KR20100093820A - 물리적, 효소적 복합처리 방법에 의한 펙틴 추출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 화학 용매 및/또는 산 처리 방법을 사용하지 아니하는 물리적, 효소적 복합처리 방법에 의한 펙틴 추출방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 기존의 방법보다 두 배 정도의 수율이 향상 달성되었으며, 화학적 공정을 사용하지 않기 때문에 부산물 및 폐기물 발생에 따른 환경오염을 줄일 수 있는 친환경적이며 친인간적인 공정이다.

물리적, 효소적, 펙틴, 추출

Description

물리적, 효소적 복합처리 방법에 의한 펙틴 추출방법{Method for extracting pectin by physical and enzymatic treatment}

본 발명은 기존의 화학 용매 및 산 처리 방법을 사용하지 아니하는 물리적, 효소적 복합처리 방법에 의한 펙틴 추출방법에 관한 것이다.

일반적으로 많은 식물의 각 기관에는 펙틴질이라 불리는 다당류가 포함되어 있고, 이 펙틴질은 특히 분열 조직이나 유조직에 많이 존재하고 있다. 펙틴질이란 식물체내 또는 식물체로부터 얻어지는 콜로이드 상태의 탄수화물로, 갈락투론산기를 많이 함유하고, 그것이 쇄상 결합하고 있는 물질이다. 그 존재 형태는 식물의 세포벽 성분으로서 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 단백질, 무기질 등과 결합하여, 물에 불용의 프로토 펙틴으로 불리는 형태이다. 펙틴질 중에서 수용성이고, 적당한 조건에서 당 및 산과 겔화 하는 물질이 펙틴으로 불리어진다.

펙틴의 일반적인 제조는 (1) 식물 출발 재료로부터의 고온 산성하에서의 추출, (2) 액체 추출물의 정제, 및 (3) 액체로부터의 추출 펙틴의 단리 공정으로 이 루어진다. 그 중에서, 산추출 단계에서는, 식물 재료를 질산, 황산,염화수소산 또는 다른 무기 혹은 유기산과 같은 희석산을 사용하여, 통상 pH 1 ~ 2, 온도 80℃ ~ 100℃의 조건에서 처리한다. 일반적으로 사용되는 식물 출발 재료는, 쥬스의 제조에서 얻어지는 감귤류의 과피 및 사과 쥬스 및 사과주 제조에서 얻어지는 사과의 압착 찌꺼기가 사용되고 있다.

펙틴은 에스테르화도, 분자량의 차이에 따라, 다양한 특성을 가지고 있고, 겔화제, 증점제, 안정제 등으로서, 대부분은 식품 분야에 이용되고 있다. 에스테르화의 정도를 나타내는 에스테르화도 (DE)는, 전체 갈락투론산(전체 카르복실기) 중에 차지하는 에스테르화된 갈락투론산 (카르복실기)의 비율을 나타내는 수치 (%)이고, 메틸 에스테르화도의 고저에 따라, 고메톡실 펙틴 (HM 펙틴)과 저메톡실 펙틴 (LM 펙틴)으로 분류된다. 통상, DE가 50%보다 높은 것을 HM 펙틴, 50% 이하의 것을 LM 펙틴이라 불리고 있다. 일반적으로, 상기한, 식물 출발 재료로부터의 고온 산성 조건하에서 추출되는 펙틴의 다수는 HM 펙틴이고, LM 펙틴을 얻기 위해서는 산, 알칼리,효소 혹은 암모니아를 더 사용하여 탈메틸화할 필요가 있다. 감귤류의 과피로부터의 펙틴을 추출할 때, 추출시의 고온 산성 조건이나 탈메틸화 처리에 의해 에스테르의 가수분해와 동시에 당쇄가 절단되어 분자량이 저하하는 결점이 있었다. 그 결과, 고분자량의 펙틴에는 다양한 특성을 가지고 있는 것이 기대되지만, 그러한 펙틴을 화학적 처리없이 안정적으로 제조하는 방법은 알려지지 않았다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고, 상기의 필요성에 의하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 환경친화적으로 펙틴을 생산할 수 있는 천연 추출 공정을 확립하여, 다양한 건강 기능성 식품에 응용가능한 천연 펙틴을 추출하는 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 화학 용매 및 산, 또는 염기를 사용하지 아니하고, 물리적 처리방법과 효소적 처리방법을 통한 펙틴 추출방법을 제공한다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 물리적 처리 방법은 균질화, 및 열 수 추출 및/또는 오토크래이브로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 처리방법인 것이 바람직하고, 상기 물리적 처리방법은 감압여과 공정을 더욱 포함하는 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 효소는 아라바네이즈(arabanase), 셀루레이즈(cellulase), 베타-글루카네이즈(glucanase),헤미셀루레이즈(hemicellulase) 및 자일라네이즈(xylanase)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 효소인 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.

또한 본 발명은 a) 샘플에 용매를 혼합하여 교반하는 단계;b) 상기 교반된 샘플을 균질화 또는 열 수 추출하는 단계; 및 c) 상기 균질화 또는 열 수 추출한 결과물을 효소처리하는 단계를 포함하는 펙틴 추출방법을 제공한다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 방법은 a)단계와 b)단계 사이에 감압 여과 공정을 더욱 포함하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 b) 단계는 열 수 추출 공정을 오토크래이브 처리로 대체하는 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 효소는 아라바네이즈(arabanase), 셀루레이즈(cellulase), 베타-글루카네이즈(glucanase),헤미셀루레이즈(hemicellulase) 및 자일라네이즈(xylanase)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 효소인 것이 바람직하고, 상기 효소 처리 농도는 전체 처리 부피의 100분의 1에서 1000분의 1로 희석된 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 기존의 펙틴 추출방법은 산처리를 통한 방법이지만, 본 발명에서 개발한 물리적/효소적 복합처리 방법은 화학용매 및 산을 전혀 사용하지 않고 순수한 물리적 처리방법과 효소적 처리방법으로만 펙틴을 추출하는 공정으로서 기존의 방법에 비하여 추출공정도 훨씬 단순하며 추출시간도 단축되는 특징이 있다.

본 발명에 따른 방법에 의하여 개발된 물리적/효소적 복합처리 방법으로 펙틴 추출 시 GalUA 함량은 42%으로 기존의 산처리 방법(65%)보다는 낮았지만 20%의 수율을 보임으로써 기존의 펙틴 추출법(10%)보다는 두 배 정도 높아지는 효과가 있다.

본 발명의 대략적이 공정을 도 1에 나타내었다.

본 발명은 기존의 화학적 처리 방법이 아닌 천연공법(물리적 및 효소적 처리방법)을 통한 펙틴 추출 공정을 확립하여, 유기용매 혹은 산처리 등의 화학적 방법이 배체된 순수한 물리적, 효소적 처리를 통하여 42%의 galacturonic acid 함량을 가진 펙틴 추출물을 제조하였으며, 또한 기존의 방법(약 10%)보다 두 배 정도의 수율(약 20%)이 향상 달성되었으며, 화학적 공정을 사용하지 않기 때문에 보다 부산물 및 폐기물을 배출하지 않는 친환경적이며 친인간적인 공정인 특징이 있다.

이하, 비한정적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

단 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기재된 것이므로, 본 발명의 범위는 하기 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어지지 아니한다.

실시예 1: 입도별 분리 공정

감귤에서 과즙을 얻은 뒤 남은 부산물을 열풍건조기(80℃)에 넣어 2일간 건조시킴. 건조된 샘플을 분쇄기를 사용하여 분쇄 후 얻어진 분말을 체 분리하여 30-50 mesh, 100-200 mesh, 200-325 mesh, 325 mesh보다 작은 총 5가지 입도별로 분리하였다.(도 2)

도 2에서 알 수 있는 바와 같이 입도별로 펙틴의 함량을 galacturonic acid 분석법을 통하여 구한 결과 입도가 작아질수록 추출되는 펙틴의 함량이 높아진다. 그러나, 325mesh 이상의 펙틴을 다량으로 얻는 것은 용이하지 않기 때문에 200 - 325 mesh 입자를 선정하였다.

실시예 2:물리적 처리 공정1(homogenization vs sonication)

200 mesh의 입도를 가진 감귤 가루 5g을 증류수 50ml과 섞어 현탁액을 만들고 stirrer 를 이용하여 500rpm 으로 1시간동안 교반 후 homogenizer와 ultrasonicator를 사용하여 기계적/물리적 처리를 가함. Homogenizer의 경우 1, 3, 5분 처리하고 ultra sonicator의 경우 20, 40, 60분간 처리한 후 여과하여 여과액을 동결건조하여 펙틴함량을 측정하였다(도 3).

도 3에서 알 수 있는 바와 같이 Homogenization 과 ultrasonication 처리 사이에는 현저한 차이는 없었지만, homogenization 한 것이 펙틴함량이 약간 높게 나타났다. 또한, homogernization 처리 시 공정 시간이 훨씬 짧아지기 때문에 homogenization 3분간 처리하는 공정을 선정하였다(도 4).

실시예 3: 물리적 처리 공정2(열수 추출)

두번째 물리적 처리 공정으로 열수추출을 시도함. shaking water bath를 이용하여 온도별(60, 80, 100℃)로 1시간 동안 120rpm으로 교반시킨 후 감압여과를 이용하여 얻어진 여과액을 동결건조한 후 펙틴함량을 측정하였다(도 5와 도 6).

도 5와 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 열수 추출 공정에서는 추출 온도가 높아질수록 펙틴함량 및 수율이 증가함을 보여, 100℃ 로 1시간동안 추출 시 가장 높은 수율 및 펙틴 함량을 보여주었다.

실시예 4: 불순물 제거 공정

4-1

200 mesh의 입도를 가진 감귤 가루 5g을 증류수 50ml가 섞어 현탁액을 만들고 stirrer 를 이용하여 500rpm 으로 1시간동안 교반 후 miracloth를 이용하여 감압여과 하여 잔사와 여과액으로 분리 후 동결건조하여 각각에 포함된 펙틴의 함량을 측정하였다(도 7).

도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 여과 후 얻어진 잔사와 여과액 포함된 펙틴 함량을 분석한 결과 여과 잔사에 대부분의 펙틴이 존재함을 알게되었다.

4-2: 감압여과 추가 공정

상기 4-1의 불순물 제거 공정을 위에서 이미 확립된 homogenization 3분 처리, 100℃에서의 열수추출 공정과 연결하여 시료를 처리 후 펙틴의 함량 및 수율을 구하였다(도 8과 도 9).

도 8과 9에서 알 수 있는 바와 같이, 감압여과를 통한 불순물 제거 공정을 homogenization 3분 처리, 100℃에서의 열수추출 공정 전에 추가할 경우 펙틴 함량이 현저히 증가함을 알 수 있었다.

실시예 5: 복합 효소처리 공정

5-1. 복합 효소의 선택

Pectin의 추출 함량을 추가적으로 높이기 위하여 물리적 처리 후 효소처리 공정을 추가하였다. 사용된 효소는 세포벽을 분해하는 복합효소로서 celluclast 와 viscozyme이 사용되었다(각 효소의 특성은 도 10 참조). 앞서 시도된 물리적 처리 공정을 거친 시료 용액에 두 효소의 농도를 달리하여 (100배, 500배 희석) 첨가한 후 1 시간동안 각 효소의 최적 온도(celluclast - 55℃, viscozyme - 40℃)에서 반응시킨 후 여과하여 얻어진 여과액을 동결건조하여 펙틴함량을 측정하였다(도 11).

도 11과 12에서 알 수 있는 바와 같이, 효소의 희석배수와 상관없이 viscozyme효소를 사용하였을 때 수율 뿐만 아니라 펙틴함량도 높게 나타났다.

5-2. 효소 반응시간 결정

500배 희석한 viscozyme 효소를 가한 후 40℃에서 1, 3, 5h 동안 효소 반응을 실시하여 효소반응시간에 따른 펙틴함량을 측정하였다.

도 13과 도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 효소반응 시간 (1, 3, 5h)에 따른 펙틴 함량 및 수율을 측정한 결과, 1시간 이상 효소 반응을 증가시켜도 뚜렷한 펙틴함량의 개선효과를 얻을 수가 없었다. 따라서, 공정시간 단축을 위하여 효소 반응 시간 1시간으로 설정하였다.

5-3. 효소 처리 농도의 결정

viscozyme 효소를 농도별로 (100배 500배 1000배로 희석) 시료 용액에 가하여 1시간 동안 반응시킨 후 얻어진 시료 용액을 여과하여 여과액을 동결건조하여 펙틴함량을 측정하였다(도 15).

도 15와 16에서 알 수 있는 바와 같이, 1000배로 효소를 희석하였을 때 수율뿐 아니라 펙틴 함량이 가장 증가하였다.

실시예 6: Autoclave 처리 공정

물리적 처리 공정 중 100℃에서 1시간동안 열수추출하는 공정 대신에 공정 시간 단축 및 편의성을 위하여 autoclave 처리를 함. Homogenization 처리를 한 후 시료 용액을 Autoclave (121℃, 10분)하고 viscozyme 처리 후 여과후 얻어진 여과액을 동결건조하여 펙틴함량을 측정하였다(도 16 및 도 17).

도 17과 도 18에서 알 수 있는 바와 같이, 100℃의 열수를 처리한 것과 autoclave한 것과는 큰 차이가 없었지만, autoclave 사용시 공정시간을 1시간에서 10분으로 현저히 단축시킬 수가 있었다.

도 1은 본 발명의 방법에 대한 대략적인 개요도이다.

도 2는 입도별 분리공정을 나타낸 그림이다.

도 3과 4는 물리적 처리 공정 중에서 균질화와 소니케이션을 공정과 그 결과를 비교한 그림이다.

도 5와 6은 물리적 처리 공정 중에서 열수 추출 공정과 그에 대한 결과를 비교한 그림이다.

도 7은 불순물 제거 공정 및 그에 대한 결과를 나타낸 그림이다.

도 8과 9는 감압여과 추가공정 및 그에 대한 결과를 나타낸 그림이다.

도 10은 효소 처리 조건 및 효소 조성물을 나타낸 표이다.

도 11 및 도 12는 효소 선택 등에 대한 공정 및 그에 대한 결과를 나타낸 그림이다.

도 13 및 도 14는 효소 반응시간을 결정하는 공정 및 그에 따른 결과를 나타낸 그림이다.

도 15 및 도 16은 효소 처리 농도를 결정하기 위한 공정 및 그 결과를 나타낸 그림이다.

도 17 및 도 18은 오토크래이브 처리 공정 및 그에 따른 결과를 나타낸 그림이다.

Claims (10)

1. 화학 용매 및 산, 또는 염기를 사용하지 아니하고, 물리적 처리방법과 효소적 처리방법을 통한 펙틴 추출방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 물리적 처리 방법은 균질화, 및 열 수 추출로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 처리방법인 것을 특징으로 하는 펙틴 추출방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 물리적 처리 방법은 균질화, 및 오토크래이브로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 처리방법인 것을 특징으로 하는 펙틴 추출방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물리적 처리방법은 감압여과 공정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 펙틴 추출방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 효소는 아라바네이즈(arabanase), 셀루레이 즈(cellulase), 베타-글루카네이즈(glucanase), 헤미셀루레이즈(hemicellulase) 및 자일라네이즈(xylanase)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 효소인 것을 특징으로 하는 펙틴 추출방법.
6. a) 샘플에 용매를 혼합하여 교반하는 단계;

   b) 상기 교반된 샘플을 균질화 또는 열 수 추출하는 단계; 및

   c) 상기 균질화 또는 열 수 추출한 결과물을 효소처리하는 단계를 포함하는 펙틴 추출방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 방법은 a)단계와 b)단계 사이에 감압 여과 공정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 펙틴 추출방법.
8. 제 6항에 있어서, 상기 b) 단계는 열 수 추출 공정을 오토크래이브 처리로 대체하는 펙틴 추출방법.
9. 제 6항에 있어서, 상기 효소는 아라바네이즈(arabanase), 셀루레이 즈(cellulase), 베타-글루카네이즈(glucanase), 헤미셀루레이즈(hemicellulase) 및 자일라네이즈(xylanase)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 효소인 것을 특징으로 하는 펙틴 추출방법.
10. 제 6항에 있어서, 상기 효소 처리 농도는 전체 처리 부피의 100분의 1에서 1000분의 1로 희석된 것을 특징으로 하는 펙틴 추출방법.

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