KR100627618B1

KR100627618B1 - 곡류 또는 씨앗을 이용한 기능성 물질 추출방법

Info

Publication number: KR100627618B1
Application number: KR1020040106733A
Authority: KR
Inventors: 전병수
Original assignee: 최성애
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-09-25
Also published as: KR20060018204A

Abstract

본 발명은 천연 향기 성분을 함유하고 있는 생과, 식물 또는 그 가공물이나 부산물에 함유되어 있는 기능성 물질을 추출하는 방법으로서, 특히 상기 생과, 식물 또는 그 가공물이나 부산물 중에 선택되는 어느 하나 이상을 원재료로 하고, 상기 원 재료에 곡류, 씨앗류 또는 그 부산물 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 부 재료로 첨가하여 혼합하는 단계와, 상기 혼합물에서 고 순도의 기능성 물질을 추출하는 단계로 이루어지는 기능성 물질의 추출방법에 관한 것이다.

본 발명은 원 재료에 적절한 부 재료를 혼합하여 추출하는 방식을 채택함에 따라 보다 높은 순도의 천연 향기 성분을 보다 높은 수율로 확보할 수 있다는 이점이 있다.

생과, 식물, 곡류, 곡류가공 부산물, 초임계 이산화탄소, 기능성 물질

Description

곡류 또는 씨앗을 이용한 기능성 물질 추출방법{EXTRACTION PROCESS OF FUNCTIONAL MATERIALS USING GRAINS AND SEEDS}

도 1은 본 발명에 따른 기능성 물질을 추출하기 위한 장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 기능성 물질의 추출 단계도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

110 : 추출용매 120 : 보조용매

200 : 추출탑 210 : 원 재료

220 : 부 재료 300 : 분리기

310 : 기능성 물질 320 : 분리 후 보조용매

510 : 재료 준비 단계 520 : 재료 혼합 단계

530 : 기능성 물질 추출 단계

본 발명은 기능성 물질을 추출하기 위한 방법으로서, 더욱 상세하게는 등겨와 같은 곡류 등을 첨가 혼합하여 생과, 식물 등에 함유되어 있는 천연 향기 성분과 같은 기능성 물질을 특히 초임계 또는 아임계 유체를 이용하여 추출하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 기능성 물질은 생과나 과실의 부산물 등에서 얻을 수 있는, 색소, 향기성분, 정유 성분(essential oil) 등 이며, 이와 같은 기능성 물질은 다시 2차 가공되어 화장품, 방향제 등과 같은 다양한 생산품으로 개발되고 있다.

특히, 생과 중 유자는 과피에 독특한 천연향과 정유(essential oil)가 풍부하고, 과육에는 아미노산, 유리당, 유기산 등이 풍부할 뿐 아니라, 씨앗에는 식물성 오일이 다량 존재하여 다양한 제품 및 산업에 이용이 가능하다고 알려져 있다.

그러나 유자는 활용 가능한 성분에 대한 인지도의 저하와 그 이용범위의 제한성으로 인하여 식품소재로서의 사용이 활발하지 못한데, 특히 유자의 신속한 산화속도는 유자 착즙과 같은 유자 가공물의 제품화를 방해하는 요인으로 작용하고 있다.

따라서, 이러한 유자의 가공물을 만들기 위해 유자 또는 유자 부산물에서 기능성 물질을 효과적으로 추출하기 위한 여러 방법들이 제안되고 있다. 제안되고 있는 추출법으로는 열수 추출, 증류, 압착, 용매추출 등이 있으나, 이들은 공정이 복잡하며, 생산 과정에 드는 소요 시간이 길며, 추출된 용매의 순도가 낮아 실제 제품으로 생산하기에는 다소 문제점이 있었다.

상기 방법 외에도 유기용매추출법, 중성염추출법등이 있는데, 이중 유기용매 추출법을 이용하여 기능성 물질을 추출할 경우, 불순물의 혼입이 많고 유해물질인 용매의 회수가 불가능함에 따라 추출물의 품질에 대한 문제점이 있으며, 또한 몇 단계의 공정을 거치므로 공정이 복잡하여 이 과정에서 유용한 성분도 유실될 수 있 는 문제점이 있었다.

더욱이, 상기의 추출법들은 화학약품에 의한 이물질의 혼입도 있을 수 있어 기능성 추출물의 순도가 낮아지는 단점이 있었다.

상기와 같은 단점을 해결하기 위해 본 출원인은 특허출원 제2002-0001497호에서 보조 용매의 비율과 반응기의 온도 및 압력의 최적 설정으로 유자 및 그 부산물로부터 색소, 향기성분, 정유성분 등의 기능성 물질을 높은 수율로 추출할 수 있는 '초임계 또는 아임계 유체를 이용하여 유자로부터 기능성 물질 추출 및 산화성물질을 제거하기 위한 방법'을 제안한 바 있다.

이 방법은 초임계 또는 아임계 추출법이라 불리는 추출방법을 사용하는데, 초임계 추출법이란 임계점 이상의 상태에 있는 초임계 유체를 용매로 사용하여 물질을 분리하는 기술로서, 임계점 이상의 영역에서 초임계 유체의 물리적 특성에 의해 혼합 성분 중 의도하는 특정물질을 선택적으로 추출할 수 있게 해준다. 이러한 특성으로 인해 초임계 추출법은 화학, 의약품, 생화학 분야 등에서 널리 이용되어지고 있다.

그러나, 본 출원인이 제안한 '초임계 또는 아임계 유체를 이용하여 유자로부터 기능성물질 추출 및 산화성물질 제거하기 위한 방법'은, 유자의 기능성 물질을 고 순도로 용이하게 추출할 수 있다는 장점이 있으나, 유자와 같은 생과가 가지는 강한 휘발성의 특성에 따라 추출된 고 순도의 물질을 신속하게 처리해야 하는 시간적인 제약라는 단점을 보완할 필요성이 있었다.

이러한 단점은 비단 유자 뿐 아니라 천연 향기 성분을 함유하고 있는 다른 생과, 식물 등에도 동일하게 적용될 수 있는 문제점이라 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 생과 또는 식물이 함유하고 있는 천연 향기 성분과 같은 기능성 물질을 보다 고 순도일 뿐 아니라 보다 높은 수율로 추출할 수 있는 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 추출된 기능성 물질의 휘발적 특징을 극복 할 수 있는 기능성 물질의 추출 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 생과, 식물 또는 그 가공물이나 부산물에 함유되어 있는 기능성 물질을 추출하는 방법으로서, 상기 생과, 식물 또는 그 가공물이나 부산물 중에 선택되는 어느 하나 이상을 원재료로 하고, 상기 원 재료에 곡류, 씨앗류 또는 그 부산물 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 부 재료로 첨가하여 혼합하는 단계와, 상기 혼합물에서 고 순도의 기능성 물질을 추출하는 단계로 이루어져 원 재료 및 부 재료에 함유되어 있는 기능성 물질을 추출하는 방법을 제공한다.

상기 추출단계는 추출용매로 초임계 또는 아임계 유체인 이산화탄소를 60 - 99중량％로 하고, 보조용매로 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 노르말헥산, 물 중에 선택되는 어느 하나를 1 - 40 중량％로하여, 온도 및 압력 각각이 10℃ - 100℃ 및 40bar - 500bar 범위내에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 혼합 단계에서 부가되는 부 재료는 특히 등겨, 등겨 부산물, 씨앗류 중 에서 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 각 재료는 1 - 99 중량％ 범위내에서 서로 상대적인 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조 하여 본 발명을 상세하게 설명 한다.

도 1은 일반적인 추출용매와 보조용매를 이용하는 초임계추출방법의 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 유자의 기능성 물질을 추출하는 단계도이다.

본 발명에 따라 생과 또는 식물, 그 가공물이나 부산물의 가공물에서 천연 향기 성분과 같은 기능성 물질을 추출하는 방법은, 기본적으로 재료 준비 단계(510)와, 재료 혼합 단계(520)와, 기능성 물질의 추출 단계(530)를 포함하여 이루어진다.

상기 재료 준비 단계(510)는 추출하고자 하는 천연 향기 성분과 같은 기능성 물질을 함유하고 있는 재료를 준비하는 단계로서, 상기 재료에는 원 재료와 부 재료를 포함하는 개념이다.

먼저, 여러 다양한 생과 또는 식물 중에서 선택되는 어느 하나를 원 재료(210)로 하고, 여러 다양한 곡류 또는 씨앗류 중에서 선택되는 어느 하나를 부 재료(220)로 하여 선택된 각 재료들을 깨끗이 손질다음 일정 크기로 썰어 준비한다.

한편, 상기 원 재료(210)에는 생과, 식물 자체에 한정되는 것이 아니라 그 가공물이나 부산물이 포함될 뿐 아니라 원 재료의 상태가 분말 형태 또는 액상의 경우를 포함함은 물론이다.

상기 부 재료(220)에는 곡류 및 씨앗 뿐 아니라 그 가공물 또는 부산물도 포 함되는데, 본 발명에 따른 부 재료는 쌀(현미), 쌀겨, 등겨, 등겨 부산물, 과일의 씨앗 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

부 재료(220)에서 추출되는 물질은 후술할 기능성 물질 추출 단계(530)의 원 재료(210) 추출물에 혼합되어 기능성 추출물(310)에서 포집제, 흡착제 등의 역할을 담당한다.

즉, 원 재료(210)만으로부터 기능성 물질을 추출하는 경우에는 추출된 기능성 물질의 원 재료(210) 특성상 강한 휘발성으로 인해 시간의 경과에 따라 수득률(수율)이 현저히 떨어지기 때문에 상기 부 재료(220)는 이러한 기능성 물질이 휘발되지 않도록 하는 기능을 담당하게 되는 것이다.

만일, 부 재료로서 곡류 또는 곡류 부산물을 사용하는 경우에는 부 재료에서 추출된 미강유(쌀겨 기름)등 으로부터 고도불포화지방산(HUFA), 비타민 B1, 토코페롤, Sterol, 단백질, 미네랄, 섬유소, a-토코페롤, r-오리자놀과, 필수 아미노산 등과 같은 고 기능성 물질이 추출되어 원 재료(210)와 혼합되면 보다 효율이 높은 기능성 물질(310)의 생산이 가능하다.

상기 혼합 단계(520)는 준비된 원 재료(210)와 부가 재료(220)를 일정 비율로 고루 혼합하는 단계로서, 원 재료 및 부 재료가 혼합된 전체 양이 100 중량％라면 원 재료 및 부 재료 각각이 50중량％, 70중량％ 및 30중량％, 30중량％ 및 70중량％와 같이 1 - 99중량％ 범위내에서 서로 상대적인 혼합 비율로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 추출 단계(530)에서는 혼합된 재료(210, 220)로부터 기능성 물질(310) 이 추출되는 단계로서, 기능성 물질을 추출함에 있어 본 발명은 일반적인 가열과 농축을 이용하는 유기용매추출법, 열수 추출법, 중성염추출법 등을 배제하지 않으나, 보다 고 순도의 추출물을 얻기 위해서는 초임계 추출법을 이용하는 것이 바람직하다.

특히, 높은 용해도와 높은 추출 효율을 얻기 위해서는, 추출용매(110) 및 보조용매(120)와 재료(210, 220)가 혼합되어 추출되는 추출탑(200)과, 상기 추출탑(200)에서 추출된 추출물과 용매의 혼합물에 압력을 급감하여 기능성 물질(310)을 분리하는 분리기(300)로 이루어지는 초임계 추출법을 사용 하는 것이 바람직하다.

이 경우 초임계 또는 아임계 유체인 이산화탄소를 추출용매(110)로 하고, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 노르말헥산, 물 중에 선택되는 어느 하나를 보조용매(120)로 하는 것이 더욱 바람직한데, 본 발명은 상기에서 보조용매를 복수로 혼합하여 사용할 수 있는 경우를 배제하지 않음은 물론이다.

초임계 또는 아임계 이산화탄소는 비극성의 특징이 있으므로 원 재료 및 부 재료 각각에 함유되어 있는 비극성 계열의 천연 향기 성분 등과 같은 기능성 물질을 추출하고, 추출된 각 물질을 단일상으로 혼합시켜 휘발성이 강한 천연 향기 성분 또는 정유 성분을 포함하는 기능성 물질이 안정한 상태로 유지될 수 있게 해준다.

한편, 보조용매로서 특히 에탄올은 극성 또는 비극성의 특징을 가지는 물질로서 원 재료 및 부 재료 각각에 함유되어 있는 극성 계열의 기능성 물질을 추출하여 초임계 또는 아임계 이산화탄소에 의해 추출된 비극성 계열의 물질과 혼합될 수 있도록 작용하게 된다.

또한, 추출용매와 보조용매를 사용하는 경우 상기 추출용매 및 보조용매의 중량 비율은 특별히 한정되는 것은 아니라 추출용매 및 보조용매 각각의 중량은 60 - 99중량％ 및 1 - 40 중량％ 범위내에서 이루어지는 것이 바람직하다

상기의 초임계 추출법에 따른 기능성 물질의 추출 방법으로 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 생과, 식물 등에서 선택되는 어느 하나를 원 재료(210)로 하고 곡류, 씨앗 등에서 선택되는 어느 하나를 부 재료(220)로 준비하여 추출탑(200)에 서로 혼합하여 넣고, 추출용매(110)로 이산화탄소를, 보조용매(120)로 에탄올을 추가 혼입한 후 가열 및 가압한다.

상기 추출탑(200)에서의 가열 및 가압 범위는 사용되는 원 재료 및 부 재료, 그리고 추출용매 및 보조용매에 따라 변경될 수 있으나 온도 및 압력 각각이 10℃ - 100℃ 및 40bar - 500bar 범위내에서 이루어지는 것이 바람직하다.

적절한 범위내에서 가열 및 가압이 이루어지면 상기 추출탑(200)으로부터 분리기(300)로 기능성 물질과 용매의 혼합물질이 추출된다. 한편, 추출탑(200) 내에서 가압 상태로 있다가 상기 분리기(300)로의 추출이 일어나면 압력의 급감으로 인해 초임계 또는 아임계 이산화탄소의 용해력이 소실되면서 휘발성 물질과 기능성 물질(310)이 혼합되어 있는 추출물질 중에서 기능성 물질은 도면 부호 310으로, 그리고 사용 용매는 도면 부호 320으로 분리됨에 따라 본 발명에 따른 천연 향기 성분과 같은 기능성 물질을 얻을 수 있게 되는 것이다.

이 과정에서 부 재료로 사용되는 곡류 등은 추출탑(200)에서 정제되어 화학 적으로 안정하고 포집능력이 뛰어난 미강유(살겨기름 또는 등겨기름) 등으로 생성되며, 원 재료로 사용된 생과, 식물 등에서 추출된 기능성 물질(310)의 손실을 막는 포집제 또는 흡착제의 역할을 담당하게 된다.

다음의 각 실시예는 유자 및 로즈마리에 함유된 기능성 물질을 일정한 조건 하에서 추출한 결과를 보여준다.

실시예 1

주 원료: 건조 유자 과피

부 재료: 미강

추출 용매: 초임계 이산화탄소

추출 조건: 온도 40^oC, 압력 250 bar

분석 장비: GC/MS (HP 6890)

분석 조건: Column: BP-20 column(capillary 50m x 0.32mm i.d. x 0.025mm, model no: DGE 05443)

Injector temperature: 250^oC.

Oven temperature: 220^oC

Carrier gas: Helium

도표 1

도표 2

도표 3

이 실시예는 과일 중에서 유자를 주 재료로 사용한 경우로서, 도표 1은 농도 0.01％의 유자 표준 용액의 성분을 분석한 결과를 보여주며, 도표 2 및 3 각각은 유자 과피만을 사용한 경우와 유자와 미강을 혼합하여 사용한 경우(도표 3에는 미강만을 사용한 경우도 실선으로 도시되어 있다)에 본 발명에 따른 추출 방법으로 기능성 물질을 추출한 다음 성분을 분석한 결과를 보여주고 있는데, 각 도표에서 가로 및 세로는 유자에 함유되어 있는 각 향기 성분에 대한 농도 및 각 성분의 추출에 소요되는 시간이다.

도표 1에서 확인할 수 있는 것과 같이 유자에는 limonene, gamma terpiene, linalool, 1-terpien-4-ol, alpha-terpineol의 특유의 향기 성분이 함유되어 있음을 알 수 있는데, 도표 2와 같이 부 재료 없이 주 재료인 유자만을 사용하여 본 발명에 따른 추출방법으로 수행한 경우에도 유자가 함유하고 있는 향기 성분을 추출할 수 있음을 보여준다.

한편, 도표 3에 의하면 부 재료로 미강을 혼합한 경우에는 부 재료 없이 추출한 경우보다 유자에 함유되어 있는 향기 성분이 더욱 확실하게 추출됨을 알 수 있으며, 이러한 결과는 부 재료로 사용된 미강이 유자의 향기 성분을 포집하는 포집체로서 기능했기 때문이다.

(각 도표의 향기 성분에 기재된 숫자는 각 향기 성분을 추출할 수 있는 정확한 분 단위의 시간이다)

실시예 2

주 재료: 건조 로즈마리

부 재료: 미강

추출 용매: 초임계 이산화탄소

추출 조건: 온도 40^oC, 압력 250 bar

분석 장비: GC/MS (HP 6890)

분석 조건: 실시예 1과 동일

도표 4

이 실시예는 로즈마리를 주 재료로 사용하여 본 발명에 따른 추출방법으로 로즈마리에 함유된 향기 성분을 검출한 것으로서, 실선은 로즈마리만을 사용한 경우이며 점선은 부 재료로 미강을 함께 사용한 경우이다.

도표 4에 의하면 본 발명은 생과 뿐 아니라 일반 식물류를 주 재료로 사용하더라도 사용된 식물에 함유되어 있는 향기 성분을 효율적으로 추출할 수 있음을 보여주며, 실험에 의하면 로즈마리만을 사용한 경우와 부 재료로 미강을 혼합한 경우 모두 유사한 결과를 보여주었다.

상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 한정하여 상술하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않고 다양하게 변경 또는 수정될 수 있음은 당업자에 자명하다 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 기능성 물질 추출방법은 추출하고자 하는 생과 또는 식물에 향기 성분을 효율적으로 포집할 수 있는 매개체로서 곡류 또는 씨앗을 부가적으로 혼합함으로서 보다 고 순도의 향기 성분을 보다 높은 수율로 얻을 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 종래 쉽게 포집하기 어렵던 생과 또는 식물의 향기 성분을 보다 간편하게 얻을 수 있도록 해줌으로서 식품, 의약품 및 화장품 등 다양한 산업분야에 적극 활용할 수 있을 것이라 기대되며, 또한 가공물의 경우 산화성물질을 효과적으로 추출, 제거함으로써 제품의 안정성을 크게 향상시킬 수 있는 등의 효과를 달성할 수 있게 해준다.

Claims

생과 또는 그 가공물이나 부산물에 함유되어 있는 기능성 물질을 추출하는 방법으로서,

원재료로서 유자 또는 유자의 가공물이나 부산물 중에 선택되는 어느 하나 이상을 준비하는 단계와;

부재료로서 미강 또는 밀 배아, 또는 미강 및 밀 배아의 가공물이나 부산물 중에 선택되는 어느 하나 이상을 준비하여 상기 원재료에 첨가하여 혼합하는 단계와;

상기 혼합물에서 고 순도의 기능성 물질을 추출하는 단계;

로 이루어지는 기능성 물질 추출방법.
제1항에 있어서,

상기 추출단계는 추출용매로 초임계 또는 아임계 유체인 이산화탄소를 60 - 99중량％로 하고, 보조용매로 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 노르말헥산, 물 중에 선택되는 어느 하나를 1 - 40 중량％로하여, 온도 및 압력 각각이 10℃ - 100℃ 및 40bar - 500bar 범위내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 기능성 물질 추출방법.
제1항, 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 혼합 단계에서 부가되는 부 재료는 특히 등겨, 등겨 부산물, 씨앗류 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기능성 물질 추출방법.
제3항에 있어서,

상기 각 재료는 1 - 99 중량％ 범위내에서 서로 상대적인 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 기능성 물질 추출방법.