KR101760202B1 - 컬럼 추출 기술을 이용한 녹차 다당체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컬럼 추출 방법을 이용하여 제조한 녹차 다당체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 상기 본 발명에 의해 제조된 녹차 다당체는 폴리페놀 함량이 3중량% 미만이고 다당의 함량이 97중량% 이상의 고순도인 것을 특징으로 하는 녹차 다당체이다.

Description

컬럼 추출 기술을 이용한 녹차 다당체 및 그 제조방법 {Polysaccharide from Green Tea and process of the same using a Column Extraction Technology}

본 발명은 컬럼 추출 기술을 이용하여 녹차 다당체를 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 녹차의 카테킨, 카페인을 포함한 폴리페놀을 1차 추출 제거한 후 연속적으로 녹차 다당체를 추출 농축분말화하여 얻은 고순도의 녹차 다당체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

녹차는(Camellia sinensis) 발효시키지 않은 차나무과의 잎으로 국내에서는 경남, 전남의 남해안지역의 비교적 따뜻한 곳에서 자라는 여려해살이 상록교목으로 높이는 50 ~ 150cm 이다. 어린 눈과 잎으로 녹차와 홍차를 만드는데 이용하며, 열매로는 기름을 짠다. 하지만 국내에서는 커피나 그 외 다른 차류의 인기로 인해 녹차의 생산이나 소비는 미비한 실정이다. 국제연합식량농업기구의 보고서에 따르면 차는 2013년 기준 전 세계적으로 506만 톤이 생산되었으며 이 중 중국(192만 톤, 38.0%), 인도(120만 톤, 23.7%), 일본(8만 톤, 1.67%) 등 극동지방이 전체 생산의 80.0%를 차지하고 있고 매년 평균 4.0% 성장하고 있다. 반면 국내 찻잎 생산은 2013년 2699 톤으로 전 세계 생산량의 0.05% 에 불과하고 이 또한 2012년 대비 13.5% 감소하였으며 매년 평균 6.2% 감소하는 추세이다. 생산량 또한 커피가 2013년 65만톤 생산에 4년 평균 3.0% 성장한 반면 녹차는 2013년 5032톤(액상 및 고형차) 생산에 그치고 있다.

이러한 녹차에는 항산화물질인 카테킨이 다량으로 함유되어 있으며 이는 인체에서 저밀도 지방단백질에 대한 산화억제작용(Hodgson, Jonathan M et al., Comparison of the effects of black and green tea on in vitro lipoprotein oxidation in human serum, Journal of the science of food and agriculture v.79 no.4, pp.561 - 566, 1999)과 콜레스테롤 생합성 억제작용(Ge, Hu et al., Mechanistic studies for tri-targeted inhibition of enzymes involved in cholesterol biosynthesis by green tea polyphenols, Organic & biomolecular chemistry v.12 no.27, pp.4941 - 4951, 2014)이 높은 것으로 보고되어 있다. 카테킨은 녹차에 함유되어 있는 카테킨류를 총칭하며 상기 카테킨류로는 에피카테킨(Epicatechin; EC), 에피갈로카테킨(Epigallocatechin; EGC), 에피카테킨갈레이트(Epicatechingallate; ECG), 에피갈로카테킨갈레이트(Epigallocatechingallate; EGCG)가 있으며 이중 EGCG가 가장 많은 양을 차지하며 생리활성 또한 가장 높은 것으로 알려져 있다. 이러한 기능성으로 식약처에서는 녹차추출물을 항산화 작용 및 체지방감소에 도움을 주는 기능성 식품원료로 분류하고 있으며 EC, EGC, ECG 및 EGCG의 총 함량이 200mg/g 이상이고 제품의 경우 일일섭취량을 카테킨으로서 0.3 ~ 1.0g 섭취하도록 규정하고 있다.

하지만 녹차의 생리활성물질 연구는 전체 녹차 중량의 10% 전후의 카테킨이 주를 이루고 있으며 카테킨 외의 녹차 다당체나 아미노산에 대한 연구는 이제 막 시작된 단계이다. 국내 특허 10-1047612이나 10-1490712에 의하면 녹차에서 추출 한 다당체가 구강 세균 억제나 여드름 완화에 효과가 있다고 기술하고 있으며 국내 특허 10-0602841에 의하면 녹차 산성 다당체가 헬리코박터 파이로리 균의 숙주세포 결합을 방해하는 것으로 나타난다. 하지만 상기에서 기술한 녹차 다당체는 폴리페놀 용매 교반 추출, 건조, 다당체 열수 교반 추출, 한외여과, 알코올 침전 및 분말화의 단계를 거쳐 생산되게 되는데 교반 추출의 낮은 수율과 알코올 침전 단계 추가로 다량의 용매가 사용되며 중간 건조 단계 등으로 생산 단가가 높아지게 된다.

KR 1020130063133 A

따라서, 본 발명의 목적은 컬럼 추출 기술을 이용하여 제조한 녹차 다당체를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 녹차의 카테킨 및 카페인을 포함한 폴리페놀을 1차 추출한 후 연속적으로 녹차 다당체를 추출하여 고순도의 녹차 다당체를 생산하는 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 녹차 원료를 추출용 컬럼에 충진한 후 에탄올을 이용하여 폴리페놀을 1차 추출제거하는 단계와; 상기 1차 추출단계에서 폴리페놀류를 제거하고 남은 녹차 잔사에 다시 펌프를 이용하여 열수 처리하여 녹차 다당체를 2차 추출하는 단계와; 상기 2차 추출단계에서 얻은 추출물을 회수하여 농축한 후 분무건조하는 단계를 통하여 한외여과 없이 고순도의 녹차 다당체를 제조함으로써 달성하였다.

상기의 방법에 따라 제조된 녹차 다당체는 폴리페놀 함량이 3중량% 미만이고 다당체 함량이 97중량% 이상인 고순도의 녹차 다당체인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해 컬럼 추출 기술을 이용하여 녹차 다당체를 제조하면 추출 공정이 개선되어 기존 교반 추출 및 한외여과에 비해 추출 효율이 현저히 증가되고 유기용매사용량을 감소할 뿐 아니라 추출 시간과 생산 원가를 낮출 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

도 1은 컬럼 추출장비의 공정도이다.

본 발명은 녹차 원료를 추출용 컬럼을 이용하여 제조한 녹차 다당체를 제공한다.

본 발명은 녹차 원료를 추출용 컬럼에 충진한 후 에탄올을 이용하여 폴리페놀을 1차 추출제거하는 단계와; 상기 폴리페놀을 1차 추출제거하고 남은 녹차 잔사에 열수를 사용하여 하부에서 상부로 흘려주어서 녹차 다당체를 2차 추출하는 단계와; 상기 2차 추출단계에서 얻은 추출물을 농축한 후 한외여과 없이 분무건조하는 단계를 통하여 고순도의 녹차 다당체를 제조한다.

하기에서 본 발명의 구성은 각 단계별로 구체적으로 설명한다.

a) 에탄올을 이용하여 카페인 및 카테킨을 포함한 폴리페놀류를 추출제거하는 단계;

녹차 분말을 컬럼 추출 장비(도 1)에 충진한 후 펌프를 통하여 에탄올을 하부에서 상부로 흘려주어 카페인 및 카테킨을 포함한 폴리페놀류를 추출제거하게 된다. 이때 컬럼의 상ㆍ하부에는 원료의 유출을 막기 위하여 필터가 위치하게 된다. 추출된 추출액은 컬럼 상부에서 회수 탱크로 이송된다.

b) 열수를 이용하여 녹차 다당체 추출 단계;

1차 폴리페놀류의 추출제거가 완료된 녹차 잔사에 상기 a)단계와 마찬가지로 펌프를 통하여 열수를 하부에서 상부로 흘려주어 이번에는 녹차 다당체를 추출시킨다. 추출된 추출액은 a)단계의 폴리페놀 추출액과 분리된 별도의 회수 탱크에서 회수한다.

c) 농축 및 분무 건조 단계;

상기에서 추출된 녹차 다당 추출물을 30brix까지 농축한 후 분무건조기를 통하여 분말화한다. 분말화 된 녹차다당체는 기기분석을 통하여 카페인, 카테킨을 포함한 폴리페놀, 다당, 단백질, 아미노산 등을 분석한다.

본 발명은 하기의 구체적인 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명되나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이에 한정하는 것으로 의도되지는 않는다.

실시예 1. 교반 추출과 컬럼 추출의 카페인, 카테킨 및 폴리페놀류 추출제거 효율 비교.

교반형 환류 추출기(미성과학 EAMSD9604-03 Digital Extraction ROTA-MANTLE 3구)와 컬럼 추출기(DDN-CR0500, 500mL Column)에 각각 분쇄된 녹차잎 130g을 충진한 후 85중량% 에탄올로 70℃에서 추출하여 시간별로 카페인, 카테킨 및 폴리페놀의 추출제거 효율을 확인하였다. 교반 추출은 원료대비 13배의 용매를 사용하여 21분간 추출제거하였으며 3분 단위로 샘플링하여 분석하였다. 컬럼 추출은 펌프에서 80mL/min 의 속도로 21분간 용매를 이송하여 추출제거하였고 교반 추출과 마찬가지로 3분 단위로 샘플링하여 분석하였으며 결과는 총 함량대비 중량%로 계산하여 하기의 표1에 나타내었다. 녹차잎의 총 카페인, 카테킨 및 폴리페놀 양은 30중량% 에탄올로 70℃에서 2시간 환류추출한 값을 기준으로 하였다.

추출결과, 하기 표1에서 알 수 있듯이 동일 조건 하에서 교반 추출에 비해 컬럼 추출의 효율이 높은 것으로 나타났다. 카페인의 경우 상대적으로 함량이 낮으며(원료 대비 1.82중량%) 에탄올과 물에 대한 용해도가 높기 때문에 양쪽 모두 100% 추출되었지만 카테킨 및 폴리페놀은 차이가 나타났다. 교반 추출의 경우 총 함량 대비 95.6중량%, 83.2중량%의 수율을 나타낸 반면, 컬럼 추출은 카테킨 100중량%, 폴리페놀은 98.4%중량의 수율을 나타내었다. 교반 추출의 경우 원료와 용매가 교반되면서 빠른 시간에 추출은 이루어졌지만 용매의 용해력 한계에 의해 일정 수율 이상은 추출되지 않았다. 이를 극복하기 위해서 교반 추출은 용매의 양을 증가시키던지 반복 추출을 시행하게 된다. 반면 컬럼 추출은 초기에는 적은 양의 용매가 공급되면서 용매의 용해력 한계로 추출의 속도는 늦지만 계속해서 새로운 용매가 공급되기 때문에 동일 용매 조건하에서 추출 수율이 높았다. 이러한 추출제거 효율의 차이는 다음 단계인 2차 추출에서 녹차 다당체의 순도와 큰 연관이 있으며 녹차 다당체의 활용에 있어서 주요한 지표가 될 수 있다.

교반 추출과 컬럼 추출제거 효율 비교(제거율 중량%)

		3분	6분	9분	12분	15분	18분	21분
교반	카페인	96.0	99.2	99.6	100.5	100.0	99.9	100.0
	카테킨	76.2	89.0	93.4	95.0	95.2	95.7	95.6
	폴리페놀	67.5	74.0	80.2	82.4	82.5	83.1	83.2
컬럼	카페인	45.1	91.8	100.0	100.0	100.1	99.8	100.2
	카테킨	40.5	77.2	92.2	97.4	99.6	100.1	100.0
	폴리페놀	44.2	74.0	81.7	84.5	89.4	92.7	98.4

실시예 2. 컬럼 추출 시 에탄올 조성 및 추출온도에 따른 카페인, 폴리페놀 추출제거 효율 비교

컬럼 추출 장비에 분쇄된 녹차잎 130g을 충진한 후 0 내지 85중량% 에탄올을 60 내지 85℃ 온도조건에서 추출하여 카페인, 카테킨을 포함한 폴리페놀 추출제거 효율을 비교하였다. 이때 사용된 에탄올 수용액의 양은 원료대비 바람직하기로는 10~20배 가장 바람직하기는 13배로 고정하였으며 추출제거시간은 21분으로 동일게 고정하였다. 추출제거가 완료된 녹차 잔사는 건조 후 15배의 30중량% 에탄올로 70℃에서 2시간 환류추출하여 남아있는 카페인, 카테킨을 포함한 폴리페놀의 양을 분석하였으며 분석 결과는 아래 표와 같다. 결과는 총 함량대비 중량%로 계산하였으며 녹차잎의 총 카페인, 카테킨 및 폴리페놀 양은 하기 표2와 같다.

용매 조성 및 온도별 추출제거 효율(잔여율 중량%)

	60				70				85
	0	30	60	85	0	30	60	85	0	30	60	85
카페인	0.7	0.2	0	0	0.4	0.1	0	0	0.3	0.1	0	0
카테킨	3.4	1.9	0.3	0	2.5	1.1	0.2	0	2.6	1.2	0.2	0
폴리페놀	8.5	4.1	2.6	2.1	4.4	3.2	1.7	1.6	4.5	3.1	1.8	1.5

카페인의 경우 60중량% 이상의 에탄올에서는 모두 추출되었으며 이는 실시예1에서 언급한것과 같이 그 함유량이 낮고 용해도가 높기 때문이다. 반면 카테킨과 폴리페놀의 경우 물에 대한 용해도가 낮기 때문에 에탄올의 함량(중량%)이 높아질수록 추출제거 효율이 증가하였다. 추출 온도의 경우 70℃까지는 증가하다가 그 이상에서 정체되는 현상을 보이는데 이는 용매의 용해도가 최대점에 도달하여 더 이상 추출제거 효율이 높아지지 않기 때문으로 판단된다. 추출제거효율은 하기 계산식1의 방법으로 계산하였다.

계산식 1.

실시예 3. 컬럼 추출을 이용한 녹차 다당체 제조 및 분석

상기 실시예1과 2의 결과를 종합하여 실제 녹차 다당체를 제조하였다. 먼저 컬럼 추출 장비에 분쇄된 녹차잎 130g을 충진한 후 85중량% 에탄올을 80 mL/min의 속도로 70℃에서 1차 추출을 실시하였다. 추출 시간은 21분으로 원료 대비 13배의 용매를 사용하였으며 추출 후 잔사에는 카페인, 카테킨은 100중량% 제거되었고 폴리페놀은 1.6중량% 남아있었다. 1차 추출에서의 추출물 수율은 원료 대비 36.9중량%였다.

1차 추출이 종료된 후 용매를 85중량% 에탄올에서 물로 바꾸어 2차 추출을 진행하였다. 2차 추출 시 가장 바람직하기로는 온도는 1차 추출과 동일한 70℃에서 진행하였으며 80mL/min의 속도로 25분간 원료대비 25배의 용매를 사용하여 추출하였다. 이렇게 얻어진 추출액은 60℃에서 감압 농축을 통해 30brix 까지 농축하였으며 미니 스프레이드라이어를 통해 분말화하였다. 컬럼 추출을 통해 얻어진 녹차 다당체의 수율은 원료대비 7.3중량%였다.

본 실시예에 따라 수득한 녹차 다당체의 성분 분석을 실시하였다. 성분분석은 HPLC(Waters 2695 & 996 PAD system, Column Kromasil 100-5-C18) 및 비색정량법(Molecular Device, SpectraMAX 190 system)으로 측정하였고, 그 결과는 폴리페놀 2.7중량%, 중성당과 산성당 등을 합한 다당체는 93.9중량%였다. 또한 녹차 다당체의 크기 패턴 분석 결과 한외여과를 거치지 않아 10만 dalton 이하의 저분자 다당체도 회수하였다. 분석 결과는 하기 표3과 같다.

녹차 다당체 분말 성분분석 결과 (중량%)

성분명	카페인	카테킨	폴리페놀	중성당	산성당	단백질	아미노산	합계
함량	0	0	2.7	49.1	44.8	1.4	2.0	100

Claims (4)

1. 녹차 원료를 추출용 컬럼에 충진한 후 에탄올을 이용하여 폴리페놀류를 1차 추출하여 제거하는 단계와; 상기 녹차 1차 추출단계에서 폴리페놀류를 제거하고 남은 녹차 잔사에 다시 펌프로 열수를 하부에서 상부로 흘러주며 처리하여 녹차 다당체를 2차 추출하여 회수하는 단계와; 상기 녹차 2차 다당체 추출 단계에서 회수한 열수 추출물을 회수하여 농축한 후 분무건조하는 단계로 이루어진 것이 특징인 녹차 다당체 분말의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 컬럼에 에탄올을 이용하여 폴리페놀류를 제거하는 단계는 녹차 원료대비 13배의 85중량%의 에탄올을 이용하여, 추출 온도 70℃에서 21분간 추출제거하는 것이 특징인 방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 녹차 2차 다당체 추출물을 한외여과 공정없이 스프레이 드라이어로 분무건조하여 분말화하는 것을 특징으로 하는 방법.
   
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되어 카테킨과 카페인이 각각 0중량%, 폴리페놀 함량이 3중량% 미만이고 다당체 함량이 93중량% 이상인 것이 특징인 녹차 다당체 분말.
   

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