KR20170012988A

KR20170012988A - 뿌리채소의 잔류 농약 제거 방법

Info

Publication number: KR20170012988A
Application number: KR1020150105746A
Authority: KR
Inventors: 서용기; 백세희; 송지혜; 여말희; 문병석
Original assignee: 씨제이제일제당 (주)
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2017-02-06
Also published as: WO2017018648A1

Abstract

본 발명은 초임계 유체를 이용한 뿌리채소의 잔류 농약 제거 방법에 관한 것이다. 일 구체예에 따른 뿌리채소의 잔류 농약 제거 방법에 따르면, 원형의 뿌리채소로부터 효과적으로 잔류 농약을 제거할 수 있으며, 뿌리채소의 유효 성분 및 향미 소실을 최소화하는 장점이 있다.

Description

뿌리채소의 잔류 농약 제거 방법{Removing Method for Residual Pesticides of Root Vegetables}

본 발명은 초임계 유체를 이용한 뿌리채소의 잔류 농약 제거 방법에 관한 것이다.

인삼은 우리나라의 대표적인 경제 작물 중의 하나로, 수년 동안 동일한 장소에서 재배되므로, 병충해 방지를 위하여 그 특성상 다량의 농약에 오랜 기간 노출되어 있으며, 잔류 농약은 식품 안전을 위협할 수 있어, 소비자의 불안감을 해소하기 위하여, 경작에 필요한 농약의 종류를 정부가 정하고, 농약의 잔류 허용 기준을 설정하여 안전한 제품이 유통될 수 있도록 관리되고 있다.

잔류 농약으로부터 안전성을 확보하기 위해 소비자들은 유기농 제품을 선호하고 있으나, 유기농 인삼의 유통량은 대단히 적으며, 가격이 매우 높다. 또한, 잔류 농약 허용 기준은 국가별로 차이가 있으며, 미국, 일본 등은 우리나라의 허용 기준에 비해 1/10 내지 1/100에 불과하여 수출에 있어서도 큰 장애가 되고 있다.

한편, 인삼의 잔류 농약 저감화를 위한 연구는 꾸준히 진행되어 왔다. 등록특허 제10-0382295호는 인삼 추출물을 초임계처리하여 잔류 농약을 저감화하는 방법에 대해 개시하고 있으나, 이는 인삼의 추출물에서만 적용이 가능하며 처리 시 수율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 특허출원 제2013-0150048호는 인삼의 분말 상태에서 초임계처리를 통해 잔류 농약을 저감화하는 방법에 관한 것으로, 실제 대량 생산 시 차압 발생 등의 문제가 발생할 수 있으며, 유효 성분 및 인삼 고유의 향미 성분의 소실 여부가 확인되지 않았다. 이외에도 식용유, 핵산용매, 흡착제 등을 이용한 농약 저감화 방법 등이 개발되었으나, 잔류 용매 등의 문제로 상용화된 사례는 없다.

이러한 선행 연구는 뿌리채소의 추출액이나 분말 단계에서만 잔류 농약을 처리할 수 있으며, 수율 저하 및 향의 소실 등의 문제점을 지니고 있어, 인삼을 포함한 뿌리채소의 원물 단계에서 잔류 농약을 효과적으로 제거하는 동시에, 유효 성분이나 수율에 손실이 없는 잔류 농약 제거 방법의 개발이 요구되는 실정이다.

본 발명의 일 양상은 뿌리채소를 초임계 상태의 이산화탄소와 접촉시켜 뿌리채소의 농약 성분을 추출하는 단계를 포함하는 뿌리채소의 잔류 농약 제거 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양상은 뿌리채소를 초임계 상태의 이산화탄소와 접촉시켜 뿌리채소의 농약 성분을 추출하는 단계를 포함하는 뿌리채소의 잔류 농약 제거 방법을 제공한다.

본 발명자들은 뿌리채소의 분말 또는 추출물이 아닌 원형의 인삼으로부터 잔류 농약을 최소화할 수 있는 방법에 대해 연구하였으며, 그 결과, 초임계 상태의 이산화탄소를 이용하여 뿌리채소의 잔류 농약을 효과적으로 제거하는 방법을 개발하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 뿌리채소를 초임계 상태의 이산화탄소와 접촉시켜 농약 성분을 추출하는 것을 특징으로 한다.

일 구체예에 따르면, 상기 뿌리채소는 농약을 살포하여 재배되는 모든 뿌리채소에 적용될 수 있으며, 예를 들어, 인삼, 마늘, 도라지, 더덕, 천마, 무, 우엉, 당근, 참마 및 연근으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 바람직하게는, 상기 뿌리채소는 인삼, 도라지 또는 더덕일 수 있으며, 가장 바람직하게는 인삼일 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 인삼은, 예를 들어, 백삼, 수삼, 홍삼, 태극삼, 흑삼, 호정화 인삼, 효소처리 홍삼 및 발효삼으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정하지는 않으며, 고려인삼(Panax ginseng C. A. Meyer), 화기삼(Panax quinquefolium), 전칠삼(Panax notoginseng), 죽절삼(Panax japonicum), 삼엽삼(Panax trifolium), 히말라야삼(Panax pseudoginseng), 베트남삼(Panax vietnamensis)을 포함하나, 이에 한정하지는 않는다. 특히, 본 발명이 적용될 수 있는 인삼은 분말 또는 추출물이 아닌 인삼의 주근, 지근 및 세근을 모두 포함하는 원형의 인삼일 수 있다.

일 구체예에 따르면, 본 발명에서 수삼을 사용하는 경우, 수삼은 장기간 보관 등의 어려움이 따를 수 있으므로, 건조물 형태의 인삼을 사용할 수 있으며, 이 때, 상기 인삼의 수분 함량은 20%(w/w) 이하인 것이 바람직하나, 수분 함량이 15%(w/w) 이하의 인삼을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

상기 초임계 상태의 이산화탄소 공급 방식은 기체 이산화탄소를 탑저에서 탑상으로 통과시키는 상향식으로 하는 것이 바람직하며, 유량은 50 ㎖/분 내지 100 ㎖/분, 가장 바람직하게는 70 ㎖/분이며, 통과하여 나온 이산화탄소는 외부의 별도 탱크에서 기화시켜 회수하여 재사용할 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 농약 성분의 추출은 35℃ 내지 80℃에서 이루어지는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 60℃에서 이루어질 수 있다. 상기 추출 온도가 35℃ 미만인 경우, 이산화탄소의 임계 온도와 근접하여 초임계 이산화탄소의 형성에 문제가 발생할 수 있으며, 80℃를 초과하는 경우에는 초임계 이산화탄소의 온도 및 반응/추출조의 온도에 의한 원료 성분의 변형을 유발할 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 농약 성분의 추출은 150 bar 내지 800 bar에서 이루어지는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 상기 농약 성분의 추출은 350 bar에서 이루어질 수 있다. 내부 압력이 150 bar 미만인 경우에는 초임계 이산화탄소의 추출 수율이 낮아질 수 있으며, 800 bar 초과인 경우에는 고압으로 인한 원료 성분의 변형이 유발될 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 농약 성분의 추출은 2시간 내지 4시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 상기 농약 성분의 추출은 3시간 동안 이루어질 수 있다. 추출 시간이 2시간 미만인 경우에는 효율적인 잔류 농약 제거가 이루어지지 않으며, 4시간 초과의 경우 잔류 농약 이외에 뿌리채소의 유효 성분(예를 들어, 인삼 내의 진세노사이드) 함량이 감소될 수 있다.

일 구체예에 따르면, 상기 방법에 의해 추출되는 농약 성분은 톨클로포스메틸, 사이퍼메트린, 디페노코나졸 및 아족시트로빈으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.

일 구체예에 따른 뿌리채소의 잔류 농약 제거 방법에 따르면, 원형의 뿌리채소로부터 효과적으로 잔류 농약을 제거할 수 있으며, 뿌리채소의 유효 성분 및 향미 소실을 최소화하는 장점이 있다.

도 1은 일 구체예에 따른 뿌리채소의 잔류 농약 제거 방법을 이용한 결과, 인삼 뿌리에 존재하는 4종의 잔류 농약의 함량을 시간별로 나타낸 그래프이다.

이하 하나 이상의 구체예를 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 인삼 원물의 초임계 추출 조건에 따른 잔류 농약의 제거 확인

인삼 원물에서 초임계 추출에 따른 잔류 농약 제거 효과를 확인하였다. 인삼은 충북농협에서 수매한 4년근 인삼을 사용하였다. 실험에 사용된 농약은 국내 재배되는 인삼 중 가장 많이 검출되는 농약으로 톨클로포스-메틸(Tolclofos-Methyl), 사이퍼메트린(Cypermethrin), 디페노코나졸(Diphenoconazole), 아족시스트로빈(Azoxystrobin)을 사용하였다. 인삼 원물에 농약을 충분히 노출시키기 위하여, 인삼 500 g에 상기 농약을 각각 법적 허용 기준치(표 2 참조)에 해당하는 농도로 5시간 동안 함침하여 건조한 후, 인삼을 꺼내어 이산화탄소 초임계추출기에 넣고, 표 1과 같이 다이나믹(dynamic) 추출 조건으로, 60℃, 350 bar에서 초임계 이산화탄소를 유속 70 ml/min의 속도로 1시간 내지 3시간 동안 통과시켜 잔류 농약을 추출 제거하였다. 이후, 추출기에 남은 인삼 원물을 식품 공전의 농약 잔류량 검사법에 의하여 잔류농약을 검출 정량하였다.

분류	조건
추출조건	Dynamic
용매	CO₂
유량	70 ml/min
Extract vessel 온도	60℃
압력	350 bar
처리시간	1, 2, 3, 4, 5, 7, 9, 12hr

실험 결과, 표 2 및 도 1에서 보는 바와 같이, 2시간 동안 초임계 추출을 수행한 경우, 4종의 잔류 농약이 모두 검출 한계치까지 제거되었으며, 3시간 동안 수행한 경우, 잔류 농약이 모두 제거되는 것을 확인할 수 있었다.

처리 시간(hr)	잔류 농약 함량(㎎/l, 초기대비 %))
처리 시간(hr)	Tolclofos-Methyl	Cypermethrin	Diphenoconazole	Azoxystrobin
Soaking solution	2.0	0.098	0.19	0.47
0	0.76 (100)	0.18 (100)	0.11 (100)	0.31 (100)
1	0.079 (10.39)	0.026 (14.44)	0.022 (20.0)	0.019 (6.13)
2	0.066 (8.68)	ND	ND	ND
3	ND	ND	ND	ND

또한, 초임계 추출에 따른 인삼의 유효 성분의 소실 여부를 확인하기 위하여, 초임계 처리 시간별로 건강기능식품법상의 인삼 진세노사이드(Ginsenoside)의 분석법에 따라 유효성분 함량을 조사한 결과, 농약이 모두 제거된 3시간 동안 진세노사이드의 함량 변화가 거의 없는 것으로 확인되었다(표 3).

또한, 4시간 이상 처리시 인삼의 향미와 관능이 소실되는 것을 확인할 수 있었으나, 3시간 처리 후의 인삼의 향미와 관능은 처리전과 차이가 없어 본 처리 조건에서 인삼 고유의 향미를 유지할 수 있는 것으로 확인되었다.

처리시간	Ginsenoside (mg/g, 초기 대비 %)
처리시간	Rb1	Rg1	합계
0hr	5.394	3.841	9.235 (100.0)
1hr	5.346	3.832	9.178 (99.4)
2hr	5.336	3.868	9.204 (99.7)
3hr	5.389	3.871	9.260 (100.3)

비교예 1: 인삼 분말의 초임계 추출 조건에 따른 잔류 농약의 제거 확인

인삼 분말에서 초임계 추출에 따른 잔류 농약 제거 효과를 확인하였다. 실험에 사용된 농약 및 농약의 처리 조건은 실시예 1과 동일하며, 인삼 분말은 인삼 500 g을 에어밀(air mill) 분쇄기로 분쇄하여, 평균 입도가 25 ㎛ 이하가 되도록 초미분화하여 사용하였다. 인삼 분말 500 g을 이산화탄소 초임계추출기에 넣고, 표 4와 같이 동적 추출 조건으로, 60℃, 350 bar에서 초임계 이산화탄소를 유속 70 ml/min의 속도로 최대 12시간까지 통과시켜 잔류 농약을 추출 제거하였다. 이후, 추출기에 남은 인삼 원물을 식품 공전의 농약 잔류량 검사법에 의하여 잔류농약을 검출 정량하였다.

분류	조건
추출조건	Static
용매	CO₂
유량	70 ml/min
Extract vessel 온도	60 ℃
압력	350 bar
처리시간	1, 2, 3hr

실험 결과, 표 5와 같이 초임계 추출을 3시간 동안 수행한 경우, 잔류 농약이 모두 제거되는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 인삼 분말로부터 초임계 추출 방법을 통해 잔류 농약을 제거하는 경우, 대량 양산 공정을 적용하는 경우, 인삼 분말의 특성에 따른 차압 발생 등의 문제가 발생하여 현장에서 적용이 어려운 문제점이 확인되었다.

처리 시간(hr)	잔류 농약 함량(㎎/l, 초기대비 %))
처리 시간(hr)	Tolclofos-Methyl	Cypermethrin	Diphenoconazole	Azoxystrobin
Soaking solution	2.02	0.097	0.21	0.52
0	1.87 (100)	0.095 (100)	0.18 (100)	0.47 (100)
1	0.175 (9.36)	0.018 (18.95)	0.011 (6.11)	0.184 (39.15)
2	0.056 (2.99)	ND	ND	0.048 (10.21)
3	ND	ND	ND	ND

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

뿌리채소를 초임계 상태의 이산화탄소와 접촉시켜 뿌리채소의 농약 성분을 추출하는 단계를 포함하는 뿌리채소의 잔류 농약 제거 방법.
제1항에 있어서, 상기 농약은 톨클로포스메틸, 사이퍼메트린, 디페노코나졸 및 아족시트로빈으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 뿌리채소는 인삼, 마늘, 도라지, 더덕, 천마, 무, 우엉, 당근, 참마 및 연근으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
제3항에 있어서, 상기 인삼은 백삼, 수삼, 홍삼, 태극삼, 흑삼, 호정화 인삼, 효소처리 홍삼 및 발효삼으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 추출하는 단계는 35℃ 내지 80℃에서 이루어지는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 추출하는 단계는 150 bar 내지 800 bar에서 이루어지는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 추출하는 단계는 2시간 내지 4시간 동안 이루어지는 것인 방법.