KR101752037B1

KR101752037B1 - 식물에서 잔류 농약을 제거하는 방법

Info

Publication number: KR101752037B1
Application number: KR1020140152190A
Authority: KR
Inventors: 홍순기; 권오택; 오승상; 장동필; 유영수; 이기진; 유병일; 이종원
Original assignee: 주식회사 한국인삼공사
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2017-06-28
Also published as: KR20160058218A

Abstract

본 발명은 식물에서 잔류 농약을 제거하는 것에 관한 것으로, 구체적으로 한외여과를 적용함으로써, 한외여과를 적용하지 않은 경우에 비해 작물보호제 성분이 효과적으로 제거되므로, 상기 인삼열매 또는 인삼잎 농축액을 약학적 조성물, 화장료 조성물, 건강기능성 식품 또는 동물사료와 같은 다양한 분야에서 이용할 수 있다.

Description

식물에서 잔류 농약을 제거하는 방법{Method of Removing Residual Agricultural Chemicals from Plant}

본 발명은 식물에서 잔류 농약을 제거하는 것에 관한 것으로, 구체적으로 한외여과를 적용하여 잔류 농약을 효과적으로 제거한다.

인삼에는 다양한 종류의 진세노사이드 성분이 함유되어 있고, 이러한 진세노사이드는 파낙사디올계, 파낙사트리올계, 올레안계 등이 있다. 또한, 인삼에는 상기 진세노사이드 성분 이외에도 전분 등의 탄수화물, 폴리아세틸렌의 항산화성 방향족 화합물, 간장을 보호하는 고미신, 유사 인슐린 작용을 하는 산성 펩티드 등이 있다. 진세노사이드의 주요 약리 작용은 중추신경계를 비롯하여, 내분비계, 면역계, 대사계 등에 영향을 미쳐 신체 조절 기능에 다양한 효과를 발휘한다.

인삼은 땅 밑에 뿌리와 뇌두가 있으며, 지상부는 줄기, 잎, 열매로 이루어져 있다. 인삼은 3년차 이상에서 인삼의 꽃이 피기 시작하며, 6월경에는 초록빛 색깔의 열매가 생기게 된다. 7월 중순이 되면 인삼의 열매가 붉게 익으면서 결실하게 된다. 보통 인삼은 재배 기간이 4년 이상 소요되고, 또한 최고 품질의 인삼은 6년을 재배한 6년근으로 알려져 있다. 이처럼 재배기간이 오래 걸리고, 재배하는 동안 각종 병충해, 자연재해 등 여러 가지 이유로 인해 최초 재배량보다 수확량이 적게 되어 가격이 비싸며, 인삼을 얻기까지 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 따라서, 인삼 재배시 발생되는 부산물을 활용하는 것이 제시되어 왔다.

예를 들면, 인삼재배 농가에서는 인삼열매가 생기기 시작하면, 인삼 뿌리의 성장을 촉진하기 위해 인삼열매를 수확하고, 수확된 열매는 진세노사이드 성분이 포함되어 있기 때문에 인삼재배지의 비료, 동식물의 사료에 소량 사용하고 있다. 하지만, 일부만이 이용될 뿐이고 대부분은 쓰레기로 인식되어 폐기되고 있는 실정이다. 또한, 인삼열매에 작물보호제 성분이 포함되어 있기 때문에 활용이 용이하지 않은 문제점이 있었다. 한편, 인삼잎은 인삼의 사포닌과 유사한 구조와 약리효능이 있는 사포닌을 홍삼보다 5~7배 함유하고 있어 식품 또는 의약 자원으로 평가되고 있으나, 작물보호제 성분들이 함유되어 있어 이용이 어렵고, 전량 폐기되고 있고 있다.

전술한 바와 같이 현재 인삼의 지상부인 인삼열매와 인삼잎은 인삼 뿌리와 같이 진세노사이드 성분이 함유되어 있음에도 불구하고 인삼에서 제거된 후 대부분 폐기되거나, 인삼열매와 인삼잎에 함유된 작물보호제 성분을 제거하기 어려워 인삼열매와 인삼잎에 함유된 진세노사이드의 이용이 부족한 실정이다.

인삼열매 또는 인삼잎으로부터 진세노사이드를 고함량으로 수득하는 것에 대해서는 특허문헌 1에 인삼잎을 증숙 처리하여 진세노사이드 함량을 높이는 것이 개시되어 있고, 특허문헌 2에는 인삼열매를 증숙 및 건조하고, 효소를 이용하여 진세노사이드 함량을 높이는 것이 개시되어 있다. 한편, 종래에 작물보호제의 제거 방법에 대하여, 특허문헌 3에는 은행나무 추출물로부터 살충제를 제거하는 방법이 개시되어 있고, 특허문헌 4에는 식물을 극성 용매로 추출한 후 수지를 이용하여 식물 추출물에서 살충제를 제거/정제하는 일반적인 방법이 개시되어 있다. 하지만, 인삼열매 또는 인삼잎으로부터 작물보호제를 제거하는 것과 관련해서는 연구가 이루어지지 않았다.

이에, 본 발명자들은 인삼열매와 인삼잎에 함유된 진세노사이드를 활용하기 위하여 한외여과를 적용하였고, 그 결과 한외여과를 적용하지 않은 경우에 비해 작물보호제 성분이 제거되면서, 인삼열매와 인삼잎에 포함된 진세노사이드 함량이 손실되지 않거나, 증가되는 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

대한민국 공개특허 10-2010-0043725 대한민국 등록특허 10-0852138 대한민국 등록특허 10-1350433 US 5,660,832

식물 또는 식물 유래 추출물 이용시에 작물보호제가 포함되어 있는 경우 활용이 어려운 문제점이 있었다. 본 발명의 목적은 하기 단계를 포함하는 식물에서 잔류 농약을 제거하는 방법을 제공하는 것이다:

1) 식물을 열수 추출하는 단계; 및

2) 단계 1)에서 수득된 추출물을 한외여과하는 단계.

아울러, 본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 식물 추출물을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 식물에서 잔류 농약을 제거하는 방법을 제공한다:

1) 식물을 열수 추출하는 단계; 및

2) 단계 1)에서 수득된 추출물을 한외여과하는 단계.

아울러, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 식물 추출물을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 하기 단계를 포함하는 식물에서 잔류 농약을 제거하는 방법을 제공한다:

1) 식물을 열수 추출하는 단계; 및

2) 단계 1)에서 수득된 추출물을 한외여과하는 단계.

상기 방법은 단계 1) 전에 식물을 전처리하는 단계가 추가로 포함될 수 있다. 예를 들면, 인삼열매에 적외선, 가시광선 및 자외선으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 조사 처리할 수 있다. 또는 상기 인삼열매는 건조될 수 있다. 상기 조사 처리되거나, 건조된 인삼열매는 증숙/냉각 과정을 거칠 수 있다. 증숙은 70 내지 120℃의 증기, 바람직하게는 90 내지 100℃의 증기로 30분 내지 5시간, 바람직하게는 1 내지 2 시간 동안 실시될 수 있고, 증숙 후 냉각한다. 이 과정은 1회 실시할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 증숙/냉각 과정을 거친 인삼열매는 수분 함량이 5~30%가 되도록 건조한 후 분쇄하고, 분쇄된 식물 분말을 추출 원료로 사용한다. 또한, 인삼잎의 경우에는 70 내지 120℃에서, 바람직하게는 90 내지 100℃에서 30분 내지 5시간, 바람직하게는 1 내지 2 시간 열풍건조한 후, 인삼잎의 수분 함량이 10~15%가 되도록 건조한 후 분쇄하고, 분쇄된 인삼잎의 분말을 추출 원료로 사용한다.

상기 단계 1)의 열수 추출은 50 내지 120℃에서 3 내지 24시간 동안 실시될 수 있고, 바람직하게는 55 내지 110℃에서 5 내지 20시간 동안 실시될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 60 내지 100℃에서 7 내지 15시간 동안 실시될 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.

상기 열수 추출이 하한값 미만의 온도에서 수행되거나, 하한값 미만의 시간에서 수행되는 경우, 진세노사이드 Rg1, Rb1, Rg3s, Re, Rf, Rh1, Rg2s, Rc, Rb2, Rd, Rg3r 및 Rh2s으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 한 종류의 진세노사이드가 원하는 양만큼 추출되지 않을 수 있다. 또한, 온도 또는 시간의 상한값을 초과하여 수행되는 경우에는 추출된 진세노사이드가 열분해되고, 온도와 시간에 소요되는 운용 비용이 증가하여 생산비가 증가되는 문제점이 있다.

상기 단계 1)의 열수 추출은 동일 원료에 대해 1회 내지 9회 반복될 수 있고, 바람직하게는 1회 내지 7회 반복될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1회 내지 5회 반복될 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 상기 열수 추출이 9회를 초과하여 수행될 경우에는 수용성 성분의 추출 정도를 나타내는 Brix가 현저히 낮아져 기대하는 생리적 효과를 얻을 수 없는 문제점이 있다.

상기 열수 추출에서 사용된 물을 대신하여, 알코올, 바람직하게는 C₁-C₄의 알코올, 또는 이의수용액을 추출 용매로 사용할 수 있고, 경우에 따라 알코올 이외의 유기 용매를 사용할 수 있다. 상기 유기용매는 헥산(n-헥산), 에테르, 글리세롤, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 에틸아세테이트, 메틸아세테이트, 디클로로메탄, 클로로포름, 에틸아세테이트 및 이들의 혼합 용매일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.

상기 방법은 상기 단계 1)에서 추출된 열수 추출물을 다단 여과하는 공정을 추가로 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.

상기 다단 여과하는 공정에 사용되는 필터의 구멍 크기는 0.03㎛ 내지 150㎛일 수 있고, 바람직하게는 0.05㎛ 내지 140㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.08㎛ 내지 130㎛일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 상기 필터의 크기가 0.03㎛ 미만일 경우에는 한외여과에 사용되는 막의 구멍 크기인 0.01㎛에 근접하게 되어 유사한 여과를 중복 수행하게 되고, 필터의 구멍 크기가 150㎛를 초과하는 경우에는 추출물을 여과하여도 추출물에 함유되어 있는 고형분이 충분히 제거되지 않기 때문에 한외여과시 막면에 케이크층이 빠른 시간 내에 형성되어 투과율이 현저히 감소하는 문제점이 있다.

상기 다단 여과하는 공정은 실온에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 유효한 진세노사이드가 파괴되지 않는 범위에서 수행될 수 있다.

본 발명의 한 구현예에서는 인삼열매 추출물 또는 인삼잎 추출물을 100㎛의 체에 1차로 여과 후, 다시 20℃로 냉각하고, 75㎛의 체에 2차로 여과 후, 20℃로 냉각하며, 20㎛의 체에 3차로 여과 후, 다시 2℃로 냉각한 후, 0.1㎛의 체에 4차로 거르는 다단 여과 공정을 실시한다.

상기 단계 1)에서 추출된 열수 추출물의 pH는 1 내지 10일 수 있고, 바람직하게는 pH는 1.5 내지 9일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 pH는 2 내지 8일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 상기 열수 추출물의 pH가 상기 범위 밖일 경우 작물보호제가 한외여과막에 흡착하는 효과가 감소될 수 있다.

상기 단계 2)의 한외여과에서 사용되는 막은 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에테르설폰 중 적어도 하나이다.

상기 단계 2)의 한외여과시 적용되는 피드(feed) 압력은 5 내지 30bar일 수 있고, 바람직하게는 5 내지 25bar일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 5 내지 20bar일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 상기 피드 압력이 하한값 미만일 경우에는 표적으로 하는 작물보호제가 제거되기까지 시간이 오래 소요되고, 상한값을 초과할 경우에는 상기 범위 내의 압력으로 운전할 때에 비해 농도 분극 현상이 빨리 일어날 수 있다. 농도 분극 현상은 여과의 진행에 따라 막 표면상에 막에 의해 저지된 용질이 농축되어 막에 공급하는 추출액의 농도보다도 높게 되는 현상으로, 막면에 케이크층을 형성할 수 있고, 이 현상에 의해 삼투압 증가로 투과율이 감소하게 된다. 따라서, 가급적 상기 범위 내의 압력에서 운전하여 투과 유량을 낮게 운전하는 것이 바람직하다. 또한, 농도 분극 현상이 일어나는 경우, 추가로 피드 압력과 수직 방향으로 압력을 가하거나, 기계적 교반에 의해 막면에 형성된 케이크층을 해소할 수 있다.

상기 단계 2)의 한외여과시 제거되는 농약의 종류는 클로티아니딘, 메탈락실, 펜디메탈린, 피라클로스트로빈, 피리메타닐, 티아메톡삼, 시아조파미드, 디페노코나졸, 크레속심메틸, 펜시큐런 및 터부코나졸로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.

상기 단계 2)에서 한외여과된 여과물에 포함된 진세노사이드는 Rg1, Rb1, Rg3s, Re, Rf, Rh1, Rg2s, Rc, Rb2, Rd, Rg3r 및 Rh2s로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.

상기 단계 2)에서 한외여과된 여과물에 포함된 진세노사이드 Rg1, Rb1, Rg3s, Re, Rf, Rh1, Rg2s, Rc, Rb2, Rd, Rg3r 및 Rh2s의 총 합은 0.100 내지 3.00mg/㎖일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.300 내지 2.80mg/㎖일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.500 내지 2.60mg/㎖일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.

상기 식물은 인삼일 수 있고, 상기 인삼은 인삼의 세근, 지근, 주근, 뇌두, 줄기, 잎, 화경, 꽃 및 열매로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 인삼은 인삼잎 및 인삼열매 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.

본 발명의 한 구현예에 따르면, 인삼열매를 건조 처리하고, 증숙/냉각한 후, 열수 추출한 다음 다단 여과하는 과정을 거친 인삼열매 추출물을 셀룰로오스 아세테이트 또는 폴리에테르설폰 막을 이용하고, 피드(feed) 압력 5 내지 30bar을 가하여 한외여과하면, 클로티아니딘, 메탈락실, 펜디메탈린, 피라클로스트로빈, 피리메타닐 및 티아메톡삼을 비롯한 하기 표 4에 기재된 다른 잔류 농약들이 모두 제거된다.

본 발명의 한 구현예에 따르면, 인삼잎을 열풍건조한 후, 열수 추출한 다음 다단 여과하는 과정을 거친 인삼잎 추출물을 셀룰로오스 아세테이트 또는 폴리에테르설폰 막을 이용하고, 피드(feed) 압력 5 내지 30bar을 가하여 한외여과하면, 시아조파미드, 디페노코나졸, 크레속심메틸, 펜시큐런 및 터부코나졸을 비롯한 하기 표4에 기재된 다른 잔류 농약들이 모두 제거된다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 인삼 추출물은 작물보호제 성분이 효과적으로 제거되기 때문에 인삼 추출물을 원료로 하는 약학적 조성물, 화장료 조성물 또는 건강 기능식품 분야에서 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 인삼열매 추출물 또는 인삼잎 추출물은 한외여과를 적용하지 않은 경우에 비해 진세노사이드 함량이 유지 또는 증가되고, 작물보호제 성분이 제거되므로, 본 발명의 방법 또는 이에 따른 추출물을 진세노사이드를 유효성분으로 하는 기능성 식품, 화장료 조성물 분야에서 활용할 수 있다.

이하, 본 발명을 제조예, 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.

단, 하기 제조예, 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 제조예, 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

< 제조예 1> 인삼열매 추출액의 제조

인삼으로부터 인삼열매를 채취하고, 이의 표면을 정제수로 세척하여 이물질을 제거하였다. 그 후 상기 인삼열매를 건조 처리하고, 98℃의 증기로 1시간 동안 증숙하고, 냉각한 후, 인삼열매의 수분 함량이 10~15%가 되도록 건조한 후 분쇄하였고, 분쇄된 인삼열매 분말을 추출 원료로 사용하였다.

분쇄된 인삼열매 분말이 충분히 잠기도록 정제수(인삼열매 분말 1㎏ 대비 물 8ℓ)를 투입한 후 항온 수조(Multi water bath, 비젼텍)에 넣고, 70℃에서 8시간 동안 가열하였다. 이러한 과정을 4회 반복 수행하였다. 이어서, 추출액을 30℃로 냉각한 후, 100㎛의 체에 1차로 여과 후, 다시 20℃로 냉각하고, 75㎛의 체에 2차로 여과 후, 20℃로 냉각하며, 20㎛의 체에 3차로 여과 후, 다시 2℃로 냉각한 후, 0.1㎛의 체에 4차로 거르는 다단 여과 공정을 실시하였다. 최종 여과된 추출액을 저온에서 원심분리를 한 후 감압 농축하여 인삼열매 추출액 500g을 수득하였다(고형분 함량 65% 이상).

< 제조예 2> 인삼잎 추출물의 제조

인삼으로부터 인삼잎을 채취하고, 이의 표면을 정제수로 세척하여 이물질을 제거하였다. 그 후 상기 인삼잎을 98℃에서 1시간 동안 열풍건조 한 후, 인삼잎의 수분 함량이 10~15%가 되도록 건조한 후 분쇄하였고, 분쇄된 인삼잎 분말을 추출 원료로 사용하였다.

분쇄된 인삼잎 분말이 충분히 잠기도록 정제수(인삼잎 분말 100g 대비 물 1ℓ)를 투입한 후 항온 수조에 넣고, 70℃에서 8시간 동안 가열하였다. 이러한 과정을 4회 반복 수행하였다. 이어서, 추출액을 30℃로 냉각한 후, 100㎛의 체에 1차로 여과 후, 다시 20℃로 냉각하고, 75㎛의 체에 2차로 여과 후, 20℃로 냉각하며, 20㎛의 체에 3차로 여과 후, 다시 2℃로 냉각한 후, 0.1㎛의 체에 4차로 거르는 다단 여과 공정을 실시하였다. 최종 여과된 추출액을 저온에서 원심분리를 한 후 감압 농축하여 인삼잎 추출물 40g을 수득하였다(고형분 함량 65% 이상).

< 실시예 1> 인삼열매 및 인삼잎의 잔류 농약 분석

제조예 1에서 얻은 인삼열매 분말 또는 제조예 2에서 얻은 인삼잎 분말 각각 5g을 이용하여 잔류 농약을 추출하였고, 농약 제거용으로 사용된 헥산 용액에 대해서 잔류 농약 함량을 조사하였다. 추출 용매로는 아세토니트릴 90㎖을 사용하여, NaCl 10~20g을 넣고 봉하여 2분간 진탕하였다. 원심분리기를 이용하여 3000r/분으로 5분간 -4℃에서 원심분리시킨 후, 분리된 아세토니트릴층(상등액) 15㎖을 취하였다. 수득한 상등액을 40℃ 이하의 수욕조 중에서 공기 또는 질소 가스를 통과시키면서 용매가 소량 남을 때까지 증발시켜 농축하였다. 농축액 정제는 메틸렌클로라이드로 용해한 액을 카트리지 상단에 넣고 용출시켜 수행하였다.

추출액은 전처리 방법에 따라 GC-MS/MS와 HPLC-MS/MS로 기기 분석이 나누어진다. 용출액을 40℃ 이하의 수욕조 중에서 질소 또는 공기를 낮은 유속으로 통과시키면서 용매를 증발시킨 후, 20% 아세톤 함유 헥산 2㎖에 재용해하여 GC-MS/MS 기기분석 시료로 사용한다. 또한, 추출액을 메탄올 2㎖에 재용해하여 여과(0.2㎛) 후 HPLC-MS/MS 분석 시료로 사용한다. 표 1 및 표 2에 GC-MS/MS와 HPLC-MS/MS의 분석 조건을 나타낸다. 분석 후 잔류 농약 함량은 하기 실험예 1과 함께 나타낸다. 아울러, 표 4에 스크리닝에 사용된 농약명을 나타낸다.

GC-TQ-MSD(기체 크로마토그래프 사중극자질량 분석기)의 분석 조건

검출기	MS
주입 온도	280℃
검출기 온도	300℃
유량	0.8㎖/분
컬럼	DB-5MS(30m ×0.25mm ×0.25㎛)
오븐 온도 프로그램	70℃, 3분 → 20℃/분 → 180℃ → 5℃/분 → 300℃, 2분

UPLC-TQ-MSD(초고속액체 크로마토그래프)의 분석 조건

검출기	MS
컬럼	BEX-C₁₈(2.5 ×100mm, 17㎛)
유량	0.4㎖/분
이동상	0.1% CH₂O₂/물 : 0.1% CH₂O₂/아세토니트릴

UPLC-TQ-MSD의 이동상 프로그램

시간(분)	0.1% CH₂O₂/물(%)	0.1% CH₂O₂/아세토니트릴(%)
초기	80	20
1.00	55	45
6.00	20	80
8.50	20	80
8.60	0	100
9.00	0	100
9.50	80	20
12.00	80	20

< 실시예 2> 인삼열매 및 인삼잎의 진세노사이드 함량 분석

제조예 1에서 얻은 인삼열매 분말 또는 제조예 2에서 얻은 인삼잎 분말 각각 5g을 아세토니트릴(ACN)에 용해하여 시료를 준비하고, HPLC를 이용하여, 건강기능식품 공전에 명시된 통상적인 시험 방법을 이용하여 각 시료 중의 진세노사이드 함량을 측정하였다.

< 실험예 1> 한외여과를 통한 인삼열매 추출물 또는 인삼잎 추출물에서 잔류 농약 제거 효과 확인

파일럿 유닛은 Memtech SNF Ltd 소유의 4ft(1220mm) B1 모듈이 장착된 BRO/BUF 유닛을 사용했으며, 사용된 멤브레인은 ITT PCI-Membranes에서 제조된 CA202(MWCO 2,000) & ES404(MWCO 4,000)을 사용했다. 파일럿 유닛의 대략적인 사용은 하기와 같다.

모듈: PCI 단독 튜브 테스터 모듈(6개 튜브 × 900mm 길이)

멤브레인: 1. CA202(MWCO 2,000) 셀룰로오스 아세테이트

2. ES404(MWCO 4,000) 폴리에테르설폰

멤브레인 표면 면적: 각 0.12m²

펌프 수용력: 20ℓ/분, 플런저 타입 펌프(CATS PUMP, USA)

모터: 5.5kW 전기 모터, 380V, 3상, 60Hz

최대 압력: 30bar(운전 압력 10bar)

최대 pH 범위: 1.5-12

최대 온도: 60℃

피드 탱크 수용력: 30ℓ

압력 조절 밸브: 조절기

기계 규모: 1500ℓ × 800W × 1000H(mm)

기계 무게: 80kg

열 교환기: 튜브 및 쉘 타입

구체적으로 일괄(batch)식 운전 방법을 채택했으며, 1차 시험은 피드 탱크(40ℓ 탱크)에 인삼열매 추출액(0.3brix) 또는 인삼잎 추출액(0.3brix) 30ℓ를 투입하고, 상기 UF 파일럿 테스트 유닛의 피드 펌프에 연속 순환하여 최대 농축도(VCF)를 얻을 때까지 운전하여 최대 10~50배까지 농축하였다. 2차 시험은 피드 탱크(40ℓ 탱크)에 인삼열매 추출액(0.3brix) 또는 인삼잎 추출액(0.3brix) 30ℓ를 투입하고 20배까지 농축하였다. 3차 시험은 피드 탱크(40ℓ 탱크)에 인삼열매 추출액(0.3brix) 또는 인삼잎 추출액(0.3brix) 30ℓ를 투입하여 20배까지 농축하였다. 압력은 10bar(피드 압력), 3bar(배출 압력)로 하고, 온도는 35-50℃에서 운전하였다.

그 결과, 한외여과를 실시하였을 때 CA202 적용시 작물보호제의 분자량이 2000 이상일 때가 가장 작물보호제 제거 효율이 우수하였고, ES404 적용시 작물보호제의 분자량이 4000 이상일 경우 작물보호제 제거 기능이 떨어지고 제거 시간이 많이 걸리는 단점이 있었다. 한외여과를 실시하지 않은 제조예 1의 인삼열매 분말을 대조군으로 하고, 제조예 1의 인삼열매 추출액을 사용하여 CA202 또는 ES404를 이용해 한외여과를 실시하였을 때의 결과를 표 5에 나타낸다. 표 5의 ND는 불검출을 의미하며, 하기의 다른 표에서도 동일하다.

작물보호제 성분(단위(mg/kg))

클로티아니딘

메탈락실

펜디메탈린

피라클로스트로빈

피리메타닐

티아메톡삼

시아조파미드

디페노코나졸

크레속심메틸

펜시큐런

터부코나졸

그 외

인삼열매

인삼열매 분말

0.16

0.06

0.02

0.3

6.05

2.76

ND

한외여과후 농축액 분말

ND

인삼잎

인삼잎 분말

ND

0.06

0.04

0.16

0.80

0.11

ND

한외여과후 농축액 분말

ND

상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 한외여과를 실시하지 않은 제조예 1의 인삼열매 분말의 경우, 작물보호제 중 클로티아니딘, 메탈락실, 펜디메탈린, 피라클로스트로빈, 피리메타닐 및 티아메톡삼이 잔류하는 것이 확인되었다. 반면, 인삼열매 농축액에 한외여과를 적용한 경우 상기 제조예 1의 인삼 열매 분말에서 검출되었던 작물보호제가 제거되고, 그 밖의 작물보호제 또한 검출되지 않은 것을 확인하였다.

또한, 한외여과를 실시하지 않은 제조예 2의 인삼잎 분말의 경우, 작물보호제 중 시아조파미드, 디페노코나졸, 크레속심메틸, 펜시큐런 및 터부코나졸이 잔류하는 것이 확인되었다. 반면, 인삼잎 농축액에 한외여과를 적용한 경우 상기 제조예 1의 인삼 열매 분말에서 검출되었던 작물보호제들이 제거되고, 그 밖의 작물보호제 또한 검출되지 않은 것을 확인하였다.

< 실험예 2> 한외여과 최적 조건 확립

<2-1> 인삼열매 추출물 제조

상기 실시예 1에서 한외여과를 통해 작물보호제가 제거되는 것을 확인하고, 최적 조건을 확립하기 위해 하기 실험을 실시하였다. 제조예 1의 인삼열매 분말 3kg에 정제수를 중량대비 10배수 가하고, 추출온도 87℃에서 8시간 동안 가열하여 열수 추출물을 제조하였다. 이 공정을 3회 수행하였다. 구체적으로, 1차 추출액에서 원심분리기를 이용해 고형분과 추출물을 분리하고, 남은 고형분에 다시 정제수를 투입하여 추출하였다. 하기 표 6에 구체적인 결과를 나타낸다.

	1차 추출액	2차 추출액	3차 추출액	1, 2, 3차 추출 혼합액
추출시간(hr)	8	8	8
추출액(kg)	30	30	30
원심분리 후 추출액 중량(kg)	19.1	26.7	28.1	71.4
Brix	1.96	1.17	0.26	0.98
pH	5.203	5.471	5.510	4.791

<2-2> 한외여과 후 여과물의 특성 분석

<2-2-1> Brix , pH 및 진세노사이드 함량 분석

상기 실험예 2-1에서 수득한 1, 2, 3차 추출 혼합액을 이용하여 한외여과를 실시하였다. Brix, pH 및 진세노사이드 함량을 24시간 동안 조사하고, 농축을 행하지 않은 것 이외에는 실시예 1의 한외여과 방식과 동일하게 하여 실시하였다. 한외여과에서 여과 시간은 18.27㎖/분으로 수행하였다. 시간마다 측정된 Brix, pH 및 진세노사이드 함량을 하기 표 7에 나타낸다. 진세노사이드 함량 측정은 실시예 2의 방법과 동일하게 하여 수행하였다. 진세노사이드 함량은 진세노사이드 Rg1, Rb1, Rg3s, Re, Rf, Rh1, Rg2s, Rc, Rb2, Rd, Rg3r 및 Rh2s의 총합을 의미한다.

	여과 전 서비스 탱크			여과 후(농축 전)
구분	Brix	pH	진세노사이드 함량(mg/㎖)	Brix	pH	진세노사이드 함량(mg/㎖)
0시간	1.01	5.516	0.163	0.47	5.549	0.704
8시간 후	1.17	4.820	0.171	0.49	4.951	0.882
15시간 후	1.35	4.474	0.108	0.44	4.450	1.172
16시간 후	1.38	4.442	0.136	0.47	4.425	1.213
17시간 후	1.44	4.416	0.134	0.47	4.389	1.285
18시간 후	1.50	4.398	0.119	0.49	4.352	1.339
19시간 후	1.54	4.400	0.138	0.49	4.346	1.576
20시간 후	1.60	4.402	0.141	0.51	4.351	1.510
21시간 후	1.74	4.411	0.147	0.52	4.366	1.605
22시간 후	1.83	4.428	0.138	0.51	4.379	1.780
23시간 후	1.90	4.432	0.151	0.53	4.387	1.871
24시간 후	1.97	4.453	0.165	0.56	4.383	2.129

그 결과, 상기 표 7에 나타낸 바와 같이, Brix는 여과 전과 후를 비교하였을 때, 약 2배 이상 감소하는 경향을 보였다. 반면, 진세노사이드 함량은 여과 전후로 유지 또는 증가하는 경향을 확인하였고, 24시간 여과하였을 때는 12배 이상 증가하는 것을 확인하였다. 일반적으로 추출시 추출되는 수용성 성분은 Brix로 측정되는데, 여과 전/후를 비교하였을 때 Brix는 감소하고, 진세노사이드 함량은 유지 또는 증가하는 결과를 보았을 때, 본 발명의 한외여과 방식을 적용하면 다른 수용성 성분의 감소에 비해 생리활성 효과가 있는 진세노사이드 함량은 유지 또는 증가되기 때문에, 본 발명의 작물보호제 제거 방법을 인삼열매 또는 인삼잎에 포함되어 있는 진세노사이드를 활용하고자 할 때 사용할 수 있다.

<2-2-2> 잔류 작물보호제 함량 분석

여과 후 인삼열매 추출 혼합액의 여액(약 25ℓ)에 물 30ℓ를 투입하였다. 물 투입 후 Brix는 2.18이었고, pH는 4.453이었다. 상기에서 얻어진 여액에 잔류되어 있는 작물보호제의 함량은 실시예 1의 방법을 통해 분석하였고, 하기 표 8에 결과를 나타낸다.

작물보호제 성분(단위(mg/kg))

클로티아니딘

메탈락실

펜디메탈린

피라클로스트로빈

피리메타닐

티아메톡삼

시아조파미드

디페노코나졸

크레속심메틸

펜시큐런

터부코나졸

그 외

인삼열매

인삼열매 분말

0.16

0.06

0.02

0.3

6.05

2.76

ND

한외여과후 농축액 분말

ND

그 결과, 한외여과를 적용하지 않은 경우 클로티아니딘, 메탈락실, 디메탈린, 피라클로스트로빈, 피리메타닐 및 티아메톡삼와 같은 농약이 잔류하였다. 반면, 한외여과를 한 경우 잔류 농약이 검출되지 않았다.

상기 실시예 2-2-1과 표 8의 결과를 종합하면, 본 발명의 한외여과 방식을 적용할 경우, 작물보호제를 제거하는 효과와 더불어 진세노사이드 함량이 유지 또는 증가되기 때문에, 본 발명의 방법을 인삼열매와 인삼잎에 포함되어 있는 진세노사이드 성분을 활용하기 위해 사용할 수 있다.

< 비교예 1> AFC30 를 사용하여 여과시 작물보호제 제거 효과 확인

폴리아미드 필름인 AFC30(75% CaCl₂)(ITT PCI-Membranes)를 사용하여 인삼열매 추출물 및 인삼잎 추출물에서 작물보호제가 제거되는지 확인하였고, 진세노사이드 함량을 확인하였다. 제조예 1의 인삼열매 추출액을 건조한 분말 또는 제조예 2의 인삼잎 추출액을 건조한 분말을 시료로 사용하고, 사용하는 막을 AFC30로 변경한 것 외에는 실험예 1의 한외여과 방식과 동일하게 실시하였다. 한외여과 후에는 실시예 1의 분석 방법을 이용하여 잔류 작물보호제 함량을 확인하였다. 한외여과를 처리하기 전, 후의 결과를 비교하였고, 그 결과를 표 9에 나타낸다.

잔류 작물보호제 함량

작물보호제 성분

클로티아니딘

메탈락실

펜디메탈린

피라클로스트로빈

피리메타닐

티아메톡삼

시아조파미드

디페노코나졸

크레속심메틸

펜시큐런

터부코나졸

그 외

인삼열매 추출액

처리전

0.16

0.06

0.02

0.3

6.05

2.76

ND

처리
후

0.09

ND

0.12

5.34

1.98

ND

인삼잎 추출액

처리전

ND

0.06

0.04

0.16

0.80

0.11

ND

처리
후

ND

0.01

0.08

0.52

0.05

ND

그 결과, AFC30를 적용했을 때, 인삼열매 추출액에서 다수의 작물보호제가 제거되는 효과가 있었지만, 클로티아니딘, 피라클로스트로빈, 피라메타닐, 티아메톡삼의 경우 여전히 잔류하는 것이 확인되었다. 아울러, 인삼잎 추출액의 경우에도 AFC30를 적용한 경우 디페노코나졸, 크레속심메틸, 펜시큐런, 터부코나졸과 같은 작물보호제가 검출되었다.

< 비교예 2> ES209 를 사용하여 여과시 작물보호제 제거 효과 및 진세노사이드 함량 확인

ES209(9,000MW, 폴리에테르설폰)(ITT PCI-Membranes)를 사용하여 인삼열매 추출물 및 인삼잎 추출물에서 작물보호제가 제거되는지 확인하였고, 진세노사이드 함량을 확인하였다. 제조예 1의 인삼열매 추출액을 건조한 분말 또는 제조예 2의 인삼잎 추출액을 건조한 분말을 시료로 사용하고, 사용하는 막을 ES209로 변경한 것 외에는 실험예 1의 한외여과 방식과 동일하게 실시하였다. 한외여과 후에는 실시예 1 또는 실시예 2의 분석 방법을 이용하여 잔류 작물보호제 및 진세노사이드 함량을 확인하였다. 한외여과를 처리하기 전, 후의 결과를 비교하였고, 그 결과를 표 10에 나타낸다.

잔류 작물보호제 함량

작물보호제 성분

클로티아니딘

메탈락실

펜디메탈린

피라클로스트로빈

피리메타닐

티아메톡삼

시아조파미드

디페노코나졸

크레속심메틸

펜시큐런

터부코나졸

그 외

인삼열매 추출액

처리전

0.16

0.06

0.02

0.3

6.05

2.76

ND

처리
후

0.09

ND

0.12

5.34

1.98

ND

인삼잎 추출액

처리전

ND

0.06

0.04

0.16

0.80

0.11

ND

처리
후

ND

0.01

0.08

0.52

0.05

ND

그 결과, ES209를 적용했을 때, 인삼열매 추출액에서 다수의 작물보호제가 제거되는 효과가 있었지만, 클로티아니딘, 피라클로스트로빈, 피라메타닐, 티아메톡삼의 경우 여전히 잔류하는 것이 확인되었다. 아울러, 인삼잎 추출액의 경우에도 ES209를 적용한 경우 디페노코나졸, 크레속심메틸, 펜시큐런, 터부코나졸과 같은 작물보호제가 검출되었다. 아울러, 진세노사이드 함량이 제거되는 현상이 발생하였다.

Claims

1) 인삼을 열수 추출하는 단계; 및
2) 단계 1)에서 수득된 추출물을 한외여과하는 단계를 포함하는 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법으로서,
상기 단계 2)의 한외여과에서 사용되는 막은 셀룰로오스 아세테이트로 이루어지는 것인 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 단계 1) 전에 인삼을 건조하고, 선택적으로는 증숙 및 냉각하는 전처리 단계를 추가로 포함하는 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 2에 있어서,
상기 증숙은 70 내지 120℃의 증기로 30분 내지 5시간 동안 수행하는 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 단계 1)의 열수 추출은 50~120℃에서 3 내지 24시간 동안 실시되는 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 4에 있어서,
상기 단계 1)의 열수 추출은 60~100℃에서 7 내지 15시간 동안 실시되는 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 단계 1)의 열수 추출은 동일 원료에 대해 1회 내지 9회 실시되는 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 단계 1)에서 추출된 열수 추출물을 다단 여과하는 공정을 추가로 포함하는 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 7에 있어서,
상기 다단 여과하는 공정에 사용되는 필터의 구멍 크기는 0.01㎛ 내지 150㎛인 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 단계 1)에서 추출된 열수 추출물의 pH는 1 내지 10인 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 9에 있어서,
상기 단계 1)에서 추출된 열수 추출물의 pH는 2 내지 8인 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

삭제

청구항 1에 있어서,
상기 단계 2)의 한외여과시 적용되는 피드(feed) 압력은 5 내지 30bar인 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 12에 있어서,
상기 단계 2)의 한외여과시 적용되는 피드 압력은 5 내지 20bar인 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 잔류 농약은 클로티아니딘, 메탈락실, 펜디메탈린, 피라클로스트로빈, 피리메타닐, 티아메톡삼, 시아조파미드, 디페노코나졸, 크레속심메틸, 펜시큐런 및 터부코나졸로 이루어진 군으로부터 선택되는 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 단계 2)에서 한외여과된 여과물에 포함된 진세노사이드는 Rg1, Rb1, Rg3s, Re, Rf, Rh1, Rg2s, Rc, Rb2, Rd, Rg3r 및 Rh2s로 이루어진 군으로부터 선택되는 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 15에 있어서,
상기 단계 2)에서 한외여과된 여과물에 포함된 진세노사이드 Rg1, Rb1, Rg3s, Re, Rf, Rh1, Rg2s, Rc, Rb2, Rd, Rg3r 및 Rh2s의 총 합은 0.100 내지 3.00mg/㎖인 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

삭제

청구항 1에 있어서,
상기 인삼은 인삼의 세근, 지근, 주근, 뇌두, 줄기, 잎, 화경, 꽃 및 열매로 이루어진 군으로부터 선택되는 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 18에 있어서,
상기 인삼은 인삼잎 및 인삼열매 중 적어도 하나인 인삼에서 잔류 농약을 제거하는 방법.

청구항 1의 방법으로 제조된 잔류 농약이 제거된 인삼 추출물.

삭제

청구항 20에 있어서,
상기 인삼은 인삼의 세근, 지근, 주근, 뇌두, 줄기, 잎, 화경, 꽃 및 열매로 이루어진 군으로부터 선택되는 잔류 농약이 제거된 인삼 추출물.

청구항 22에 있어서,
상기 인삼은 인삼잎 및 인삼열매 중 적어도 하나인 잔류 농약이 제거된 인삼 추출물.

청구항 20에 있어서,
상기 인삼 추출물에 포함된 진세노사이드는 Rg1, Rb1, Rg3s, Re, Rf, Rh1, Rg2s, Rc, Rb2, Rd, Rg3r 및 Rh2s로 이루어진 군으로부터 선택되는 잔류 농약이 제거된 인삼 추출물.

청구항 24에 있어서,
상기 인삼 추출물에 포함된 진세노사이드 Rg1, Rb1, Rg3s, Re, Rf, Rh1, Rg2s, Rc, Rb2, Rd, Rg3r 및 Rh2s의 총 합은 0.100 내지 3.00mg/㎖인 잔류 농약이 제거된 인삼 추출물.