KR20110088243A - 방사선을 이용한 천년초의 점도 감소방법 - Google Patents
방사선을 이용한 천년초의 점도 감소방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 방사선을 이용한 천년초의 점도 감소방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천년초 줄기 및/또는 잎을 파쇄한 후 열수 또는 에탄올에서 추출한 추출물에 감마선 또는 전자빔을 조사하여 점도를 감소시키는 것을 특징으로 하며, 점도가 높은 천년초의 특성에 따른 식품개발의 문제점을 해결하여, 천년초의 점도를 감소시켜 가공성을 향상시키고 다양한 가공식품에 적용될 수 있도록 하는 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 방사선을 이용한 천년초의 점도 감소방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 점도가 높은 천년초의 특성에 따른 식품개발의 문제점을 해결하여, 천년초의 점도를 감소시키는 방법을 개발함으로써 천년초의 가공성 향상시키고 다양한 가공식품에 적용될 수 있도록 하는 것에 관한 것이다.
천년초(Opuntia humifusa) 선인장과(Cactaceae)에 속하는 식물로서 손바닥 선인장이라고도 불리며, 예로부터 식용이나 식품 대용으로 사용하여 왔다.
천년초의 줄기와 열매는 동맥경화, 당뇨병, 위장염, 고혈당 등의 성인병에 사용되고 있다. 또한, 천년초는 황산화효과, 항균효과, 위궤양 치유효과, 간기능 보호효과, 접촉성 피부염 완화효과, 항염효과 및 소염작용 등의 효능이 있다는 여러 연구결과가 나와 있다.
천년초는 국내에 널리 분포되어 재배되고 있으며, 최근에 기능성 식품소재로서 사용되고 있다.
천년초는 몇 가지 면에서 제주도에 널리 분포하는 손바닥 선인장인 백년초( Opuntia ficus-indica var saboten Makino)와 구별되는데, 첫째로 천년초는 백년초와 달리 식물세포에 당과 마니톨의 축적으로 얼음 생성 및 세포 내 동결 탈수를 방지함으로써 20℃ 이하의 겨울철에도 동사하지 않는다. 둘째로, 천년초는 지면 가까이 성장하지만 백년초는 1m 이상 높이로 성장한다.
천년초 열매는 약 14.5%의 고형분 함량을 가지고 있으며, 약 0.21%의 단백질, 0.12%의 지방, 0.44%의 회분, 0.19%의 펙틴 이외에 미량의 비타민 A와 C, 그리고 여러 종류의 무기질로 구성되어 있다. 또한, 주요 당류로는 D-galactose, D-glucose, D-mannose가 주성분인 복합다당체가 주를 이루며, 구성당은 sucrose 68.7%, fructose 18.0%, glucose 12.8%, mannose 0.5%가 함유되어 있다.
또한, 천년초는 식이섬유를 섭취하기에 매우 좋은 식품으로 식이섬유 함량은 100g 중량에 48%로 다른 어떤 식물보다도 많이 함유되어 있다. 그 성분 중에는 점성이 강한 복합다당체는 혈액 내의 저밀도 지질단백질이나 총 콜레스테롤 등의 함량을 조절하는 효과가 있다고 알려져 있으며, 보습효과도 있어서 화장품 등에 이용되는 물질이다.
천년초는 야생 상태에서도 잘 자라는 식물로 괴경은 환경에 대한 적응력이 매우 강하여 생산성이 높아 유휴 경지를 이용할 수 있고, 크게 노동력이 들지 않아 개발 잠재력이 매우 높은 작물이다.
따라서, 최근의 웰빙시대에 적합한 천년초 자원을 기능성 식품소재로 활용하여 다양한 용도의 가공식품을 개발하게 되면, 천년초 재배농가뿐만 아니라 식품산업발전에 크게 기여할 수 있을 것이다.
천년초는 주로 열매와 줄기를 샐러드용 생식 또는 즙을 내어 식용이나 식품 대용으로 사용하지만, 다양한 가공식품으로서 개발은 아직 요원한 실정이다.
특히, 천년초는 점성이 강한 점액 다당체를 다량 함유하고 있어서 타 재료들과의 혼합이 매우 어렵다는 기술적 한계가 있어서, 우수한 효능을 가진 식품소재임에도 불구하고 아직까지 다양한 가공식품으로 개발되는데 많은 어려움을 겪고 있다.
따라서, 천년초의 가공성 향상을 위해서는 먼저 점액 다당체의 점도를 감소시키는 기술이 필연적이나, 아직까지 이에 관한 연구나 개발이 거의 없는바, 본 발명은 천년초의 점도를 감소시켜 점도가 감소된 액상 추출물을 이용하여 다양한 가공식품에 적용될 수 있도록 식품소재를 개발하고자 한다.
본 발명은 상술한 바와 같이 점도가 높은 천년초의 특성에 따른 식품개발의 문제점을 해결하여, 천년초의 점도를 감소시키는 방법을 개발함으로써 천년초의 가공성 향상시키고 다양한 가공식품에 적용될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 웰빙시대에 걸맞는 기능성 작물로서 천년초를 이용하여 새로운 식품소재 및 이를 이용한 다양한 가공식품을 개발하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 천년초 추출물의 점도 감소를 위한 최적의 조건을 개발하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명에 따른 방사선을 이용한 천년초의 점도 감소방법은
천년초를 파쇄한 후 추출한 추출물에 방사선을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 방사선의 선량 1~20kGy인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 방사선은 감마선 또는 전자빔인 것을 특징으로 하는 방사선을 이용하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 천년초의 점도를 감소시키는 방법을 개발함으로써 천년초의 가공성 향상시키고 다양한 가공식품에 적용될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 웰빙시대에 걸맞는 기능성 작물로서 천년초를 이용하여 새로운 식품소재 및 이를 이용한 다양한 가공식품을 개발할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 천년초 추출물의 점도 감소를 위한 최적의 조건을 개발할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일실시예에 따른 방사선을 이용한 천년초의 점도 감소방법에 관하여 상세히 설명한다.
감마선 조사는 모든 식품 및 소재의 부패방지, 제품의 안전성 향상의 효과가 보고되어 제약, 의료 및 화장품 분야에서 널리 사용되고 있다. 또한, 감마선 조사기술은 잔류 독성이 전혀 없고, 식품 원래의 품질을 유지하면서 여러 가지 긍정적 효과가 있다.
감마선을 식품에 이용하는 기술은 전 세계적으로 연구되고 있으며, 감마선을 조사한 식물의 건전성은 이미 세계보건기구(WHO), 국제식량농업기구(FAO), 국제원자력기구(IAEA), 미국식품의약국(FDA) 등의 국제기관과 국제 학술단체에서는 식품의 보존 및 건전성에 관한 연구가 시작되어 현재는 평균 75kGy(10~100kGy) 정도의 고선량 조사식품을 연구한 결과 그 식품은 미생물학적, 영양학적 및 독성학적으로 안전하고 건전하며 영양학적으로도 충분하다고 보고되고 있다.
이는 빛과 같은 속도로 가속된 감마선을 식품 속으로 투과시켜 화학반응을 일으키고, 이를 통해 식품 내 고분자물질 분자간의 결합을 파괴시킴으로써 식품의 물성을 개선할 수 있는 장점을 가지나, 감마선 처리된 천년초의 기능성 저하가 염려됨으로 처리된 줄기의 선량별 황산화 활성을 검토하였다.
가. 천년초의 성분
천년초를 재배한 실험토양은 2007년 11월에 새만금 광활지구에서 채취한 토양으로 토양의 pH 8.4, 전기전도도 13.5dS/m, 토양유기물 0.9%, 토성은 미사질 양토의 것으로 염생식물인 나문재나 퉁퉁마디 정도만 생육이 가능하고 일반적인 식물은 생육이 불가능한 조건이었으나, 천년초를 식재한 후 시비관리를 전혀 하지 않았고, 물관리 및 제초관리도 전혀 수행하지 않고 방임상태로 두면서 생육가능성을 조사한 결과 고농도의 염분이 함유되어 있음에도 불구하고 아주 양호한 생장을 보였고, 이식 3개월째부터 분화를 하였다.
이와 같이 유기재배한 천년초의 성분을 분석한 결과가 표 1에 기재되어 있다.
| 분석항목 |
함량(per 100g) | |
| 천년초 열매 | 천년초 줄기 | |
| 열량(kcal/100g) | 355.5 | 336.6 |
| 탄수화물(g/100g) | 83.7 | 73.6 |
| 식이섬유(g/100g) | 18.4 | 55.9 |
| 당류(g/100g) | 58.92 | 5.29 |
| 지방(g/100g) | 1.1 | 1.4 |
| 포화지방산(g/100g) | 0.5 | 0.52 |
| 트랜스지방(g/100g) | 0 | 0 |
| 단백질(g/100g) | 2.7 | 7.4 |
| 나트륨(mg/100g) | 12.05 | 52.76 |
| 칼슘(mg/100g) | 1425.12 | 4010.65 |
| 철(mg/100g) | 2.83 | 6.78 |
| 비타민 A(㎍RE/100g) | 52.47 | 112.5 |
| 비타민 C(mg/100g) | 189.13 | 41.39 |
천년초의 열량, 탄수화물, 당질은 줄기보다 열매가 약간 높았으며, 그외의 성분들은 줄기가 월등히 높게 나타났다. 열매의 경우 과일이 성숙함에 따라 당분의 증가로 열량과 당질이 증가한 것으로 여겨지며, 변비, 당뇨예방, 콜레스테롤 흡수 방해, 장기능 활성화 기능을 갖는 수용성 식이섬유의 함량이 줄기에서 높았으며, 황산화, 괴혈병 억제효과가 있는 비타민 C는 열매 189.13mg%, 줄기 41.39mg%로서 10mg%를 함유하고 있는 건사과보다 열매는 약 19배, 줄기는 약 4배로 높은 함유율을 보였다. 또한, 골다공증, 관절염 예방에 효과가 있는 칼슘은 천년초 줄기에서 약 4,010mg%로서 1150mg%를 함유하고 있는 건멸치보다 약 4배를 더 함유하고 있어 영양학적 성분으로 우수한 조성을 가지고 있었다.
나. 황산화 활성분석
(1) 무처리 원료의 황산화 활성
전자공여능은 활성 라디칼에 전자를 공여하여 연쇄반응을 중단시키고 식품내 지질산화 억제나 인체 내에서 노화를 억제하는 작용의 척도로 이용되고 있다. 전자공여능 측정을 위한 DPPH법은 토코페롤, 아스코브르산, polyhydroxy 방향족 화합물, 방향족 아민류에 의해 전자나 수소를 받아 불가역적으로 안정한 분자를 형성하여 환원되어 짙은 자색이 탈색 되어지는 원리를 이용한 것으로 이 탈색되는 정도가 항산화물질의 수소공여능에 의한 것으로 알려져 있다(Blois, 1958 ; Cha et al., 2001).
선인장의 항산화 활성을 검토하기 위하여 시료를 동결건조 후 파쇄하여 열수와 에탄올로 추출하였다. 열수 추출물은 시료의 10배 증류수를 첨가한 후 환류 냉각장치로 부착하여 100℃에서 3시간 동안 추출한 것을 여과하여 사용하였고, 에탄올 추출물은 시료 10배에 해당하는 에탄올을 첨가한 후 환류 냉각장치를 부착하여 85~90℃에서 3시간 동안 추출한 것을 여과하여 사용하였다.
선인장 추출물의 전자 공여능은 추출물 200㎕에 100 mM Tris-HCl(pH 7.4) 800㎕를 잘 혼합한 다음 500 μM DPPH in MeOH 용액 1㎖를 넣고 vortexing하였다. 반응물을 실온에서 20분간 방치하여 여과(0.45㎛)하여 517㎚에서 흡광도를 측정하였다. 이때, 블랭크(blank)는 시료용액 대신 순수한 각 용매를 사용하였다.
전자공여효과는 시료첨가구와 첨가하지 않은 경우의 흡광도를 아래 식에 따라 백분율로 나타내었다. 대조구로는 BHT와 BHA를 사용하여 비교하였다.
EDA(%) = (1-A/B)*100
A: 시료의 흡광도(Absorbance of sample)
B: 시료를 첨가하지 않은 경우의 흡광도(Absorbance of blank)
천년초와 백년초의 줄기, 열매, 꽃, 씨의 에탄올 추출물, 열수 추출물중의 전자공여효과를 DPPH법으로 측정한 결과가 표 2에 기재되어 있다.
| 분석항목 | 물질 | 전자공여능(%) |
| 70% 에탄올 |
천년초 열매 | 84.30 |
| 천년초 줄기 | 82.54 | |
| 천년초 씨 | 83.66 | |
| 천년초 꽃 | 87.58 | |
| 백년초 열매 | 71.74 | |
| 백년초 씨 | 91.03 | |
| 물 |
천년초 열매 | 90.91 |
| 천녀초 줄기 | 79.07 | |
| 천년초 씨 | 55.82 | |
| 천년초 꽃 | 91.17 | |
| 백년초 열매 | 92.55 | |
| 백년초 씨 | 76.87 | |
| 백년초 줄기 | 58.48 | |
|
|
BHA | 86.85 |
| BHT | 81.76 |
항산화활성 측정결과 열수추출물에선 천년초 열매, 천년초, 꽃, 백년초 열매 추출물에서 90% 이상의 전자공여능이 나타났고 그중 가장 높은 활성을 보인 백년초 열매추출물의 전자공여능은 92.55%로 대조구인 BHA보다 다소 높은 활성을 보였으며, 에탄올 추출물에선 대부분의 추출물에서 80% 이상의 전자공여능이 나타났고 그 중 백년초씨 추출물의 전자공여능이 91.05%로 가장 높았다.
(2) 감마선 및 전자빔 처리한 원료의 황산화 활성
천년초 줄기의 방사선 선량별 항산화활성 변화에 대한 결과가 표 3에 기재되어 있다.
| 분석항목 | 물질 | 전자공여능(%) |
| 70% 에탄올 |
천년초 줄기 방사선 무처리 | 72.91 |
| 천년초 줄기 방사선 1kGy | 72.05 | |
| 천년초 줄기 방사선 2.5kGy | 72.37 | |
| 천년초 줄기 방사선 5kGy | 72.97 | |
| 95% 에탄올 |
천년초 줄기 방사선 무처리 | 73.18 |
| 천년초 줄기 방사선 1kGy | 74.10 | |
| 천년초 줄기 방사선 2.5kGy | 75.09 | |
| 천년초 줄기 방사선 5kGy | 72.37 | |
| 물 |
천년초 줄기 방사선 무처리 | 71.13 |
| 천년초 줄기 방사선 1kGy | 73.15 | |
| 천년초 줄기 방사선 2.5kGy | 77.98 | |
| 천년초 줄기 방사선 5kGy | 81.38 | |
| BHA | 86.85 | |
| BHT | 81.76 |
천년초 줄기에 방사선을 선량별로 처리한 후 황산화 활성을 측정한 결과, 70% 에탄올 추출물에선 1kGy와 2.5KGy의 방사선 처리구에선 무처리구 보다 낮았으나 5KGy에선 다소 높았다. 전반적으로 대조구보다는 낮았으나 무처리구보다 방사선 처리구에서 방사선량이 증가할수록 전자공여능도 높은 경향을 보여 방사선 조사는 항산화활성의 저하보다 증가시키는 것으로 나타났다.
또한 천년초 줄기의 전자빔 선량별 항산화활성 변화에 대한 결과가 표 4에 기재되어 있다.
| 분석항목 | 물질 | 전자공여능(%) |
| 70% 에탄올 |
천년초 줄기 빔 무처리 | 72.91 |
| 천년초 줄기 빔 1KGy | 73.12 | |
| 천년초 줄기 빔 5KGy | 74.27 | |
| 천년초 줄기 빔 10KGy | 75.99 | |
| 천년초 줄기 빔 20KGy | 78.66 | |
| 95% 에탄올 |
천년초 줄기 빔 무처리 | 73.18 |
| 천년초 줄기 빔 1KGy | 61.26 | |
| 천년초 줄기 빔 5KGy | 62.66 | |
| 천년초 줄기 빔 10KGy | 63.00 | |
| 천년초 줄기 빔 20KGy | 65.38 | |
| 물 |
천년초 줄기 빔 무처리 | 71.13 |
| 천년초 줄기 빔 1KGy | 82.39 | |
| 천년초 줄기 빔 5KGy | 84.12 | |
| 천년초 줄기 빔 10KGy | 84.16 | |
| 천년초 줄기 빔 20KGy | 82.12 | |
|
|
BHA | 86.85 |
| BHT | 81.76 |
천년초 줄기에 전자빔을 선량별로 처리후 항산화 활성을 측정한 결과 95%에탄올 추출물에선 전자빔 처리구에서 전자공여능이 다소 낮았지만 선량이 증가할수록 높았다. 열수와 70% 에탄올 추출물에서는 전자빔 처리구에서 선량이 증가할수록 전자공여능도 높은 경향을 보였으며 특히 열수추출물에서는 대조구인 BHT보다도 다소 높았다. 전자빔 처리의 경우도 감마선 처리와 유사한 경향을 보여 감마선 조사나 전자빔 처리 모두 천년초의 기능성 저하는 없는 것을 알 수 있다.
다. 감마선 및 전자빔 처리한 원료의 점도 감소효과
천년초 줄기를 감마선과 전자선으로 조사하여 점도 저감화 가능성을 검토하였다.
감마선 조사는 선원 30만 Ci, Co-60(point sourse AECL, IR-79) 감마선 조사시설을 이용하여 1, 2.5, 5kGy의 흡수선량을 갖도록 조사하였고, 전자선은 2.5MeV 변압형 전자가속기(ELV-8 Model, EB Tech.)를 이용하여 14.5mA의 빔전류로 전자선을 조사하였으며, 조사선의 흡수선량은 1, 5, 10, 20kGy로 운전하였다. 조사시료의 점도는 점도계(Brookfield, Programmable Rheoneter DV-Ⅲ)를 이용하여 26℃, 10rpm의 조건에서 점도 측정을 하였다.
전자 이온화 에너지에 속하는 감마선이나 전자빔은 강한 에너지를 갖는 광선의 일종으로 빛과 같은 속도로 가속시켜 식품 속으로 투과시키면 화학반응을 일으키고, 이를 통해 식품 내 고분자물질 분자간의 결합을 파괴시킴으로서 식품의 물성을 개선시킬 수 있는 기능을 가지기 때문에 이를 이용한 천년초의 점도 감소 효과를 검토하기 위하여 0-20KGy의 범위에서 천년초에 조사하고 이것에 2배량의 물을 가하여 마쇄하고 부직포로 고체물질을 제거한 후 점도 변화를 조사하였다.
표 5는 감마선 조사가 천년초 마쇄물의 점도에 미치는 영향을 나타낸 것으로
| 방사선 | 점도(cP) |
| 증류수 | 0.0 |
| 무처리구 | 944.0 |
| 감마선 1KGy | 38.9 |
| 감마선 2.5 KGy | 29.9 |
| 감마선 5 KGy | 20.9 |
전자 이온화 에너지가 천년초 마쇄물의 점도에 미치는 영향을 살펴본 결과 무처리의 경우 1,500cP의 점도를 보여 가시와 같은 이물질 제거가 거의 불가능한 상태였으나 처리 선량이 증가할수록 점도감속도 급격히 일어나 5kGy에서는 1/20 이하로 감소함을 확인할 수 있다. 따라서 이는 천년초 추출물의 음료로 이용할 경우 저비용 및 고효율적인 수단으로 활용할 수 있는 방법인 것이다.
일반적으로 감마선과 같은 방사선들은 국외에서는 비교적 식품에 널리 활용되고 있기는 하나 투과성이 높고 살상능과 같은 운영상의 문제가 되고 있고, 또한 우리 나라의 경우 방사선에 부정적 시각이 아직까지 팽배한 상태이다. 따라서, 감마선을 대신할 수 있는 전자빔을 이용한 점도 감소효과를 검토하여 본 결과는 다음과 같다.
또한 표 6은 전자빔 조사가 천년초 마쇄물의 점도에 미치는 영향을 나타낸 것이다.
| 방사선(KGy) | 점도(cP) |
| 증류수 | 0.0 |
| 무처리구 | 944.0 |
| 전자빔1KGy | 29.8 |
| 전자빔5KGy | 17.8 |
| 전자빔10KGy | 11.8 |
| 전자빔20KGy | 0.0 |
전자빔은 감마선과 달리 투과성이 1~3㎝ 정도로 낮은 단점을 가지고 있으나, 감마선보다는 비교적 안전하게 운영할 수 있는 장점이 있다. 천년초는 모양이 손바닥 모양으로 넓고 얇으며 연속공정에서 컨베이어를 이용한 기계로의 이송이 용이하다. 전자빔 처리 역시 방사선 조사와 같이 조사선량이 증가할수록 급격한 점도 감소를 보여 20KGy 이상에서는 물과 같은 수준의 점도를 보였다. 따라서 전자빔 처리에 의한 천년초의 점도저감 기술은 새로운 신기술로 음료, 요구르트, 빵반죽, 면제조, 라면제조 등에 효율적인 원료 처리방법이 될 수 있으며, 화장용 또는 의약용 소재로서 가시제거와 같은 고순도 원료 추출물제조 등에도 이용될 수 있는 우수한 처리방법으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
Claims (3)
- 천년초를 파쇄한 후 추출한 천년초 추출물에 방사선을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 천년초의 점도 감소방법.
- 제1항에 있어서, 상기 방사선의 선량 1~20kGy인 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 천년초의 점도 감소방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방사선은 감마선 또는 전자빔인 것을 특징으로 하는 방사선을 이용한 천년초의 점도 감소방법.
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| KR1020100008063A KR20110088243A (ko) | 2010-01-28 | 2010-01-28 | 방사선을 이용한 천년초의 점도 감소방법 |
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| KR1020100008063A KR20110088243A (ko) | 2010-01-28 | 2010-01-28 | 방사선을 이용한 천년초의 점도 감소방법 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20180033686A (ko) | 2016-09-26 | 2018-04-04 | 한화테크윈 주식회사 | 인도어-아웃도어 겸용 카메라 어셈블리 |
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| KR20210042664A (ko) * | 2019-10-10 | 2021-04-20 | 가천대학교 산학협력단 | 마이크로웨이브를 이용하여 항산화 탄소나노입자를 함유하고 점도가 감소된 천년초 추출물을 제조하는 방법 |
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2010
- 2010-01-28 KR KR1020100008063A patent/KR20110088243A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR20180072456A (ko) * | 2016-12-21 | 2018-06-29 | 김시엽 | 천년초 추출물의 제조방법과 이에 의해 제조된 천년초 추출물을 포함하는 화장료 조성물 및 식품 조성물 |
| KR20210042664A (ko) * | 2019-10-10 | 2021-04-20 | 가천대학교 산학협력단 | 마이크로웨이브를 이용하여 항산화 탄소나노입자를 함유하고 점도가 감소된 천년초 추출물을 제조하는 방법 |
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