KR101860010B1 - 효소 처리 및 초고압 균질화 공정을 이용한 금강송 추출물의 제조방법 - Google Patents

효소 처리 및 초고압 균질화 공정을 이용한 금강송 추출물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 효소 처리 및 초고압 균질화 공정을 이용한 금강송 추출물의 제조방법, 상기 방법으로 제조된 금강송 추출물 및 상기 금강송 추출물을 유효성분으로 함유하는 조성물에 관한 것으로, 본 발명에서 금강송 간벌 부산물 또는 톱밥을 효소 처리 및 초고압 균질화를 순차적으로 처리하여 추출 수율 및 폴리페놀 함량이 증진된 추출물을 제조하였다. 본 발명으로 금강송 추출물 제품 생산 시 품질 및 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 버려지는 간벌 부산물 또는 톱밥을 효율적으로 활용이 가능하여 부가적 수익을 창출할 수 있다.

Description

효소 처리 및 초고압 균질화 공정을 이용한 금강송 추출물의 제조방법{Method for producing Geomgangsong extract using enzyme treatment and ultra high pressure homogenization process}
본 발명은 효소 처리 및 초고압 균질화 공정을 이용한 금강송 추출물의 제조방법, 상기 방법으로 제조된 금강송 추출물 및 상기 금강송 추출물을 유효성분으로 함유하는 조성물에 관한 것이다.
소나무로부터 추출물을 생산하는 가장 일반적인 방법은 열수 추출에 의한 방법이다. 물에 솔잎을 넣고 찌거나 또는 솔잎을 삶은 물을 달여 진하게 만들고 있으며, 또는 이렇게 제조된 액을 분말 건조시키고 건조물을 다시 물과 섞기도 한다. 그러나 종래 방법들을 통해 얻어진 추출물에서는 대부분 고형물이 침전되고 제조 과정에서 물이 첨가되어 추출물의 순도가 좋지 않으며, 제조된 추출물 내의 유용한 성분의 함량이 낮고 추출 공정 자체도 분말 건조시키는 등 상대적으로 번거롭다는 단점이 있었다.
천연 금강소나무는 천연 송진이 함유되어 있는 동시에 목재가 함유한 유기산, 셀룰로오스나 헤미 셀룰로오스 같은 저 분자 탄수화물, 페놀성 화합물 그리고 휘발성분을 가지고 있어 세정 및 방부효과, 보습효과, 피부미용효과 등의 효과를 지니고 있는 것으로 알려져 있다.
현재까지 보고된 소재의 효능 및 추출 수율 개선을 위한 연구는 물리적인 측면에서 미세분쇄에 따른 표면적 증가에 따른 수율 개선과 세포파쇄를 위한 초음파 및 균질기의 활용, 용매의 극성에 따른 용해도 증가 등의 연구가 보고되었으며, 생물학적인 측면에서는 불용성 물질의 가용화를 위한 발효 및 효소처리공정에 대한 내용들이 보고되었지만, 소재의 효능 및 추출 수율의 개선능력은 상대적으로 한계를 나타내었다. 최근 초고압 정수압 처리를 통한 추출 수율의 개선효과는 배치(batch)식 공정으로 대량생산에 적용하기는 불가능하며, 추출 수율의 개선에도 한계를 나타내었다.
초고압 균질기술은 분산용액(생고분자 hydrocolloid)을 초고압(100 MPa 이상)으로 가압한 상태에서 미세 오리피스 모듈을 통과시킴으로써 압력의 급격한 변화에 따른 공동 현상(cavitation)과 고전단력(high shear) 발생에 의한 급격한 물리적 에너지 증가로 분산용액 내의 분산물들의 뭉침을 풀거나(deagglomeration) 연결을 끊음으로써(depolymerization, 저분자화) 분산용액을 균일한 상으로 전환시키는 기술이다. 특히 섬유질을 균일한 분산상으로 만들고, 단백질 및 비전분성 탄수화물 고분자의 저분자화에 효과적인 것으로 알려져 있다.
효소를 활용한 산업적 용례는 다양한 산업분야에서 적용되고 있으며, 특히 식품산업분야에서 과일 주스 가공시 침전물의 생성억제를 위하여 펙틴분해효소를 사용하는 것은 일반화되어 있다. 하지만 소재화를 위한 추출 공정시 추출 수율을 개선하거나 섬유소와 같은 불용성 성분의 저분자화를 위한 공정기술은 많은 시도는 있었지만 일반화되지는 못한 실정이다. 특히 식물체의 섬유소는 섬유상의 복잡한 구조를 가지고 있어 단일효소 처리를 통한 가수분해가 용이하지 않으며, 이는 많은 식물체 조직에 섬유소 성분들이 리그닌과 복합체를 형성하고 있는 경우가 많기 때문이다. 하지만 최근에 도입된 여러 가지 나노분쇄기술이나 초고압 균질 기술 및 나노플라즈마 처리 기술의 도움으로 섬유소를 포함한 불용성의 고분자물질의 저분자화를 통한 가용화 연구가 지속적으로 진행되고 있는 실정이다.
한국공개특허 제2013-0084384호에는 '가속용매추출물을 이용하는 소나무 수피 추출물의 추출방법'이 개시되어 있고, 한국등록특허 제1087293호에는 '소나무로부터 항산화 물질을 추출하는 방법'이 개시되어 있으나, 본 발명의 효소 처리 및 초고압 균질화 공정을 이용한 금강송 추출물의 제조방법에 대해서는 개시된 바가 없다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명은 금강송 간벌 부산물 또는 톱밥을 효소 처리 및 초고압 균질화를 순차적으로 처리하여 추출 수율 및 폴리페놀 함량이 증진된 금강송 추출물을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 금강송 분말에 물을 첨가한 혼합물에 효소를 첨가한 후 가수분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금강송 추출물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 금강송 추출물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 금강송 추출물을 유효성분으로 함유하는 항산화용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 금강송 추출물을 유효성분으로 함유하는 식품 조성물을 제공한다.
본 발명의 간벌 부산물 또는 톱밥을 이용한 금강송 추출물은 효소 처리 및 초고압 균질화 병행 처리를 통해 불용성 섬유질 성분이 가용화되어 추출 수율과 폴리페놀 함량이 증진됨으로, 본 기술을 이용한 금강송 추출물 제품 생산 시 품질 및 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 버려지는 간벌 부산물 또는 톱밥을 효율적으로 활용이 가능하여 부가적 수익을 창출할 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
(a) 금강송을 건조한 후 분쇄하여 금강송 분말을 제조하는 단계;
(b) 상기 (a)단계의 제조한 금강송 분말에 물을 첨가한 혼합물에 효소를 첨가한 후 가수분해하는 단계;
(c) 상기 (b)단계의 가수분해물에 100% 에탄올을 처리하는 단계; 및
(d) 상기 (c)단계의 에탄올 처리한 가수분해물을 초고압 균질화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금강송 추출물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 금강송 추출물의 제조방법에서, 상기 (a)단계의 금강송은 바람직하게는 금강송의 잎과 가지일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 금강송 간벌 부산물은 금강송을 간벌(가지치기)한 후 금강송의 잎과 가지로부터, 금강송 톱밥은 금강송을 벌채한 목재로부터 수집한 금강송의 원료로 이용될 수 있다.
본 발명의 금강송 추출물의 제조방법에서, 상기 (b)단계의 효소는 비스코자임(Viscozyme) 또는 펙티넥스(Pectinex)일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 비스코자임일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 금강송 간벌 부산물은 비스코자임 처리 후 초고압 균질화시킴으로써 금강송 추출물의 수율, 폴리페놀 함량 및 항산화능을 개선할 수 있었으며, 금강송 톱밥은 펙티넥스 처리 후 초고압 균질화시킴으로써 폴리페놀 함량 및 항산화능을 증진시킬 수 있었다.
상기 비스코자임(Viscozyme)은 상용 효소로서, 아스퍼질러스 아큘레아투스(Aspergillus aculeatus) 유래 아라비나아제(arabinase), 셀룰라아제(Cellulase), 베타-글루카나아제(Beta-glucanase), 헤미셀룰라아제(hemicellulase), 자일라나아제(xylanase)를 포함하는 복합 효소이다.
또한, 상기 펙티넥스(Pectinex)는 상용효소로서, 펙티나아제(pectinase) 및 헤미셀룰라아제(hemicellulase)의 활성을 가지는 효소이다.
또한, 본 발명의 금강송 추출물의 제조방법에서, 상기 (b)단계는 바람직하게는 금강송 분말에 pH 3.5~5.5로 조정된 물을 10~14배량(v/w) 첨가한 혼합물에 비스코자임(Viscozyme) 또는 펙티넥스(Pectinex)를 첨가한 후 30~60℃에서 1~12시간 동안 가수분해할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 금강송 분말에 pH 4.5로 조정된 물을 12배량(v/w) 첨가한 혼합물에 비스코자임(Viscozyme)을 첨가한 후 50℃에서 8~12시간 가수분해하거나, 펙티넥스(Pectinex)를 첨가한 후 37℃에서 1~3시간 동안 가수분해할 수 있다. 상기와 같은 조건으로 금강송 분말을 가수분해하는 것이 금강송의 불용성분이 저분자화 되거나 분자 재배열을 통하여 가용화되어 추출 수율이 개선되고 활성 물질의 용출도 향상되어, 추출 수율을 더욱 향상시킬 수 있었다.
또한, 본 발명의 금강송 추출물의 제조방법에서, 상기 (c)단계의 에탄올 처리 단계는 바람직하게는 가수분해물에 100% 에탄올을 6~8배량(v/v) 첨가하여 20~30℃에서 1~3시간 동안 처리할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 가수분해물에 100% 에탄올을 7배량(v/v) 첨가하여 20~30℃에서 2시간 동안 180rpm으로 교반하여 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 금강송 추출물의 제조방법에서, 상기 에탄올 처리한 가수분해물은 원심분리시킨 후 상층액을 회수하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 금강송 추출물의 제조방법에서, 상기 (d)단계의 초고압 균질화는 바람직하게는 100~120MPa 압력하에서 초고압 균질화할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 110MPa 압력하에서 초고압 균질화할 수 있다.
본 발명의 금강송 추출물의 제조방법은 보다 바람직하게는
(a) 금강송의 잎과 가지를 건조한 후 분쇄하여 금강송 분말을 제조하는 단계;
(b) 상기 (a)단계의 제조한 금강송 분말에 pH 3.5~5.5로 조정된 물을 10~14배량(v/w) 첨가한 혼합물에 비스코자임(Viscozyme)을 첨가한 후 30~60℃에서 1~12시간 동안 가수분해하는 단계;
(c) 상기 (b)단계의 가수분해물에 100% 에탄올을 6~8배량(v/v) 첨가하여 20~30℃에서 1~3시간 동안 처리하는 단계; 및
(d) 상기 (c)단계의 에탄올 처리한 가수분해물을 100~120MPa 압력하에서 초고압 균질화하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 효소처리 및 초고압 균질화 처리로 금강송 추출물 내 섬유질을 균일한 분산 상으로 만들고, 불용성 식이섬유의 저분자화 및 가용화를 통하여 활성물질의 추출 수율을 개선할 수 있다. 또한, 상기 방법으로 제조된 금강송 추출물은 폴리페놀 함량의 증가로 항산화 활성이 증가하였다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 금강송 추출물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 금강송 추출물을 함유하는 항산화용 조성물을 제공한다.
상기 항산화용 조성물은 제형이 특별히 한정되지 않으며, 목적하는 바에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 조성물은 항노화용 화장료 조성물일 수도 있다. 예를 들어, 스킨로션, 스킨소프너, 스킨토너, 아스트린젠트, 로션, 밀크로션, 모이스쳐 로션, 영양로션, 맛사지크림, 영양크림, 모이스처크림, 핸드크림, 파운데이션, 에센스, 영양에센스, 팩, 비누, 클렌징폼, 클렌징로션, 클렌징크림, 바디로션 및 바디클린저로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 제형으로 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기 금강송 추출물을 함유하는 식품 조성물을 제공한다.
상기 식품의 종류에는 특별한 제한은 없다. 상기 금강송 추출물을 첨가할 수 있는 식품의 예로는 육류, 소세지, 빵, 쵸코렛, 캔디류, 스낵류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 떡류, 누룽지, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알콜 음료 및 비타민 복합제 등이 있으며, 통상적인 의미에서의 가공식품을 모두 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 들어 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 금강송 추출물 제조
금강송을 효소 종류별 처리 및 초고압 균질화 유무에 따른 추출물의 추출 수율 및 성분조성 변화를 관찰하기 위해, 효소 종류별 처리, 초고압 균질화 유무 및 효소처리+초고압 균질화 병행 처리에 따른 추출물을 하기와 같이 제조하였다.
(1) 효소처리
건조하여 분쇄한 금강송의 간벌 부산물(잎과 가지) 또는 톱밥 샘플 2.5g에 pH 4.5로 조정한 증류수 30㎖과 효소인 비스코자임(Viscozyme)과 펙티넥스(Pectinex)를 각각 50 unit/㎖, 500 unit/㎖으로 넣고 50℃, 37℃에서 180rpm으로 교반하였다. 각각 최적의 시간(10시간과 2시간)으로 효소를 처리한 다음 100% 에탄올 70㎖를 넣고 상온에서 180rpm으로 2시간 추출 후 12,000 rpm에서 15분간 원심 분리한 뒤 필터 후 사용하였다.
(2) 초고압 균질화 처리
건조하여 분쇄한 금강송의 간벌 부산물 또는 톱밥 샘플 2.5g에 pH 4.5로 조정한 증류수 30㎖와 100% 에탄올 70㎖을 첨가한 후 교반하여 12,000 rpm에서 15분간 원심 분리한 뒤 필터 후 여과액을 제조한 후, 110 MPa의 압력으로 2회 오리피스관을 통과시켰다.
(3) 효소처리 및 초고압 균질화 병행 처리
건조하여 분쇄한 금강송의 간벌 부산물 또는 톱밥 샘플 2.5g에 pH 4.5로 조정한 증류수 30㎖과 효소인 비스코자임(Viscozyme)과 펙티넥스(Pectinex)를 각각 50 unit/㎖, 500 unit/㎖으로 넣고 50℃, 37℃에서 180rpm으로 교반하였다. 각각 최적의 시간(10시간과 2시간)으로 효소를 처리한 다음 100% 에탄올 70㎖를 넣고 상온에서 180rpm으로 2시간 추출 후 12,000 rpm에서 15분간 원심 분리한 뒤 필터 후 여과액을 제조한 후, 110 MPa의 압력으로 2회 오리피스관을 통과시켰다.
실시예 2. 금강송의 추출 수율 확인
금강송의 추출물을 활용한 기능성 소재화를 위하여 다양한 효소 및 초고압 처리에 따른 추출 수율의 변화를 측정하였다. 그 결과, 금강송 분말에 비해 효소 처리 시 추출 수율이 개선되었고, 초고압 균질 시 약 17%의 추출 수율이 개선됨을 관찰하였다. 특히, 효소 처리와 초고압 균질 처리를 병행하였을 때 금강송 분말에 비해 수율 개선효과가 우수하였으며, 특히 간벌 부산물을 이용한 경우 비스코자임(Viscozyme) 처리 후 초고압 균질 처리하는 것이 91% 증가하여 가장 높은 추출 수율을 나타내었다(표 1). 톱밥을 원료로 사용한 경우 비스코자임 처리 후 초고압 균질이 되지 않아 수율을 확인할 수 없었다.
효소처리 및 초고압 균질 처리에 따른 금강송의 추출 수율(%)
금강송 원료 금강송 부산물의 처리조건 추출 수율(%) 무처리군 대비 증가율(%)
간벌 무처리군 24.29
효소 V(viscozyme) 35.20 45.0
효소 P(pectinex) 29.80 23.0
초고압 균질 28.47 17.2
효소 V + 초고압 균질 46.50 91.4
효소 P + 초고압 균질 31.02 27.7
톱밥 무처리군 4.98
효소 V(viscozyme) 7.34 47.0
효소 P(pectinex) 8.64 73.0
효소 P + 초고압 균질 8.18 64.2
실시예 3. 금강송 추출물의 총 폴리페놀 함량 확인
다양한 효소 및 초고압 처리에 따른 금강송 추출물의 총 폴리페놀 함량을 측정한 결과, 비스코자임 처리 후 초고압 균질 처리한 금강송 추출물이 가장 높은 폴리페놀 함량을 나타내었다(표 2).
효소처리 및 초고압 균질 처리에 따른 금강송 부산물의 폴리페놀 함량
금강송 원료 금강송 부산물의 처리조건 폴리페놀 함량
(mg/추출물 g)		 폴리페놀 함량
(mg/원료 g)
간벌 무처리군 193.91±4.47 47.1
효소 V(viscozyme) 105.72±2.99 37.2
효소 P(pectinex) 125.35±5.84 37.4
초고압 균질 204.83±8.59 58.3
효소 V + 초고압 균질 159.73±4.65 74.3
효소 P + 초고압 균질 141.64±6.41 43.9
톱밥 무처리군 88.94±5.57 4.4
효소 V(viscozyme) 35.87±2.03 2.6
효소 P(pectinex) 80.31±2.88 6.9
효소 P + 초고압 균질 94.66±1.45 7.7
실시예 4. 금강송 추출물의 항산화능 확인
효소 및 초고압 처리에 따른 금강송 추출물의 항산화능 활성 방법은 하기 방법에 의해 수행하였다.
(1) ABTS 라디칼 소거 활성 측정
ABTS 라디칼 소거 활성 측정은 블로이스(Blois)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉 7mM ABTS와 2.45mM 포타슘 퍼설페이트(potassium persulfate) 용액을 혼합하여 하루 동안 암소에 방치하여 ABTS·+를 형성시킨 후 이 용액을 734nm에서 0.7~0.9가 되도록 몰 흡광계수를 이용하여 증류수로 희석하였다. 100㎍/㎖ 농도의추출물 50㎕에 희석된 ABTS·+ 용액을 100㎕ 가해 흡광도의 변화를 정확히 5분 뒤에 측정하였다. ABTS의 항산화능은 시료용액의 첨가구와 무첨가구의 흡광도 감소율로 계산하였다.
(2) DPPH 라디칼 소거 활성 측정
DPPH 라디칼 소거능은 블로이스(Blois) 방법을 변형하여 측정하였다. 100㎍/㎖ 농도의 추출물 100㎕에 0.2 mM DPPH 용액 50㎕를 가하고 10분 반응시킨 후 흡광도의 변화를 517nm에서 측정하였다. DPPH 항산화능은 시료용액의 첨가구와 무첨가구의 흡광도 감소율로 계산하였다.
상기 방법을 통해 효소 및 초고압 처리에 따른 금강송 추출물의 항산화능을 측정한 결과, 추출 수율 대비 무처리군에 44.31%에서 간벌 초고압 균질 처리군에서 ABTS 항산화능이 55.56%로 25%가 증가하였고, DPPH의 경우 무처리군 73.81%에서 91.05%로 23% 증가하였다. 비스코자임(Viscozyme) 처리 후 초고압 균질 처리한 금강송 추출물의 경우 무처리군 항산화능 수치보다 ABTS, DPPH의 항산화능이 각각 60%, 35% 이상 증가함을 확인할 수 있었다. 또한 톱밥의 펙티넥스(Pectinex) 처리 후 초고압 균질군에서도 항산화능이 우수하였다(표 3). 이 결과를 통해 초고압처리와 다양한 상업용 효소를 처리하여 불용성 식이섬유의 저분자화 및 가용화를 통해 폴리페놀함량과 항산화능이 증가된 것을 확인할 수 있었다.
효소처리 및 초고압 균질 처리에 따른 금강송 부산물의 항산화능 분석
금강송 원료 금강송 부산물의 처리조건 라디칼 소거 활성(%)
ABTS DPPH
간벌 무처리군 44.31±1.01 73.81±0.79
효소 V(viscozyme) 36.44±0.32 54.29±0.65
효소 P(pectinex) 35.55±0.21 55.21±3.47
초고압 균질 55.56±0.71 91.05±1.32
효소 V + 초고압 균질 70.84±0.41 99.98±0.73
효소 P + 초고압 균질 42.62±0.29 64.39±0.63
톱밥 무처리군 20.67±0.12 12.60±0.77
효소 V(viscozyme) 15.20±0.94 -
효소 P(pectinex) 23.27±0.26 6.92±1.75
효소 P + 초고압 균질 24.95±0.22 38.14±8.96

Claims (9)

  1. (a) 금강송의 잎과 가지를 건조한 후 분쇄하여 금강송 분말을 제조하는 단계;
    (b) 상기 (a)단계의 제조한 금강송 분말에 pH 3.5~5.5로 조정된 물을 10~14배량(v/w) 첨가한 혼합물에 비스코자임(Viscozyme)을 첨가한 후 30~60℃에서 1~12시간 동안 가수분해하는 단계;
    (c) 상기 (b)단계의 가수분해물에 100% 에탄올을 6~8배량(v/v) 첨가하여 20~30℃에서 1~3시간 동안 처리하는 단계; 및
    (d) 상기 (c)단계의 에탄올 처리한 가수분해물을 100~120MPa 압력하에서 초고압 균질화하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 금강송 추출물의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 금강송 추출물은 추출 수율 및 항산화 활성이 증가된 것을 특징으로 하는 금강송 추출물의 제조방법.
  7. 제1항 또는 제6항의 방법으로 제조된 금강송 추출물.
  8. 제7항의 금강송 추출물을 유효성분으로 함유하는 항산화용 조성물.
  9. 제7항의 금강송 추출물을 유효성분으로 함유하는 식품 조성물.
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