KR100908014B1

KR100908014B1 - 사출 성형을 통한 홍삼 추출액의 제조 방법

Info

Publication number: KR100908014B1
Application number: KR1020070102059A
Authority: KR
Inventors: 김재훈; 박수현; 전병운; 오상철
Original assignee: 주식회사농심
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2009-07-16
Also published as: KR20090036798A

Abstract

본 발명은 홍삼을 1차 건조 후 1차 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 홍삼을 사출 성형한 후 2차 건조하는 단계; 및 상기 2차 건조한 홍삼을 2차 분쇄하고 추출 및 여과하는 단계;를 포함하는 홍삼 추출액의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 의한 홍삼 추출액은 홍삼 고유의 약리 활성 성분은 그대로 유지하면서 기존의 추출 공정 과정과 시간을 단축하고 홍삼 추출물을 사용한 제품의 침전물 생성을 방지할 수 있다.

홍삼, 사출성형, 추출

Description

사출 성형을 통한 홍삼 추출액의 제조 방법{Preparation Method of Red Ginseng Extraction via Injection Molding}

본 발명은 홍삼을 원료로 하여 추출액을 제조함에 있어 사출 성형 공정을 적용한 방법에 관한 것이다.

오늘날 산업과 문명의 급속한 발전에 따른 폐해로 생활 환경이 악화되고 인류의 건강 또한 위협받고 있다. 건강을 위협하는 질병의 예방 및 치료에 있어 전통적으로 사용해오던 생약재의 가치가 재조명되고 있는 가운데 그 대표적인 것이 고려인삼이라 할 수 있다.

고려인삼은 다년생 반음지성 여러해살이풀(宿根草)로서, 식물학적으로는 오가피과 인삼속에 속하며, 학명은 '파낙스 진셍(Panax ginseng C.A. Meyer)'으로 1843년 옛 소련의 본 메이어(Carl Anton Von Meyer)가 명명하였다. 파낙스(Panax)란 그리스어로 '모든'을 뜻하는 '파나(Pana)'의 '판(Pan)'과 '치료'를 뜻하는 '악소스(axon)'의 '악스(ax)'를 따서 만든 복합어로 '모든 병을 치료한다'는 의미를 담고 있다.

고려인삼에는 진세노사이드(Ginsenoside)라 명명되는 사포님이 풍부하게 함 유되어 있다. 사포닌은 인체구성인자 기능을 활성화하는 작용에서부터 면역기능을 강화시키는 작용까지 한다.

지금까지 여러 연구를 통해 알려진 고려인삼의 약효로는 뇌기능 항진 효능, 중추신경계에 대한 효능, 암세포 증식을 억제하고 형태적으로 비정상적인 세포를 정상세포로 유도하는 작용, 심혈관계 질환 예방, 혈압을 조절, 면역기능 조절, 당뇨 억제, 간기능 항진 그리고 신장 기능 개선 작용 등이 있다고 한다.

고려 인삼은 수삼의 형태로 판매되기도 하지만, 건조한 형태의 백삼, 증포한 형태의 홍삼으로도 판매되고 있다. 그 중 홍삼은 품질인증을 받은 인삼을 특수제조 가공 기술(Bio Red Ginseng System)으로 72시간 이상을 숙열하여 원액을 추출하는 과정에서 인삼의 주 약리 작용을 하는 진세노사이드가 열분해에 의한 부분 구조 변화로 인체에 유익한 체력 증강, 노화억제성분, 항암작용, 항당뇨성분, 간 기능 해독성분, 중금속 해독 성분 등 10여 종 이상의 새로운 성분이 생성되며, 또한, 제조공정을 거치면서 중화작용을 하여 인삼 복용시 발열성에 의한 부작이 없어서 소화 흡수가 잘된다.

이러한 홍삼을 섭취하는 방법 중 가장 일반적인 방법은 80 ~100℃의 열수로 장시간 추출하여 그 추출액을 마시는 것이다.

하지만, 홍삼 음료 제품 제조를 위한 추출 공정에 약 5 ~20시간 소요되는데, 이와 같이 80℃ 이상 고온에서 장시간 추출 시, 홍삼의 기능성 성분이 파괴되기 쉬운 문제점이 있다(열처리가 인삼 사포닌의 안정성에 미치는 영향; 성현순, 양재원; 1986, 한국인삼연초연구원).

또한, 음료 형태의 제품은 유통 판매시 시간 경과에 따라 침전물이 생성되어 제품의 관능적 품질을 저하하는 원인이 된다. 이러한 침전 현상은 홍삼 추출물에 함유된 전분과 단백질이 중요하게 관련되어 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 침전 현상을 해결하기 위한 연구가 다수 있었으나, 아직까지 명확히 해결되지 못했다(홍삼Ext 수용액의 살균과 저장 중 성분의 변화와 생성된 침전물의 이화학적 특성; 김나미, 이종태, 양재원; 1998, 한국인삼연초연구원).

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 사출 성형 공정을 적용하였다. 사출 성형은 예열된 연질 물질을 특수하게 고안된 사출구를 통해 고압으로 밀어내어 성형하는 공정으로 일부 스낵이나 파스타 등 식품 분야뿐만 아니라 다른 산업 분야에도 널리 적용되고 있다.

사출 성형 공정은 지금까지 수삼 혹은 백삼을 홍삼으로 가공하는 방법(특허공개번호 10-2005-0011679)으로 적용된 바 있으나, 홍삼 추출액 제조 공정으로 적용된 예는 없다.

보다 구체적으로는 수세 건조한 홍삼을 원료로 하여 분쇄를 한 후 사출성형기로 고온 압출 성형 처리를 함으로써 추출시 홍삼 고유의 약리 활성 성분은 그대로 유지하면서 기존의 추출 공정 과정과 시간을 단축하고 홍삼 추출물을 사용한 제품의 침전물 생성을 방지하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 홍삼 음료 제조시 전분과 단백질 등에 의한 백색 침전물 생성을 방지하는 과제를 해결할 수 있다.

또한, 본 발명은 기존의 홍삼을 80 ~100℃의 열수에서 추출하던 것을 더 낮은 온도에서도 추출을 가능하게 함으로써 홍삼 기능성 성분의 열에 의한 파괴를 방지할 수 있다.

또한, 게다가 본 발명은 홍삼을 추출시 5시간 이상의 추출 공정을 수 십분 내로 단축하여 제조 시간 및 노동력 감축을 통한 제조 경비 절감 효과를 가져 올 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 홍삼을 1차 건조 후 1차 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 홍삼을 사출 성형한 후 2차 건조하는 단계; 및 상기 2차 건조한 홍삼을 2차 분쇄하고 추출 및 여과하는 단계;를 포함하는 홍삼 추출액의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 홍삼의 가공 방법에 있어서, 상기 세척 단계 는 홍삼의 표면에 붙어 있는 이물질이나 혼입된 오염 물질을 제거하기 위한 것으로 홍삼을 물로 세척을 하는 것이 바람직하다.

바람직하게는 상기 1차 건조는 홍삼의 수분 함량이 1~8% 이 되도록 하는 홍삼 추출액 제조 방법을 제공한다. 즉, 이는 분쇄 시간을 단축하고 분쇄의 효율성을 높이기 위한 것으로, 홍삼을 분쇄하기 전 수분 함량을 1~8%로 감소시켜야 한다.

또한, 바람직하게는 상기 1차 분쇄는 홍삼의 크기가 20~200 메쉬가 되도록 하는 홍삼 추출액 제조 방법을 제공한다. 즉, 이는 사출 성형기에 원료의 투입성을 좋게 하고, 투입된 홍삼 전체에 압력과 열을 균일하게 가할 수 있도록 하기 위한 것으로, 20~200 메쉬 크기로 분쇄하는 것이 좋다.

또한, 바람직하게는 상기 사출 성형은 사출 성형기의 사출구 온도(사출구 기준) 120 ~150℃에서 이루어지는 홍삼 추출액 제공 방법을 제공한다.

또한, 바람직하게 상기 2차 분쇄는 홍삼의 크기가 10~100메쉬가 되도록 이루어지는 홍삼 추출액 제조 방법을 제공한다.

또한, 바람직하게 상기 추출은 분쇄한 홍삼을 추출수 중량 대비 1~10%의 비율로 10~30분간 교반 추출하는 홍삼 추출액 제조 방법을 제공한다.

또한, 바람직하게 상기 추출은 20~80℃에서 이루어지는 홍삼 추출액 제조 방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

- 홍삼의 1차 건조 및 1차 분쇄 단계

본 발명에 따른 홍삼 추출액을 제조하기 위하여 홍삼을 세척, 건조, 분쇄한다.

본 발명에서는 모든 종류의 홍삼이 사용될 수 있으며, 홍삼의 산지 및 홍삼의 제조 방법 등에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

홍삼의 표면에 붙어 있는 이물질이나 혼입된 오염물질을 제거한다.

상기 홍삼을 세척 후, 홍삼의 수분 함량이 1~8%가 되도록 건조를 하는데, 열풍 건조, 동결 건조, 진공 건조 등 건조 방법에 의해 발명이 제한되는 것은 아니다.

건조된 홍삼은 사출을 용이하게 하고, 사출 성형시 압력과 열이 균일하게 전달될 수 있도록 20 ~200 메쉬 크기로 1차 분쇄한다.

- 사출 성형 및 2차 건조 단계

1차 분쇄한 홍삼을 사출 성형기에 투입하여 사출 성형을 한다. 이는 고온고압에 노출함으로써 홍삼의 전분 구조를 파괴하고, 그 결과로 홍삼 추출액 또는 음료 제조 후에 발생하는 침전물 형성을 막을 수 있게 된다. 또한, 사출 성형으로 홍삼을 다공질화하여 추출 수율을 높일 수 있다.

이때 사출 성형의 온도는 사출구(die)기준 120~150℃를 유지하는 것이 바람직하며, 스크류 회전속도 200~400 rpm, 물공급 속도 20~100ml/min, 홍삼 공급 속도 25~40g/min이 적당하다.

사출구의 온도가 너무 낮을 경우(120℃ 미만)에는 사출 성형 효과가 나타나 지 않으며, 추출액으로 홍삼 함유 음료를 제조할 때 침전물이 생성되는 문제점이 생기며, 온도가 높은 경우(150℃ 초과)에는 홍삼이 타서 사출 홍삼을 추출할 경우 탄 맛이 난다.

- 홍삼의 2차 분쇄, 추출 및 여과

상기 사출성형한 홍삼의 추출 수율을 높이기 위하여 10~100 메쉬 크기로 2차 분쇄한다.

분쇄한 홍삼은 추출수 중량 대비 1~10%의 비율로 10~30분간 교반 추출을 한다. 이때 추출수의 온도는 20~80℃가 적당하다.

추출이 끝난 후 박을 120 ~200 메쉬 크기의 망으로 제거한 다음, 추출액을 5,000~7,000rpm에서 원심분리하여 침전물을 제거한다. 침전물을 제거하고 상등액을 정밀 여과하여 불용성 물질을 완전히 제거한다. 이때 필터의 크기는 1~5㎛가 바람직하다.

상기와 같은 과정을 거쳐서 만들어진 홍삼 추출액을 바로 배합하여 음료를 제조하거나, 이를 농축하여 농축액으로 제조하는 것도 가능하다.

상기에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명으로 기존의 홍삼 추출 제조 공정 시 5~20 시간 소요되는 것을 1시간 이내로 단축하여 시간 및 생산비 절감 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 기존 제조 방법에 비해 저온 단시간 추출로 비슷하거나 높은 사포닌 함량을 갖는 추출액 및 농축액 제조가 가능하다.

본 발명은 기존의 고온 장시간 추출 시 발생하는 약리 성분의 파괴를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은, 120℃ 이상의 고온, 고압 조건에서 단시간에 홍삼의 전분구조를 파괴함으로써 홍삼 전분과 단백질에 의해 발생할 수 있는 침전물 형성을 억제하는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명을 하기의 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명하기로 하나, 본 발명이 하기의 실시예 만으로 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

홍삼을 세척 후 수분 함량 7%가 되도록 40℃ 열풍으로 건조를 한다. 건조한 홍삼을 디스크 밀을 사용하여 125 메쉬 이하로 분쇄한다. 분쇄한 홍삼을 2축 스크류 사출기(Twin Extruder TEX32FSST-24.5BW-V, JSW, Ltd.)를 이용하여 사출 성형을 하는데, 사출 조건은 온도(사출구 기준) 150℃, 스크류 회전 속도 250 rpm, 물공급 속도 40ml/min, 홍삼 공급 속도 33.3g/min으로 설정한다. 사출 성형한 홍삼은 포함된 수분을 제거하기 위하여 40℃ 열풍으로 건조를 한다. 건조한 홍삼은 다시 13 ~20 메쉬의 크기로 분쇄 후 추출을 한다. 이때 추출 온도는 10℃/ 20℃ / 40℃ / 60℃ / 80℃ / 90℃로 달리하고 상기 분쇄 홍삼을 추출수 중량대비 2% 비율로 하 여 30분간 추출한다. 추출이 완료된 후 7,000rpm에서 20분간 원심분리를 하여 침전물을 제거한 후 상등액을 다시 5㎛로 여과하여 홍삼 추출액을 제조한다.

<실시예 2>

홍삼을 세척 후 수분 함량 7%가 되도록 40℃ 열풍으로 건조를 한다. 건조한 홍삼을 디스크 밀을 사용하여 125 메쉬 이하로 분쇄한다. 분쇄한 홍삼을 2축 스크류 사출기(Twin Extruder TEX32FSST-24.5BW-V, JSW, Ltd.)를 이용하여 사출 성형을 한다. 사출 조건은 스크류 회전 속도 250 rpm, 물공급 속도 40ml/min, 홍삼 공급 속도 33.3g/min으로 설정한다. 이때 사출구 기준 온도는 120℃ / 130℃ / 140℃ / 150℃ 네 가지 조건으로 달리하여 사출한다. 사출 성형한 홍삼은 포함된 수분을 제거하기 위하여 40℃에서 열풍 건조를 한다. 건조한 홍삼은 다시 13 ~20 메쉬의 크기로 분쇄 후 추출을 한다. 이때 추출 온도는 40℃에서 추출수 중량 대비 2% 비율로 30분간 추출한다. 추출이 완료된 후 7,000rpm에서 20분간 원심분리를 하여 침전물을 제거한 후 상등액을 다시 5㎛로 여과하여 홍삼 추출액을 제조한다.

<실험예 1> 사포닌 성분의 함량 분석

상기 <실시예 1>에서 제조된 본 발명에 따른 홍삼 추출액을 시중에서 판매되고 있는 통상적인 홍삼 농축액(대조구)과 홍삼의 주요 약리성분인 사포닌 함량을 비교 분석하였다.

상기 <실시예 1>에서 추출 온도별로 제조된 네 가지의 샘플을 고형분 함량 60% 이상으로 농축 후 식품 공전에 나와 있는 사포닌 분석 방법에 따라 사포닌 함량을 분석하였다. 그 결과를 하기 [표 1]에 나타냈다. 저온(10℃)에서 추출할 경우 동일 시간 동안 추출할 경우 추출 수율이 저하되어 사포닌 성분의 추출 수율도 저하된다. 또한, 고온(90℃)에서 추출할 경우 추출 수율에는 큰 차이를 보이지 않으나, 추출 시 홍삼 분말의 형태가 완전히 분해되어, 여과시 시간이 더 오래 걸리고 공정이 복잡해지는 문제가 있다. 따라서 추출 온도는 20~80℃가 바람직하다.

[표 1]

추출온도(℃)	사포닌 함량(㎎/g)
10	53.28
20	62.28
40	62.78
60	63.24
80	62.94
90	62.90
대조구	61.99

* 각 샘플을 고형분 함량 68%로 환산한 함량임.

상기 <실시예 2>에서 제조된 네 가지의 샘플을 고형분 함량 60% 이상으로 농축 후 식품 공전에 나와 있는 사포닌 분석 방법에 따라 사포닌 함량을 분석하였다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타냈다. [표 2]와 같이 사출구 온도에 따른 홍삼 추출액의 사포닌 함량은 큰 유의적인 차는 보이지는 않았지만, 140℃ 내외에서 이루어지는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

[표 2]

사출구 온도(℃)	사포닌 함량((㎎/g)
120	61.85
130	63.29
140	63.34
150	62.78
대조구	61.99

* 각 샘플을 고형분 함량 68%로 환산한 함량임.

<실시예 3>

홍삼함유 음료의 제조 후 침전물 발생 유무를 확인하기 위하여 저장성 테스트를 하였다. 상기 <실시예 1>과 <실시예 2>에서 제조된 홍삼 추출액을 사용하였고, 홍삼 음료의 고형분 함량은 0.25%로 설정하였으며, 추출 온도 및 사출구 온도별 샘플과 기존의 홍삼 농축액을 사용하여 홍삼 함유 음료를 제조하였다. 제조된 홍삼 음료는 100℃에서 1 분간 살균하여 160ml 유리병에 각각 155g씩 충전한 후 냉각하였다.

<실험예 2>

상기 <실시예 3>에서 제조된 홍삼 함유 음료 샘플을 대상으로 저장성 테스트를 실행하여 경시 변화를 관찰하였다. 저장 조건은 상온(20℃) 및 4℃, 32℃에서 실행하였다. 결과는 하기 [표 3]에 나타냈다. [표3]과 같이 사출 성형한 홍삼 추출액 샘플은 32℃를 비롯한 상온과 4℃의 저장 조건에서 21주 동안 침전물이 발생하지 않았다(- 표기). 이에 비해 기존 추출 방법을 사용한 대조구는 32℃에서 3주 후 에, 상온에서는 9주 후에, 4℃에서는 21주 후에 침전물이 발생했다.

[표 3]

분류조건		저장조건	3주 후	6주 후	9주 후	12주 후	15주 후	18주 후	21주 후
실 시 예 1	20℃	상온	-	-	-	-	-	-	-
		32℃	-	-	-	-	-	-	-
		4℃	-	-	-	-	-	-	-
	40℃	상온	-	-	-	-	-	-	-
		32℃	-	-	-	-	-	-	-
		4℃	-	-	-	-	-	-	-
	60℃	상온	-	-	-	-	-	-	-
		32℃	-	-	-	-	-	-	-
		4℃	-	-	-	-	-	-	-
	80℃	상온	-	-	-	-	-	-	-
		32℃	-	-	-	-	-	-	-
		4℃	-	-	-	-	-	-	-
실 시 예 2	120℃	상온	-	-	-	-	-	-	-
		32℃	-	-	-	-	-	-	-
		4℃	-	-	-	-	-	-	-
	130℃	상온	-	-	-	-	-	-	-
		32℃	-	-	-	-	-	-	-
		4℃	-	-	-	-	-	-	-
	140℃	상온	-	-	-	-	-	-	-
		32℃	-	-	-	-	-	-	-
		4℃	-	-	-	-	-	-	-
	150℃	상온	-	-	-	-	-	-	-
		32℃	-	-	-	-	-	-	-
		4℃	-	-	-	-	-	-	-
대조구		상온	-	-	+	+	+	+	+
		32℃	+	+	+	+	+	+	+
		4℃	-	-	-	-	-	-	+

( + : 침전물 유 / - : 침전물 무)

<실시예 4>

홍삼을 세척한 후 수분 함량이 7%가 되도록 40℃ 열풍으로 건조를 한다. 건조한 홍삼을 디스크 밀을 사용하여 125 메쉬 이하로 분쇄한다. 분쇄한 홍삼을 2축 스크류 사출기(Twin Extruder TEX32FSST-24.5BW-V, JSW, Ltd.)를 이용하여 사출 성형을 한다. 사출 조건은 사출구 기준 온도 150℃, 스크류 회전 속도 250 rpm, 물공 급 속도 40ml/min, 홍삼 공급 속도 33.3g/min으로 설정한다. 사출 성형한 홍삼은 포함된 수분을 제거하기 위하여 40℃에서 열풍 건조를 한다. 건조한 홍삼은 다시 13 ~20 메쉬의 크기로 분쇄 후 추출을 한다. 이때 추출 온도는 40℃에서 추출수 2000g의 중량 대비 1%/ 3%/ 7%/ 10%/ 13% 비율로 10분간 추출한다. 추출이 완료된 후 7,000rpm에서 20분간 원심분리를 하여 침전물을 제거한 후 상등액을 다시 5㎛로 여과하여 홍삼 추출액을 제조한다.

상기 <실시예 4>에서 추출 홍삼량별로 제조된 다섯 가지의 샘플을 하기 [표 4]에 나타냈다. 추출수 중량 대비 1% 미만의 홍삼량을 추출할 경우 중량 대비 추출 수율적인 면에서는 떨어지지 않지만, 여러 번 추출 공정을 반복해야 동일한 양의 홍삼 추출액을 얻을 수 있기 때문에 효율적인 면에서 떨어지는 단점이 있다. 또한 추출수 중량 대비 10% 초과의 홍삼량을 추출할 경우 추출액 농도가 높아짐에 의하여 추출 효율이 저하되고, 이에 따른 동일시간 추출하는 다른 샘플구에 비해 추출 수율이 떨어진다. 따라서 추출 홍삼량은 추출수 중량 대비 1~10%가 바람직하다.

[표 4]

홍삼량(%)	최종 추출액 양(g)	Bx	홍삼 고형분 양(g/%)
1	1889	0.52	9.82
3	1877	1.59	9.94
7	1843	3.72	9.79
10	1803	5.5	9.91
13	1764	6.77	9.18

*Bx: 가용성 고형분 함량(중량%)

Claims

홍삼의 수분 함량이 1~8%이 되도록 홍삼을 1차 건조 후 1차 분쇄하는 단계;

상기 1차 분쇄한 홍삼을 사출구 온도 120~150℃에서 사출 성형한 후 2차 건조하는 단계; 및

상기 2차 건조한 홍삼을 2차 분쇄하고 추출 및 여과하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홍삼 추출액 제조 방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 1차 분쇄는 홍삼의 크기가 20~200 메쉬가 되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍삼 추출액 제조 방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 2차 분쇄는 홍삼의 크기가 10~100메쉬가 되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍삼 추출액 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 추출은 2차 분쇄한 홍삼을 추출수 중량 대비 1~10%의 비율로 10~30분간 교반 추출하는 것을 특징으로 하는 홍삼 추출액 제조 방법.
제1항 또는 제6항에 있어서,

상기 추출은 20~60℃ 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍삼 추출액 제조 방법.