KR20020028244A - 인삼 식이섬유 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인삼 식이섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로 인삼 엑기스 제조시 부산물로 발생되는 인삼박을 L/D비 20∼40의 이축 압출성형기에 투입하여 스크류속도 150∼400rpm, 시료투입속도 20∼60kg/hr 및 수분함량 15∼40%로 유지하면서 압출성형한 다음 증류수에 상기 압출성형된 시료를 1∼10%(w/v)비율로 첨가하여 30∼120분간 교반한 후 5,000∼10,000×g에서 10∼30분간 원심분리하여 얻은 침전물로부터 불용성 인삼 식이섬유를 제조하고, 상등액은 여과하여 이소프로판올을 첨가하여 방치한 후 침전물을 얻고 상기 침전물을 이소프로판올과 아세톤으로 세척하고 상온에서 건조하여 수용성 인삼 식이섬유를 제조하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 인삼 식이섬유를 제공하는 뛰어난 효과가 있다.
Description
본 발명은 인삼 식이섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 압출성형공정에 의해 제조한 인삼 식이섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
인삼(Panax ginseng C. A. Meyer)은 아시아 극동지역(북위 33-48: 한국, 북만주, 소련일부)에 자생하는 식물로서, 식물분류학상 오가과 인삼속에 속하는 다년생 숙근초로서 약 11종이 알려져 있다. 특히 한국내에서 생산되는 인삼은 고려인삼으로 불리며서 그 약리활성이 가장 뛰어난 것으로 잘 알려져 있다. 인삼은 생산공정에 따라 수삼, 홍삼, 백삼 및 태극삼 등의 형태로 제조되고 있다.
인삼은 현대 과학적인 연구결과를 통하여 동맥경화, 고혈압, 스트레스, 피로회복, 정력증진, 저혈압, 갱년기 장애, 당뇨병, 암, 노화방지 등 각종 성인병에 대한 예방 및 치료효과가 매우 뛰어난 것으로 밝혀져 있다 (Nutrition, 16(5), 391-392(2000); European Journal of Clinical Pharmacology, 55(8), 567-575 (1999)).
산업적으로 인삼은 열수나 알코올 등의 용매를 이용하여 엑기스를 추출하여 이용하고 있다. 그러나 엑기스를 추출한 후 발생하는 인삼박의 주성분은 대부분 식이섬유(dietary fiber) 성분으로 구성되어 있어서 각종 생리활성이 기대됨에도 불구하고, 단순히 사료로 이용되거나 폐기되는 등 산업적인 활용이 매우 미흡하다.
식이섬유는 인체내의 효소에 의해 분해되지 않는 성분으로서 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴 등의 다당류 성분이 주를 이루고 있다. 식이섬유의 생리적인 기능성을 결정하는 가장 중요한 요인은 용해도로서 식이섬유성분은 용해도에 따라 크게 수용성 식이섬유(water-soluble dietary fiber)와 불용성 식이섬유(water- insoluble dietary fiber)로 분류되는데, 이들에 의해 제공되는 생리특성이 각각 다르다 (Food Technology, 41(2), 81-85(1987)). 즉, 불용성 식이섬유는 소화기관을 통과할 때 다량의 수분흡수에 따라 대변의 용적증가, 장내통과시간 단축, 전분의 가수분해 억제 및 포도당의 흡수 지연 등의 생리작용을 한다. 반면에 수용성 식이섬유에 의하여 형성된 3차원 구조의 젤은 식품의 통과를 지연시키고 포도당의 흡수를 저해하며, 특히 혈중의 콜레스테롤 함량을 저하시키는 역할을 하는 것으로 밝혀진 바 있다.
식물 세포벽은 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 펙틴(pectin), 리그닌(lignin) 등의 식이섬유 성분으로 이루어져 있다. 그런데 이들 구성성분들은 서로 유리된 상태로서 존재하는 것이 아니라 대부분 공유결합, 수소결합, 이온결합, 소수결합 등을 통하여 강하게 연결되어 불용성 상태로 존재한다(한국영양식량학회지, 23(2):358-370(1994)).
식물 세포벽의 식이섬유는 일부 펙틴 성분을 제외하면 대부분 불용성 식이섬유 상태로 존재한다. 불용성 상태로 존재하는 식물 세포벽의 구조를 수용화하는 것은 수용성 식이섬유의 함량을 증가시킴으로써 식이섬유의 생리특성을 다양화할 수 있다는 장점이 있다.
일반적으로 식물 세포벽으로부터 식이섬유 성분을 수용화 하기 위해서는 전통적으로 고온하에서 산이나 알카리 용액을 이용하여 불용성 성분을 분해하는 방식을 이용하고 있다. 그러나 이러한 화학적인 추출방법은 폐수의 다량 발생, 용기의 부식, 생산 식이섬유 성분의 분해에 따른 기능성 저하, 추출잔사의 재활용 불가능 등 여러 가지 산업적 문제점을 갖고 있다 (Carbohydrate Research, 260, 283-296 (1994)). 따라서 산업체에서는 화학적 처리 없이 식물 세포벽을 수용화함으로써 환경친화적인 방법으로 식이섬유를 생산하는 방법을 필요로 한다.
압출성형기는 혼합, 가압, 성형, 건조, 살균, 냉각 등의 여러 단위 공정을 단일 기종에 의하여 수행할 수 있는 장치로서, 작동과정에서 고온, 고압 및 고전단력(high shear force)을 수반하기 때문에, 주로 제면, 시리얼류 등의 가공식품이나 동물사료의 제조에 많이 사용되어 왔다.
압출공정에 의해 제공되는 고전단력은 식물 세포벽을 구성하고 있는 불용성 다당류 성분들을 기계적인 방법에 의해 수용화 하는데 매우 효율적으로 사용될 수 있다 (Journal of Food Science, 63(5), 841-844(1998)). 그러나 현재까지 압출공정을 이용하여 불용성 식물 세포벽을 수용화하는 기술의 개발은 매우 제한적으로 이루어지고 있다. 특히, 지금까지는 인삼으로부터 식이섬유를 제조하기 위하여 압출성형 공정이 적용된 바 없다.
본 발명자는 상기와 같은 점을 착안하여 단시간 고온 처리에 의한 가열 효과뿐만 아니라, 고압 및 강한 전단력(shear force)을 수반하는 압출성형 공정에 의하여 인삼으로부터 수용성 식이섬유를 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 압출성형기를 이용하여 인삼으로부터 식이섬유를 간편하고도 경제적으로 생산하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 압출성형기를 이용하여 제조한 인삼 식이섬유를 제공함에 있다.
본 발명의 상기 목적은 인삼 엑기스 제조시 가공부산물로 발생하는 인삼박을 이축 압출성형기에 투입하여 스크류속도, 시료투입속도 및 수분함량을 조절하면서 압출성형 한 후 증류수를 첨가하여 혼합하고 원심분리하여 상등액으로부터 수용성인삼 식이섬유를 제조하고 침전물로부터 불용성 인삼 식이섬유를 제조함으로써 달성하였다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제조방법의 실시예를 공정별로 도시한 개략도이다.
도 2a는 표준물질 풀루란(pullan)을 이용하여 작성한 겔여과 크로마토그래피 (gel permeation chromatography)의 표준곡선을 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명 수용성 인삼 식이섬유의 분자량을 나타낸 겔여과 크로마토그래피 결과이다.
본 발명은 인삼박을 L/D비 20의 이축 압출반응기에 투입한후 스크류속도 250rpm, 시료투입속도 40kg/hr, 수분함량 25%를 유지하면서 압출성형한 다음 상기 시료 50g을 증류수 1L에 첨가하고 1시간 동안 교반한 후 6,500×g에서 10분간 원심분리하여 얻어진 침전물을 건조시켜 불용성 인삼 식이섬유를 제조하고 상등액은 여과한 후 이소프로판올 4L를 첨가하고 4시간 방치한 후 얻어진 침전물을 이소프로판올과 아세톤으로 세척하여 상온에서 건조시킴으로써 수용성 인삼 식이섬유를 제조하는 단계; 상기 단계의 수용성 인삼 식이섬유의 분자량을 겔여과크로마토그래프를 이용하여 측정하는 단계; 상기 단계의 인삼박을 온도, 스크류 속도 및 수분함량 등의 압출성형공정 조건을 달리하여 인삼 식이섬유를 제조하고 수율을 비교조사하는 단계; 인삼박을 L/D비 40의 이축 압출반응기에 투입하여 인삼 식이섬유를 제조하고 수율과 분자량을 조사하는 단계 및; 인삼박에 산처리하여 인삼 식이섬유를 제조하고 본발명 압출성형기로 제조한 인삼 식이섬유와 수율을 비교하는 단계로 구성된다.
상기 단계에서 사용한 이축 압출반응기는 Buhler Brothers Co.(twin screw extruder: Buhler Brothers Co. DNDL-40, Swltzerland)에서 제조된 것을 사용하였다.
상기 단계에서 분자량의 측정을 위해 사용한 겔여과크로마토그래피는 미국 워터스사(Waters LC Module I)의 제품을 사용하였으며 검출기는 히팅 챔버(heating chamber)가 부착된 M410-RI와 M2010 밀레니엄 소프트웨어(Millennium software)를 사용하였다.
본 발명의 바람직한 제조방법은 도 1에 도시하였으며, 상기 압출성형기를 이용한 물리적 방법에 의한 인삼 식이섬유의 제조방법을 제조공정별로 상세히 설명한다.
제 1공정: 인삼박의 제조
홍삼, 백삼 및 태극삼 등의 인삼제품에 열수나 에탄올 또는 메탄올 등의 용매를 가하여 인삼 내부의 엑기스(extract)를 추출한 후 가공부산물로 생산된 인삼박을 수거한다. 상기 인삼박에 잔류하는 수분이나 용매를 가열증발기를 이용하여 건조한 후 분쇄하여 인삼박을 제조한다.
제 2공정: 인삼박의 압출성형
상기 제 1공정에서 제조한 인삼박을 L/D비(length:diameter ratio) 20∼40의 이축 압출성형기에 투입한 후 스크류속도를 150∼400rpm으로 하여 시료를 20∼60kg/hr 속도로 투입한다. 이때 수분함량을 15∼40%가 되도록 유지하면서 압출성형 한다.
제 3공정: 불용성 인삼 식이섬유 및 수용성 인삼 식이섬유의 제조
상기 제 2공정에서 제조한 압출성형 인삼박을 증류수에 1∼10%(w/v)를 첨가하여 40∼80분간 교반한다. 상기 시료를 6,000∼9,000×g에서 5∼15분간 원심분리하여 상등액으로부터 수용성 인삼 식이섬유를 획득하고 침전물로부터는 불용성 인삼 식이섬유를 획득한다. 상기 상등액은 여과한 후 여과액의 3∼5배 부피의 이소프로판올(isopropanol)을 첨가하고 3∼5시간 동안 방치하여 침전물을 얻고 상기 침전물을 이소프로판올과 아세톤(acetone)으로 세척한 후 상온에서 건조시켜 수용성 인삼 식이섬유를 제조한다.
이하, 본 발명의 구체적인 방법을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만, 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 본 발명 인삼 식이섬유의 제조
인삼박을 L/D비(length:diameter ratio) 20의 이축 압출반응기에 투입한 후 스크류 속도 250rpm, 시료투입속도 40kg/hr, 수분함량을 25%으로 유지하면서 압출 성형하였다. 상기 압출성형된 인삼박 50g을 증류수 1L에 넣고 1시간 동안 교반한 후, 6,500×g에서 10분간 원심분리하였다. 원심분리 후 얻어진 침전물을 상온에서 건조시켜 불용성 인삼 식이섬유를 제조하고 상등액은 여과한 다음 4L의 이소프로판올(isopropanol)을 첨가하고 4시간 동안 방치하여 침전물을 획득하였다. 상기 침전물을 이소프로판올과 아세톤(acetone)으로 세척한 후 상온에서 건조켜 수용성 인삼 식이섬유를 제조하였다. 상기 건조물의 압출성형 인삼박에 대한 중량비로 수용성인삼 식이섬유의 수율을 측정한 결과 15.4%로 나타났다. 이러한 결과는 압출성형에 의하여 인삼박으로부터 수용성 식이섬유 성분이 성공적으로 분리될 수 있음을 의미한다.
본 발명 인삼 식이섬유는 음료, 제과, 제빵류 및 건강식품 등에 첨가하여 사용할 수 있다.
실험예: 본 발명 수용성 인삼 식이섬유의 분자량 측정
수용성 인삼 식이섬유의 분자량 측정은 겔여과크로마토그래피(gel permeati- on chromatography)를 이용하여 측정하였다. 컬럼은 울트라하이드로겔(ultrahyd- rogel) 250 &1000 리니어 컬럼을 사용하였으며 이동상으로는 0.1M 아세트산과 0.1M 염화나트륨(NaCl) 혼합액을 사용하였다. 분석시 이동상의 속도는 1.0mL/min이였고 표준물질로는 풀루란(Pullulan)을 사용하였다.
실험 결과, 도 2a와 도 2b에 나타낸 바와 무게평균분자량(weight molecular weight)이 97,000이였다.
실시예 2∼19: 압출공정 조건에 따른 본 발명 인삼 식이섬유의 제조
상기 실시예 1과 동일한 인삼박 원료를 표 1에 나타낸 바와 같이 온도, 스크류 속도 및 수분함량을 조절하면서 압출성형하여 수용성 인삼 식이섬유를 제조하였다. 상기 제조한 수용성 인삼 식이섬유의 생산수율과 분자량을 실시예 1과 실험예와 동일한 방법으로 확인하였다.
실험 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이 압출공정 조건에 따라 생산수율은 12.6∼25.4%, 분자량은 43,000∼126,000의 분포를 보였으며, 일반적으로 수분함량이 작을수록 생산수율은 증가하는 반면, 분자량은 감소하는 경향을 보였다. 이는 압출성형 조건의 변화에 따라 다양한 수율과 분자량을 갖는 인삼 식이섬유의 생산이 가능하다는 것을 의미한다.
| 스크류속도(rpm) | 시료투입속도(kg/hr) | 수분(%) | 수율(%) | 분자량 | |
| 실시예 2 | 150 | 35 | 30 | 13.3 | 126,000 |
| 실시예 3 | 150 | 50 | 15 | 22.1 | 43,000 |
| 실시예 4 | 250 | 35 | 30 | 14.2 | 93,000 |
| 실시예 5 | 300 | 35 | 30 | 14.8 | 89,000 |
| 실시예 6 | 250 | 40 | 20 | 20.6 | 67,000 |
| 실시예 7 | 250 | 30 | 15 | 25.4 | 42,000 |
| 실시예 8 | 300 | 60 | 40 | 12.6 | 114,000 |
| 실시예 9 | 300 | 40 | 30 | 13.9 | 107,000 |
| 실시예 10 | 350 | 30 | 25 | 18.6 | 74,000 |
| 실시예 11 | 250 | 30 | 25 | 17.9 | 77,000 |
| 실시예 12 | 350 | 35 | 30 | 14.3 | 103,000 |
| 실시예 13 | 300 | 35 | 25 | 16.6 | 72,000 |
| 실시예 14 | 350 | 40 | 25 | 17.4 | 78,000 |
| 실시예 15 | 300 | 30 | 30 | 15.8 | 82,000 |
| 실시예 16 | 350 | 35 | 20 | 20.6 | 59,000 |
| 실시예 17 | 300 | 40 | 20 | 20.4 | 64,000 |
| 실시예 18 | 400 | 35 | 25 | 17.7 | 82,000 |
| 실시예 19 | 400 | 20 | 40 | 14.6 | 98,000 |
실시예 20: 본 발명 인삼 식이섬유 제조
인삼박을 L/D비 40의 이축 압출반응기에 투입한 후 실시예 1과 동일한 조건하에서 압출성형하여 수용성 인삼 식이섬유를 제조하였다. 그 결과 수용성 인삼 식이섬유의 수율이 19.5%로 크게 증가한 반면, 분자량은 55,000으로 감소하였다. 이는 L/D비의 증가에 따라 압출성형기내에서 인삼박의 체류시간(residence time)이 증가하였기 때문이다. 따라서, 반응조건 뿐만 아니라 L/D비의 변화에 의해서도 인삼 식이섬유의 수율과 분자량의 조절이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
실시예 21: 본 발명 인삼 식이섬유의 수율과 산 처리 공정에 의해 제조한 인삼 식이섬유의 수율 비교
인삼박 원료 50g을 pH 1.8의 HCl 용액 1L에넣고 85℃에서 30분간 교반한 다음 이를 여과하여 얻은 상등액에 4L의 이소프로판올(Isopropanol)을 첨가하고 4시간 동안 방치하여 침전물을 획득하였다. 상기 침전물을 이소프로판올과 아세톤으로 세척한 후 상온에서 건조하였다. 이 건조물을 초기 인삼박 원료에 대한 중량비로 수용성 인삼 식이섬유의 수율을 측정한 결과 14.5%였다. 상기와 같은 결과를 실시예 1∼20의 압출성형에 의한 수용성 인삼 식이섬유의 생산수율과 비교해 볼 때 압출성형 공정이 산처리 공정에 비해 매우 효율적으로 수용성 인삼 식이섬유를 생산할 수 있음을 알 수 있었다.
이상, 상기 실시예를 통하여 설명한 바와 같이 본 발명 인삼 식이섬유 및 그제조방법은 압출성형공정을 이용하여 인삼박으로부터 불용성 및 수용성 인삼 식이섬유를 제조하는 효과가 있으며 종래의 화학적 처리방법이 갖는 폐수발생, 용기부식, 식이섬유 성분의 분해, 추출잔사의 재활용 불가능과 같은 산업적 문제점을 해결하는 효과가 있으므로 식품가공산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
Claims (2)
- (a) 인삼 엑기스(extract)를 추출한 다음 가공부산물로 생산된 인삼박을 수거한 후 상기 인삼박에 잔류하는 수분이나 용매를 가열증발기를 이용하여 건조하고 분쇄하여 인삼박을 제조하는 단계;(b) 상기 (a) 단계의 인삼박을 L/D비(length:diameter ratio) 20∼40의 이축 압출성형기에 투입한 후 스크류속도 150∼400rpm, 시료투입속도 20∼60kg/hr, 수분함량 15∼40%가 되도록 유지하면서 압출성형 하는 단계;(c) 상기 (b)단계의 압출성형된 시료를 증류수에 1∼10%(w/v)를 첨가하여 40∼80분간 교반한 후 6,000∼9,000×g, 5∼15분간 원심분리하는 단계;(d) 상기 (c)단계에서 원심분리 후 얻어진 침전물 건조시켜 불용성 인삼 식이섬유를 제조하는 단계;(e) 상기 (c)단계에서 원심분리 후 얻어진 상등액을 여과한 후 여과액의 3∼5배 부피의 이소프로판올을 첨가하고 3∼5시간 동안 방치하여 침전물을 얻고 상기 침전물을 이소프로판올과 아세톤으로 세척한 후 건조시켜 수용성 인삼 식이섬유를 제조하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 인삼 식이섬유 제조방법.
- 제 1항의 기재된 방법에 의해 제조된 인삼 식이섬유.
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