온도를 측정하였다.

나나나) 나) ) ) 자동온도제어가 자동온도제어가 자동온도제어가 가능한 자동온도제어가 가능한 가능한 가능한 죽력 죽력 죽력 죽력 제조 제조 제조 제조 장치장치장치장치

전통적인 죽력 제조 장치의 항아리에서 온도측정 장치에 의해 측정된 온도변화 를 토대로 제조방법을 체계화하고 죽력 제조 온도를 자유자재로 조절할 수 있는 가열 장치를 개발하고자 하였다. 장치의 구성은 다음과 같았다. 장치의 외부크기 는 지름 450 mm × 높이 900 mm이고 재질은 스테인레스스틸로 되어있다. 가 열 장치의 가열 용량은 5 kW, 공급 전압은 220 V로 크기는 지름 430 mm × 높이450mm 두께 1.5 mm의 스테인레스스틸 재질로 되어있다. 내부 재질은 옹 기 재질 항아리로 크기는 지름 400 mm × 높이 800 mm이며, 이는 죽력을 회 수하는 용기까지 포함된 것이다. 대나무를 넣는 항아리의 크기는 지름 400 mm

× 높이 450 mm로 대나무를 10 kg까지 넣을 수 있다. 온도 콘트롤러는 Microprocess controller로 10단계까지 단계적으로 최저 5℃ 간격으로 온도를 변화시킬 수 있으며 최대 가열 온도는 400℃이다.

8) 8) 8) 통계분석8) 통계분석통계분석통계분석

실험결과에 대한 통계분석은 SPSS program을 이용하여 분산분석을 실시하여 유의차가 인정되는 항목을 던컨의 다중 범위 시험 비교법(Duncan`s multiple range test)으로 5% 수준에서 각 처리구별로 유의성을 검정하였다(40).