KR20010037594A - 감귤, 사과, 오렌지, 레몬 등의 껍질로부터 펙틴을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감귤, 사과, 오렌지, 레몬 등의 껍질의 세포벽이나 중간층의 구성물질인 다당류 펙틴을 추출 정제하는 것에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 감귤, 사과, 오렌지, 레몬 등의 껍질을 건조하여 미세하게 자른 후 가수분해 및 추출을 한 후 membrane 여과기를 사용하여 농축시키고 건조하여 펙틴을 제조하고 이를 산, 알칼리 처리를 통하여 기능을 확보하고 다시 용매를 사용하여 순도를 높이는 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 건조된 감귤, 사과, 오렌지, 레몬 등의 껍질을 mesh망을 가진 추출기에 투입하여 세척한 후 90∼95℃의 고온의 열수를 투입하여 가수분해를 실시한다. 이 후 인산 및 열수를 다시 투입하여 추출을 실시한다. 추출 후에 농축을 하기 위하여 membrane filtration을 실시하고 농축된 액을 건조를 통하여 분말 펙틴을 얻는다. 이 분말을 상품화할 수도 있고 좀 더 다양한 기능을 얻기 위하여 정제과정을 거치는데 이는 분말 펙틴에 NaOH를 첨가하여 원하는 esterification을 구한 뒤 염산으로 중화하고 알콜로 여러 번 세척하여 순도를 높인 후 건조하여 최종 정제된 펙틴 분말을 구하는 것이다.

Description

감귤, 사과, 오렌지, 레몬 등의 껍질로부터 펙틴을 제조하는 방법{Pectin manufacturing method from peels of mandarine, apple, orange, lemon and the like}

본 발명은 감귤, 사과, 오렌지, 레몬 등의 껍질에 존재하는 펙틴을 산으로 처리하여 펙틴을 제조하는 방법에 관한 것이다. 펙틴은 주로 감귤류나 사과, 오렌지, 레몬 등의 껍질에서 추출되는 다당류로서 중금속(납, 수은, 카드뮴, 몰리브덴, 망간 등)과 방사선 금속의 양이온(코발트, 스트론튬, 세슘) 독성예방치료, 콜레스테롤 저하 및 당뇨병, 장질환, 간장질환, 비만 등에 매우 효과적인 물질이다.

현 시장은 펙틴을 주로 유럽에서 전통적인 방법으로 생산하여 공급하고 있으며, 전통적인 방법은 추출 시에 염산을 사용하므로 가역 반응으로 인하여 추출 시간이 12∼24시간이나 소요되고 다량의 염산을 필요로 한다.

따라서 많은 양의 폐수와 폐기물이 발생한다. 또한 분리 및 농축이 filter press나 고온저압농축 설비를 사용하고 있어 에너지 소비가 많은 반면 순도는 떨어지는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 감귤, 사과, 오렌지, 레몬 등의 껍질에 존재하는 펙틴을 산으로 처리하여 펙틴을 짧은 시간에 저비용, 고순도로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

일반적으로 펙틴은 매우 수화되기 쉬우며 흡습성이 강하고 물에는 친수성 교질 용액을 형성하여 외관상 점도는 매우 높다. 추출 공정 중에도 높은 점도로 인하여 분리, 농축에 문제가 발생될 수 있어 항상 60∼80℃를 유지하며 추출을 해야 한다. 이러한 펙틴을 추출하는 데에는 일반적으로 산 처리에 의한 추출, 효소 처리에 의한 추출이 있으며 처리하는 산의 종류에 따라 수율 및 시간이 크게 차이가 있다.

또한, 펙틴의 기능성과 밀접한 관계가 있는 메틸에스테르기는 알칼리에 의해 쉽게 가수분해되어 그 정도에 따라 다양한 기능을 갖게 된다.

본 발명은 염산 이외에 가역 반응이 없는 인산을 사용함으로서 추출 시간을 1시간으로 줄일 수 있었고, 산 사용량도 매우 줄일 수 있었다. 또한 decanter와 같은 분리기나 membrane 여과기 등 새로운 설비를 적절히 선택하여 사용함으로써 공정 단순화 및 에너지 절감을 하는 반면 순도가 높은 펙틴을 얻을 수 있었다.

본 발명에서는 펙틴 추출과 기능성 부여를 분리하여 추출공정과 정제공정으로 나누었다.

[제 1공정]

세 척

감귤, 사과, 오렌지, 레몬 등의 껍질을 건조하여 가로 4mm, 세로 2∼40mm 입자크기의 원료를 미리 온수와 염산을 받아둔 추출기에 투입한다. 온수의 온도는 40∼60℃정도를 유지하고 10% 염산을 1L/10kg원료 비율로 투입한다. 40분 정도의 순환을 통하여 껍질의 이물질 등을 세척한다. 다시 온수를 투입하여 세척을 마무리한다.

가수분해

추출기에 90∼95℃의 고온 열수를 투입하고 10% 염산을 투입하여 20분 정도 순환하여 가수분해를 한다. 염산은 2.5L/10kg원료의 비율로 투입한다. 순환시에는 교반을 확실히 실시하여 잘 섞이게 하는 것이 중요하다.

추 출

추출기에 다시 90∼95℃의 고온 열수를 투입하고 85% 인산을 150∼200g/10kg원료의 비율로 투입하여 약 30분 정도 교반하면서 추출한다. 추출 후에 분리기를 사용하여 원료와 액을 분리하다. 분리기로는 수평형인 decanter 및 수직형 원심분리기가 가능하며 특히, 4500rpm의 decanter를 사용하는 것이 바람직하다. 상온에서 펙틴은 gel형성 능력이 매우 좋아 점도가 매우 높으므로 80℃이상의 고온에서 작업하여야 한다.

농축 및 건조

membrane 여과기를 사용하여 농축을 실시한다. 바람직하기로는 0.01∼0.5 micron의 membrane 여과기를 사용하여 농축을 실시한다. 가장 바람직하기로는 0.14∼0.2 micron의 membrane 여과기를 사용하여 농축을 실시하는 것이다. 농축은 10∼20%가 되도록 실시한다. 1차 농축 후에도 순도가 높아지지 않을 경우 물을 보충하여 2, 3차 농축을 실시하여 순도를 높여야 한다. 농축액을 분무 건조를 통하여 건조하여 분말 펙틴을 얻는다.

[제 2공정]

정 제

펙틴의 유기산기가 메틸에스테르화된 정도를 나타내는 Degree of Esterification(DE)을 조정하기 위하여 알칼리 처리를 하고 이를 중화한 후 알콜로 순도를 높이는 공정이다. 먼저 반응 용기에 건조된 펙틴을 약 5kg정도 투입한 후에 65% 알콜을 20∼30kg투입한 후에 45% NaOH를 500∼1,000g투입하여 반응시킨다. 이를 여지를 사용하여 분리한다. 원하는 DE값 20∼70을 얻기 위하여 여러 번 실시할 수도 있다. 그 후에 다시 반응 용기에 투입한 후 65% 알콜과 35% 염산 1800g을 투입하여 Na나 Cl을 침전시켜 분리한다. 원하는 순도에 도달할 때까지 65% 알콜 세척을 여러번 반복한다. 세척이 완료된 후에 95% 무수 알콜을 사용하여 수분을 분리한 후에 screw dryer를 통하여 건조시킨다.

[실시 예 1]

자연 건조한 감귤 껍질 50kg을 50℃의 온수 500L와 10% 염산 5L를 미리 투입한 추출기에 투입하여 40분 동안 순환하면서 세척하였다. 2mm mesh망을 통하여 세척수를 드레인 한 후 400L의 온수를 추가로 투입하여 다시 드레인하였다. 여기에 95℃ 열수 500L와 85% 인산 0.87kg을 투입하여 30분간 순환하면서 추출하였다.

decanter를 4500rpm으로 돌리면서 추출액을 투입하여 액과 고형물을 분리하였다. 0.2micron의 membrane 여과기를 통하여 농축을 실시하였다. 농축기의 온도는 80℃이었으며 1차 농축 후 300L의 온수를 더하여 2, 3차 농축을 실시하였다. 농축 후 180℃의 공기를 사용하는 분무 건조기를 통하여 건조하였다. 건조 펙틴의 순도는 90%이었으며 DE값은 추출공정 중 조정하지 않았으며 60이었다.

건조된 분말 펙틴 5kg을 정제 용기에 넣고 65% 알콜 30kg과 45% NaOH 650g을 투입하여 5분 교반한 후 여지를 사용하여 분리하였다(정제1). 펙틴을 다시 정제 용기에 넣고 65%알콜 30kg과 35%염산 1,800g을 투입하여 다시 5분 교반한 후 분리하였다(정제2). 정제 1과 2를 2차례 더 반복하였다. 95% 무수 알콜 6kg을 사용하여 수분을 제거시키고 분리한 후 건조하였다. 정제된 펙틴은 DE값이 35이었고 순도는 95%이었다.

본 발명을 통해 종래 폐기 처리되고 있던 감귤, 사과, 오렌지 등의 껍질에서 펙틴을 추출할 수 있으므로 연 600t 규모의 펙틴 수입 대체 효과를 기대할 수 있으며 중금속, 방사성 금속의 양이온 독성 예방치료, 장질환, 간장질환 등의 예방치료 물질인 펙틴을 다량 생산할 수 있다.

또한, 본 발명은 기존의 유럽방식이 다량의 염산은 투입하여 많은 폐수와 폐기물을 발생시키고 분리 및 농축과정에서 많은 설비와 에너지를 사용하여 생산되는 고비용 저효율의 공정의 한계성에서 벗어나 인산, decanter 등의 분리기, membrane 여과기 사용과 같은 신기술을 도입하여 고효율 저비용의 환경 친화적인 펙틴 추출 방법을 제공하는 것이다.

Claims (4)

1. a) 세척된 감귤, 사과, 오렌지, 레몬 등의 껍질에 고온의 열수를 투입하여 펙틴을 가수분해한 후에 인산을 투입하여 추출하고, 추출된 펙틴을 분리기를 사용하여 분리한 후에 여과기를 통하여 농축하는 단계;

   b) 농축액을 건조하는 단계; 및

   c) 건조된 펙틴 분말에 NaOH를 처리하고 알콜과 HCl을 처리하여 침전물을 제거하고 95% 무수 알콜을 사용하여 수분을 제거하는 정제 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감귤, 사과, 오렌지, 레몬 등의 껍질로부터 펙틴을 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 분리기는 decanter인 것을 특징으로 하는 펙틴을 제조하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 여과기는 membrane 여과기인 것을 특징으로 하는 펙틴을 제조하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 여과기는 0.14∼0.2 micron의 membrane 여과기인 것을 특징으로 하는 펙틴을 제조하는 방법.