KR101790131B1 - 초임계 유체를 이용한 산화안정성 및 색조성이 우수한 인삼씨유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초임계 이산화탄소를 이용하여, 인삼씨유의 항산화성분은 고효율로 추출하고, 인삼씨유에 함유된 엽록소 함량은 기준 이내로 낮출 수 있는 인삼씨유 제조 방법 및 동 방법에 의하여 제조된 인삼씨유에 관한 것이다. 구체적으로는 배전 파쇄된 인삼씨 원료에 35℃ 내지 90℃ 및 300bar 내지 800bar의 조건으로 초임계 이산화탄소를 적용하여 인삼씨유를 추출하는 단계; 및, 상기 추출된 오일과 초임계 이산화탄소의 혼합물로부터 이산화탄소의 분리 및 재순환하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의해 제조된 인삼씨유는 높은 항산화성분을 함유하여 장기간 보관에도 지질 산패와 같은 품질 저하 요인이 적고, 엽록소 함량이 낮아 별도의 탈색이 필요하지 않아, 화장품 원료로의 안정성 및 색조성이 우수하다.

Description

초임계 유체를 이용한 산화안정성 및 색조성이 우수한 인삼씨유의 제조방법{Process for Preparing Ginseng seed Oil of High Oxidative Stability and Low Color with Supercritical Fluid}

본 발명은 초임계 유체를 이용하여 인삼씨유를 제조하는 방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 초임계 이산화탄소를 이용하여, 항산화성분인 토코페롤이 고함량 추출되고, 엽록소 색소 함량을 기준 이내로 낮출 수 있는 제조방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 인삼씨유에 관한 것이다.

인삼은(Panax ginseng C. A. Meyer) 오가피과 인삼 속에 속하는 식물로 한국, 중국, 일본 등지에서 2,000여년 전부터 사용되어 온 생약으로, 경험적으로 질병을 예방하고 수명을 연장시킬 목적으로 사용되어 왔다. 인삼의 지금까지 알려진 효능 및 효과는 중추신경계에 대한 작용, 항발암 작용과 항암활성, 면역기능 조절작용, 항당뇨 작용, 간기능 항진효과, 심혈관 장해개선 및 항동맥경화 작용, 혈압조절 작용, 갱년기 장애 개선 및 골다공증에 미치는 효과, 항스트레스 및 항피로작용, 항산화 활성 및 노화억제 효능 등이 알려져 있다.

인삼의 대표적 생리활성 성분인 진세노사이드(Ginsenoside)는 인삼의 지상 및 지하부에 고르게 분포되어 있다. 그러나 인삼근(뿌리), 인삼엽, 인삼열매 등 그 부위에 따라 진세노사이드 함량과 조성은 큰 차이가 있다. 특히 인삼씨의 경우에는 인삼을 재배하기 위한 수단으로만 사용되었기 때문에, 인삼씨 특히 인삼씨에 함유된 오일에 대한 연구는 인삼씨 오일의 지방산 조성과 피토스테롤 함량분석(J. Agric. Food Chem. 50. 744-750, 2002) 정도이다.

인삼씨에 있는 생리활성물질로서 대표적으로 토코페롤을 들 수 있는데, 이 가운데 항산화 활성이 강한 알파(α)형이 20%를 차지하며 나머지는 주로 감마(γ)형으로 구성되어 있다. 토코페롤은 비타민 E로서의 활력을 갖고 있을 뿐만 아니라 항산화 효과를 가지고 있다. 토코페롤의 비타민 E로서의 생화학적 기능은 항암효과, 면역기능 강화 효과, 혈전증과 염증반응 조절 효과, 그리고 핵산과 단백질 지방 대사에 영향을 미치는 것 등으로 알려져 있다. 무엇보다도 토코페롤의 가장 큰 기능은 생체 막에서의 항산화제로서 프리 래디칼(free radical)과 과산화물에 의해 야기된 손상 세포를 보호하는 작용이라 할 수 있다.

그러나 인삼씨유의 항산화성은 우수하지만 일반 화장품용 오일로 많이 이용되는 Meadowfoam 오일보다는 산화안정성이 떨어지는 것으로 알려져 있다. 더구나 인삼씨유는 일부 개갑 종자로부터 유래되는 엽록소를 많이 함유하고 있어 화장품용 오일로서의 색조성이 좋지 않은 편이다.

본 발명자는 인삼씨유가 화장품용 오일로서의 부족함이 인삼씨 자체의 문제라기보다는 오일제조 과정의 문제라고 판단하였다. 이는 인삼씨에는 항산화성분이 다량 함유되어 있어 종자의 장기 보존이 가능한 식물로 알려져 있기 때문이다. 일반적인 인삼씨유의 제조 방법은 인삼씨에 압력을 가하여 짜는 압착법과 헥산과 같은 유기용매를 이용하는 유기용매 추출법이 있다. 압착법은 단순히 물리적인 방법으로 짜내기 때문에 함유된 유용성분을 충분히 빼내지 못하는 단점이 있고, 엽록소 함량이 높아 오일의 색이 짙어지는 문제점이 있다. 유기용매추출법의 경우, 추출 효율은 좋지만 유기용매의 독성 때문에 환경 친화적인 제품을 요구하는 소비자로부터 외면당하는 방법이다.

따라서, 초임계 이산화탄소를 이용하여, 항산화성분의 추출은 최대화하고, 엽록소의 추출은 최소화하여 화장료 원료로서의 우수한 인삼씨유를 개발하고자 하였다.

이에, 본 발명자들은 초임계 이산화탄소를 이용하여, 인삼씨로부터 항산화성이 우수하고, 엽록소 함유가 적은 저색조성의 인삼씨유를 제조하는 방법을 개발하고자 예의 연구 노력한 결과, 인삼씨을 배전 파쇄한 후 초임계 이산화탄소를 적용할 경우, 항산화성분의 추출 효율은 증가하지만, 오일 내 엽록소 함량은 감소됨을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 초임계 이산화탄소를 이용한 인삼씨유 제조방법은 인삼씨에 35℃ 내지 90℃ 및 300bar 내지 800bar의 조건에서 초임계 이산화탄소를 가하여 인삼씨유를 추출하는 단계; 상기 추출된 오일과 초임계 이산화탄소의 혼합물로부터 이산화탄소를 기체상으로 분리하여 수거하는 단계; 및 추출된 오일을 분리 정제하는 단계를 포함한다. 이때, 인삼씨는 추출의 효율을 높이기 위하여 배전 파쇄 전처리한다.

유럽특허 제 925,724호에 개시된 바와 같이, 초임계 이산화탄소를 사용하여 지질을 추출하기 위하여는, 추출조, 열교환기, 펌프, 이산화탄소 저장조, 칠러(냉각응축기), 감압 분리기 및 감압밸브로 구성된 추출장치를 사용한다. 상기 추출장치에 있어서, 추출조는 배전 파쇄된 인삼씨를 투입하여 추출되도록 하는 역할을 수행하고, 펌프는 초임계 이산화탄소에 압력을 가하는 역할을 수행하며, 열교환기는 초임계 이산화탄소를 가열하는 역할을 수행하고, 감압밸브는 추출기에서 방출된 초임계 이산화탄소를 감압시키는 역할을 수행하며, 감압분리기는 초임계 이산화탄소를 완전히 감압시켜서, 기체상의 이산화탄소를 분리하는 역할을 수행하고, 칠러는 감압된 이산화탄소를 초임계 이산화탄소로 전환시키는 역할을 수행하며, 이산화탄소 저장조는 초임계 이산화탄소를 저장하는 역할을 수행한다.

상기 추출장치를 사용하여 인삼씨로부터 오일을 추출하기 위해서는, 먼저 추출조에 인삼씨를 투입하고, 펌프 및 열교환기를 통과한 초임계 이산화탄소를 추출조의 하단에 투입한 다음, 인삼씨에서 추출된 오일 및 여러 성분과 초임계 이산화탄소의 혼합물을 추출조의 상단으로 배출하고, 배출된 혼합물을 감압밸브를 통하여 감압시킨 후, 감압분리기에서 이산화탄소를 기체상으로 분리하여 수거하고, 추출된 오일을 수거하는 단계를 수행하게 된다. 이때, 분리된 이산화탄소는 칠러를 통하여 액체 이산화탄소로 전환되어 이산화탄소 저장조에 보관된다.

일반적인 인삼씨유를 생산하는 방법에 의하여 생산되는 인삼씨유는 항산화성이 매우 우수하지는 못하고, 혼입되는 엽록소에 의한 착색과 같은 약점을 지니는데, 본 발명자는 이를 극복하기 위하여 초임계 이산화탄소를 이용하는 추출 방법을 다각적으로 연구한 결과, 초임계 이산화탄소를 통상의 처리조건보다 고압의 조건으로 추출한 인삼씨유가 고 함량의 항산화성분을 가지면서, 엽록소의 함량은 최소화됨을 확인하였다.

본 발명에 의한 인삼씨유는 장기간 보관 시에도 지질의 산패에 의하여 품질이 저하되지 않고, 엽록소 함량이 낮아 색조성이 우수하여, 식용 뿐 아니라 기능성 화장품의 기초 오일로 활용될 수 있을 것이다.

본 발명은 초임계 이산화탄소를 이용하여, 배전 파쇄된 인삼씨로부터, 항산화물질인 토코페롤은 고 함량으로 추출하되, 엽록소 함유량은 낮은 인삼씨유를 제조하는 방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 인삼씨유를 제공한다. 본 발명에 의한 높은 항산화성과 낮은 색소성의 인삼씨유는 식용 뿐 아니라 기능성 화장품의 기초 오일로 이용될 수 있어, 고품질 인삼씨유 생산에 의한 농가소득 향상에 널리 이바지할 수 있을 것이다.

도 1은 인삼씨유 함유 토코페롤을 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC, High performance liquid chromatography)로 분석한 결과이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다.

인삼씨유 추출 효율 향상을 위한 원료 전처리

인삼씨 원료를 배전 및 파쇄 전처리하여 이에 따른 인삼씨유의 초임계 유체 추출효율 변화를 측정하였다.

실시예 1-1: 배전 온도 변화에 따른 영향

배전 열처리 장치에 인삼씨 100 g을 넣고, 10분간 배전하는데, 배전 온도는 100℃, 150℃, 200℃, 250℃로 달리 처리한 후, 파쇄하였다. 이렇게 배전 파쇄된 원료를 초임계유체 추출 장치에 넣고 1시간 추출하여 각 배전 조건에 따른 인삼씨유 추출 효율을 비교하였다. 이때 초임계 추출 조건은 60bar, 350bar로 고정하였다. 추출 효율은 추출된 오일 양과 원료에 존재하던 오일 양의 비를 백분율로 나타내었다. 표 1에서 보듯이, 최종적으로 추출 효율은 배전 온도에 따라 약간 달랐지만 그 차이는 크지 않았다. 하지만 배전하지 않은 원료와 비교할 때, 배전으로 인하여 추출효율이 증대됨을 알 수 있었다.

다양한 배전온도에서 10분간 배전 후 파쇄한 원료로부터 초임계추출 효율

배전온도 (℃)	대조군 (배전하지 않음)	100	150	200	250
인삼씨유 추출 효율 (%)	71	82	84	89	90

실시예 1-2: 파쇄정도에 따른 영향

실시예 1-1과 동일한 조건으로 추출하되, 200℃에서 배전 후 파쇄의 정도만 달리하여 추출 효율을 비교하였다. 표 2와 같이 파쇄를 많이 할수록 추출 효율은 높아지나, 입자 직경 0.1 mm 이하로 파쇄한다면 추출 효율은 더 이상 증가하지 않았다.

배전 후 파쇄 정도에 따른 초임계 추출 효율

파쇄 후 입자크기(직경)	대조군 (미파쇄)	1.0 mm 이상	1.0 - 0.5 mm	0.5 - 0.1 mm	0.1 mm 이하
인삼씨유 추출 효율 (%)	5	74	91	95	95

초임계 유체의 압력 및 온도 변화에 따른 항산화성분 추출 효율

배전 및 파쇄 전처리된 원료를 초임계 이산화탄소를 이용하여 추출할 때, 초임계 유체의 온도와 압력이 인삼씨유의 대표적인 항산화성분인 토코페롤 추출효율에 미치는 영향을 측정하였다.

실시예 2-1: 초임계 유체 온도의 영향

상기 언급된 추출 공정에서, 배전 및 파쇄 전처리된 인삼씨 원료 100 g에서, 초임계 이산화탄소의 온도를 35℃, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃로 변화시키며 인삼씨유를 추출하고 대표적인 항산화성분인 토코페롤 함량을 측정하였다. 이때 초임계유체의 압력은 350bar로 유지하였고, 인삼씨유 추출 효율이 95%될 때까지 추출하였다. 추출된 인삼씨유에 함유된 토코페롤 함량은 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC, High performance liquid chromatography)로 분석하였다. 고정상으로 C18 칼럼(ABBOTA 5 C18, 150x4.6 mm)을 사용하였다. 이동상으로 100% 메탄올 (methanol)을 0.8 mL/min의 용출 속도로 이용하였다. 시료는 메탄올로 용해하여 여과한 뒤 20를 주입하였다. 검출기는 다채널검출기(Photodiode array detector)를 사용하여, 254 nm에서 측정하였다. 도 1은 토코페롤의 HPLC 분석 크로마토그래피이다.

표 3의 결과에서 보듯이 인삼씨유의 대표적인 항산화물인 토코페롤의 경우, 초임계 이산화탄소의 온도에 따라 추출 효율이 영향을 받는 것으로 나타났다. 온도가 높을수록 추출 효율이 증가하지만 60℃ 이상에선 증가폭이 크지 않았고, 80℃ 이상에선 오히려 감소하였는데, 이는 고온에서의 오일의 변질에 따른 영향으로 판단된다.

초임계 유체의 온도 변화에 따라 추출된 인삼씨유의 토코페롤 함량

온도 (℃)	35	40	50	60	70	80	90
인삼씨유 내 토코페롤 함량 (mg/L)	697	705	730	744	774	770	762
추출효율 (%)	86	87	90	93	95	95	94

실시예 2-2: 초임계 유체 압력의 영향

마찬가지로 상기 추출 공정에서, 배전 및 파쇄 전처리된 인삼씨 원료 100 g으로부터, 초임계 이산화탄소의 압력을 75bar, 100bar, 200bar, 300bar, 400bar, 500bar, 600bar, 700bar, 800bar로 변화시키며 인삼씨유를 추출하고 토코페롤 함량을 측정하였다. 이때 초임계 유체의 온도는 60℃로 유지하였고, 추출 시간은 어떤 압력에서나 2시간으로 제한하였다. 추출된 인삼씨유에 함유된 토코페롤 함량은 상기 언급된 방법으로 측정하여 인삼씨유 추출량과 함께 표 4에 나타내었다.

표 4의 결과에서 보듯이 인삼씨유의 토코페롤 함량의 경우, 초임계 이산화탄소의 압력에 크게 영향을 받지 않음을 알 수 있었다. 하지만 추출되는 인삼씨유의 양은 압력에 따라 크게 좌우되는 경향을 보이고 있다. 특히 300bar 이상의 압력에서 추출 수율이 지속적으로 상승하는 결과를 보이고 있다. 따라서 추출된 순수 토코페롤 총량을 기준으로 비교하면 압력이 높을수록 토코페롤 추출 수율이 높아짐을 알 수 있었다.

초임계 유체의 압력 변화에 따라 추출된 인삼씨유량과 토코페롤 함량 변화

압력 (bar)	75	100	200	300	400	500	600	700	800
추출된 인삼씨유량 (mL)	3.6	4.3	9.8	13.8	14.2	14.9	15.3	15.8	16.1
인삼씨유 내 토코페롤 함량 (mg/L)	724	739	741	743	744	743	747	748	746
토코페롤 총량 (mg)	2.6	3.1	7.3	10.3	10.6	11.1	11.4	11.8	12.0

초임계 추출이 인삼씨유 엽록소 함량에 미치는 영향

인삼씨유에는 다른 식용유와 비교하여 엽록소 성분이 많이 포함되어있는데, 이는 개갑 종자가 많이 포함될수록 함량은 증가한다. 인삼씨유에 함유된 엽록소는 오일에 청록색 계통의 색을 띄게 만들어 오일의 질을 떨어뜨리는 원인으로 알려져 있다. 엽록소는 오일 정제 과정에서도 잘 제거되지 않는데, 따라서 국제적으로 통용되는 기준을 만들어 규제하고 있다. 현재 통용되는 기준은 1.25 인치 셀을 이용하는 British Standard Lovibond Color Method 로 측정하여 3.0 red, 125 yellow 이내로 정하고 있는데, 이는 엽록소 함량 기준 30 ppm 이하에 해당 된다 (Fats and Oils, Richard D. O'Brien, Technomic Publishing Co., Lancaster, USA (1998) p. 563).

배전 및 파쇄 전처리된 원료를 초임계 이산화탄소를 이용하여 추출할 때, 인삼씨유에 함유된 엽록소 함량을 측정하였다. 상기 언급된 추출 공정에서, 배전 및 파쇄 전처리된 인삼씨 원료 100 g에서, 초임계 이산화탄소의 온도는 60℃로 유지하고, 압력을 300bar, 400bar, 500bar, 600bar로 변화시키며, 2시간 동안 인삼씨유를 추출하고 엽록소 함량을 측정하였다. 엽록소 함량은 상기 British Standard Lovibond Color Method를 이용하였고 결과를 표 5에 나타내었다.

표 5의 결과에서 보듯이 초임계 이산화탄소를 이용하여 인삼씨유를 추출할 경우, 추출에 적용된 모든 압력 조건에서 인삼씨유 엽록소 함량은 국제 허용 기준 (6 to 30 ppm, Fats and Oils, Richard D. O'Brien, Technomic Publishing Co., Lancaster, USA (1998) p. 528) 이하임을 알 수 있었다. 이는 재래식 방법으로 인삼씨유를 생산할 때 보다 낮은 수치인데, 수확 시기 및 종자 품질에 따라 엽록소 수치가 크게 변하는 재래식 인삼씨유 생산방법에 비하여 초임계유체 추출법은 고품질의 인삼씨유를 생산할 수 있는 방법임을 알 수 있었다.

초임계 추출 인삼씨유의 엽록소 함량

초임계추출 압력(bar)	300	400	500	600
엽록소 함량 (ppm)	1.3	1.1	1.0	0.5

표 6은 인삼씨유를 생산하는 기존의 압착식 방법과 본 발명을 비교한 것으로, 항산화물인 토코페롤 함량을 1.4 배 증가시켜 본 발명의 우수성을 보여주고 있다.

인삼씨유 생산시, 기존 압착식 방법과 본 발명에 의한 결과 비교

	기존 방법 (압착식)	본 발명 (초임계유체 추출 ; 60 , 600 bar)	증가율 또는 개선
인삼씨유내 토코페롤 함량 (mg/L)	531	747	40% 증가
인삼씨유내 엽록소 함량 (ppm)	34	0.5	기준 (6 to 30 ppm) 이내

Claims (4)

1. 인삼씨를 배전한 후 파쇄하는 단계;
   상기 파쇄된 인삼씨에 35℃에서 90℃의 온도조건 및 300bar에서 800bar의 압력조건의 초임계 이산화탄소를 가하여 인삼씨유를 추출하는 단계; 및
   상기 추출된 인삼씨 오일이 용해되어있는 초임계 이산화탄소를 감압하여, 이산화탄소를 기화시켜 추출된 오일과 분리하는 단계를 포함하는, 엽록소 함량은 낮고 토코페롤 함량이 높은 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소를 이용한 인삼씨유의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 인삼씨의 배전 및 파쇄 단계는 오일을 추출하기 전 인삼씨를 100℃에서 250℃ 온도로 배전하고, 0.1 mm 이상 1.0 mm 이하로 파쇄하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소를 이용한 인삼씨유의 제조방법.
   
3. 삭제
4. 제1항의 방법에 의하여 제조된, 700 mg/L 이상의 토코페롤 및 1.5 ppm 이하의 엽록소함량을 갖는 인삼씨유.

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