KR101553642B1 - 토마토에서의 리코핀 수득 방법 - Google Patents

토마토에서의 리코핀 수득 방법 Download PDF

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Abstract

천연오일 및 가용화제를 이용하며 이산화탄소를 초임계 상태로 하여 토마토에서의 리코핀 수득 방법에 관한 것으로, (a) 토마토 파우더, 정제수, 천연 오일 및 솔비탄 지방산 에스테르(Sorbitan fatty acid ester)를 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계, (b) 상기 단계 (a)의 혼합물에서 여과액을 포집하는 단계, (c) 반응기에서 상기 단계 (b)의 여과액에 CO2를 반응시키고 초임계 상태로 상평형을 유지하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에 의해 상평형이 유지된 초임계 CO2와 토마토 추출물에서 토마토 추출물을 추출하여 배출하는 단계를 포함하는 구성을 마련하여, 리코핀의 추출 수율을 증가시키면서 리코핀을 용이하게 수득할 수 있다.

Description

토마토에서의 리코핀 수득 방법{Method of extracting Lycopene from Tomato}
본 발명은 토마토에서의 리코핀 수득 방법에 관한 것으로, 특히 천연오일 및 가용화제를 이용하며 이산화탄소를 초임계 상태로 하여 토마토에서의 리코핀 수득 방법에 관한 것이다.
토마토(Tomato, Lycopersicon esculentum Mill.)는 가지과에 속하는 한해살이 풀로서 열매의 90% 정도가 수분으로 이루어져 있으며 리코핀(Lycopene), 베타-케로틴(β-Carotenes), 비타민 C, E, 및 식이 섬유가 많이 들어 있는 다양한 효능을 가진 녹황색 채소이다. 특히 주목해야 할 것은 토마토의 붉은 색소 성분인 리코핀이다.
상기 리코핀(lycopene)은 라이코펜이라고도 하며, 주로 토마토의 색소 성분으로 알려진 항산화 성분으로서, 화학식 C40H56, 분자량은 536.87이며, 베타카로틴. 루테인(lutein) 등과 함께 대표적인 카로티노이드(Carotenoid)의 일종이다. 피토케미칼(phytochemical)로서 토마토와 같은 붉은색을 가진 과일(토마토, 수박, 감, 붉은 포도, 석류, 자몽, 구아바)에 풍부하게 들어 있다. 베타카로틴과 같이 체내에서 비타민 A로 전화되는 것은 아니지만 베타카로틴 이상의 강력한 항산화작용을 하며, 노화방지, 항암효과(전립선암), 심혈관질환 예방 및 혈당저하 효과를 나타낸다. 특히 암세포 성장을 도모하는 주요 조절 인자인IGF-1(insulin like growth factors) 인자를 강력하게 억제하며, 단백질 43효소를 자극하여 세포 간 연락장치를 발현시키는데, 세포 간 연락장치의 발현은 암의 억제와 깊은 연관이 있는 강력한 항산화 물질로도 알려져 있다.
상기 리코핀이 세포에 손상을 입히는 활성산소에 대항하여 효과적으로 방어할 수 있는 항산화활성을 가지고 있는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 항산화제 및 자유 라디칼 식세포로서 비타민 E, C 및 다른 화합물과 함께 인체 및 생물체에서 항산화 메카니즘의 주요 역할을 한다. 또한 리코핀은 콜레스테롤 및 다른 지질의 산화를 감소시키는 저밀도 지질 단백질과 협력하는 것이 입증되었고 따라서 혈관의 손상을 방지하고, 나아가 혈액 중 리코핀 수치와 전립선암 사이의 역 상관관계가 입증되고 있다.
이러한 토마토로부터 강력한 항산화 능력을 가지는 리코펜을 추출하기 위해서 기존에는 주로 에탄올 추출법이 많이 사용되었으나, 최근에는 토마토 추출물의 안정성을 확보하고 추출 수율을 극대화하기 위하여 초임계 추출법에 관한 연구가 이루어지고 있다. 구체적인 예로, 미국특허 제5,897,866호에는 부분적으로 탈수된 토마토속 식물의 과일을 인지질 존재하에서 계면 활성제 및 안정화제로서 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소 또는 수불혼화성 용매로 추출하고 다단계 칼럼을사용하는 초임계 조건에서 이산화탄소 역류를 통하여 분배농축방법으로 추출물에서 용매를 농축시켜 친유성 추출물을 추출하는 방법이 제시되어 있다.
또한 리코핀을 추출하는 기술의 일 예가 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 (a) 수박 과육을 채취하여 찹퍼(chopper), 콜로이드 밀(colloid mill) 및 호모지나이저(homogenizer)로 순차적으로 분쇄하고 원심분리하여 케이크(cake)와 시럼(serum)으로 분리하여 저장하는 단계, (b) 건조된 케이크에 유화용액을 넣어 상온에서 진동시켜 추출을 촉진하는 단계, (c) 원심분리 및 여과과정을 통하여 침전물을 제거하는 단계 및 (d) 상기 (b) 및 (c) 단계를 거친 추출액에 당류를 첨가하여 동결건조하는 단계를 포함하는 리코핀이 농축된 추출물의 제조방법에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 초임계 추출조에 토마토, 포도씨, 엉겅퀴씨 및 녹차로 이루어진 군에서 선택된 식물을 넣고 고압 액체 펌프를 이용하여 스쿠알렌을 투입하는 단계, 고압 기체 펌프를 이용하여 이산화탄소를 투입하는 단계, 30~50℃, 350~450기압에서 이산화탄소로 추출하여 스쿠알렌을 배출시키는 단계, 추출액에 스쿠알렌을 첨가하여 추출 모액을 획득하는 단계 및 상기 추출 모액을 에탄올을 사용하고 추출하고 농축한 후 필터로 여과하는 단계를 포함하는 리코핀의 초임계 추출방법, 즉 토마토를 포함한 적어도 하나의 식물 및 야채의 분말(powder)을 식용 오일과 혼합한 뒤 그 혼합물을 초임계 이산화탄소 유체 추출법(supercritical carbon dioxide fluid extraction)을 사용하여 식용 오일로부터 리코핀을 포함한 카로티노이드를 분리하는 방법에 대해 개시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0845317호(2008.07.03 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1081275호(2011.11.01 등록)
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 토마토에서 순수한 리코핀을 추출하는 기술에 대해 개시되어 있지 않았다.
또 상기와 같은 종래의 기술에서는 초임계 유체 추출의 추출 수율 향상을 위해 보조 용매로써 리코핀과 유사 분자 구조를 갖는 스쿠알렌을 채택하여 용해도를 높일려고 하였으나, 리코핀의 경우 탄소수가 40개, 스쿠알렌의 경우 탄소수가 30개로써 초임계 이산화탄소의 분배계수가 리코핀보다 스쿠알렌에 더 높아 초임계 용매 사용이 증가하게 되는 문제점이 있었다. 또한 스쿠알렌과 같은 비교적 고가의 물품을 투입하므로 그 제조비용이 증가한다는 문제도 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 토마토에서 리코핀을 고순도로 추출하는 토마토에서의 리코핀 수득 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 CO2를 회수하여 반복 사용하므로, 리코핀을 경제적으로 수득할 수 있는 토마토에서의 리코핀 수득 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법은 (a) 토마토 파우더, 정제수, 천연 오일 및 솔비탄 지방산 에스테르(Sorbitan fatty acid ester)를 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계, (b) 상기 단계 (a)의 혼합물에서 여과액을 포집하는 단계, (c) 반응기에서 상기 단계 (b)의 여과액에 CO2를 반응시키고 초임계 상태로 상평형을 유지하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에 의해 상평형이 유지된 초임계 CO2와 토마토 추출물에서 토마토 추출물을 추출하여 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법에 있어서, 상기 단계 (c)에서는 리코핀이 함유된 토마토 추출물이 천연 오일 및 솔비탄 지방산 에스테르와 함께 CO2에 용해된 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법에 있어서, 상기 단계 (c)는 상기 반응기 내에서 고압 펌프에 의해 73~150bar의 내부 압력으로 유지되고, 상기 CO2는 상기 반응기의 하단부에서 투입되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법에 있어서, 상기 반응기에서 상기 초임계 CO2와 토마토 추출물은 반응기의 상부에서 추출되고, 상기 반응기의 하단으로 물이 회수되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법에 있어서, (e) 상기 단계 (d)에서 추출된 토마토 추출물에서 용해된 CO2를 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법에 있어서, 상기 단계 (e)에서 회수된 CO2는 상기 단계 (c)로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법에 있어서, 상기 천연오일은 올리브유, 코코넛유, 팜유, 동백유, 호호바유, 밀배아유, 포도씨유, 미강유, 달맞이꽃 종자유, 라벤더, 티트리에센셜 오일 중의 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법에 의하면, 토마토 분말, 천연오일 및 가용화제를 이용하며 저온 저압에서 이산화탄소를 초임계 상태로 하여 토마토에서 리코핀을 추출하므로, 리코핀의 추출 수율을 증가시키면서 리코핀을 용이하게 수득할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법에 의하면, 보조 용매로 솔비탄 지방산 에스테르를 사용하므로, 리코핀의 추출을 위한 용매의 사용을 절감할 수 있다는 효과도 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법에 의하면, 토마토 리코핀의 연속식 초임계 이산화탄소 추출이 가능함으로써, 추출 설비의 규모를 줄일 수 있으며, 생산성을 향상시킬 수 있다는 효과도 얻어진다.
또한 보조용매를 도입하여 토마토 분말과 정제수의 계면장력을 약화시켜 추출속도의 향상과 토마토 리코핀 추출 수율을 높일 수 있으며, 솔비탄 지방산 에스테르를 보조용매로 도입함으로써, 지용성 리코핀 추출과 동시에 수상 가용화가 가능한 수용성 추출물로 제조할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법을 설명하는 공정도,
도 2는 본 발명에 따른 토마토에서 리코핀을 수득하기 위한 구체적인 추출 과정을 나타내는 도면.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법에 대해 도면에 따라서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법을 설명하는 공정도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법은 먼저, 토마토 파우더, 정제수, 천연 오일 및 솔비탄 지방산 에스테르(Sorbitan fatty acid ester)를 혼합하여 혼합물을 생성한다(S10).
상기 토마토 파우더는 토마토를 수세한 후 꼭지를 떼고 분쇄한 후 동결 건조하고, 믹서로 분말화하여 제조할 수 있다. 이때, 토마토는 동결건조시 -75~-50℃에서 60~80시간 동안 동결건조하는 것이 바람직하다.
상기 정제수는 상수를 증류하거나 이온교환수지를 통하여 정제한 물을 의미한다.
상기 천연오일은 올리브유, 코코넛유, 팜유, 동백유, 호호바유, 밀배아유, 포도씨유, 미강유, 달맞이꽃 종자유, 라벤더, 티트리에센셜 오일 중의 어느 하나 또는 이들의 혼합물인을 사용하는 것이 바람직하다. 도한 상기 설명에서는 천연 오일을 구체적으로 제시하여 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 인체의 피부 등에 손상을 주지 않은 오일 등을 포함할 수 있다.
상기 솔비탄 지방산 에스테르로서는 예를 들어, 상표명 tween20, tween40, tween60, tween80 등을 사용할 수 있으며, 리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트((Polyoxyethyelene Sorbitan Monooleate:Tween 80)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 토마토 파우더, 정제수, 천연 오일 및 솔비탄 지방산 에스테르의 배합 비율은 그 용도에 따라 특별하게 한정하는 것은 아니고, 천연 오일 및 솔비탄 지방산 에스테르가 보조 용매로서 사용되며, 천연 오일 및 솔비탄 지방산 에스테르의 합의 중량%가 전체 중량%에서 10% 이하의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다 .
다음에 상기 단계 S10의 혼합물은 60℃에서 10분 이상 호모믹서를 이용하여 추출 후 필터링을 수행하고 여과액만 포집한다(S20).
이어서, 상기 단계 S20의 여과액에 CO2를 반응시키고 초임계 상태로 상평형을 유지하고(S30), 상기 단계 S30에 의해 상평형이 유지된 초임계 CO2와 토마토 추출물에서 토마토 추출물을 추출하여 배출한다(S40).
또 본 발명에 따르면, 상기 단계 S40에서 추출된 토마토 추출물에서 용해된 CO2를 회수하여(S50) 상기 단계 S30에서의 CO2 공급용으로 사용된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, CO2를 회수하여 반복 사용하므로, 리코핀을 경제적으로 수득할 수 있다.
다음에 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득에 대해 구체적인 과정을 도 2에 따라 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 토마토에서 리코핀을 수득하기 위한 구체적인 추출 과정을 나타내는 도면이다.
먼저 전처리 공정으로서, 토마토 파우더, 정제수, 천연오일로서 미강유, 올리브유, 동백유, 밀배아유 중 단일 또는 2종 이상의 혼합유, 솔비탄 지방산 에스테르로서, 상기 tween20, tween40, tween60, tween80 중 단일 또는 2종 이상의 혼합제와 배합하여 보조용매로 사용하여 혼합물을 생성한다. 이와 같은 보조 용매는 리코핀 추출을 위한 보조용매 개념으로서, 10% 이하 범위의 농도로 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 혼합물은 60℃에서 10분 이상 호모 믹서를 이용하여 추출 후 필터링을 수행하고 여과액만 포집하여 용기(10)에 투입한다.
상기 여과액은 열교환기(20)에서 약 40℃ 정도의 상태로 열교환되고, 고압 펌프(30)를 통해 반응기(40)로 이송된다.
한편 CO2는 CO2 봄베(50)에서 체크밸브를 거쳐 냉각기(60)로 공급된다, 상기 냉각기(60)에서는 공급된 CO2를 약 -20℃이하로 냉각하여 CO2를 액체화한다. 이와 같이 액체화된 CO2액은 체크밸브를 거쳐 CO2액 저장기(70)에 저장된다. CO2액 저장기(70)에는 압력 및 온도 측정게이지가 마련되어 일정 압력 및 온도 상태를 유지하게 한다. 따라서 CO2의 공급이 필요한 경우, 계량밸브(80)를 거쳐 고압펌프(90)로 필요한 양의 CO2가 공급되고, 열교환기(100)를 거쳐 반응기(40)로 이송된다.
상기 반응기(40)에서는 고압펌프(30)를 이용하여 반응기(40)의 내부압력을 73~150bar의 상태로 올려 열교환기(100)을 통해 이송된 CO2를 초임계 상태로 상평형을 유지한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 여과액은 상기 반응기(40)의 상부로 공급되고, 상기 CO2는 상기 반응기(40)의 하단부에서 투입되어 초임계 상태로 상평형을 유지한다.
상기 반응기(40)에서 초임계 CO2는 여과액 내의 토마토 추출물인 리코핀을 추출하여 반응기(40)의 상부로 배출하고, 반응기(40) 하단으로 물을 회수하게 한다.
상기 반응기(40) 상부를 통해 리코핀이 함유된 토마토 추출물이 천연 오일 및 솔비탄 지방산 에스테르와 함께 CO2에 용해된 상태로 분리기(110)로 공급되고, 상기 분리기(110)에서는 CO2를 용해된 상태로 회수하여 상기 냉각기(60)로 공급한다.
즉 본 발명에서는 초임계용으로 사용된 CO2는 회수하여 리사이클링하므로, CO2의 누출 없이 리코핀을 경제적으로 수득할 수 있다.
다음에 본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법의 구체적인 예를 설명한다.
먼저 혼합물생성 단계에 대해 기술한다.
본 발명에 따른 일 예로서, 토마토 파우더 100g, 정제수 1L, 솔비탄 지방산에스테르 100g을 혼합하여 교반기, 호모믹서 등을 이용하여 균질화를 수행한다.
이때, 원료 질량대비 정제수 혼합 량 범위는 5배~30배로 하는 것이 바람직하다. 5배 미만일 경우, 생성되는 페이스트 점성이 강해 교반이 어려우며, 30배 이상일 경우, 여과액 량이 많아 추출효율이 불량하다.
다음에 여과액 포집 단계에 대해 기술한다.
먼저, 상기 균질화를 수행한 혼합물을 여과하여 여과액만을 포집한다. 이러한 포집은 필터프레스, 연속상 원심분리기 등을 이용할 수 있다.
이후, 연속식 초임계 이산화탄소 추출를 실행한다.
상기 여과물을 원료 용기(10)에 투입하고 열교환기(20)를 거쳐 40℃까지 예열하여 고압정량 펌프(30)를 이용하여 반응기(40) 상부로 이송한다.
이산화탄소를 열교환기(60)를 거쳐 -20℃까지 냉각시켜 액화시킨 이산화탄소를 액화이산화탄소 저장탱크(70)에 저장을 한다.
다음에 상기 액화이산화탄소 저장탱크로부터 고압정량펌프(90)를 이용하여 열교환기(100)를 거쳐 40℃까지 승온시켜 반응기(40) 하부로 이송한다.
상기 반응기(40)의 내부로 투입된 상기 여과물에 반응기 하부로부터 초임계 이산화탄소를 공급하면서 반응기 내부 평형압력을 150bar로 유지하면서 서서히 계면을 형성시키고, 형성된 계면이 안정화될 수 있게 여과물 투입유량과 이산화탄소 투입유량 비율을 조정한다.
상기 계면 안정화를 유지하면서 초임계 이산화탄소가 여과물 내의 리코핀을 추출하여 반응기 상부의 배출관을 통해 분리기(110)로 이송되며, 반응기 하부에 생성되는 물은 반응기 하부로 배출시킨다.
상기 반응기(40)에서 분리기(110)로 이송된 초임계 이산화탄소 리코핀 추출물은 분리기 내부로 이송되면서 감압되어 기상의 이산화탄소와 리코핀 추출물로 분리되어 분리기(110) 내부에는 리코핀 추출물이 포집되며, 기상으로 분리된 이산화탄소는 분리기(110) 상부의 배출관을 통해 열교환기(60)를 거쳐 액화이산화탄소 저장탱크로 이송된다.
상기 저장된 액화이산화탄소는 순환되어 반응기로 재투입된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 토마토에서의 리코핀 수득 방법을 사용하는 것에 의해 리코핀의 화장조성료로 사용할 수 있다.
10 : 용기
20, 100 : 열교환기
30, 90 : 고압펌프
40 : 반응기
110 : 분리기

Claims (7)

  1. 토마토에서 리코핀을 수득하는 방법으로서,
    (a) 토마토 파우더, 정제수, 천연 오일 및 솔비탄 지방산 에스테르(Sorbitan fatty acid ester)를 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계,
    (b) 상기 단계 (a)의 혼합물에서 여과액을 포집하는 단계,
    (c) 반응기에서 상기 단계 (b)의 여과액에 CO2를 반응시키고 초임계 상태로 상평형을 유지하는 단계,
    (d) 상기 단계 (c)에 의해 상평형이 유지된 초임계 CO2와 토마토 추출물에서 토마토 추출물을 추출하여 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 토마토에서의 리코핀 수득 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서는 리코핀이 함유된 토마토 추출물이 천연 오일 및 솔비탄 지방산 에스테르와 함께 CO2에 용해된 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 토마토에서의 리코핀 수득 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (c)는 상기 반응기 내에서 고압 펌프에 의해 73~150bar의 내부 압력으로 유지되고, 상기 CO2는 상기 반응기의 하단부에서 투입되는 것을 특징으로 하는 토마토에서의 리코핀 수득 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반응기에서 상기 초임계 CO2와 토마토 추출물은 반응기의 상부에서 추출되고, 상기 반응기의 하단으로 물이 회수되는 것을 특징으로 하는 토마토에서의 리코핀 수득 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    (e) 상기 단계 (d)에서 추출된 토마토 추출물에서 용해된 CO2를 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토마토에서의 리코핀 수득 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단계 (e)에서 회수된 CO2는 상기 단계 (c)로 공급되는 것을 특징으로 하는 토마토에서의 리코핀 수득 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 천연오일은 올리브유, 코코넛유, 팜유, 동백유, 호호바유, 밀배아유, 포도씨유, 미강유, 달맞이꽃 종자유, 라벤더, 티트리에센셜 오일 중의 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 토마토에서의 리코핀 수득 방법.

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