KR100981347B1

KR100981347B1 - 복분자 추출방법

Info

Publication number: KR100981347B1
Application number: KR1020070119968A
Authority: KR
Inventors: 이현용; 권민철; 김철희; 곽형근; 나천수
Original assignee: 강원대학교산학협력단; (주)생명의나무; (주)스카이 007
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2010-09-10
Also published as: KR20090053234A

Abstract

본 발명은 초음파 병행 기술을 이용한 효율적인 초고압 추출방법으로, 보다 상세하게는 통상적으로 100,000psi 이상에서 이루어지고 있는 초고압을 이용한 추출이 가진 위험하고, 비용이 많이 소요되며, 용매도 제한되는 단점을 개선하기 위하여 초고압추출에 선행하여 40~60kHz의 저에너지 초음파로 30~60분간 전처리함으로써 종래 초고압추출에 비하여 효율이 증진된 추출방법에 관한 것이다.

본 발명은 종래 초고압추출에 비하여 낮은 압력인 4,000~6,000atm에서 진행되어, 보다 낮은 압력 및 온도 조건에서보다 높은 수율을 가지는 추출방법으로, 에너지 효율이 높고, 다양한 용매의 사용이 가능하며, 높은 안정성을 가지고, 비용면에서도 경제적인, 초고압추출을 시행하는데 그 특징을 가진다.

본 발명의 초음파 병행을 통한 효율적 초고압 추출 기술을 이용하여 얻어진 추출물은 종래 통상적인 초고압추출의 추출물에 비해 작물의 유용 생리활성 물질에 대하여 높은 수율을 가짐으로써 우수한 효능을 가진다.

Description

복분자 추출방법{The method of extracting}

본 발명은 초음파 전처리 과정을 이용한 복분자의 효율적인 초고압 추출방법에 관한 것이다. 더 상세하게 본 발명은 기존의 초고압을 이용한 추출공정이 100,000psi 이상의 초고압에서 이루어져 위험하고, 제한된 용매를 사용할 수밖에 없었던 단점을 개선하고, 많은 에너지 소비에 따른 고비용을 절감하고자 일반추출공정과의 병행을 통해 높은 수율 증진 효과를 나타내는 것으로 알려진 초음파 병행 기술을 이용하여, 기존 초고압 추출보다 낮은 압력에서 종래 초고압추출에 비해 높은 효율을 가지는 추출방법에 관한 것이다.

천연 추출물은 식재 및 약재, 화장료 등으로 널리 사용되고 있다. 천연물의 성분들은 생물·화학적으로 결합된 상태로 존재하기 때문에 통상적으로 이들의 활용을 위해서 속슬렛 추출, 증류 등 여러 가지 방법을 통한 추출이 선행되어진다. 이중에서도 일반적으로 이루어지고 있는 천연물의 추출방법은 용매를 비등점 이하의 온도로 가열하고 이로 인해 이루어지는 성분의 용출을 이용한 열수추출방법이다. 하지만 이러한 열수추출방법은 시간이 오래 걸리고, 용매에 의한 독성 및 가열에 의한 유용성분 변성이 이루어질 수 있으며, 추출 이후 수득과정에서의 손실이 많아 낮은 수율을 보이는 단점을 가지고 있다. 따라서 최근에는 고압의 압력을 가하여 추출시간을 단축시키고, 가열에 의한 변성 및 용매에 따른 독성을 줄이기 위해 고압을 이용하는 고압추출방법이 증가하고 있는 추세이다. 또한 초고압추출은 천연물을 비롯한 시료의 향, 색소, 정유 성분 등의 용출이 가능하기 때문에 최근 식품 및 화장료로의 사용을 위해 많이 사용되고 있다.

초고압추출은 통상적으로 100,000psi 이상의 압력을 가하여 세포벽 및 조직을 깨뜨려 성분의 용출을 가속화하고 단시간에 높은 용출량을 얻음으로써 효율을 높이는 방법이다. 하지만 높은 압력으로 공정에 위험성이 따르고, 일정 부피에 고압을 형성함에 따라 발생하는 열로 인해 성분의 변성이 우려된다. 또한 일정압력 이상부터는 높은 압력을 만들기 위해 많은 에너지가 사용되어 소요 비용이 높아 산업화하기에 많은 어려움이 따르고 있다.

초음파는 20kHz 이상의 진동으로, 초음파기술은 탄성체를 이루고 있는 질점들이 압축되었다가 팽창되면서 전파되는 파동의 주파수를 높여 극세진동 작용을 통한 침투력 및 진동효과 증진을 이용하는 기술로 초음파진단 및 세척, 비파괴검사 등에 광범위하게 사용되고 있다. 이를 통상적으로 행해지는 용매추출공정에 적용하여 병행한 추출 공정은 일반 용매추출공정에 비해 저온에서도, 짧은 시간에 높은 효율을 나타내는 것이 알려져, 초음파를 이용한 연구 및 기술 개발이 증가하고 있는 추세이다.

본 발명은 통상적으로 행해지고 있는 초고압추출 공정에 저에너지 초음파 병행 기술을 이용한 전처리를 통해 용이한 추출조건에서 고효율의 추출을 하기위한 방법에 관한 것으로, 종래 초고압추출 공정에 비해 낮은 압력 및 온도에서 추출함으로써 추출성분의 안정성을 높이고, 다양한 용매의 사용이 가능하면서도, 높은 수율을 가지는 것을 특징으로 한다. 따라서 많은 에너지가 소비되는 초고압 조건의 형성을 대신해 저에너지의 초음파를 사용함으로써, 비용이 절감되는 효율적인 추출을 행하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 추출 및 에너지 효율의 증진을 위해 추출공정에 선행하여 초음파 병행 기술을 이용한 전처리 단계를 포함하는 추출 공정에 관한 것으로, 종래 초고압추출에 비하여 용이한 추출조건에서 고효율의 추출을 진행하는 것을 목적으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 목적은 기존 초고압추출방법의 조건형성이 용이하지 못하고 많은 에너지 소비가 수반됨에 따라 많은 비용이 소요되는 것과 관련하여, 보다 용이한 방법으로 높은 수율을 가지며 경제적으로 효율적인 추출을 시행하는데 있다.

발명은 일반 추출과의 병행을 통해 추출효율 증진을 나타내는 것으로 알려 진, 초음파 병행 기술을 이용한 효율적인 초고압추출에 관한 것으로 초음파 병행 추출은 초음파 진동에 의한 공동현상을 통해 매우 큰 에너지를 발생시키고, 높은 국부온도로 인하여 주위에 위치하는 반응물 입자들의 운동에너지를 크게 하기 때문에 반응에 필요한 충분한 에너지를 제공하게 된다. 초음파 에너지의 충격 효과는 높은 압력을 유도하여 혼합 효과를 증진하는데, 통상적인 용매추출과 초음파 에너지를 용매추출공정에 도입한 추출을 비교한 실험에서, 초음파 조사시간이 증가함에 따라 추출량이 증가하였다. 이는 용매추출에 비해 매우 짧은 시간에 추출이 완료된 것으로 초음파의 공동효과에 의한 높은 압력으로 세포 내부조직이 파괴되어 지방질의 이동거리가 짧아지고 확산이 용이하게 일어나기 때문이라고 알려져 있다.

본 발명에 의해 일반적인 초고압추출에 선행하여 저에너지 초음파기술을 이용한 전처리를 포함하는 추출기술은 종래 초고압추출 조건에 비해 용이한 조건에서 고효율의 추출이 가능하게 하는 추출방법으로, 종래 100,000psi 이상에서 행해지는 초고압추출은 고압 및 고압에 의한 온도상승으로 추출성분이 불안정할 수 있으며, 고압조건 형성을 위해 많은 에너지 및 고비용이 소요되는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 발명에서는 통상적인 초고압추출에 저에너지 초음파기술을 이용한 전처리를 실시하고, 4,000~6,000atm의 조건에서 초고압추출을 실시함으로써 기존 초고압추출과 비교하여 낮은 압력으로 저하될 수 있는 추출수율을 초음파 병행 기술을 이용하여 개선하고자 한다. 따라서 본 발명을 통한 방법으로 추출성분의 안정성이 개선되고, 초음파 병행 기술을 통한 공동효과로 추출수율이 증진된 추출물을 낮은 비용으로 수득하고자 한다.

이를 위해 본 발명은 고압추출 조건 및 초음파 병행을 통한 전처리 조건을 달리하여, 이에 따른 천연물의 수율 및 생리활성을 측정하고, 비교하여 그 차이를 알아보았다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 저에너지 초음파 병행을 통한 효율적인 초고압추출 기술은, 통상적으로 행해지는 초음파 병행 공정에 따라 초음파 발생기를 이용한 초음파 전처리 공정을 거친다.

본 발명은 용매에 침지된 복분자 시료를 초음파발생기에서 주파수 40~60kHz로 30~60분간 전처리한 후, 전처리를 완료한 시료 및 용매를 고압추출장치를 이용하여 4,000~6,000atm의 압력을 5~30분간 가해 추출하는 것을 특징으로 하는 천연물 추출방법을 제공한다.

발명의 천연추출물은 식재 및 약재 화장료 등 다양한 용도로 널리 사용될 수 있다.

이러한 초고압을 통한 추출은 종래 열수용매추출에 비해 향기 및 색소, 정유 등 특정성분까지 추출이 가능하고, 단시간에 이루어진다는 장점을 가지며, 초음파추출은 낮은 비용으로 시행 가능한 초음파조사의 공동현상을 통해 높은 추출 수율 및 추출물의 생리활성 증진을 나타내는 공정으로 알려져 있다. 따라서 두 공정의 병행을 통해 유용 생리활성 성분의 수율이 높아짐에 따라 고기능성을 가지는 추출물을 낮은 비용으로 수득할 수 있다.

본 발명을 통한 저에너지 초음파 병행 기술을 이용한 초고압추출은 종래 초고압추출에 비하여 낮은 압력 및 온도에서 행해짐에 따라 적은 에너지 및 적은 공정비용이 소요될 뿐만 아니라 초음파 공동현상을 통해 추출물의 수율 및 안정성 등에서 높은 효율을 가지며, 생리활성의 증진 효과를 가지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 초음파 병행을 통한 초고압추출 기술 방법을 공정별로 상세히 설명한다.

[제1공정 : 용매 침지 공정]

추출하고자 하는 복분자를 적당한 크기로 분쇄하고, 일정비의 용매에 침지시킨다. 통상적으로 100,000psi 이상에서 행해지는 초고압추출 및 초임계유체추출과 달리 4,000~6,000atm 에서 이루어지는 본 발명에 의한 추출은 초고압추출에 비하여 비교적 낮은 압력에서 행해지는 추출로 용매의 선택이 초고압추출에 비하여 덜 제한적이라는 장점을 가진다.

[제2공정 : 초음파 병행 전처리 공정]

용매에 침지된 시료를 초음파발생기에서 주파수 40~60kHz로 30~60분간 전처리한다. 초음파 병행을 통한 시료 성분의 진동현상으로 세포 내부조직이 깨져 지방질의 이동거리가 짧아지고 반응물 입자의 운동에너지가 증가하여 추출에 효율적인 구조를 형성하게 된다.

[제3공정 : 초고압 추출 공정]

전처리를 완료한 시료 및 용매를 고압추출을 위한 용기에 넣고 기체 또는 액상의 압축을 통해 4,000~6,000atm의 압력을 5~30분간 가해준다. 온도상승에 따른 시료의 변성 방지를 위해 압력전달매개체는 압축비가 적은 액상을 이용하는 것이 바람직하다. 이후 감압하고 초고압 처리가 끝난 용매 및 시료를 수득한다.

[제4공정 : 추출물 수득 공정]

추출이 완료되면 용매와 시료를 꺼내 여과 및 원심분리 등을 통해 혼합물을 분리하고 추출물을 수득한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

실시예 1.

본 실험의 실시예를 위하여 일반적으로 추출하여 식용·약용으로 널리 이용되는 복분자를 가지고 시행하였다.

건조한 복분자 건조중량 50g을 비커에 담고 10배수(v/w)의 에탄올을 이용하여 침지하였다. 상기 비커를, 침지한 용매의 높이만큼 물을 채운 초음파발생기에 넣고 30분간 60kHz의 초음파를 조사하여 전처리하였다. 초음파병행 공정의 온도는 에탄올의 비등점 이하인 60℃로 유지하였다.

전처리가 완료된 시료 및 용매를 비닐백에 담아 진공 포장하고 초고압추출기에 넣어 초고압추출기로 5,000atm의 압력을 15분간 가해주었다. 초고압추출이 완료된 후 시료와 용매가 담긴 비닐백을 꺼낸 후 혼합물을 감압·여과하여 초고압추출물을 수득하였다.

이후 시료를 농축·동결건조하여 분말화하고 수율을 확인하였다.

실시예 2.

본 발명의 방법을 통한 추출수율의 효율을 확인하기 위하여 마황과 복분자를 대상으로 에탄올을 용매로 한 60℃ 열수추출, 100,000psi 초고압추출, 초음파 전처리를 병행한 5,000atm 초고압추출의 세가지 방법으로 시행하고, 추출효율을 비교하였다. 초음파 전처리를 병행한 초고압 추출물은 상기 실시예 1의 방법으로 수득한 추출물을 이용하였으며, 수율은 각 추출물을 농축·동결건조하여 처음 시료에 대한 건조중량%를 구하여 비교하였다.

표 1. 추출공정에 따른 추출수율 비교

시료	수율 (중량%)
시료	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
복분자	10.32	15.29	18.63
마황	5.35	8.87	9.33

Ⅰ : 60℃ 열수추출, Ⅱ : 100,000psi 초고압추출, Ⅲ : 초음파 병행 5,000atm 초고압추출

상기 표 1에서 보는 바와 같이 각 추출공정에 따른 수율은 복분자가 60℃ 열수추출일 때 10.32%, 초고압추출에서 15.29%, 초음파 병행 초고압추출에서 18.63%를 보이며, 일반열수 추출에 비해 본 발명에 의한 추출수율이 80% 이상의 수율 증진을 보였고 통상적인 초고압추출에 비해서도 20% 이상의 수율 증진을 나타냈다. 마황의 경우는 60℃ 열수추출일 때 5.35%, 초고압추출에서 8.87%, 초음파 병행 초고압추출에서 9.33%를 보이며, 일반열수 추출에 비해 본 발명에 의한 추출수율이 65% 이상, 통상 초고압추출에 비해 5% 이상의 수율 증진 효과를 나타내었다.

실시예 3.

본 발명자는 본 발명으로 인한 추출물의 수율 증진을 통한 생리활성 증진 효과를 알아보기 위하여 실시예 1 및 2를 통해 얻어진 복분자 추출물(에탄올을 용매로 한 60℃ 열수추출물, 100,000psi 초고압추출물, 실시예 1의 방법으로 수득한 추출물)을 이용하여 복분자의 생리활성으로 알려진 면역활성 실험을 실시하였다.

본 실험에서는 시료의 첨가를 통한 인간 면역세포인 B세포와 T세포의 생육도 및 면역기능에 주요한 역할을 하는 것으로 알려진 NK 세포의 상기 면역세포 분비물 첨가를 통한 생육도를 측정하고 각각의 무처리한 대조군과 비교함으로써 시료의 면역활성을 측정하였다.

면역세포 생육도는 인간 면역 세포인 T cell(Jurkat)과 B cell(Raji)을 이용하여 검증하였는데 세포는 10% FBS(fetal bovine serum)를 함유하는 RPMI 1640 배 지를 이용하여 5% CO₂, 37℃에서 배양하였으며, 면역기능 증강 효과는 24 well plate에 세포를 1.0× 10⁴ cells/㎖의 농도로 조절한 후 시료를 투여하여 배양하면서 hemacytometer를 이용하여 생육도를 측정하였다.

NK 세포의 생육은 2mM L-glutamine, 0.2mM myoinositol, 20mM folic acid, 10^-4M 2-mercaptoethanol, 12.5% FBS와 12.5% horse serum이 첨가된 α-MEM배지에 NK-92MI cell을 2× 10⁷ cells/㎖의 농도로 희석시켜 이용하였다. T세포와 B세포를 3~4번의 계대 배양한 후 원심분리하여 상층액을 취하고, NK-92MI cell을 24well plate에 4~5× 10⁴ cells/㎖로 900㎕씩 분주하고 24시간 후 T세포와 B세포의 상층액을 각 plate에 100 ㎕씩 투여하여 배양 48시간 후 NK-92MI cell의 활성도를 cell counter를 이용하여 생세포수 측정을 통해 확인하였다.

표 2. 시료 첨가(0.5㎎/㎖)를 통한 복분자 추출물의 면역활성 측정

시료 추출조건 (복분자 추출물)	각각의 대조군에 대한 생육비 (%)
	면역세포		NK 세포
	시료 첨가 B 세포	시료 첨가 T 세포	B 세포 분비물 첨가군	T 세포 분비물 첨가군
60℃ 열수(에탄올)	112	115	115	120
100,000psi 초고압	116	114	122	127
초음파 병행 5,000atm 초고압	134	126	143	146

상기 표 2의 실험 결과를 통하여 복분자 추출물의 활성은 추출수율과 달리 생리활성에서는 60℃ 열수추출물과 100,000psi 초고압추출물이 비슷한 수치를 나타 내었다. 이는 통상의 초고압추출로 인하여 추출수율은 증진되었으나 활성성분은 크게 다르지 않음을 확인할 수 있다. 하지만 초음파를 병행한 5,000atm에서의 초고압 추출은 면역활성에서도 높은 수치를 보임에 따라 생리활성에 있어서도 저에너지 초음파 공동현상을 통한 증진 효과가 나타났음을 확인할 수 있다.

Claims

용매에 침지된 복분자 시료를 초음파발생기에서 주파수 40~60kHz로 30~60분간 전처리한 후, 전처리를 완료한 시료 및 용매를 고압추출장치를 이용하여 4,000~6,000atm의 압력을 5~30분간 가해 추출하는 것을 특징으로 하는 천연물 추출방법.