KR101588438B1

KR101588438B1 - 아임계 추출을 이용한 울금 유래 고함유 커큐민 추출방법

Info

Publication number: KR101588438B1
Application number: KR1020130045780A
Authority: KR
Inventors: 김도언; 정은영; 정명수; 고민정; 유서연; 권혜림
Original assignee: (주)뉴트리
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2016-01-25
Also published as: KR20140127122A

Abstract

본 발명은 아임계 추출을 이용한 울금 유래 커큐민 추출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열풍건조한 후 파쇄분말화된 울금에 1 내지 80MPa의 압력 및 110 내지 190℃의 온도로 가압 및 가열한 용매를 처리하여 고함유 커큐민을 추출하는 방법에 관한 것이다.

Description

아임계 추출을 이용한 울금 유래 고함유 커큐민 추출방법{Method for extracting curcumin from Tumeric using subcritical fluid extraction}

통계청이 발표한 “2007년 사망 및 사망원인 통계”에 따르면 우리나라 사람들의 사망원인 중 1위는 암이며 그중에서도 위암, 폐암, 간암이 가장 높은 순위이고, 특히 간암의 경우 40-50대 남성들의 심각한 사망원인으로 꼽힌다.

그러나 간 건강관련 소재는 헛개나무추출물, 밀크씨슬, 표고버섯균사체등이 유일한 소재이어서 신소재 개발이 절실히 필요하다. 최근 들어 주목받는 소재는 울금(Curcuma longa Linn. Zingiberaceae)으로 일본의 경우 본격적으로 울금시장이 형성된 것은 10여 년 전이었다. 그동안 꾸준히 성장해온 울금은 이제 숙취해소와 간 건강에 대응하는 소재로서 정점에 올라 있다. 현재 일본의 울금시장은 약 300억 엔 정도로 형성되어 있다.

그러나 울금의 주성분인 커큐민은 불용성으로서 아세톤 추출에 의하여 식품 첨가물로 사용 가능하나, 잔존 유기용매의 문제와 제형의 한계, 소비자들의 식품첨가물에 대한 안 좋은 인식 등으로 제품화 및 마케팅 측면에서 한계가 있다.

아임계 수 추출법(subcritical water extraction, SWE)은 상온, 상압의 물을 압력 및 온도의 조절을 통하여 아임계 상태로 만듦으로써 낮은 상대 유전율(1 < ε < 25)을 부여하므로 플라보노이드와 같은 비극성 화합물(non-polar compound)을 추출하는데 매우 효과적인 것으로 알려지고 있다. 약 15년 전부터 분석 시 전처리 기술로 활용되어 왔으나, 최근에는 천연물로부터 극성 및 비극성 천연 색소, 향 등의 유효성분을 추출하는 방법으로써의 연구가 세계적으로 미국, 유럽, 일본 등의 선진국을 중심으로 진행 중이다.

아임계 수 추출법은 비극성물질 추출에 국한하여 이용되는 초임계 이산화탄소 추출법(supercritical CO2 extraction, SCE)에 비해 대상 추출물질의 적용범위가 매우 넓으며, 상대적으로 낮은 압력에서 운전하므로 산업적 규모의 장치구축 시 초기설비투자비가 낮아 산업화에 유리하나 국내에서는 기초 연구수준에 머물러 있고 산업화 성공 예는 전무하다.

물은 값이 싸고 독성이 없으며 사용 후 안전하게 폐기할 수 있을 뿐만 아니라 압력 조절에 의하여 끓는점을 변화시킴으로써 간단하게 속성을 바꿀 수 있으므로 목적에 따라 유효성분 추출에 다양하게 이용될 수 있다.

따라서 추출 매체로써 유기용매를 이용하는 많은 전통적인 추출기술에 비해 SWE는 더 용이한 선택성(selectivity)을 가질 수 있기 때문에 불순물(interfering compounds)을 적게 포함하도록 유효성분을 추출할 수 있는 장점을 가진다.

이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 열풍건조한 후 파쇄분말화된 울금에 1 내지 80MPa의 압력 및 110 내지 190℃의 온도로 가압 및 가열한 용매를 처리하여 울금으로부터 커큐민을 고효율로 추출할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 아임계 추출을 이용한 울금 유래 커큐민 추출 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 울금 유래 커큐민 추출 방법을 제공한다.

(a) 탄소수 1 내지 6의 알코올을 1 내지 80MPa의 압력 및 110 내지 190℃의 온도로 가압 및 가열하여 용매를 제조하는 단계; 및

(b) 상기 (a)단계의 용매를 상기 울금에 처리하여 커큐민을 추출하는 단계.

이하 본 발명의 내용을 보다 상세히 설명하기로 한다.

(a) 단계 : 탄소수 1 내지 6의 알코올을 1 내지 80MPa의 압력 및 110 내지 190℃의 온도로 가압 및 가열하여 용매를 제조하는 단계

상기 (a) 단계에서 추출 용매는 식용가능한 단수 또는 복수 종류의 용매일 수 있으나, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 알코올을 사용할 수 있다. 상기 알코올은 바람직하게는 에탄올, 메탄올, 부탄올, 펜탄올 또는 주정일 수 있으며, 더 바람직하게는 에탄올 또는 주정일 수 있다. 상기 에탄올은 바람직하게는 1% 내지 99%의 농도를 가질 수 있으며, 더 바람직하게는 10 내지 50%의 농도를 가질 수 있다. 상기 용매는 본 발명자들이 실험을 통해 울금 내의 커큐민 추출에 가장 적합한 종류를 선정한 것이다.

상기 아임계 추출법은 상기 아임계 수의 압력이 1 내지 80MPa이며, 더 바람직하게는 40 내지 80MPa이다. 상기 아임계 수의 온도는 110 내지 190℃이며, 더 바람직하게는 120 내지 150℃이다. 온도가 110℃ 미만의 경우 효율적으로 커큐민 추출할 수 없으며, 온도가 190℃를 초과하는 경우 에너지가 다량으로 소비되어 경제적이지 않다.

이러한 가압 및 가열은 기존 추출방법의 한계를 극복하기 위해 추출 용매를 고온, 고압의 액상 용매로 제조하기 위함이며, 더욱 상세하게 설명하면, 물, 에탄올 등의 용매는 초임계점 바로 이하의 고온, 고압의 조건에서는 액체의 상태로 존재하는데, 이러한 경우 상온, 상압에서의 물의 이온적은 1 X 10^-14인데 반해, 예를 들어, 250℃의 액상의 물의 경우, 이온적이 1 X 10^-11로 약 1,000배 정도 증가하여 산이나 알칼리와 같은 기능을 가지게 된다. 다만, 초임계 추출영역은 초고온이므로 기능성성분의 화합물이 완전 연소되어 추출이 불가능하고 탄산가스를 이용한 초임계추출은 초고온영역이 아니므로 현재 사용되나 카페인 제거 등 적용범위가 한정되어 있어 식품산업에서 초임계를 적용하는 데는 한계가 있다. 하지만, 그보다 다소온화한 조건의 온도 및 이러한 온도의 용매를 액상으로 유지시킬 수 있는 압력의 조건을 이용함으로써 고도의 추출능을 기대할 수 있게 된다.

(b) 단계 : 상기 (a)단계의 용매를 상기 울금에 처리하여 커큐민을 추출하는 단계

본 실험에 사용한 울금은 전라남도 진도군에서 수확한 울금을 사용하였다. 상기 울금은 추출과정을 진행함에 있어서, 추출용매와의 접촉면적을 최대로 증가시켜 추출수율을 높이기 위해 분말 형태로 제조하였다. 상기 울금 분말을 제조하는 과정은 60℃에서 10시간 동안 열풍건조한 후, 고속믹서기를 이용하여 파쇄하는 방법으로 하였다. 상기 제조된 울금 분말은 추출단계를 수행하기 전까지 4 내지 90℃ 에서 보관하였다.

상기 (a)단계에서 가압 가열된 고온, 고압의 액상 용매를 울금에 처리하여 커큐민을 추출한다. 이 때, 본 발명에서의 ‘처리’란 추출용매를 원재료인 울금에 가하여 커큐민 추출이 이루어지도록 하는 것을 말하며, 이 때의 추출은 당업계에 공지된 통상의 추출법에 따라 수행될 수 있다.

상기 커큐민의 추출하고자 하는 온도까지 도달한 시점부터 추출 시간은 1 내지 100분이 바람직하며, 보다 바람직하게는 5 내지 20분이다. 추출 시간이 1분 미만인 경우는 커큐민 추출 효율이 떨어지며, 100분을 초과하는 경우 비경제적이므로 바람직하지 않다.

본 발명은 아임계 추출을 이용한 울금 유래 커큐민 추출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열풍건조한 후 파쇄분말화된 울금에 1 내지 80MPa의 압력 및 110 내지 190℃의 온도로 가압 및 가열한 용매를 처리하여 고함유 커큐민을 추출하는 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따라 아임계 추출기를 이용하여 울금으로부터 커큐민을 추출하기 위한 추출 장치를 나타낸 개념도이다.
도2는 본 발명은 울금 내의 유효성분인 커큐미노이드에 대한 구조식 및 종류 나타낸 것이다.
도3은 본 발명은 아임계 추출기를 이용하여 울금추출에 대한 프로파일을 나타낸 것이다.
도4는 본 발명은 아임계 추출기를 이용하여 온도와 시간에 따른 울금 내의 커큐민 함량을 나타낸 것이다.

이하 본 발명의 내용을 보다 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1: 추출 온도 및 시간에 따른 울금 내의 커큐민 열수추출

실험 예로, 건조한 울금 50 g에 울금과 물 1700mL로 8 L 사이즈 셀에 넣고 아임계 추출기에 장착한 후, 100 내지 200℃ 온도 범위에서 5℃ 의 온도 구간으로, 1분 내지 30분의 시간 범위에서 5분 간격으로 구간을 정하여, 각각의 추출온도와 추출시간의 조건에서 아임계 추출을 수행하였다. 상기 시료에 압력 범위는 1 내지 10 MPa의 압력 조건 및 상기 추출온도 조건에서 추출을 수행하였고, 운반체로 질소가스를 사용하였다.

상기 실시예 1에서 얻어진 울금 추출물의 추출 수율을 조사하고, 그결과를 하기 표 1에 나타내었다.

커큐민 농도 (mg 커큐민 / g 울금)
추출 온도 (°C)	추출 시간 (분)
추출 온도 (°C)	1	3	5	10	15
110	0.85±0.01	2.04±0.15	2.56±0.02	5.34±0.12	3.64±0.03
115			4.07±0.10	3.13±0.01	0.70±0.00
120			4.61±0.04	3.30±0.02	2.43±0.00
125	3.26±0.01	3.17±0.00	3.34±1.04	1.31±0.02	0.96±0.05
130	5.01±0.00	5.70±0.02	4.93±0.03	5.70±0.01	1.90±0.01
135	2.99±0.00	3.60±0.02	8.67±0.08	3.52±0.01	1.01±0.04
140	4.29±0.00	4.98±0.01	6.13±0.11	2.89±0.00	1.37±0.00
150	4.03±0.01	4.59±0.18	2.60±0.00	1.35±0.01	3.33±0.02
160			-	-	-
170	2.76±0.00	1.84±0.01	-	1.56±0.01	-
180			-	-	-
190	0.37±0.04	1.62±0.03	-	1.46±0.01	-

상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 추출 농도는 온도에 따라서 0.70 내지 8.67㎎이 되며, 120 내지 150℃ 온도 범위에서 추출 효율이 가장 높음을 알 수 있다..

실시예 2: 주정 함량 변화에 따른 울금 내의 커큐민 추출

아임계 수 추출법에 의한 최적 추출조건을 확립하기 위하여 0 내지 50%의 주정을 사용하고 추출온도의 변화를 주며 추출을 하였다. 건조한 울금 50 g에 울금과 물 1700mL 를 8 L 사이즈 셀에 넣고 아임계 추출기에 장착한 후, 120 내지 150℃ 온도 범위에서 5 내지 10℃의 온도 구간으로, 5분의 시간 동안 10 내지 50%의 주정 비율 범위에서 10% 간격으로 구간을 정하여 각각의 추출온도와 주정 비율의 조건에서 아임계 추출을 수행하였다. 상기 시료에 압력 범위는 1 내지 10 MPa의 압력 조건 및 상기 추출온도 조건에서 추출을 수행하였고, 운반체로 질소가스를 사용하였다.

그 결과 주정함량이 50%일 때 가장 효율적인 커큐민 추출이 되는 것을 확인할 수 있었다.

상기 실시예 2에서 얻어진 울금 추출물의 추출 수율을 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

추출조건	주정 비율(%)	고형물 함량 (g 추출된 고형물/g 울금)	커큐민 농도 (mg 커큐민/g 울금)	추출된 고형물에서 커큐민의 농도(%)
120 ^o C/5분	10	0.117	3.7	3.2
	20	0.137	7.2	5.2
	30	0.146	11.5	7.9
	40	0.192	37.8	19.7
	50	0.176	35.7	20.3
130 ^o C/5분	10	0.087	3.9	4.4
	20	0.146	10.4	7.1
	30	0.130	22.9	17.6
	40	0.205	37.8	18.4
	50	0.243	51.3	21.1
135 ^o C/5분	10	0.132	4.6	3.5
	20	0.179	8.5	4.7
	30	0.179	15.1	8.4
	40	0.126	17.4	13.8
	50	0.228	47.9	21.0
140 ^o C/5분	10	0.049	1.8	3.7
	20	0.159	6.3	4.0
	30	0.205	30.2	14.7
	40	0.207	31.3	15.1
	50	0.204	45.4	22.3
150 ^o C/5분	10	0.221	5.8	2.6
	20	0.168	8.9	5.3
	30	0.239	24.8	10.4
	40	0.257	35.6	13.9
	50	0.274	63.7	23.2

상기 표2에서 확인할 수 있듯이, 추출된 고형물에서 커큐민의 농도는 고형물의 함량/커큐민의 농도*100으로 계산되었으며, 주정 비율에 따라서 2.6 내지 23.2%가 되고, 50%의 주정 비율에서 추출 효율이 가장 높음을 알 수 있다.

실시예 3: 압력에 따른 울금 내의 커큐민 추출

건조한 울금 50 g에 울금과 물 1700mL 를 8 L 사이즈 셀에 넣고 아임계 추출기에 장착한 후, 130 및 150℃ 온도에서 5분의 시간 동안 1 내지 80의 압력 범위에서 5, 15, 20, 40의 간격으로 구간을 정하여 각각의 추출온도와 압력의 조건에서 아임계 추출을 수행하였다. 상기 시료에 상기 압력 조건 및 상기 추출온도 조건에서 추출을 수행하였고, 운반체로 질소가스를 사용하였다.

상기 실시예 3에서 얻어진 울금 추출물의 추출 수율을 조사하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

추출조건	압력(MPa)	커큐민 함량(%)	커큐미노이드함량(%)
130 ^o C/5분	1	20.3	23.2
	5	22.5	23.9
	20	30.7	34.2
	40	50.3	51.2
	80	51.1	53.2
150 ^o C/5분	1	18.2	19.7
	5	20.6	23.8
	20	31.1	35.7
	40	51.8	52.6
	80	50.2	52.3

상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 커큐민의 함량은 압력에 따라 18.2 내지 51.8%가 되며 40 내지 80Mpa의 압력 범위에서 추출 효율이 높음을 알 수 있다.

Claims

하기 단계를 포함하는 울금 유래 커큐민 추출 방법:
(a) 에탄올 또는 주정을 1 내지 80MPa의 압력 및 110 내지 190℃의 온도로 가압 및 가열하여 용매를 제조하는 단계;
(b) 상기 (a)단계의 용매를 상기 울금에 처리하여 커큐민을 추출하는 단계.
제1항에 있어서, 상기 (b)단계의 울금은 열풍건조한 후 파쇄분말화 된 것을 특징으로 하는, 울금 유래 커큐민 추출 방법.
제1항에 있어서, 상기 (a)단계의 압력이 40 내지 80Mpa인 것을 특징으로 하는, 울금 유래 커큐민 추출 방법.
제1항에 있어서, 상기 (a)단계의 온도가 120 내지 150℃인 것을 특징으로 하는, 울금 유래 커큐민 추출 방법.
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제1항에 있어서, 상기 (a)단계의 알코올은 10 내지 90 용량% 농도를 가지는 것을 특징으로 하는, 울금 유래 커큐민 추출 방법.