KR20170057629A - 진세노사이드 성분 증가를 위한 인삼열매 가공방법 - Google Patents

진세노사이드 성분 증가를 위한 인삼열매 가공방법 Download PDF

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Abstract

인삼열매에 묻은 이물질이나 잔류 농약을 제거하는 세척공정(S1), 탈수공정(S2), 건조공정(S3), 열증숙공정(S4), 당화발효공정(S5), 볶음 및 팽화공정(S6)을 포함하며, 상기 열증숙 공정은 수증기의 공급없이 74±2℃에서 24시간 또는 120시간 중에서 선택된 시간 동안 수행하며, 상기 볶음 및 팽화공정은 벤조피렌의 생성을 억제하도록 불활성가스 주입하에 볶음 및 팽화를 수행하는 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 본 발명에 의한 열증숙 공정으로, 종래 증숙에 의한 홍삼, 흑삼의 제조방법에서의 문제점을 개선하여 공정을 단순화하고 가공시간을 짧게 하며, 불활성가스하에서의 볶음 및 팽화공정으로 진세노사이드의 증가와 새로운 진세노사이드 성분의 생성 효과와 함께 볶음·팽화물이 산소에 의해 산화를 쉽게 일으키지 않게 하여 볶음·팽화물의 유효성분을 감소와 품질 저하를 방지하고, 벤조피렌의 생성을 억제하여 품질을 향상시키는 효과가 있다.

Description

진세노사이드 성분 증가를 위한 인삼열매 가공방법{A METHOD FOR PROCESSING GINSENG FRUIT FOR GINSENOSIDE QUANTITY}
본 발명은 인삼열매 가공방법에 관한 것으로, 특히 열증숙, 발효 및 팽화에 의한 진세노사이드 성분이 증가되도록 개선된 인삼열매 가공방법에 관한 것이다.
인삼의 유용성은 이미 널리 알려져 있으며, 특히 인삼에는 사포닌을 의미하는 다양한 종류의 진세노사이드가 함유되어 있다. 인삼의 진세노사이드는 파낙사디올(Panaxadiol, PD)계, 파낙사트리올(Panaxatriol,PT)계, 올레안(Oleanane)계 등이 있다. 또한 인삼에는 상기 진세노사이드 성분 이외에도 비진세노사이드 물질로서 전분 등의 탄수화물, 폴리아세틸렌의 항산화성방향족 화합물, 간장을 보호하는 고미신(Gomisin N-A), 유사 인슐린 작용을 하는 산성 펩티드 등이 있다. 진세노사이드의 주요 약리작용은 중추신경계를 비롯하여, 내분비계,면역계,대사계등에 영향을 미쳐 신체조절기능에 다양한 효과를 발휘한다. 그 이외에도 진세노사이드(ginsenoside)은 지방분해력이 크고, 영양분흡수와 소화를 촉진시키며, 세포내의 효소활성화로 신진대사촉진, 에너지를 증가시켜 원기회복, 피로, 무력감, 식욕부진 개선, 혈청단백질 합성을 촉진 등의 효과가 있다고 알려져 있다.
인삼은 땅 밑에 뿌리와 뇌두가 있으며, 땅 위에는 줄기, 잎, 열매로 이루어져 있는 다년생 식물로서 인삼은 3년차 이상에서 인삼의 꽃이 피기 시작하며, 5월경에는 초록빛 색깔의 열매가 생기게 된다. 7월 중순이 되면 인삼의 초록빛 열매가 무르익으면서 붉게 변하면서 결실하게 된다.
과거에는 인삼을 정해진 기간 동안 재배한 후 뿌리만을 수확하여 이용하고, 줄기, 잎, 및 열매 부분은 폐기처리하고 있지만, 줄기, 잎, 및 열매에도 인삼 고유의 유효한 성분이 다량 함유되어 있음이 여러 연구결과로서 확인되어 있다.
인삼 열매는 인삼의 종류에 따라 적색, 홍색 또는 노란색을 띄는 콩 형상의 열매로서, 내부 중심에 결실되는 씨앗, 이 씨앗을 외부에서 감싸는 과피, 및 과피와 씨앗 사이에 채워지는 과육 부분으로 이루어진다.
과피와 과육 부분은 펙틴(Pectin) 0.8%, 헤미셀룰로오스(Hemicellulose) 22.2%, 셀룰로오스(Cellulose) 46.3%, 리그닌(Lignin) 24.0%를 주성분(고려인삼학회지, Vol.7, No.2 1983년 참조)으로 포함하고 있고, 진세노사이드 Rbc계와 Rg계의 사포닌이 이상적인 밸런스로 함유되어 있으며, 필수아미노산인 발린, 알라닌, 페닐알라닌, 스테오닌산, 세린, 히스티딘, 펩티드, 고린아데노신과, 비타민 B1, B2, B12, 엽산, 판토텐산과 미그네시움, 칼슘, 칼륨, 망간, 아연, 철, 동, 인, 알루미늄, 바나디움, 겔마늄 등의 미네랄이 포함되어 있다. 특히 진세노사이드 Re는 뿌리 보다도 높은 것으로 알려져 있다.
이러한 인삼 열매는 과피가 녹색에서 적색, 홍색 또는 노란색으로 변화되는 7월에서 8월경에 채취하여 과육과 과피 부분은 제거하고 씨앗 부분만을 수집한 후 종자로 사용하기 위한 개갑(씨눈 틔우기) 작업을 시행하게 된다. 이때, 인삼 열매의 과피와 과육 부분은 성상이 부드럽고 색상이 화려할 뿐만 아니라 다량의 유효한 성분이 함유되어 높은 약리적, 영양학적 가치를 갖는 부산물임에도 불구하고 처리과정에서 단순 폐기되고 있어 유용한 식물자원이 낭비되는 결과를 초래하고 있다.
이에 따라 최근에는 인삼의 줄기와 잎을 사료의 첨가물로 이용하는 등의 여러 이용방법이 제안되고 있지만, 실질적인 이용은 미미한 상태에 있고, 특히 인삼 열매는 묘삼을 재배하기 위한 종자의 용도 외에는 전혀 이용되고 있지 않은 실정이다.
이에 따라, 종래 폐기하는 인삼 열매의 과육과 과피를 활용한 기능성 고부가가치 상품의 개발을 위한 인삼열매의 가공방법에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다.
종래 인삼 열매 가공방법의 예로서, 국내 특허 등록번호 제10-0852137호(2008.08.07. 등록)에는 빛을 조사 처리한 인삼열매를 1회 이상 수증기로 증숙 및 건조하는 단계, 상기 증숙 및 건조한 인삼열매를 진세노사이드 성분을 분해할 수 있는 물질인 진세노사이드 분해물이 함유된 용액에 침지하는 단계를 포함하는 진세노사이드 함량이 많은 인삼열매의 제조방법이 개시되었다.
국내 특허등록 제10-0823940호(2008.04.15. 등록)에는 인삼 열매의 내부 씨앗을 감싸도록 형성된 과육과 과피를 상기 씨앗으로 부터 제거하여 액상물과 고형물로 고액분리하고, 상기 액상물에 꿀, 설탕, 및 올리고당으로 이루어지는 당류 중에서 어느 하나를 투입, 혼합하여 당함유 액상물을 형성한 후, 상기 고형물을 분쇄한 분쇄물을 상기 당함유 액상물에 혼합, 형성한 혼합물인 것을 특징으로 하는 인삼 열매를 이용한 식품과 그 제조방법이 개시되어 있다.
국내 특허등록 제10-0852139호(2008.08.07. 등록)에는 빛을 조사 처리한 인삼열매와 인삼화병을 증숙 후 건조하는 단계, 상기 건조한 인삼열매와 인삼화병을 팽화처리하는 단계, 상기 팽화처리한 인삼열매와 인삼화병을 발효시키는 단계, 상기 발효된 인삼열매와 인삼화병을 추출하는 단계를 포함하는 인삼열매와 인삼화병 추출물의 제조방법이 개시되어 있다.
국내 특허등록 제10-1330935호(2013.11.12 등록)에는 열을 가하지 않으면서도 인삼열매의 주요성분인 진세노사이드 Re가 파괴되지 않게 농축하여 진세노사이드 Re 함량이 강화된 추출물을 제조하는 인삼열매 추출물의 제조방법이 개시되어 있다.
국내 특허등록 제10-0823940호(2008.04.15. 등록) 국내 특허 등록번호 제10-0852137호(2008.08.07. 등록) 특허등록 제10-0852139호(2008.08.07. 등록) 국내 특허등록 제10-1330935호(2013.11.12 등록)
본 발명은 종래 폐기하던 인삼열매로 진세노사이드 성분이 증가된 인삼열매의 가공방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 씨가 성숙되지 않은 어린 열매 전체를 갈색화,흑색화 하여 가공시간을 단축하고 단순화하며, 소화흡수율이 강화되고 쓴맛이 감소되며, 팽화에 따른 벤조피렌 생성이 억제되는 개선된 인삼열매의 가공방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 인삼 열매의 가공방법은 인삼열매에 묻은 이물질이나 잔류 농약을 제거하는 세척공정(S1), 탈수공정(S2), 건조공정(S3), 열증숙공정(S4), 당화발효공정(S5), 볶음 및 팽화공정(S6)을 포함하며,
상기 열증숙 공정은 수증기의 공급없이 74±2℃에서 24시간 또는 120시간 중에서 선택된 시간 동안 수행하며,
상기 볶음 및 팽화공정은 벤조피렌의 생성을 억제하도록 불활성가스 주입하에 볶음 및 팽화를 수행하는 것을 특징으로 하여 구성된다.
상기 열증숙 공정은 인삼열매의 갈색화의 경우 24시간 수행하고, 인삼열매의 흑색화의 경우 120시간을 유지하여 수행하는 것이 바람직하다.
상기 탈수공정(S2)은 건조망에 세척된 인삼열매를 넣고 수분이 14~15%로 되도록 태양광에서 탈수 및 자연건조로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 열증숙공정(S4)은 전처리 공정으로서 함수분을 조절하는 공정(S41)을 거치며, 상기 함수분 조절 공정에 의해 수분함량이 18~20%로 되게 하여 열증숙 효율이 증가되게 하는 것이 바람직하다.
상기 열증숙 공정(S4)은 인삼열매 유효성분인 진세노사이드성분을 증가시키고, 새로운 성분의 진세노사이드를 생성시키도록 열 증숙용기에 습도를 조절한 인삼열매를 넣고 밀폐한 후 열 증숙실에서 열숙성실 공기를 소정 온도로 가열 순환케하여 밀폐된 열증숙용기와 인삼열매에 열이 전달되어 전도열에 의해 인삼열매에 함유된 수분이 증발하게 되게 하고, 증발된 습열이 열 증숙용기 내부 습열의 대류 및 전도작용에 의해 인삼열매가 이화학적 변화를 일으키도록 한다.
상기 당화발효공정(S5)은 열증숙된 인삼열매에 엿기름 추출물을 넣고 잘 섞어서 엿기름 물이 증숙 인삼열매에 골고루 흡수 되도록 한 다음, 엿기름 물이 흡수된 증숙 인삼열매를 다시 열증숙용기에 넣은 후 열증숙실에서 수행한다.
상기 당화발효공정은 엿기름 추출물 7~8%(중량비)를 넣고 잘 섞어서 엿기름 물이 증숙 인삼열매에 골고루 흡수 되도록 한 다음, 엿기름(아밀라제) 발효 최적온도에서 5~6시간 수행되는 것이 바람직하다.
상기 볶음 및 팽화공정(S6)은 인삼열매 당화 발효를 위해 주입한 엿기름 추출물에 의해 당화발효 후 과도하게 된 함유수분을 건조시켜 볶음과 팽화효율을 높이도록 전처리 공정으로서 엿기름 당화 발효된 인삼열매를 건조공정(S61)에서 건조하여 함수분을 14~15%로 건조한 다음에 불활성가스 주입볶음과 팽화를 실시하는 것이 바람직하다
상기 볶음 및 팽화공정(S6)은 엿기름 당화 발효된 인삼열매를 밀폐된 팽화실에서 공기를 치환시킨 불활성가스하에서 수행된다.
상기 볶음 및 팽화공정(S6)은
① 엿기름 당화 발효된 인삼열매를 수용할 팽화실을 230±5℃로 예열하고,
② 예열된 팽화실에 엿기름 당화 발효된 인삼열매를 넣고 투입구를 밀폐하고,
③ 팽화실 내부공기를 배출하면서 불활성가스로 치환하고,
④ 불활성가스 주입과 팽화실 내부 공기 배출에 의해 불활성 가스로 치환이 완료된 다음 팽화실의 불활성가스 압력을 소정 압력에서 불활성가스 공급을 중지하고 밀폐하고,
⑤ 상기 팽화실을 회전시키면서 재가열하여 약 5~6분 후 가열을 중지하며,
⑥ 팽화실 압력이 주입된 불활성가스 압력과 팽화실 가열에 따라 가공물(팽화물) 함수분에 의해 생성된 증기압 상승으로 팽화실 압력이 미리 설정된 압력에 도달하는 경우 팽화실 회전을 멈추고 팽화문을 순간 개방하여 급격한 압력 변화에 따른 팽화를 유도하고,
⑦ 팽화물을 신속히 배출하고,
⑧ 팽화물을 공냉시켜 70℃ 이하로 냉각하는 것을 포함한다.
본 발명에 의한 열증숙 공정으로, 종래 수증기증숙에 의한 홍삼, 흑삼의 제조방법에서의 문제점을 개선하여 공정을 단순화하고 가공시간을 짧게 하며, 불활성가스하에서의 볶음 및 팽화공정으로 진세노사이드의 증가와 새로운 진세노사이드 성분의 생성 효과와 함께 볶음·팽화물이 산소에 의해 산화를 쉽게 일으키지 않게 하여 볶음·팽화물의 유효성분을 감소와 품질 저하를 방지하고, 벤조피렌의 생성을 억제하여 품질을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 인삼 열매의 가공 과정을 설명하기 위한 개략적인 블럭도.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용하는 인삼열매는 색은 보통 적색을 띄며 외피에 액즙이 있어 외피는 탈피하여 식용등으로 사용하고 씨는 종자로 이용하는 인삼종자로 사용하기 위한 완숙열매 보다는, 액즙이 없고 씨가 성숙되지 않은 어린 열매로 색은 녹색을 갖고 열매 전체를 식용등으로 가공 사용할 수 있는 완숙되기전의 인삼열매인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 인삼열매 가공방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 인삼열매에 묻은 이물질이나 잔류 농약을 제거하는 세척공정(S1), 탈수공정(S2), 건조공정(S3), 열증숙공정(S4), 당화발효공정(S5), 볶음 및 팽화공정(S6)을 포함한다. 상기한 공정들에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
세척 및 탈수공정(S1, S2)
상기 세척공정(S1)에서는 세척기에서 수행하는 것이 바람직하며, 탈수공정(S2)은 건조망에 세척된 인삼열매를 넣고 태양광에서 탈수 및 자연건조로 수행하는 것이 바람직하다.
건조공정(S3)
상기 건조공정(S3)에서는 탈수공정에서의 자연 건조로 수행한 다음 열매를 저장습도로 정밀하게 건조할 수 있게 전기건조기에서 수행하는 것이 바람직하며, 이때 45±2℃에서 6시간 동안 건조하여 수분이 14~15%로 되게 한다.
열증숙 공정(S4)
일반적으로 인삼(수삼)은 오랫동안 보관할 수 없어서 인삼을 씻어 말리면 백삼이 되는데 이 또한 좀벌레 등으로 장기 저장이 어려운 문제가 있었다. 이러한 저장문제를 해소하고자 인삼을 찌고 말리는 방법을 고안하게 되었다. 찌고 말리는 과정에서 이화학적인 변화에 의해 인삼의 고유성분 진세노사이드 종류나 양이 증가되었다. 찌고 말리는 과정에서 인삼의 전분 입자가 졸(Sol)에서 겔(Gel)로 전환되기 때문에 인삼보다 홍삼이 소화흡수가 잘된다. 흑삼은 홍삼에 비해 찌고 말리는 과정을 9회 정도 반복하게 되면 흑색으로 변하게 되고 이를 흑삼이라 한다.
이와 같이 수증기로 찌고 건조하는 과정을 진행할수록 인삼 진세노사이드 종류나 양 또한 홍삼에 비해서 증가됨은 공지된 사실이다.
그러나, 기존의 홍삼, 흑삼 제조방법에서는 고온의 수증기(80~120℃)를 사용함으로써 ①고온에 따른 유효성분의 파괴 ② 찌는 과정에서 수증기에 의한 [수증기용매작용] 진세노사이드 용출로 인하여 인삼성분 감소 ③ 건조시간 단축을 위해 보름 60℃ 또는 그이상 온도에서 증숙횟수만큼 열풍건조를 반복함으로서 건조관리부족으로 간혹 벤조피렌(발암물질 : 기준치 2ppb 이하) 생성 ④ 홍삼 및 흑삼제조시 수증기 증숙과 건조과정을 홍삼은 2~3회로 약 3일정도 소요되고, 흑삼의 경우에는 15일, 길게는 50일정도 소요되는 문제가 있었다.
상기 열증숙 공정(S4)은 상기한 종래 증숙에 의한 홍삼, 흑삼의 제조방법에서의 ①~④의 문제점을 개선하여 공정을 단순화하고 진세노사이드 성분의 생성과 증가를 목적으로 한 후속적인 열숙성 및 발효와 불활성가스 볶음과 팽화를 수행할 수 있게 한다.
상기 열증숙 공정(S4)은 열증숙을 위한 전처리 공정으로서 함수분을 조절하는 공정(S41)을 거치는 것이 바람직하며, 상기 함수분 조절 공정은 수분함량이 18~20%로 되게 하여 열증숙 효율이 증가되게 한다.
본 발명에 의한 인삼열매의 열증숙 공정은 기존의 홍삼 및 흑삼제조시 수증기로 찌고 말리는 과정을 반복하여 수행하는 것과 달리, 일정한 온도로 일정 시간 동안 열증숙하여 완료하는 것으로 공정을 단순화한 것이다. 본 발명에 따른 열증숙 온도는 74±2℃인 것이 바람직하며, 열증숙 과정 시간은 인삼열매의 갈색화와 흑색화에 따라 24시간 또는 120시간을 유지하여 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 인삼열매를 갈색화하는 경우에는 74±2℃ 로 24시간 (1일) 유지하여 인삼열매 갈색화 열 증숙을 완료하는 한편, 인삼열매를 흑색화 할 경우에는 74±2℃ 로 120시간(5일) 유지하여 인삼열매 흑색화 열 증숙을 완료한다.
상기 열증숙 공정은, 열 증숙용기에 습도를 18~20%로 조절한 인삼열매를 넣고 밀폐한 후 열 증숙실에서 열숙성실 공기를 74±2℃ 로 가열 순환케하여 밀폐된 열증숙용기와 인삼열매에 열이 전달되어 전도열에 의해 인삼열매에 함유된 수분 (18~20%)이 증발하게 되고, 이때 증발된 습열이 열 증숙용기 내부 습열의 대류 및 전도작용에 의해 인삼열매가 이화학적 변화를 일으켜 인삼열매 유효성분인 진세노사이드성분을 증가시키고, 새로운 성분의 진세노사이드를 생성시키는 것이다.
이러한 열증숙을 수행하기 위한 열증숙장치는 전기히터로 열 증숙실 내부 공기를 가열, 순환시키고 열 증숙실 내부에 열 증숙용기를 다수개 넣을 수 있는 구조와 온도를 조절할 수 있도록 한 것이 바람직하다.
상기 열증숙장치는, 열증숙 용기를 포함하고, 인삼열매를 뚜껑이 있는 열 증숙용기에 담아 열 증숙실에 넣어 열 증숙실 가열에 의해 열이 열증숙용기와 인삼열매에 전도되어 인삼열매의 함유수분이 증발하게 하고 증발된 습열이 열 증숙 용기 외부로 빠져나가지 못하도록 하는 밀폐구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기 열증숙장치에 의한 열증숙 방법은 ⓐ 열증숙 효율을 높이기 위해 인삼열매를 가습하여 함유수분 18~20%로 조절하여 열 증숙용기에 담고 뚜껑을 달아 밀폐한 후 열 증숙 장치에 넣고, ⓑ 열 증숙실의 공기를 전기히터로 가열, 순환하여 74±2℃ 로 유지될 수 있도록 조절하도록 하며, 이를 위해 가열 공기 온도가 열 증숙용기에 고르게 전달, 유지하기 위해 히터 가열시 순환팬이 작동 되도록 한다.
이러한 열증숙에서, 인삼열매의 흑색화 열증숙시간이 갈색화 열증숙 시간 보다 길게 하는 것은, 인삼열매의 진세노사이드 성분변화가 일어나고 함유량 또한 더 증가하기 때문이며, 특히 Rg3, Rg5, Rh1, Rh2, Rk1 등의 특이 진세노사이드 성분의 생성 및 증가시켜 이용하기 위함이다. 흑색화 즉 열증숙시간이 길수록 진세노사이드 수용성 성분이 떨어져 나가고 지용성 성분이 증가한다. 이러한 지용성 진세노사이드 성분은 수용성 성분보다 세포막 투과율이 높아 면역세포의 활성화에 더욱 효과적이기 때문이다.
상기한 본 발명에 따른 열증숙 공정은 수증기 발생 및 공급이 없어서, 종래 기술에서의 수증기 증숙 (80~120℃)에 비해 열증숙 온도(74±2℃)가 낮아 유효성분 파괴가 적고, 수증기 공급이 없으므로 과다 수분에 의한 용매작용이 없어 성분용해 유출이 없고, 열 증숙시 반복된 건조과정이 없으므로 건조시 관리부실과 고온에 의한 벤조피렌 생성 및 발생이 없어서 보다 안전한 갈색열매, 흑색열매를 가공할 수 있는 효과가 있다. ( 홍삼 및 흑삼의 제조과정 중 벤조피렌 생성에 증숙 및 건조 온도의 영향 - 중부대 2008 석사논문, 조은정, 참조.)
또한, 본 발명에 의한 열증숙 공정은 종래 홍삼, 흑삼가공에 비해 아래 [표 1]과 같이 공정이 간단하고 가공시간이 짧다. (기존 홍삼가공시간의 1/3, 기존 흑삼 가공시보다 1/3~ 1/10, 단축)
인삼열매 열증숙 및 기존의 수증기 증숙 증포 비교
구 분 인삼열매 열증숙 인삼증숙증포 (기존) 비 고
장치 열증숙 장치 및
열 증숙용기
수증기 발생장치 및 찜솥
수증기 사용 여부 수증기 공급이 없다.
(열매함수분 이용)
수증기 공급이 있다.
열 증숙 및
증포 시간
열증숙시간이 짧다.
(갈색화: 1일, 흑색화 5일)
증숙, 증포시간이 길다.
(홍삼: 3일, 흑삼: 15~50일)
열 증숙 및
증포 온도
낮다 (증숙온도:74±2℃) 높다 (수증기온도 : 80~120℃)
성분파괴 정도 열숙성 온도가 낮고, 시간이 짧아 파괴가 없거나 적다. 높은 증숙, 증포 온도와 긴 시간으로 파괴정도가 비교적
크다.
성분 유출 여부 수증기 용매 작용이 없어
성분 유출이 없다.
수증기 용매작용으로 성분 유출이 있다.
건조 온도 및
횟수
열증숙시 건조 과정이 없다. 60±5℃ 증숙 횟수만큼 건조
벤조피렌
생성 여부
건조과정이 없어 벤조피렌
생성이 없거나 극히 적다.
60℃정도의 건조 과정에 의해
벤조피렌 생성 위험이 크다.
*인삼열매 열증숙 후 엿기름 추출물(7~8%)을 배합하여 당화 발효를 시행한다.
당화 발효공정(S5)
본 발명에 따라, 당화 발효공정(S5)은 아래와 같이 수행한다.
① 열증숙된(갈색화,흑색화) 인삼열매에 엿기름 추출물 7~8%(중량비)를 넣고 잘 섞어서 엿기름 물이 증숙 인삼열매에 골고루 흡수 되도록 한다.
② 엿기름 물이 흡수된 증숙 인삼열매를 다시 열증숙용기에 넣은 후 열증숙실에서 엿기름(아밀라제) 발효 최적온도인 (60±2℃)로 조절하여 5~6시간 팽화 발효한다.
상기한 당화발효공정을 열 증숙 후 수행하는 것은, 인삼열매를 (74±2℃)에서 24시간 이상 증숙하면 (흑색화 5일) 증숙열에 의해 세포조직이 붕괴되고 단백질의 변성과 전분입자가 호화(gelatinization)되어 엿기름 효소의 작용이 용이해지기 때문이다.
이러한 당화발효에 의한 효과는 아래와 같다:
① 엿기름 아밀라아제들의 효소에 의해 인삼열매의 다당류인 전분을 당화시켜 이당류, 젓당류, 포도당과 같은 단당류로 바꾸어 인삼열매의 쓴맛을 감소시킴과 함께, 덱스트린(dextrin)도 쓴맛을 감소시킨다.
② 인삼 섭취시 진세노사이드 그 자체로 효능의 발휘가 안되고 대사물질로 전환되었을 때 효능이 발휘된다는 사실이 밝혀졌다. 따라서 엿기름을 이용하여 인삼열매를 발효, 섭취시 인삼 열매의 소화 흡수를 촉진한다.
③ 엿기름에 다량함유된 K, Mg, Fe, 미네랄 성분은 인삼열매에 흡수 함유케 하여 미네랄 성분을 강화한다.
인삼열매 엿기름 이용 당화 발효 전·후 당도 비교
단위:Brix, 20℃
항 목 당화 발효 전 당화 발효 후 증 감 증감률(%)
당 도 0.9 2.3 +1.4 155.6%
≫ 당도시험 : 분쇄된 시료 ①,② 각 2g을 물 100㎖ 에 넣어 5분 동안 우려낸 후 20℃로 하여 굴절 당도계로 측정
상기한 당화발효공정에서 엿기름 당화발효 온도를 60±2℃로 하는 것은, 엿기름의 아밀라아제 (Amylase) 발효 최적 온도는 60℃ 부근으로서, 발효온도가 최적온도 이상이면 효소의 주성분인 단백질의 입체구조가 열에 의해 변성되어 그 기능이 저하되거나 상실되고, 최적 온도 이하에서는 효소가 응축하여 효소로서 기능 발휘가 어렵기 때문이다.
본 발명의 당화발효공정에서 사용하는 상기 엿기름 추출물은 아래와 같이 추출한다.
① 물과 엿기름(가루)을 7:1(중량비)로 하여 엿기름을 면보자기에 넣어 1~2시간 불린다.
② 물에 불린 엿기름 면보자기를 주물러서 엿기름 성분이 충분히 우려낸다.
③ 우려낸 엿기름 물을 3시간 정도 서늘한곳에 두어 앙금이 가라앉으면 맑은 윗물만 분리하여 인삼열매 당화 발효에 이용한다.
상기한 엿기름은 겉보리를 발아시켜 말힌 후 분쇄하여 사용하며, 그 성분은 디아스타제(diastase), 인베스타제(investase), 덱스트린(dextrin), 말토스(maltose), 글루코스(glucose) 등이 들어 있고 아밀라아제를 비롯한 프로티아제(protease) 등이 포함되어 있어 소화를 돕는 작용을 한다. K : 시금치의 55배, Mg : 3배, Fe : 5 배 함유
이러한 엿기름은 강장제, 각기병치료, 소화제, 혈압강화, 당뇨병의 생리활성 물질, 어린이 성장호르몬 촉진, 면역기능 강화, 발암인자 억제, 소화성 괴양, 아토피 피부질환, 젓말림 등의 효능이 있는 것으로 알려져 있다.
볶음 및 팽화공정(S6)
인삼열매를 당화 발효 후 불활성가스 주입하에 볶음 및 팽화를 수행하는 볶음 및 팽화공정을 수행한다.
그러나, 인삼열매 당화 발효를 위해 주입한 엿기름 추출물에 의해 당화발효 후 함유수분이 25±1%로 유지하고 있으므로 팽화공정을 시행하기에 과도한 수분이므로 팽화효율을 높이기 위해 전처리 공정으로서 건조공정(S61)에서 전기히터 건조기로 건조공정을 아래와 같이 수행한다.
건조 온도 건조 시간 건조 목표 습도
40±2℃ 1 14±1%
열증숙 후 엿기름 당화 발효된 인삼열매 (갈색화 및 흑색화 인삼열매)를 건조기에 의해 건조하여 함수분을 14~15%로 건조한 다음에 불활성가스 주입팽화를 실시한다.
볶음과 팽화공정(S6)의 목적은, 열증숙은 낮은 온도 (74±2℃)와 비교적 긴시간이 필요한 반면 볶음과 팽화는 높은 온도와 (230±10℃),(150±10℃) 짧은 시간에 가공 처리하므로 열증숙과는 다른 여러 ① 유효 진세노사이드 Rg3, Rh, Rd, Rb2등이 더욱 강화하고, ② 열증숙에서 생성되지 않았던 진세노사이드 Rg3, Rg5, Rh2, Rk1 증가 및 생성하며, ③ 열증숙 온도보다 고온팽화이므로 인삼열매의 단백질 변성 및 전분 호화율 증가로 맛과 향 및 소화 흡수율을 증가시키고, ④ 지질의 산패를 유발하는 효소의 불활성으로 저장성을 상승시키고, ⑤ 산성 다당체 등 페놀성 화합물의 증가를 얻고, ⑥ 볶음 및 팽화시 다공성 형성으로 분쇄성 및 추출 수율 향상 및 추출시간을 단축시키기 위함이다.
본 발명에 따라, 볶음과 팽화공정(S6)에서는 불활성가스(N₂, CO₂)를 주입하여 팽화한다. 그 이유는 아래와 같다:
① 볶음·팽화실을 고온으로 가열할 때 볶음·팽화실에 산소가 존재하면 볶음·팽화물이 산소에 의해 산화를 쉽게 일으켜 볶음·팽화물의 유효성분을 감소시키고 품질을 저하시키고,
② 볶음·팽화 공정시 볶음·팽화실 내의 산소와 고온에 의해 쉽게 탄화되어 발암물질인 벤조피렌을 생성 및 증가시키는 우려가 있으므로 이 현상을 억제하기 위해 불활성가스인 N₂나 CO₂를 선택 주입하여 볶음·팽화실 내부 공기(산소)를 볶음 팽화실 밖으로 배출 치환하고 불활성가스 분위기에서 가열되고, 볶음·팽화하여 볶음· 팽화물의 탄화를 억제함으로써 벤조피렌 생성, 억제를 통해 보다 안전한 볶음· 팽화 가공을 하기 위함과 함께,
③ 인삼열매(ginseng fruit)는 크기가 작아 (건조인삼열매 두께 : 2~3mm 이하 폭 2~7mm 정도의 타원형태를 갖고 있음) 팽화시 고온의 팽화열에 의해 쉽게 탄화되어 벤조피렌을 생성 우려가 있으므로 이를 예방 및 억제를 위해 불활성가스를 주입하여 팽화를 실시하며(참깨나 들깨처럼 개체가 작고 표면적이 넓어 산소가 존재하는 고온 볶음시 쉽게 탄화되어 벤조피렌 생성)
④ 불활성가스 주입에 의한 볶음을 단독으로 시행하거나 볶음과 팽화를 한 공정에서 동시 시행하므로 볶음과 팽화목적 ㈀열분해에 의해 새로운 물질(진세노사이드)의 생성과 ㈁추출성 ㈂분쇄성 ㈃기호성 (순하고 부드러운맛) 등을 더욱 증가시킨다.
본 발명에 따라 불활성가스(N₂,CO₂)를 주입하면서 가압팽화를 아래와 같이 수행한다.
① [예열] 각도조절이 가능한 팽화장치의 팽화실을 회전(20±3rpm)시키며, 가스버너, 또는 전기히터를 이용하여 팽화실을 (230±5℃)로 예열한다.
② [원료투입] 예열되면 회전 및 가열을 정지하고 준비된 인삼열매를 팽화실내용적의 30~40% 정도 넣은 후 투입구를 밀폐 조립한다.
③ 팽화실 내부공기(산소)를 불활성가스로 치환하고, 팽화실을 재가열하고 회전하면서 불활성가스 주입장치(가스용기, 압력조정기, 유량계)와 팽화실의 불활성가스 주입 벨브를 통해 N₂, CO₂를 선택하여 20±1ℓ/min 유량으로 팽화실에 주입하고 팽화실의 내부공기(산소)를 배기 볼벨브를 열어 팽화실 밖으로 2~3분 동안 배출하여 치환한다.
이때 불활성가스를 주입하고 볶음·팽화실 내부공기를 배출하는 동안 불활성가스 볶음이 진행된다.
④ 불활성가스 주입 및 가압
불활성가스 주입과 팽화실 내부 공기 배출에 의해 불활성 가스로 치환이 완료되면 팽화실 내부공기 배기 볼벨브를 닫고 불활성가스 (N₂, CO₂)는 계속 주입하여 팽화실의 불활성가스 압력이 1.5kg/㎠ 정도가 되면 불활성가스 공급을 중지하고 밀폐한다.
⑤ 재가열 약 5~6분 후 가열을 중지한다.
⑥ [팽화] 팽화실 압력이 주입된 불활성가스 압력과 팽화실 가열에 따라 가공물(팽화물) 함수분에 의해 생성된 증기압 상승으로 팽화실 압력이 5~6kg/㎠이 되면 팽화실 회전을 멈추고 팽화문을 순간 개방하여 급격한 압력 변화에 따른 팽화를 유도한다.
⑦ 팽화물 배출
팽화문(배출구)을 열고 팽화실을 아래로 기울여 팽화물의 빠른 배출을 완료한다.
⑧ 팽화물 냉각
팽화물을 공기 냉각장치, 예를들어 스텐리스 망에 넣어 가압공기나 블로어를 이용하여 팽화물을 70℃ 이하로 냉각하며, 그 이유는 팽화 완료시 바로 팽화물이 전량 배출되고 곧바로 냉각되어 팽화에 의해 생성된 고유의 향기, 성분등의 휘발 손실을 억제하고 품질 저하를 막기 위함이다.
상기 불활성 가스(N₂, CO₂) 주입볶음은, 투입구가 개방된 볶음장치를 20~25 rpm으로 회전하면서 가스버너나 전기히터로 260℃ 정도로 볶음실을 예열하여 (예열시간 8 ~ 9 분) 수행한다.
볶음원료 투입은, 상기한 볶음실의 예열이 완료되면 회전정지 후 계량 준비된 원료를 팽화실 용적의 30~40%를 투입하고 다시 재 가열, 회전 하여 수행한다.
볶음실내로의 불활성가스 주입은, 볶음물 투입 후 투입구 반대편 불활성가스 주입장치를 통해 N₂,또는 CO₂를 10~15ℓ/min 유량으로 볶음실 내부로 주입하여 볶음실 내부공기를 외부로 배출 및 치환시키면서 볶음을 진행하여 볶음물이 공기 중에서 산소에 의해 탄화되지 않도록 하여 벤조피렌의 생성을 억제하기 위함이다.
볶음실내 원료 투입 5 ~ 6분 후 볶음물 온도가 220 ~ 230℃가 되면 (적외선 온도계로 측정) 가열을 중지한다.
그런 다음 계속 볶음실을 회전하면서 볶음실과 볶음물의 가열잠열을 이용하여 약 3분정도 숙성 볶음을 진행하여 볶음을 완료한다.
볶음이 완료되면 불활성가스 주입을 중지하고, 가스 주입장치를 이용하여 가압공기를 주입하여 볶음물 온도를 70℃ 이하로 식혀 냉각한 다음, 볶음실 각도를 조절 (아래로 기울여서)하여 회전하면서 볶음물을 배출한다.
상기한 볶음실내에서의 볶음 진행동안 발생될 수 있는 벤조피렌 (Benzophyrene)은 ① 음식을 고온으로 조리하거나 볶음, 태울 때 생성되며 암을 유발하는 물질로 알려져 있고, ② 지방, 단백질, 탄수화물이 고온열에 산화되고 탄화에 의해 생성될 수 있으며, ③ 식품 가공 온도가 높을수록, 가공시간이 길수록 벤조피렌 생성이 증가되고, ④ 벤조피렌은 암을 일으키거나 비타민 A 결핍증 내분비계 장애를 일으키는 물질로서 알려져 있다.
식약처에서 규정한 벤조피렌 기준은 아래와 같다.
구 분 벤조피렌 기준 비고
식용유지 2.0 ppb 이하
영유아식 1.0 ppb 이하
흑삼(분말) 2.0 ppb 이하
흑삼(농축액) 4.0 ppb 이하
ppb : 10억분의 1kg
본 발명에 따라 볶음실에 불활성가스를 주입하여 볶음과정에서 볶음물이 공기 중에서 산소에 의해 탄화되지 않도록 하여 벤조피렌의 생성이 아래와 같이 억제되는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 따라 인삼열매를 불활성 가스의 주입하에 볶음 및 팽화를 수행한 경우에 벤조피렌의 검출에 대한 시험결과를 아래 [표 5] 및 [표 6]들에서 같이 얻었다.
(1) 인삼 열매 불활성가스 주입 팽화에 따른 벤조피렌 검출 결과
시료: ①갈색화 열증숙
② 흑색화 열증숙+당화발효+불활성가스주입팽화(분말)
① 갈색화 인삼열매 ② 흑색화 인삼열매 비 고
불검출 0.202 mg/kg 단위 : ppb
(2)인삼열매 불활성가스 주입 볶음·팽화에 따른 벤조피렌 검출 결과
시료: 갈색화인삼열매 + 당화발효 + 불활성가스 볶음 및 팽화 → 분말
시료 갈색화 인삼열매 비 고
벤조피렌 불검출 mg/kg 단위 : ppb
검사기관 : 다산 생명 과학원
위 [표 5] 및 [표 6]으로 부터 본 발명에 따라 불활성가스 주입하에 인삼열매를 볶음 및 팽화과정에서 벤조피렌은 검출되지 않거나 적어도 식약처 기준을 충족함을 나타냈다.
또한, 본 발명에 따른 인삼열매의 가공방법에 의한 인삼열매의 가공에 따른 진세노사이드를 측정한 결과 아래 [표 7] 및 [표 8]과 같이 나타났다.
(1) 인삼열매(갈색화) 가공에 따른 진세노사이드 측정결과 및 증감량
① 측정방법 : HPLC 분석 장치에 의한 분석(중부대학교) 단위 : mg/g
② 가공방법 : 열증숙 + 당화발효+ 불활성가스볶음팽화→분말화(시료)→검사
No. 진세노사이드 인삼열매
가공전
인삼열매
가공후
증감량 증감률
(%)
증감순 비고
1 G - Rb1 2.952 5.016 2.109 71.44 8 1.7배증가
2 G - Rb2 2.882 10.065 7.183 249.24 4 3.5배증가
3 G - Rb3 0.877 2.590 1.713 195.33 6 3배 증가
4 G - Rc 4.540 9.072 4.532 99.82 7 2배 증가
5 G - Rd 4.457 23.046 18.589 417.07 3 5배 증가
6 G - Re 40.594 45.033 -4.561 -9.2 10 9.2%감소
7 G - Rf 0.431 0.737 0.306 71 9 1.7배 증가
8 G - Rg1 7.123 5.454 -1.669 -23.43 11 23.43%감소
9 G - Rg2 1.645 5.054 3.409 207.24 5 3배 증가
10 G - Rg3 0.000 5.064 5.064 · 1 신생
진세노사이드
11 G - Rh1 0.016 1.097 1.081 6762.5 2 68배
12 합 계 74.517 112.273 37.756 50.67 · 50.67%증가
(2) 인삼열매 열증숙(갈색화)+ 발효 + 불활성가스 팽화에 따른 진세노사이드
증감 종류 및 증감율
단위 : mg/g
구 분 진세노사이드 종류 가공전 가공후 증감량 증감율(%) 비고
증가
진세노사이드
Rd, Rb2, Rg3, Rc, Rg2 외 4종순으로 증가 17.8 61.786 +43.986 247.11↑ Rg3
새로 생김
감소
진세노사이드
Re, Rg1 순으로 감소 56.717 50.487 -6.23 10.99↓
합 계 74.517 112.273 +37.756 50.67↑ 표5
식약처 지표
진세노사이드
Rg1 + Rb1 +
Rg3 합계
10.0075 16.119 +6.044 59.99↑
(3) 인삼열매 열증숙(갈색화)+ 발효 + 불활성가스 팽화에 따른 진세노사이드
Rh1, Rg3 (항암관련 진세노사이드) 증가율
단위 : mg/g
구분 가공전 가공후 증가량 증가율 비고
Rh1 0.016 1.097 +1.081 67배 증가
Rg3 0.000 5.064 +5.064 신생 진세노사이드
합계 0.016 6.161 +6.145 384배 증가
* Rh1 : 항노화 및 항암효과, 간세포 상해억제
* RG3 : 암세포 전이억제, 항암제 내성억제, 혈소판 응집억제, 항혈전
(4) 인삼열매(갈색화)가공 (열증숙+발효+불활성가스팽화)을 통해 진세노사이드 변화에 따른 고찰 (갈색화 인삼열매)
① 인삼열매 가공을 통해 전체 검사 진세노사이드 11종류중 9종류의 진세노사이드가 증가된 반면 2종류가 감소됨을 보였다. 특히 가공전엔 없었던 Rg3가 가공을 통해 새로 생성 되었으며 그양 또한 상당한 증가로 확인 되었으며, 전체적인 진세노사이드 증가율은 가공전보다 50.67% 증가됨을 보였다.
② 또 식약처 지표 진세노사이드인 Rg1+Rb1+Rg3 증가또한 60% 정도 증가했다.
③ 항암에 영향을 주는 Rh1, Rg3 진세노사이드는 가공전에 비해 Rh1이 67배 증가 Rh1, Rg3가 전체적으로 보면 무려 384배의 증가를 보임으로 해서 상당히 진전된 인삼열매 (ginseng fruit) 가공방법이라는 결론을 갖게 되었다.
(5) 인삼열매(흑색화) 가공에 따른 진세노사이드 측정결과 및 증감량
① 측정방법 : HPLC 분석장치에 의한 분석 (중부대) 단위 : mg/g
② 가공방법 : 흑증숙 + 당화발효 + 불활성가스팽화→분말화 (시료) → 검사
No. 진세노사이드 인삼열매
가공전
인삼열매
가공후
증감량 증가율
(%)
비고
1 Rg3 0.000 9.78 +9.78 신생물질
2 Rg5 0.000 17.15 +17.15 신생물질
3 Rh1 0.016 2.63 +2.614 16337%
4 Rh2 0.000 0.81 +0.81 신생물질
5 Rk1 0.000 12.59 12.59 신생물질
① Rg3 : 암세포 전이억제, 항암제 내성억제, 혈소판 응집억제, 항혈전
② Rg5 : 뇌세포 활성에 의한 학습능력 증가 및 치매 예방
③ Rh1 : 항노화, 항암 간세포 상해억제
④ Rh2 : 암세포 증식 억제, 항암제 항암활성 증대 작용
⑤ Rk1 : 항노화, 항암, 세포재생효과

Claims (10)

  1. 인삼열매에 묻은 이물질이나 잔류 농약을 제거하는 세척공정(S1), 탈수공정(S2), 건조공정(S3), 열증숙공정(S4), 당화발효공정(S5), 볶음 및 팽화공정(S6)을 포함하며,
    상기 열증숙 공정은 수증기의 공급없이 74±2℃에서 24시간 또는 120시간 중에서 선택된 시간 동안 수행하며,
    상기 볶음 및 팽화공정은 벤조피렌의 생성을 억제하도록 불활성가스 주입하에 볶음 및 팽화를 수행하는 것을 특징으로 하는 진세노사이드 성분 증가를 위한 인삼열매 가공방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 열증숙 공정은 인삼열매의 갈색화의 경우 24시간 수행하고, 인삼열매의 흑색화의 경우 120시간을 유지하여 수행하는 것을 특징으로 하는 진세노사이드 성분 증가를 위한 인삼열매 가공방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 탈수공정(S2)은 건조망에 세척된 인삼열매를 넣고 수분이 14~15%로 되도록 태양광에서 탈수 및 자연건조로 수행하는 것을 특징으로 하는 진세노사이드 성분 증가를 위한 인삼열매 가공방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 열증숙공정(S4)은 전처리 공정으로서 함수분을 조절하는 공정(S41)을 거치며, 상기 함수분 조절 공정에 의해 수분함량이 18~20%로 되게 하여 열증숙 효율이 증가되게 하는 것을 특징으로 하는 진세노사이드 성분 증가를 위한 인삼열매 가공방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 열증숙 공정(S4)은 인삼열매 유효성분인 진세노사이드성분을 증가시키고, 새로운 성분의 진세노사이드를 생성시키도록 열 증숙용기에 습도를 조절한 인삼열매를 넣고 밀폐한 후 열 증숙실에서 열숙성실 공기를 소정 온도로 가열 순환케하여 밀폐된 열증숙용기와 인삼열매에 열이 전달되어 전도열에 의해 인삼열매에 함유된 수분이 증발하게 되게 하고, 증발된 습열이 열 증숙용기 내부 습열의 대류 및 전도작용에 의해 인삼열매가 이화학적 변화를 일으키도록 하는 것을 특징으로 하는 진세노사이드 성분 증가를 위한 인삼열매 가공방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 당화발효공정(S5)은 열증숙된 인삼열매에 엿기름 추출물을 넣고 잘 섞어서 엿기름 물이 증숙 인삼열매에 골고루 흡수 되도록 한 다음, 엿기름 물이 흡수된 증숙 인삼열매를 다시 열증숙용기에 넣은 후 열증숙실에서 수행하는 것을 특징으로 하는 진세노사이드 성분 증가를 위한 인삼열매 가공방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 당화발효공정은 엿기름 추출물 7~8%(중량비)를 넣고 잘 섞어서 엿기름 물이 증숙 인삼열매에 골고루 흡수 되도록 한 다음, 엿기름(아밀라제) 발효 최적온도에서 5~6시간 수행되는 것을 특징으로 하는 진세노사이드 성분 증가를 위한 인삼열매 가공방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 볶음 및 팽화공정(S6)은 인삼열매 당화 발효를 위해 주입한 엿기름 추출물에 의해 당화발효 후 과도하게 된 함유수분을 건조시켜 팽화효율을 높이도록 전처리 공정으로서 엿기름 당화 발효된 인삼열매를 건조공정(S61)에서 건조하여 함수분을 14~15%로 건조한 다음에 불활성가스 주입팽화를 실시하는 것을 특징으로 하는 진세노사이드 성분 증가를 위한 인삼열매 가공방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 볶음 및 팽화공정(S6)은 엿기름 당화 발효된 인삼열매를 밀폐된 팽화실에서 공기를 치환시킨 불활성가스하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 진세노사이드 성분 증가를 위한 인삼열매 가공방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    ① 엿기름 당화 발효된 인삼열매를 수용할 팽화실을 230±5℃로 예열하고,
    ② 예열된 팽화실에 엿기름 당화 발효된 인삼열매를 넣고 투입구를 밀폐하고,
    ③ 팽화실 내부공기를 배출하면서 불활성가스로 치환하고,
    ④ 불활성가스 주입과 팽화실 내부 공기 배출에 의해 불활성 가스로 치환이 완료된 다음 팽화실의 불활성가스 압력을 소정 압력에서 불활성가스 공급을 중지하고 밀폐하고,
    ⑤ 상기 팽화실을 회전시키면서 재가열하여 약 5~6분 후 가열을 중지하며,
    ⑥ 팽화실 압력이 주입된 불활성가스 압력과 팽화실 가열에 따라 가공물(팽화물) 함수분에 의해 생성된 증기압 상승으로 팽화실 압력이 미리 설정된 압력에 도달하는 경우 팽화실 회전을 멈추고 팽화문을 순간 개방하여 급격한 압력 변화에 따른 팽화를 유도하고,
    ⑦ 팽화물을 신속히 배출하고,
    ⑧ 팽화물을 공냉시켜 70℃ 이하로 냉각하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 진세노사이드 성분 증가를 위한 인삼열매 가공방법.
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