KR101084660B1

KR101084660B1 - 합성흡착제에 의한 인삼향 농축방법 및 인삼향 농축액

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Publication number: KR101084660B1
Application number: KR1020080138670A
Authority: KR
Inventors: 유영구; 이생재; 신형수; 김천석; 오정훈; 김경주; 김종식; 양택훈
Original assignee: 주식회사 한국인삼공사; 주식회사 케이티앤지
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2011-11-22
Also published as: KR20100080052A

Abstract

본 발명은 유리컬럼(Glass Columm)에 충진한 입상(粒狀)의 합성흡착제 2 ~ 4중량부에 에틸알코올을 넣어 잠기게 하고 유출시킨 다음 증류수 40 ~ 50중량부로 세척하여 전처리하고, 상기 전처리로 활성화된 합성흡착제에 홍삼 제조과정에서 발생하는 인삼향 성분이 함유된 수삼 증삼증기 응축수 또는 홍삼 습점증기 응축수 70 ~ 130중량부를 10 ~ 20kg/hr 속도로 합성흡착제층을 통과시켜 인삼향 성분이 합성흡착제에 흡착되도록 하면서 유출시킨 후 하단의 밸브를 잠그고 순도 95 ~ 99중량%의 용리용(溶離用) 에틸알코올 1.3 ~ 2.7중량부를 넣어 합성흡착제의 하부까지 도달하면 밸브를 열고 0.3 ~ 0.7kg/hr 속도로 유출시켜 흡착된 인삼향 성분을 용출함으로써 인삼향 농축액 1.3 ~ 2.7중량부를 얻도록 하는 것을 특징으로 하는 합성흡착제에 의한 인삼향 농축방법 및 인삼향 농축액에 관한 것이다.

합성흡착제, HP-20 수지, 질소 퍼징, 가열증류, 인삼향, 수삼 증삼증기, 홍삼 습점증기

Description

합성흡착제에 의한 인삼향 농축방법 및 인삼향 농축액{A ginseng fragrance concentration method by synthetic absorbents and the ginseng fragrance extract}

본 발명은 유리컬럼에 충진한 입상의 합성흡착제 2 ~ 4중량부에 에틸알코올을 넣어 잠기게 하고 유출시킨 다음 증류수 40 ~ 50중량부로 세척하여 전처리하고, 상기 전처리로 활성화된 합성흡착제에 홍삼 제조과정에서 발생하는 인삼향 성분이 함유된 수삼 증삼증기 응축수 또는 홍삼 습점증기 응축수 70 ~ 130중량부를 10 ~ 20kg/hr 속도로 합성흡착제층을 통과시켜 인삼향 성분이 합성흡착제에 흡착되도록 하면서 유출시킨 후 하단의 밸브를 잠그고 순도 95 ~ 99중량%의 용리용 에틸알코올 1.3 ~ 2.7중량부를 넣어 합성흡착제의 하부까지 도달하면 밸브를 열고 0.3 ~ 0.7kg/hr 속도로 유출시켜 흡착된 인삼향 성분을 용출함으로써 인삼향 농축액 1.3 ~ 2.7중량부를 얻도록 하는 것이다.

인삼은 수삼과 수삼을 가공한 홍삼, 백삼, 피부백삼, 태극삼들을 총칭하지만 그 중에도 홍삼은 농산가공품 중 우리나라가 자랑하는 특산품으로서 고려시대부터 국내외에서 명성이 높아 내수뿐 아니라 수출에도 기여하는 상품이다. 또한 홍삼이 인체건강에 효험이 있다고 알려지면서 한국뿐 아니라 중국, 일본 등 국내외에서도 홍삼제조량이 날로 증가하여 매년 수만 톤의 수삼이 홍삼으로 가공 제조된다.

홍삼을 제조하기 위하여 수삼을 증기로 증삼하고 건조한 홍삼을 압착하기 위하여 증기로 습점하는 과정에서 막대한 양의 인삼향이 수증기와 함께 증발되어 손실되는 실정이다.

천연 인삼향에는 Panaxynol, Pyrazine, Terpene 등의 성분이 있어 인삼 특유의 향취(香臭,fragrance)와 함께 스트레스 완화, 쾌감, 진정감 등의 인체에 유효한 효능이 있는 것으로 알려져 있다.

인삼의 유효성분인 인삼향을 포집하는 방법이 개발되고 있으나 인삼향 포집은 통상 식물향 포집방법과 같이 수증기로 가열추출하고 향이 함유되어 나오는 증기를 모아 냉각응축한 것을 다시 증류응축하는 방법으로 농축하여 포집(捕執)한다.

상기와 같이 수삼 증삼 또는 홍삼 습점시 발생하는 수증기를 응축하고 가열증류하여 농축하는 포집방법은 인삼향 응축수의 1/10정도 밖에 농축할 수 없어 포집된 인삼향 농축액에 포함된 인삼향 성분의 순도가 낮고, 고온의 수증기로 증삼 또는 습점하거나 증류할 때 고온에서 생기는 단내가 나게되며 그 이상 농축하기 위하여 증류를 계속할 경우 인삼향 이외의 다른 성분이 함유되어 인삼향으로 사용하기에 부적합하게 된다.

근래에 개발된 인삼향 포집방법인 질소(N₂), 헬륨(He) 등 불활성 기체를 가열하면서 퍼징(purging)하는 농축방법은 인삼향 응축수의 1/30까지 농축할 수 있으나 그 이상 농축하게 되면 역시 인삼향 성분 이외의 성분이 함유되어 인삼향으로 사용하기에 적합하지 못하다.

상기 증류농축하는 방법이나 불활성 기체로 퍼징하여 농축하는 방법은 농축하는 과정에서 가열하게 되므로 온도변화에 약한 향기성분의 열변성이 발생하여 원래의 향과 다른 향이 발생하는 단점이 있으며, 증류장치, 가열원, 포집장치 등 고가의 기기가 필요하고 공정이 복잡하여 공업적으로 포집하기에는 어려움이 있어 현재까지 막대한 양의 귀중한 인삼향이 손실되고 있다.

상기와 같이 천연 인삼향은 포집이 어려워 음료, 과자 등 식품첨가용이나 기타 용도에 사용되는 인삼향을 천연 인삼향보다는 천연 인삼향 성분과 동일한 구조를 갖도록 화학적으로 합성하여 사용하는 실정이다.

본 발명은 수삼을 증삼하거나 홍삼을 습점하여 증발하는 증기의 응축수에 포함된 수삼향 또는 홍삼향 성분을 합성흡착제에 흡착함으로써 가열공정이 생략되어 향기성분의 열변성이 없도록 하고 고농도로 농축이 가능하며 인삼향의 순도를 높이도록 하면서 고가의 장비 없이 간단한 공정으로 홍삼 제조과정에서 손실되던 막대한 양의 귀중한 인삼향을 공업적으로 포집하도록 하는데 목적이 있다.

본 발명은 유리컬럼에 충진한 입상의 합성흡착제 2 ~ 4중량부에 에틸알코올을 넣어 잠기게 하고 유출시킨 다음 증류수로 세척하여 전처리하고, 상기 전처리로 활성화된 합성흡착제에 홍삼 제조과정에서 발생하는 인삼향 성분이 함유된 수삼 증삼증기 응축수 또는 홍삼 습점증기 응축수 70 ~ 130중량부를 10 ~ 20kg/hr 속도로 합성흡착제층을 통과시켜 인삼향 성분이 합성흡착제에 흡착되도록 하면서 유출시킨 후 하단의 밸브를 잠그고 95 ~ 99중량%의 용리용 에틸알코올 1.3 ~ 2.7중량부를 넣어 합성흡착제의 하부까지 도달하면 밸브를 열고 0.3 ~ 0.7kg/hr 속도로 유출하여 흡착된 인삼향을 용출함으로써 인삼향 농축액 1.3 ~ 2.7중량부를 얻도록 한다.

본 발명은 홍삼 제조과정에서 발생하는 증기에 포함된 인삼향을 포집함에 있 어, 종래 수삼을 증삼하거나 홍삼을 습점하여 발생하는 수증기의 응축수를 가열증류 또는 불활성 기체로 퍼징하여 인삼향을 포집하는 방법은 인삼향의 농축농도가 낮고 고가의 기기가 필요하며 공정이 복잡하고 응축수를 가열하게 되어 향기성분의 열변성이 발생하는 등으로 공업적 향포집이 어려워 홍삼 제조과정에서 발생하는 막대한 양의 인삼향을 휘산하여 버리던 것을 합성흡착제로 포집함으로써 향기성분의 열변성 없이 고농도로 농축하고 순도 높은 천연 인삼향을 고가의 장비가 생략된 간단한 공정으로 생산단가를 낮추면서 공업적 포집이 가능하도록 하는 효과가 있다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 구성은 다음과 같다.

본 발명에 따른 합성흡착제에 의한 인삼향 농축은 홍삼 제조과정에서 수삼을 95 ~ 105℃로 2 ~ 6시간 증삼하여 발생되는 증기 또는 수삼을 증삼하고 건조한 홍삼을 포장에 부합되는 적합한 형상으로 압착하기 위하여 90 ~ 100℃에서 8 ~ 15분간 다시 고온의 수증기로 눅눅하게 습점하여 발생되는 증기를 콘덴서(condenser)에서 4 ~ 10℃로 냉각하여 응축수를 얻고, 도 1에 도시된 인삼향 농축액 포집공정에 따라 인삼향 성분함유 증기의 응축수를 합성흡착제에 흡착시키고 에틸알코올로 용리(elution)하여 추출한다.

이때, 합성흡착제의 흡착작용을 활성화하기 위하여 합성흡착제를 에틸알코올과 물로 전처리하게 된다.

더욱 상세하게는 합성흡착제 입자가 걸릴 수 있도록 바닥에 부직포가 깔려 있고 하단에 액체의 유출을 조절하는 밸브가 구비되어 있는 유리컬럼에 입도가 0.25 ~ 0.8㎜이고 세공반경이 200 ~ 300Å인 입상의 합성흡착제 2 ~ 4중량부를 충진하며, 에틸알코올을 넣어 잠기게 한 후 유출하고 물을 통과시켜 세척한다. 그 다음 상기 인삼향이 함유된 수삼 증삼증기 응축수 또는 홍삼 습점증기 응축수 70 ~ 130중량부를 10 ~ 20kg/hr 속도로 합성흡착제층을 통과시켜 인삼향이 합성흡착제에 흡착되도록 하면서 유출시킨 후 하단의 유출밸브를 잠그고 순도 95 ~ 99중량%의 에틸알코올 1.3 ~ 2.7중량부를 넣어 합성흡착제가 잠기게 하면서 아래까지 도달하면 밸브를 열고 0.3 ~ 0.7kg/hr 속도로 유출시켜 합성흡착제에 흡착된 인삼향을 용출함으로써 인삼향 농축액 1.3 ~ 2.7중량부를 얻는다.

상기 합성흡착제(synthetic absorbents)는 다공성(high porous) 수지 입자로 상품명은 Diaion HP-20이고, 화학명은 스티렌-디비닐벤젠(Styrene-Divinylbenzene) 공중합체이며, 화학식은 ((C₈H₈)n(C₁₀H₁₀)m·H₂O)로서 유기용매에서 팽윤하는 성질이 있다.

흡착작용은 흡착대상과 흡착제 사이에 작용하는 반데르발스의 힘(van der Waals' force)에 의하여 유도되고 흡착제 입자의 크기, 세공의 크기, 비표면적 등에 영향되는데, 합성흡착제는 새로 구입하거나 또는 재사용하는 경우 내부에 불순물, 공기 등이 들어 있어 흡착작용에 방해가 되므로 이들 장애물을 제거하고 합성 흡착제의 흡착능력을 활성화시키기 위하여 합성흡착제 입자를 에틸알코올에 잠기게 하고 물로 세척하는 전처리 과정을 거치게 된다.

100kg의 인삼향 응축수를 농축할 경우, 입도 0.25 ~ 0.8㎜인 합성흡착제의 양은 2 ~ 4kg이 적합하고 바람직하게는 3kg이다. 2kg이하에서는 응축수에 함유된 인삼향 성분이 모두 흡착되지 못하고 일부 그대로 유출하게 되며, 4kg이상에서는 흡착된 인삼향 성분을 에틸알코올로 용리할 경우 2.7kg이상의 에틸알코올이 소요되어 응축수 100kg 대비 농축액량이 2.7kg으로서 1/36정도 농축되므로 농축액에 함유되는 인삼향 성분의 양이 적어 순도가 낮아진다.

3kg 합성흡착제를 활성화시킬 경우 에틸알코올은 40 ~ 50kg으로 2 ~ 3시간 잠기게 하고 40 ~ 50kg의 증류수로 세척하는 것이 적합하고, 에틸알코올의 순도는 50중량% 이상을 사용할 수 있으나 통상 95%이상의 시중판매 주정을 사용한다.

응축수 100kg을 합성흡착제 3kg에 로딩(loading)할 경우, 10 ~ 20kg/hr로, 바람직하게는 16kg/hr로 합성흡착제를 통과시키면서 인삼향 성분을 흡착시키고 유출한다.

100kg의 인삼향 응축수를 통과시켜 합성흡착제 3kg에 흡착된 인삼향 성분을 용리하기 위한 순도 95 ~ 99중량%의 에틸알코올 양은 1.3 ~ 2.7kg이 적합한데 바람직하게는 2kg이다. 에틸알코올이 1.3kg보다 적으면 에틸알코올량이 부족하여 3kg의 합성흡착제에 흡착된 인삼향을 충분히 용리하지 못하고, 에틸알코올의 양이 2.7kg을 초과하면 3kg의 합성흡착제에 흡착된 인삼향 성분을 용리시킬 수 있지만 인삼향 성분 함유 응축수 100kg 대비 농축액의 양이 커지므로 농축비가 1/36정도로 저하되고 농축액에 함유되는 인삼향 성분도 적어져 인삼향의 순도가 낮아지게 된다.

인삼향 성분을 용리시키는 속도는 하단의 유출밸브를 잠그고 에틸알코올을 합성흡착제에 넣어 합성흡착제의 아래까지 도달하면 유출밸브를 열고 유출속도는 0.3 ~ 0.7kg/hr로 유출시키는데 0.5kg/hr이 적합하며, 0.7kg/hr이상에서는 너무 빨라 인삼향 성분이 모두 용출되지 못하고, 0.3kg/hr이하에서는 너무 느려 생산성이 저하될 뿐 아니라 인삼향 이외의 불순물이 용출될 우려도 있다.

이하 본 발명에 따른 실시예는 다음과 같다.

< 실시예 1 : 합성흡착제에 의한 인삼향 농축 >

높이 1,200㎜, 지름 95㎜의 유리컬럼에 합성흡착제 Diaion HP-20(상품명) 수지 3㎏을 충진하고 순도 95중량%의 에틸알코올 45kg을 로딩하여 2.5시간 동안 잠기게 하고 유출한 후 증류수 45kg으로 세척하여 에틸알코올을 제거한다. 상기와 같이 전처리된 합성흡착제에 수삼 증삼과정에서 증발하는 수증기를 받아 냉각한 응축수 100kg을 넣고 16kg/hr속도로 유출하여 합성흡착제에 인삼향 성분을 흡착시킨 후 흡착된 인삼향 성분을 용리시키기 위하여 순도 95중량%의 에틸알코올 2kg을 로딩하되 하단의 유출밸브를 잠그고 합성흡착제 입자가 잠기게 하면서 아래까지 도달하면 유출밸브를 열고 0.5kg/hr속도로 용출하여 인삼향 농축액 2kg을 얻는다.

< 비교예 1 >

실시예 1과 같고 합성흡착제 3kg에 흡착된 인삼향 성분을 용리시키기 위하여 95중량% 에틸알코올 1kg으로 용출한 인삼향 농축액 1kg을 얻는다.

< 비교예 2 >

실시예 1과 같고 합성흡착제 3kg에 흡착된 인삼향 성분을 용리시키기 위하여 95중량% 에틸알코올 4kg으로 용출한 인삼향 농축액 4kg을 얻는다.

< 비교예 3 : 통상의 질소(N₂₎가스 퍼징에 의한 인삼향 농축 >

수삼 증삼시 증발하는 수증기를 받아 냉각한 응축수 1,000g을 플라스크에 넣고 질소발생기(NITRATION GENERATOR)로 질소(N₂)가스를 73℃에서 10ℓ/min으로 불어 넣어 향기성분을 기체상태로 휘발시키면서 추출하고 콘덴서에서 5℃의 물로 냉각응축하여 인삼향 농축액 33g을 얻는다.

< 비교예 4 : 통상의 증류에 의한 인삼향 농축 >

수삼 증삼시 증발하는 수증기를 받아 냉각한 응축수 1,000g을 잔류수가 900g이 남을 때까지 98℃로 가열증류하고 콘덴서에서 5℃의 물로 냉각응축하여 인삼향 농축액 100g을 얻는다.

《 포집된 인삼향 농축액 분석 》

상기 포집된 인삼향 농축액들을 SPME(Solid Phase Micro Extraction)법으로 인삼향 성분을 흡착하는데, 인삼향 농축액이 5㎖ 들어 있는 용기를 65℃로 가열하면서 SPME 컬럼에 15분간 흡착한 후 GC/MS를 이용하여 분석하였다.

향기성분의 GC/MS(Varian GC-3800/Saturn 2200) 분석조건은 다음과 같다.

Operating condition of GC/MS

Instrument	Varian GC-3800/Satum 2200
Mass Analyzer type	Ion Trap
Injector Temp.	240℃
Column	Innowax(60m×0.32mm×0.5㎛)
Oven Temp.	70℃→(3.0℃/min)→170℃→(5.0℃/min)→230℃(60min)
Column flow	1.3㎖/min
Carrier gas	He

《 농축액 인삼향 성분 분석결과 》

	농축방법	응축수량 (a)	응축수 농축액량 (b)	응축수 농축비 (b/a)	검출된비교대상 인삼향성분	응축수 인삼향 성분농도 (PPM)(c)	농축액 인삼향 성분농도 (PPM)(d)	인삼향 성분 농도비 (d/c)
실시예 1	HP-20 수지 3kg	100kg	2kg	0.02	2-methoxy-3-isopropyl pyrazine	0.796	39.11	49.13
비교예 1	HP-20 수지 3kg	100kg	1kg	0.01	2-methoxy-3-isopropyl pyrazine	0.796	1.958	2.46
비교예 2	HP-20 수지 3kg	100kg	4kg	0.04	2-methoxy-3-isopropyl pyrazine	0.796	20.534	25.79
비교예 3	N₂ purging (10ℓ/min)	1,000g	33g	0.033	2-methoxy-3-isopropyl pyrazine	0.796	2.109	2.65
비교예 4	증류냉각	1,000g	100g	0.1	2-methoxy-3-isopropyl pyrazine	0.796	1.194	1.5

< 고찰 >

1. 비교예 1은 실시예 1과 동일한 방법으로 합성흡착제에 흡착된 인삼향 성분을 용리하는 에틸알코올의 양만 2kg(실시예 1)에서 1kg으로 줄여 응축수 농축비는 0.01로 되었으나 합성흡착제 3kg에 흡착된 인삼향을 모두 용리하기에는 에틸알코올 1kg으로 부족하므로 충분히 용출하지 못하여 검출된 인삼향 성분(2-methoxy-3-isopropyl pyrazine)의 농도가 1.958PPM으로서 적으므로 인삼향 성분 농도비가 실시예 1의 49.13보다 낮아 20배 정도 순도가 감소하였다.

2. 비교예 2는 실시예 1과 동일한 방법으로 합성흡착제에 흡착된 인삼향 성분을 용리하는 에틸알코올의 양만 2kg(실시예 1)에서 4kg으로 증가하여 흡착된 인 삼향 성분을 충분히 용리하였으나 응축수 농축비가 0.04로 저하되어 농축액에서 검출된 인삼향 성분의 농도가 20.534PPM으로서 인삼향 성분 농도비가 실시예 1의 49.13보다 낮아 1/2배 정도 순도가 감소되었다.

3. 비교예 3은 인삼향 함유 응축수 1,000g을 질소(N₂)로 퍼징하여 33g으로 농축한 것으로, 실시예 1의 HP-20 수지로 응축수를 농축한 농축액의 농축비 1/50보다 덜 농축되었고 검출된 인삼향 성분의 농도가 2.109PPM으로서 적으므로 인삼향 성분 농도비가 실시예 1의 49.13보다 낮아 19배 정도 순도가 감소하였다.

4. 비교예 4는 인삼향 함유 응축수 1,000g을 가열증류법으로 10% 농축한 것으로, 실시예 1의 HP-20 수지로 응축수를 농축한 농축액의 농축비 1/50보다 덜 농축되었고 검출된 인삼향성분의 농도가 1.194PPM으로서 적으므로 인삼향 성분 농도비가 실시예 1의 49.13보다 낮아 33배 정도 순도가 감소되었다.

상기에서 살펴본 바와 같이 실시예 1의 합성흡착제 3kg으로 인삼향 성분함유 응축수 100kg을 흡착시키고 95중량% 에틸알코올 2kg으로 용출하는 것이 가장 바람직한 인삼향 포집방법으로 보인다.

도 1은 본 발명에 따른 인삼향 농축액 포집 공정도이다.

Claims

인삼향 농축방법에 있어서, 합성흡착제 2 ~ 4중량부에 인삼향 성분함유 응축수 70 ~ 130중량부를 통과시켜 흡착된 인삼향 성분을 95 ~ 99중량%의 에틸알코올 1.3 ~ 2.7중량부로 용출하는 것을 특징으로 하는 합성흡착제에 의한 인삼향 농축방법.
제 1항에 있어서, 합성흡착제는 다공성 스티렌-디비닐벤젠 공중합체인 것을 특징으로 하는 합성흡착제에 의한 인삼향 농축방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 합성흡착제는 입도 0.25 ~ 0.8㎜이고 세공반경 200 ~ 300Å의 입상인 것을 특징으로 하는 합성흡착제에 의한 인삼향 농축방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 합성흡착제는 에틸알코올에 잠기게 하고 유출한 후 물로 세척하여 활성화한 것을 특징으로 하는 합성흡착제에 의한 인삼향 농축방법.
제 1항에 있어서, 응축수는 합성흡착제를 통과하여 유출되는 속도가 10 ~ 20kg/hr인 것을 특징으로 하는 합성흡착제에 의한 인삼향 농축방법.
제 1항 또는 제 5항에 있어서, 응축수는 홍삼 제조과정에서 수삼을 증삼하여 발생하는 수삼향 성분함유 증기를 냉각하여 응축한 것을 특징으로 하는 합성흡착제에 의한 인삼향 농축방법.
제 1항 또는 제 5항에 있어서, 응축수는 홍삼 제조과정에서 수삼을 증삼하고 건조한 홍삼을 포장에 적합한 형상으로 압착하기 위하여 고온의 수증기로 습점하여 발생하는 홍삼향 성분함유 증기를 냉각하여 응축한 것을 특징으로 하는 합성흡착제에 의한 인삼향 농축방법.
제 1항에 있어서, 합성흡착제와 인삼향 함유 응축수 및 인삼향 용출 에틸알코올은 바닥에 부직포가 깔려 있고 하단에 유출밸브가 구비되어 있는 컬럼에 넣어 인삼향을 농축하는 것을 특징으로 하는 합성흡착제에 의한 인삼향 농축방법.
제 1항 또는 제 8항에 있어서, 에틸알코올은 합성흡착제에 흡착된 인삼향 성분을 컬럼에 넣어 용리하되 하단의 유출밸브를 잠그고 에틸알코올이 합성흡착제 아래까지 도달하면 밸브를 열어 유출속도 0.3 ~ 0.7kg/hr로 인삼향 성분을 용출시키는 것을 특징으로 하는 합성흡착제에 의한 인삼향 농축방법.
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