KR20190019181A - 베리 및 과일 재료를 생활성 분획으로 전환시키는 열수 공정 - Google Patents

베리 및 과일 재료를 생활성 분획으로 전환시키는 열수 공정 Download PDF

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리타 푸폰넨-피미아
리사 노히네크
베라 비르타넨
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테크놀로지안 투트키무스케스쿠스 브이티티 오와이
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Abstract

본 발명은 베리 및/또는 과일 재료를 생활성 화합물을 포함하는 분획으로 전환시키는 방법으로서, 상기 방법은, 베리, 과일; 베리 또는 과일로부터 유래된 부산물, 사이드 스트림 및 폐기물, 및 임의의 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 베리 재료 또는 과일 재료를 체분리하여 씨 분획을 과피 분획으로부터 분리하고, 씨 분획을 샌딩하고, 이후 씨의 표면 층을 포함하는 씨 코트 분획을 분리하고, 이를 열수 추출하는 단계를 포함하는, 방법에 관한 것이다.

Description

베리 및 과일 재료를 생활성 분획으로 전환시키는 열수 공정
본 발명은 베리(berry) 및 과일 재료를 생활성 화합물을 포함하는 분획으로 전환시키는 열수 공정(hydrothermal process)에 관한 것이다. 또한 본 발명은 베리 및 과일로부터 유래되고 상기 공정에 의해 수득될 수 있는, 생활성 화합물의 분획에 관한 것이다. 추가로 본 발명은 생활성 화합물을 포함하는 상기 분획의, 화장품, 위생용품, 건강기능식품(nutraceutical), 식료품 및 식품 보충제, 사료, 포장식품 및 의약품에서의 용도에 관한 것이다.
베리 및 과일의 가공을 다루는 산업계에서는 상당량의 폐기물, 사이드 스트림(side stream) 및 부산물이 형성된다. 식품 산업에서는 페이스트, 음료, 주류 제품, 잼, 컨서브(conserve), 유제품, 단음식(sweets) 등과 같은 광범위한 제품의 제조시에 야생 베리, 재배된 베리 및 과일을 사용한다. 베리 및 과일 분획은 또한 화장품에서 매우 널리 사용되고 있으며, 예를 들면 고도불포화 지방산이 풍부한 클라우드베리(cloudberry) 씨 오일(seed oil)은 화장품 제제에서 중요 성분으로 간주된다.
특히 식품 산업에서 베리 및 과일 가공시 다량의 폐기물이 생성되며, 이 폐기물은 매우 적은 정도로 이용된다. 대부분의 폐기물은 현재 폐기되거나 매립지 또는 투기 지역(dumping area)으로 운송되어 환경 부담을 증가시킨다. 이 폐기물 중 일부는 건조 후에 씨 오일을 추출하지만, 폐기물의 매우 적은 부분만이 사용된다.
통상, 가공시, 베리 및 과일을 기계적으로 세척한 다음 가압과 같은 적절한 방법으로 주스, 펄프 또는 페이스트를 제거한다. 짜낸 찌꺼기(pomace), 베리 케이크, 과일 케이크 또는 압축 케이크(press cake)와 잔류 폐기물은, 생활성 페놀 화합물, 섬유 및 기타 생활성 화합물을 함유하는, 베리 또는 과일의 과피(skin), 껍질(peel), 씨 및 중과피(pith)를 포함한다.
FI 122664 B에는 베리를 분별(fractionating)하고 형성된 분획으로부터 영양분을 분리하는 방법이 개시되어 있으며, 이 방법에서, 베리 원료를 건조시키고 가볍게 분쇄(grinding)하여 베리의 씨가 과육(fruit flesh) 및 과피 부위로부터 찢어지지 않고 분리되게 하고, 형성된 씨가 없는 과육 및 과피 분획을 두 번째로 가볍게 분쇄하여, 미세 분말을 형성하고 이를 스크리닝 또는 분류한다. 씨는 이 방법으로는 분별되지 않는다. 씨는 폐기하고 껍질은 추가로 분별한다.
US 2013/0040005 A1은 보이즌베리(boysenberry) 씨 추출물을 유효 성분으로서 포함하는 혈압강하제 및 이 제제를 수득하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법에서, 보이즌베리의 짜낸 찌꺼기를 건조시키고, 파쇄(crushing) 및 체분리(sieving)하여 씨를 분리한 다음, 씨를 미세 분말로 그라인딩(grinding)하고, 이를 물 또는 유기 용매로 추출한 후, 추출액을 폴리페놀 흡수제와 접촉시키고 알코올계 용매로 용리시켜 표적 추출물을 수득한다.
상기에 기초하여, 베리 및 과일 재료, 특히 상기 재료에 함유된 가치있는 생활성 화합물을 포함하는 분획을 제공하기 위한 폐기물, 사이드 스트림 및 부산물을 이용하는 개선된 방법을 제공할 필요성이 여전히 존재함을 알 수 있다.
본 발명에 이르러, 베리 및/또는 과일 씨 유래의 생활성 화합물, 특히 엘라그산(ellagic acid) 및/또는 이의 유도체를 포함하는 분획을 간단하고 환경적으로 안전한 방법으로 농축할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명은 특히 베리 및 과일로부터 얻은 짜낸 찌꺼기, 베리 케이크, 과일 케이크 및 압축 케이크의 열수 가공 및 전환에 관한 연구, 및 수득된 제품의 용도에 근거한다. 본 발명은, 화장품, 위생용품, 식품 보충제, 식료품, 사료, 포장식품 및 의약품에서 특히 천연 항균제 또는 천연 보존제로서 유용한 생활성 화합물을 포함하는 분획의 제조시에, 짜낸 찌꺼기, 압축 케이크, 베리 케이크 및 과일 케이크와 같은, 베리 및 과일 산업으로부터의 폐기물, 사이드 스트림 및 부산물을 사용하기 위한 편리하고 효과적인 수단을 제공한다.
따라서 본 발명의 목적은 베리 및 과일 재료를 생활성 화합물, 특히 엘라그산 및/또는 이의 유도체를 포함하는 분획으로 전환시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 베리 산업 및/또는 과일 산업으로부터의 폐기물, 사이드 스트림 및 부산물을 이들 재료를 폐기할 필요 없이 이용하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 베리 및 과일 유래의 생활성 화합물을 포함하는 분획을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 생활성 화합물을 포함하는 상기 분획을 화장품, 위생용품, 건강기능식품, 식료품, 식품 보충제, 사료, 포장식품 및 의약품에서 사용하는 것이다.
본 발명은 베리 및 과일 재료를 생활성 화합물을 포함하는 분획으로 전환시키는 방법으로서, 상기 방법은
베리, 과일; 베리 또는 과일로부터 유래된 부산물, 사이드 스트림 및 폐기물로부터 선택되고 함수량이 15중량% 이하인 적어도 하나의 베리 재료 또는 과일 재료를 체분리하여, 씨 분획을 과피 분획으로부터 분리하는 제1 단계로서, 베리는 루버스(Rubus), 소르버스(Sorbus), 로사(Rosa), 엠페트룸(Empetrum), 아로니아(Aronia) 및 히포페(Hippophae) 속 및 이들의 조합으로부터 선택되고 과일은 비티스(Vitis), 푸니카(Punica), 파이러스(Pyrus), 말러스(Malus), 시트룰러스(Citrullus), 베닌카사(Benincasa), 쿠쿠미스(Cucumis), 모모르디카(Momordica), 올레아(Olea) 속 및 아르가니아 스피노사(Argania spinosa) 종, 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 제1 단계,
씨 분획을 샌딩(sanding)하여 씨의 2 내지 40중량%를 제거하고, 씨의 표면층을 포함하는 씨 코트(seed coat) 분획 및 샌딩된 씨를 포함하는 샌딩된 씨 분획을 수득하는 제2 단계, 및
씨 코트 분획을 수성 매질과 1:3 내지 1:80의 중량비로 15 내지 95℃의 온도에서 20분 내지 10시간 동안 혼합하여, 생활성 화합물을 포함하는 혼합물을 수득하고, 혼합물을 분리하여, 열수 잔류물로부터 열수 추출물을 분리하는 제3 단계
를 포함하는, 방법에 관한 것이다.
생활성 화합물은 특히 엘라그산 및/또는 이의 유도체를 포함한다.
추가로 본 발명은 생활성 화합물을 포함하는 분획의 화장품, 위생용품, 건강기능식품, 식료품 및 식품 보충제, 사료, 포장식품 및 의약품에서의 용도에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은, 생활성 화합물을 포함하는 분획의 제조시에, 베리 산업 및 과일 산업으로부터 유래된 폐기물, 사이드 스트림 및 부산물을 이용하여, 베리 또는 과일 폐기물의 투기를 방지하거나 적어도 실질적으로 감소시킬 수 있는 간단하고 경제적인 수단을 제공한다.
본 발명의 특징들은 첨부된 청구범위에 제시된다.
도 1은 본 발명의 방법의 일양태를 보여준다.
도 2는 베리 또는 과일 재료를 체분리 전에 전처리하는 본 발명의 방법의 다른 양태를 보여준다.
도 3a 내지 도 3e는 상기 방법으로 수득한 생활성 화합물을 포함하는 분획의 항균 활성을 나타낸다.
도 4는 클라우드베리 진주 크림(pearling cream)의 소비자 피드백을 나타낸 표 5를 보여준다.
도 5는 클라우드베리 씨 코트 분말의 열수 추출 잔류물의 HPLC 프로파일링 및 지방산 함량을 나타낸다.
정의
달리 명시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 식품 산업 분야에서 일반적으로 사용되는 의미를 갖는다. 특히, 하기 용어는 하기 지칭된 의미를 갖는다.
용어 "베리"는 내부 씨를 포함하는 모든 야생 및 재배된 베리를 의미하는 것으로 이해되며, 이러한 베리는 루버스, 소르버스, 엠페트룸, 로사, 아로니아 또는 히포페 속에 속하고 이들 속의 모든 잡종 베리를 포함한다. 씨벅썬(sea buckthorn)은 히포페 속의 일례이다. 라즈베리(raspberry), 블랙베리, 아크 브램블(arctic bramble), 듀베리(dewberry) 및 클라우드베리는 루버스 종의 예이다. 용이하게 이종교배하며 무수정체(apomict) 루버스 종으로서, 잡종 식물의 태생은 종종 매우 복잡하지만, 일반적으로 블랙베리 및 라즈베리의 품종 정의에 포함시키는 것이 합의된다. 상기 잡종 베리의 예로는 로건베리(loganberry), 보이즌베리, 비치베리(veitchberry), 매리언베리(marionberry), 실번베리(silvanberry), 테이베리(tayberry), 터멜베리(tummelberry) 및 힐더베리(hildaberry)가 포함된다.
용어 "과일"은 비티스, 푸니카, 파이러스, 말러스, 시트룰러스, 베닌카사, 쿠쿠미스, 모모르디카, 올레아 속 및 아르가니아 스피노사 종에 속하며 이들 속 또는 종의 모든 잡종 과일을 포함하는 모든 야생 및 재배된 과일을 의미하는 것으로 이해된다.
비티스 속의 과일은 비티스 비니페라(V. vinifera)와 다른 포도덩굴(grapevine) 사이를 주로 횡단하는 모든 잡종 포도를 포함하는, 내부 씨를 포함하는 포도를 의미한다. 포도는 와인, 잼, 음료, 젤리, 씨 추출물, 건포도, 식초 및 포도 씨 오일을 만드는데 사용된다. 비티스는 비타세아(Vitaceae) 과에 속하는 약 60가지의 덩굴과 식물로 구성된 속이다.
시트룰러스, 베닌카사, 쿠쿠미스, 모모르디카 속의 과일은 내부 씨를 포함하는 멜론을 의미하며, 이는 모든 잡종 멜론을 포함한다.
올레아 속의 과일은 올리브, 특히 올레아 유로파에아(Olea europaea)를 의미한다.
과일은 석류(푸니카 그라나툼(Punica granatum)), 배나무(파이러스 커뮤니스((Pyrus communis)) 및 사과 나무(말러스 과) 및 이들의 모든 잡종과 같은 과일 나무의 열매를 지칭한다.
용어 "베리 산업" 및 "과일 산업"은 야생 및 재배된 베리 및 과일과 관련된 제품 및 공정의 개발, 정제 및 제조를 다루는 산업을 지칭한다.
용어 "항균 활성(antimicrobially active)" 화합물은 미생물을 죽이거나 그의 성장을 저해할 수 있는 화합물을 지칭한다. 이들 화합물의 예로는 페놀 화합물, 예를 들면 엘라그산 및 엘라지탄닌(ellagitannin)이 있다. 항균 및 보존 활성 외에도, 이들 화합물은 종종 다른 생물학적 활성, 특히 항산화 활성을 갖는다.
본원에서 용어 "씨의 샌딩"은 씨의 표면 층이 분말로서 제거되는 기계적 연마(abrasive) 처리를 지칭한다. 샌딩은 폴리싱(polishing) 및 퍼얼링(pearling)을 포함하는 것으로도 이해된다.
본원에서 용어 "열수(hydrothermal)" 가공은 승온에서 물의 존재하에 가공하는 것을 의미한다.
본원에서 위생 용품으로는 특히 기저귀, 여성용 위생 패드, 탐폰 등, 실금 패드 및 제품 등이 포함된다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 베리 및 과일의 가공으로부터 유래한 가치있는 생활성 화합물을 포함하는 분획으로, 특히 상당량의 엘라그산 및/또는 엘라그산의 유도체, 특히 엘라지탄닌을 포함하는 분획으로 전환시키는 편리한 공정을 제공한다. 엘라지탄닌은 글루코오스와 엘라그산과의 에스테르이며, 가수분해되면, 엘라그산을 생성한다.
본 발명은, 예를 들면 화장품, 위생용품, 건강기능식품, 식료품, 식품 보충제, 사료, 포장식품 및 의약품에서 천연 보존제로서 유용한 생활성 화합물을 포함하는 분획의 제조시에 이들 폐기물 및 부산물을 이용하기 위한 수단을 제공하기 위해, 베리 및 과일의 가공으로부터 유래한 폐기물, 사이드 스트림 및 부산물, 예를 들면 짜낸 찌꺼기 및 압축 케이크를 가공 및 전환하기 위한 연구에 근거한다.
특히, 루버스, 소르버스, 엠페트룸, 로사, 아로니아 및 히포페 속의 베리의 씨 및 비티스, 푸니카, 파이러스, 말러스, 시트룰러스, 베닌카사, 쿠쿠미스, 모모르디카, 올레아 속 및 아르가니아 스피노사 종의 과일의 씨의 표면 층(씨 코트 분획 또는 씨 껍질 층)은 고농도의 엘라그산 및/또는 이의 유도체, 특히 엘라지탄닌을 함유하는 것으로 밝혀졌다. 엘라지탄닌을 포함하는 분획은 예를 들면 인간 병원체 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus)에 대해 강한 항균 활성을 나타낸다. 씨 코트 분획은 고농도의 생활성 페놀 화합물을 함유한다. 특히 엘라그산, 엘라지탄닌 및 이의 유도체가 루버스 베리의 상기 분획에 포함된다.
최근의 연구에 따르면 엘라그산 및 엘라지탄닌은 많은 흥미로운 생물학적 활동을 갖고 있으므로 질환 예방에 있어서 예방적인 역할을 할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
엘라그산은 특히 전립선 암에 대한 항암 효과가 있는 것으로 나타났다. 또한, 전임상 연구는, 비만 관련 질환에 가능한 항염증 효과를 시사한다. 엘라지탄닌 및 엘라그산은 글루코오스 대사에 긍정적인 영향을 줄 수도 있다.
상당량의 생물학적 활성 페놀 화합물, 특히 엘라그산 및/또는 엘라지탄닌 및 이의 유도체는 폐기물에 남아 있으며 현재 이용되지 않는다. 엘라그산 및 엘라지탄닌은 강한 항균 효과를 갖는 천연 항산화제 및 보존제이므로, 화장품, 위생용품, 식품 산업 및 사료 산업 분야 뿐만 아니라 포장 산업 및 제약 산업의 다양한 응용 분야에서 천연 보존제 및 항산화제로서 유용하다.
피부 케어 및 위생용품에서, 본 발명은 베리 및 과일 재료를 건강한 피부 미생물군유전체(microbiome)를 안정화시키고 균형을 이루며 보호하는 분획으로 전환시키는데 이용될 수 있으며, 이들 분획은 유익한 미생물의 성장에 영향을 주지 않으면서도 많은 병원성 미생물의 성장을 저해하는 것으로 알려져 있다.
본 발명의 방법을 사용하면, 베리 과피 또는 과일 과피를 씨로부터 분리할 수 있으며 이후 씨 표면층을 제거하고 열수 추출하여 높은 항균 활성을 갖는 분획을 수득할 수 있다. 추가로, 임의로 효소를 열수 추출에서 사용할 수 있다.
열수 추출물로부터의 열수 추출 후 분리된 열수 잔류물은, 엘라그산, C18 지방산, 리그닌 및 섬유의 함량이 높기 때문에, 특히 건강기능식품, 식료품, 식품 보충제 및 사료에 사용할 수도 있다. 엘라그산은 천연 베리 및 과일에 통상 존재하는 엘라지탄닌보다 위장관에서 더 쉽게 흡수된다.
베리
본 발명에서, 루버스, 소르버스, 엠페트룸, 로사, 아로니아 및 히포페 속 및 임의의 이들의 조합의 모든 야생 베리, 재배된 베리 및 모든 잡종 베리를 사용할 수 있다. 라즈베리, 블랙베리, 아크 브램블(아크 라즈베리와 동의어임), 듀베리 및 클라우드베리, 및 로건베리 및 보이즌베리를 포함하는 잡종 베리는 본 발명에 적합한 루버스 종의 예이다. 로언베리(rowanberry)는 소르버스 종의 예이고, 크로우베리(crowberry)는 엠페트룸 종의 예이고, 로즈 힙(rose hip)과 도그 로즈(dog rose)는 로사 종의 예이고, 초크베리(chokeberry)는 아로니아 종의 예이고, 씨벅썬 베리는 히포페 종의 예이며 이들은 본 발명에 적합하다.
클라우드베리는 향기(aroma) 함량이 높은 가치있는 야생 베리며 이는 또한 가치있는 씨 오일을 함유한다. 클라우드베리 식품, 리큐어 및 화장품 산업에서 사용되지만, 베리를 가압한 후 남아있는 폐기물로부터의 씨 오일만이 현재 이용되고 있다. 클라우드베리에서 발견되는 엘라그산 함량은 다음과 같다: 베리 과일(과일 + 씨) 0.6mg/g 건조 중량, 과피 20.3mg/g 건조 중량, 샌딩된 씨 코트 분말 19.6mg/g 건조 중량 및 폴리싱된 씨 12.6mg/g 건조 중량. 클라우드베리에서 발견되는 엘라지탄닌 함량은 다음과 같다: 베리 과일 24,6mg/g 건조 중량, 과피 11,0mg/g 건조 중량, 샌딩된 씨 코트 분말 18,6mg/g 건조 중량 및 폴리싱된 씨 10,9mg/g 건조 중량. 씨에서 엘라지탄닌은 샌딩된 씨 코트 분획에 농축되어 있다.
아크 브램블은 엘라그산 및 엘라지탄닌 함량이 매우 높아 이는 또한 본 발명의 방법을 위한 원료로 특히 적합하다. 생태학적 관점에서, 인공 비료나 살충제 없이 성장한 클라우드베리 및 아크 브램블과 같은 야생 베리가 특히 적합하다.
과일
비티스, 푸니카, 파이러스, 말러스, 시트룰러스, 베닌카사, 쿠쿠미스, 모모르디카, 올레아 속 및 아르가니아 스피노사 종의 모든 과일은 본 발명의 방법에 적합하다. 씨를 함유하고 비티스 속에 속하는 모든 포도 및 모든 포도 잡종을 본 발명에서 사용할 수 있다. 통상, 포도덩굴의 가공으로부터, 예를 들면 가압 포도덩굴로부터 엄청난 양의 폐기물이 얻어지므로, 포도는 또한 본 발명을 위한 특히 적합한 원료 공급원을 제공한다.
석류(푸니카 그라나툼), 배나무(파이러스 커뮤니스) 및 사과 나무(말러스 과) 및 이들의 모든 잡종과 같은 과일 나무의 과일 또한 적합한 원료 공급원이다. 이들 과일의 가공 과정에서 상당량의 폐기물이 얻어진다.
베리 재료 및 과일 재료
본 발명의 방법에 적합한 베리 재료 및 과일 재료는 베리 또는 과일의 가공으로부터 유래한 베리 전체, 과일 전체, 부산물, 사이드 스트림 및 폐기물로부터 선택될 수 있다. 이러한 부산물, 사이드 스트림 및 폐기물의 예로는 압축 케이크, 짜낸 찌꺼기, 베리 케이크, 과일 케이크 및 분별 잔류물이 있다. 통상, 상기 부산물, 사이드 스트림 및 폐기물은 베리 또는 과일 과피 또는 껍질, 씨, 일부 펄프, 때로는 일부 잎, 교목(arbor) 및 침엽수 잎을 포함하며, 이는 베리 또는 과일이 가공 전에 기계적으로 얼마나 잘 세척되는지에 따라 다르다.
베리 또는 과일의 가공은 베리 또는 과일의 가공 또는 정제 또는 분별을 수행하는 설비에서 또는 식품 또는 사료 가공 산업의 설비에서, 음료, 페이스트, 퓨레, 와인, 잼, 컨서브, 단음식 등의 제조로부터 수행할 수 있다. 특히 바람직하게는 본 발명에서는 부산물, 사이드 스트림 및 폐기물을 사용한다.
통상, 주스 제조 라인에서, 베리 또는 과일을 가압하고, 추가 사용을 위해 나머지 압축 케이크는 대략 -20℃에서 냉동 보관하거나, 또는 이를 건조시킬 수 있다.
베리 및 과일 페이스트 및 퓨레는 예를 들면 베리 또는 과일을 체(sieve)를 통해 압착(squeezing)하여 수득하며 나머지 베리 케이크 또는 과일 케이크는 대략 -20℃에서 냉동 보관하거나, 또는 이를 건조시킬 수 있다. 수득된 냉동의 짜낸 찌꺼기, 베리 케이크 또는 과일 케이크는 40 내지 70중량%의 물, 통상 50 내지 60중량%의 물을 함유할 수 있다.
압축 케이크 또는 짜낸 찌꺼기와 같은, 루버스 속의 베리 또는 비티스 속의 포도로부터 얻은 부산물, 사이드 스트림 또는 폐기물은 주로 씨, 과피 또는 껍질 및 일부 펄프를 함유한다.
공정
본 발명은, 베리 및 과일 재료를 생활성 화합물을 포함하는 분획으로 전환시키는 방법에 관한 것으로,
베리, 과일; 베리 또는 과일로부터 유래된 부산물, 사이드 스트림 및 폐기물로부터 선택되고 함수량이 15중량% 이하인 적어도 하나의 베리 재료 또는 과일 재료를 체분리하여, 씨 분획을 과피 분획으로부터 분리하는 제1 단계로서, 베리는 루버스, 소르버스, 로사, 엠페트룸, 아로니아 및 히포페 속 및 이들의 조합으로부터 선택되고 과일은 비티스, 푸니카, 파이러스, 말러스, 시트룰러스, 베닌카사, 쿠쿠미스, 모모르디카, 올레아 속 및 아르가니아 스피노사 종, 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 제1 단계,
상기 씨 분획을 샌딩하여 상기 씨의 2 내지 40중량%를 제거하고, 상기 씨의 표면층을 포함하는 씨 코트 분획 및 샌딩된 씨를 포함하는 샌딩된 씨 분획을 수득하는 제2 단계, 및
상기 씨 코트 분획을 수성 매질과 1:3 내지 1:80의 중량비로 15 내지 95℃의 온도에서 20분 내지 10시간 동안 혼합하여, 생활성 화합물을 포함하는 혼합물을 수득하고, 상기 혼합물을 분리하여, 열수 잔류물로부터 열수 추출물을 분리하는 제3 단계
를 포함한다.
생활성 화합물은 엘라그산 및/또는 이의 유도체, 특히 엘라지탄닌을 포함한다. 바람직하게는 생활성 화합물은 엘라그산 및/또는 엘라지탄닌을 포함한다.
함수량이 15중량% 이하인 베리 재료 또는 과일 재료는 본원에서 건조 베리 재료 또는 과일 재료를 의미한다.
일양태에서, 제3 단계에서, 씨 코트 분획 대 수성 매질의 비는 각각 1:5 내지 1:50이다.
일양태에서, 제3 단계에서, 씨 코트 대 수성 매질의 비는 1:5 내지 1:40이다.
일양태에서, 씨 코트 분획을 수성 매질과 혼합 속도 100 내지 1500rpm으로 혼합한다. 임의의 적합한 혼합 장치를 사용할 수 있다.
일양태에서, 수성 매질은 물, 또는 아스코르브산, 옥살산, 시트르산, 아세트산, 말산, 벤조산 및 HCl로부터 선택된 산, 바람직하게는 아스코르브산과, 물의 혼합물로부터 선택된다. 수성 매질 중의 산의 농도는 0.01 내지 0.2중량%, 바람직하게는 0.05 내지 0.1중량%이다. 온화한 산성 조건은 안토시아닌에 대한 안정화 효과를 갖는다.
일양태에서, 제3 단계에서, 혼합 온도는 20 내지 95℃, 바람직하게는 25 내지 90℃ 범위일 수 있다.
일양태에서, 제3 단계에서, 적어도 하나의 효소를 수성 매질에 첨가할 수 있다. 효소는 적절하게는 탄수화물 가수분해 효소로부터, 적절하게는 셀룰로오스, 펙티나아제, 자일라나아제 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 효소는 이의 주요 활성에 기초하여 투여한다(예를 들면 100 내지 200nkat/g 또는 0.01 내지 1중량%). 효소는 수성 매질과 혼합하기 전에 물로 희석한다. 효소에 따라, 처리는 각 효소에 대해 최적의 pH에서 수행하거나 또는 사용된 재료의 고유 pH에서 수행한다. 효소를 사용하는 경우, 제3 단계는 40 내지 47℃의 온도에서 1 내지 4시간 동안 수행하고 이어서 50 내지 90℃에서 30분 내지 7시간 동안 수행한다.
제3 단계에서, 열수 잔류물(고형 재료들)로부터 열수 추출물의 분리는 원심분리, 여과, 경사여과 등과 같은 적합한 방법을 사용하여 수행한다.
일양태에서, 제3 단계에서 수득한 열수 추출물을 건조시킨다. 건조는 냉동 건조, 분무 건조, 승온하의 건조에 의해, 건조 캐비닛에서, 등으로 수행할 수 있다. 적절하게는 건조는 40 내지 150℃의 온도에서 수행하고, 분무 건조는 80 내지 95℃에서 수행한다.
본 발명의 방법은 도 1에 예시되어 있으며, 여기서 함수량이 15중량% 이하인 베리 및/또는 과일 재료(10)를 체분리(100)하여 씨 분획(30)을 과피 분획(20)으로부터 분리하고, 씨 분획(30)을 샌딩(200)하여 씨의 2 내지 40중량%를 제거하여, 씨의 표면 층을 포함하는 씨 코트 분획(50) 및 샌딩된 씨를 포함하는 샌딩된 씨 분획(40)을 수득하고, 씨 코트 분획(50) 및 수성 매질(60)을 혼합(300)하여, 항균 활성을 갖는 생활성 화합물을 포함하는 혼합물(70)을 수득한다. 혼합물(70)을 분리(400)하여 열수 추출물(80) 및 열수 잔류 물(82)을 수득한다. 열수 추출물(80)을 건조(800)시켜, 생활성 화합물을 포함하는 건조 분획(81)을 수득한다.
씨 분획은 씨를 포함한다. 때로는 이는 소량의 과피, 껍질 및 펄프를 포함할 수 있다.
과피 분획은 과피, 껍질 및 펄프를 포함한다. 때로는 이는 소량의 잎, 교목 및 침엽수 잎을 포함할 수 있다.
바람직한 양태에서, 베리 및/또는 과일 재료의 함수량은 0.1 내지 10중량%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 8중량%이다.
이 공정에서 체분리(씨의 분리)를 수행하여, 함수량이 15중량% 이하인 베리 재료 또는 과일 재료를 체분리하여, 씨를 체 위에 남기고 과피, 껍질, 펄프 등은 체를 통과시킨다.
적절하게는 체분리 장치(sieving device), 공기 분류 장치(air classification device), 에어젯 체분리 장치(air jet sieve device), 스크리닝 장치(screening device) 또는 회전형 스크린을 사용하고, 바람직하게는 진동형 또는 진탕형(shaking) 체분리/스크리닝 장치를 사용하며, 이때 체 크기는 베리 또는 과일의 씨 크기에 따라 선택된다.
예를 들면, 루버스 속으로부터 수득된 베리 재료를 체분리할 때, 0.5 내지 2.0mm, 바람직하게는 0.6 내지 1.6mm의 메쉬 개구를 갖는 체를 적절하게 사용한다.
샌딩은 곡물 폴리싱 기기(예를 들면 보리, 쌀, 등 폴리싱 기기), 퍼얼링 기기, 탈곡기(dehuller) 및 폴리싱기(polisher)/탈각기(huller)로부터 선택된 샌딩 또는 폴리싱 장비를 사용하여 수행한다.
샌딩시에 씨 표면 층의 2 내지 40중량%, 바람직하게는 3 내지 35중량%, 특히 바람직하게는 3 내지 30중량%가 미분된 분말 분획(씨 코트 분획 또는 씨 껍질 분획)로서 씨로부터 제거되며 샌딩된 씨 분획이 또한 수득된다.
베리 재료 또는 과일 재료의 전처리
본 발명의 일양태에서, 베리 재료 또는 과일 재료는 체분리 전에 전처리한다. 베리 재료 또는 과일 재료에 대한 전처리는 열처리, 발효, 효소 처리, 가압, 압착, 건조, 파쇄 및 이들의 조합으로부터 선택된 방법으로 수행할 수 있다.
본 발명의 일양태에 따라 베리 재료 또는 과일 재료를 가압, 분리, 경사여과 또는 원심분리하여 주스를 고형물(껍질 및 씨)로부터 분리한다.
본 발명의 일양태에 따라 베리 재료 또는 과일 재료를 열처리하여 해로운 미생물을 제거한다. 적절하게는 열처리는 80℃에서 5분 동안 수행한다.
본 발명의 일양태에 따라 베리 재료 또는 과일 재료를 젖산균을 사용하여 발효시켜 씨의 페놀 화합물 및 탄수화물 성분을 개질시킨다. 바람직하게는 출발 배양물은 락토코쿠스(Lactococcus), 락토바실러스(Lactobacillus), 페디오코쿠스(Pediococcus) 및 오에노코쿠스(Oenococcus) 속으로부터 선택된다.
도 2는 베리 재료 또는 과일 재료를 체분리 전에 전처리하는 것을 예시한다. 베리 재료 또는 과일 재료(90)를 열처리 및 발효(500)하여 발효된 베리 또는 과일 재료(91)를 수득하고 이어서 이를 가압(600)하여, 압축 케이크(93)로부터 주스 분획(92)을 분리한다. 압축 케이크(93)를 건조(700)시켜 함수량이 15중량% 이하인 베리 재료 또는 과일 재료(10)를 수득하고, 이를 체분리(100)하여, 과피 분획(20)으로부터 씨 분획(30)을 분리하고, 씨 분획(30)을 샌딩(200)하여 씨의 2 내지 40중량%를 제거하여, 씨의 표면 층을 포함하는 씨 코트 분획(50) 및 샌딩된 씨를 포함하는 샌딩된 씨 분획(40)을 수득한다. 씨 코트 분획(50) 및 수성 매질(60)을 혼합(300)하여, 항균 활성을 갖는 생활성 화합물을 포함하는 혼합물(70)을 수득한다. 혼합물(70)을 분리(400)하여 열수 추출물(80) 및 열수 잔류물(82)을 수득한다. 열수 추출물(80)을 건조(800)시켜, 항균 활성을 갖는 생활성 화합물을 포함하는 건조 분획(81)을 수득한다. 열수 잔류물은, 온화한 조건에서 건조, 예를 들면, 35 내지 70℃, 바람직하게는 35 내지 45℃의 온도에서 냉동 건조시키거나 또는 유동층 건조기에서 건조시킬 수 있다. (도면에 도시되어 있지 않음)
발효시 통상적으로 냉동 베리 또는 과일 재료 및 물, 적절하게는 초순수를 함께 혼합하고(1:1) 적절하게는 80℃에서 5분 동안 가열한다. 적절하게는, 혼합물을 빙욕(ice bath)에서 냉각시키고 필요시 베리 또는 과일 재료를 파쇄한다. 혼합물의 pH는 적절하게는 5N 수산화나트륨으로 대략 pH 5.0로 조정한다. 미생물은 식품 등급 매질에서 미리 성장한다. 발효는 생물반응기(bioreactor)(용기(vessel)) 등에서, 예를 들면 3일 동안 30℃에서 일정한 혼합하에 수행한다. 젖산균 발효물을 멸균 질소 가스로 퍼지하여 혐기성 조건을 만든다.
본 발명의 일양태에 따라 베리 재료 또는 과일 재료를 탄수화물 가수분해 효소로 처리한다. 효소 항온배양 후에 베리 재료 또는 과일 재료를 바람직하게는 가압 또는 압착한다. 적절하게는 효소는 셀룰로오스, 펙티나아제, 자일라나아제 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 주스 수율은 증가하며, 압축 케이크 또는 베리 케이크는 감소된 양의 당 및 물을 함유한다.
효소 처리에서 효소는 이의 주요 활성에 기초하여 투여한다(예를 들면 100 내지 200nkat/g 또는 0.01 내지 1중량%). 해동, 매쉬(mash) 및 가열된(40 내지 45℃) 베리 또는 과일 재료를 40 내지 45℃에서 2 내지 4시간 동안 항온처리한다. 효소를 물에 희석한 다음 매쉬 및 가열된 베리 및 과일 재료와 혼합한다. 처리는 사용된 재료의 고유 pH(약 pH 3)에서 수행한다. 효소 항온배양 후, 베리 또는 과일 주스를 주스 가압 장치에 의해 추출한다. 통상 효소 처리는 열수 추출물 및 이의 화합물의 수율을 증가시킨다.
본 발명의 일양태에 따라 베리 재료 또는 과일 재료를 건조시키고, 함수량이 15중량% 이하, 바람직하게는 0.1 내지 10중량%가 될 때까지 과량의 물을 제거하는 공정으로 도입한다. 건조는 대류 건조, 예를 들면 열풍 건조, 진공 건조 또는 스팀 건조, 진공 건조를 동반하거나 동반하지 않은 마이크로파 건조, 또는 냉동 건조로서 수행할 수 있다. 건조는 유동층 건조기를 사용하여 35 내지 70℃, 바람직하게는 35 내지 45℃의 온도에서 수행할 수 있다. 적절하게는 냉동 건조는 -40 내지 0℃의 온도에서 수행하고, 대류 건조는 40 내지 70℃, 바람직하게는 40 내지 50℃의 온도에서 수행한다. 건조에 적합한 임의의 종래의 건조 장치를 사용할 수 있다.
일양태에 따라 베리 재료 또는 과일 재료를 적절하게 압축(compression) 파쇄를 사용하여 체분리 전에 파쇄하여, 과피, 껍질, 펄프 등의 덩어리를 씨로부터 파괴하고 씨에 최소한의 손상을 야기한다. 파쇄기(crusher)는 롤 파쇄기, 볼 파쇄기, 수동형 파쇄기, 혼련 그라인더(kneader grinder) 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 혼련 그라인더를 파쇄기로서 사용할 수 있으며, 이에 의해 베리의 씨를 씨의 파괴 없이 무수 펄프 및 과피 부위로부터 분리한다. 적절한 그라인더는 회전하는 회전자 및 고정된 고정자를 포함하는 낙하식 제분기(falling number mill)이다. 이 제분기는 혼련과 약간의 절단 및 현저한 효과를 제공하지만, 그라인딩 에너지는 씨를 파괴하기에 충분하지 않지만 매트릭스로부터 떨어지게 된다. 그라인딩 충격을 받는 디스크 밀(disc mill) 또는 충격 밀(impact mill)을 바람직하게 사용하며, 이에 따라 보다 부드러운 그라인딩 공정이 달성된다.
씨 코어 및 씨 오일을 포함하는 샌딩된 씨를 건강한 영양 성분으로서 식품 및 동물 사료 분야에서 그 자체로 사용할 수 있다. 대안적으로는, 샌딩된 씨를 효소로 처리할 수도 있다.
샌딩된 씨 분획은 셀룰라아제, 펙티나아제, 자일라나아제 및 이들의 조합으로부터 선택된 효소로 추가로 처리하여 여전히 존재하는 씨 코트를 연화시킬 수 있으며, 바람직하게는 조합을 사용한다. 씨 코트는 효소 처리 후에 더 얇고 더 부드럽기 때문에, 건강한 지방산은 섭취하는 동안 씨로부터 더 쉽게 전달될 수 있으며 씨 코트가 연해짐에 따라 식감도 우수해진다. 이들 샌딩되고 효소 처리된 씨는 다양한 식품 분야에서, 예를 들면 스낵, 씨리얼, 뮤즐리, 제빵 제품 등에서 그리고 동물 사료에서 특히 유효하다.
효소 처리된 샌딩된 씨는 또한 종래의 초임계 또는 용매 추출법 또는 이들의 조합과 같은 적절한 추출 기술을 사용하여 페놀수지 또는 씨 오일을 추출할 수 있다. 효소 처리는 샌딩된 씨로부터의 지방산 추출을 개선시켜, 이에 따라 가치있는 씨 오일이 수득될 수 있다.
대안적으로, 샌딩된 씨를 밀링한 후 선택적으로 건식 분별할 수 있다.
씨로부터 분리된 섬유질 풍부 베리 과피 또는 과일 과피 분획은 그 자체로 사용할 수 있거나, 또는 이는 바람직하게는 핀 파쇄기(pin crusher)인 적합한 밀에 의해 추가로 그라인딩할 수 있다. 과피 분획의 양은 통상적으로 건조물 기준으로 계산하여 베리 재료 또는 과일 재료의 2 내지 10중량%이다. 예를 들면, 클라우드베리의 과피 분획은 통상적으로 엘라그산 20mg/g 건조 중량을 함유한다. 이는 화장품, 식료품 및 동물 사료의 성분으로 사용할 수 있다.
본 발명의 방법에 따라 수득되는, 생활성 화합물을 포함하는 열수 추출물(수성 혼합물 또는 무수 분획)은 페놀 화합물, 예를 들면 엘라그산, 엘라지탄닌 및 이의 유도체 및 다른 생활성 화합물, 및 또한 C18 지방산이 풍부하다. 상기 열수 추출물은 화장품, 위생용품, 건강기능식품, 식료품, 식품 보충제, 동물 사료, 포장식품 및 의약품에서 천연 보존제로 사용할 수 있다. 본 발명의 방법에서 수득되는, 항균 활성을 갖는 생활성 화합물, 특히 엘라지탄닌을 포함하는 열수 추출물은 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이 스타필로코쿠스 아우레우스, 및 또한 슈도모나스 에어루기노사(Pseudomonas aeruginosa) 및 에쉐리키아 콜라이(Escherichia coli)에 대해서도 효과가 있는 것으로 나타났다.
피부 케어 및 위생용품에서, 본 발명은 베리 및 과일 재료를 건강한 피부 미생물군유전체를 안정화시키고 균형을 유지하고 보호하는 분획으로 전환시키는 데에도 이용될 수 있으며, 이들 분획은 유익한 미생물의 성장에 영향을 주지 않으면서도 많은 병원성 미생물의 성장을 저해한다.
본 발명의 방법으로 수득한 항균 활성을 갖는 생활성 화합물을 포함하는 열수 추출물은 적절하게는 식료품, 화장품, 위생용품, 의약품, 동물 사료, 포장재, 특히 쉽게 부패하는 식료품과 같은 제품의 포장재에, 그리고 크림, 연고 등의 국소 제품과 같은 의약품에 혼입된다.
쉽게 부패하는 식료품의 예로는, 매리네이드(marinade)와 같은 가금류 제품; 요구르트, 드링크, 사워 크림 제품, 발효유 유제품과 같은 유제품; 잼, 음료, 베리 수프, 컨서브, 페이스트, 퓨레, 베이비 푸드와 같은 베리 또는 과일 함유 제품; 특히 병원 사용 및 호스 관리와 같은 특수 용도를 위한 영양식; 빵, 시리얼, 스낵 제품, 뮤즐리, 사전조리된 포리지(precooked porridge), 발효 곡물계 제품 및 글루텐 비함유 제품과 같은 곡물 제품이 있다.
열수 잔류물은 다량의 엘라그산(대략 80g/kg), C18 지방산, 섬유 및 리그닌을 함유하므로, 이는 특히 건강기능식품, 식료품, 식품 보충제 및 사료를 위한 뛰어난 첨가제를 제공한다.
본 발명은 몇 가지 장점을 제공한다. 특히, 본 발명의 방법으로 수득된 생활성 화합물, 특히 엘라그산 및/또는 이의 유도체 뿐만 아니라 과피 분획 및 샌딩된 씨 분획을 포함하는 혼합물 및 건조 분획을 얻기 위해, 베리 및 과일 가공 산업으로부터 유래한 부산물, 사이드 스트림 및 폐기물을 본 발명의 간단하고 경제적인 방법에서 효과적으로 이용될 수 있다. 본 발명의 방법으로, 실질적으로 모든 폐기물 및 부산물이 효과적으로 이용될 수 있다.
상기 생활성 혼합물 및 분획은 특히 화장품, 위생용품, 식료품 및 동물 사료 분야에서 뿐만 아니라 포장 및 의약품에서 유효한 항산화제, 항균제 및 보존제로서 사용할 수 있다.
본 발명의 방법은 페놀 화합물, 예를 들면 엘라그산 및 엘라지탄닌 및 이의 유도체의 농축을 제공하여, 이에 따라 상기 화합물을 추가 사용을 위해 특정 분획으로 농축시킨다. 특정 분획은 다양한 제품에 그 자체로 첨가할 수 있다. 폐기물을 매립지에 투기하는 것을 방지할 수 있거나 적어도 상당히 감소시킬 수 있다. 이는 또한 명확한 환경 및 생태학적 이점이다. 베리 산업 및 과일 산업으로부터의 영양이 풍부하고 가치있는 폐기물 및 부산물은, 식료품 및 동물 사료에서 뿐만 아니라 포장 및 의약품에서도 간단하고 효율적인 방식으로 이용할 수 있다.
열수 추출물의 항균 효과는 용량 의존적이다.
본 발명은, 생활성 화합물을 포함하는 이들 분획이 보존제로서 작용하므로, 제품에 개선된 보관 및 미생물학적 안전성을 제공한다. 제품 내의 합성 보존제의 양을 줄이고 이를 이들 천연 화합물로 대체할 수 있다. 또한, 화장품에서, 이들 천연 화합물은 스타필로코쿠스와 같은 피부 병원균의 성장을 효과적으로 저해하므로, 피부 미생물균총(microbiota)의 균형을 맞춘다.
본 발명은 개선된 미생물학적 보존, 산화 반응의 개선된 저해 및 이들이 혼입된 제품에 대한 항산화제 상태의 증가를 제공한다. 일반적으로, 이는, 안정성 및 미생물학적 안전성이 개선되었음을 의미한다. 열수 추출물은 물에 쉽게 용해되며 이는 중요한 기술적 이점이다. 열수 추출물은 유리 당(free sugar)을 함유하지 않거나 매우 제한된 양으로만 함유하여, 제품의 안정성이 개선된다. 따라서, 열수 추출물은 끈적이지 않으며, 냉동 형태로 용이하게 보관된다. 열수 추출물 제조를 위한 전체 절차는 식품 등급이며 독성이 없거나 유해하지 않은 시약 또는 공정 단계가 사용된다. 따라서, 추출물은 식품 용도로 특히 적합하다.
실시예
하기 실시예는 전술된 바와 같이 본 발명의 양태들을 예시하고 있으며 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하지 않는다.
실시예 1: 압축 케이크로부터 분리된 클라우드베리 씨의 샌딩
시판용 주스 가압 공정으로부터의 클라우드베리의 건조된 압축 케이크를 체분리하였다. 1.6mm 스크린을 갖는 진동형 체 진탕기(vibratory sieve shaker)를 사용하여 체분리 시간 10분 및 진폭 1.5mm로 설정하여, 과피 분획으로부터 씨를 분리하였다. 연마기(abrasive machine)(정맥기(barley pearling machine))를 사용하여 15분의 샌딩 시간 동안 씨를 샌딩하였다. 표 1은 체분리 및 샌딩으로 수득된 분획의 상이한 공정 단계들 및 분포에 의해 수득된 수율을 나타낸다.
Figure pct00001
실시예 2: 압축 케이크로부터 분리된 클라우드베리 씨의 샌딩
시판용 주스 가압 공정으로부터의 클라우드베리의 건조된 압축 케이크를 체분리하였다. 1.60mm 스크린을 갖는 진동형 체 진탕기를 사용하여 체분리 시간 5분 및 진폭 1.5mm로 설정하여, 과피 분획으로부터 씨를 분리하였다. 연마기(정맥기)를 사용하여 15분의 샌딩 시간 동안 씨를 샌딩하였다. 체분리 및 샌딩 분획 및 체분리와 샌딩에 의해 수득된 분획들의 분포에 의해 수득된 수율이 표 2에 나타나 있다.
Figure pct00002
실시예 3: 압축 케이크로부터 분리된 라즈베리 씨의 샌딩
패슬(pestle)을 사용하여 냉동 라즈베리를 해동 및 파쇄하였다. 파쇄된 라즈베리를 45℃까지 가온하고 이오펙티나아제(iopectinase) Super 8X 효소를 첨가하였다. 효소 투여량은 100nkat/g 베리(즉, 1.98ml/1kg 베리, 활성 51000nkat/ml)이었다. 항온처리 시간(4시간) 후, 고압 팅쳐 프레스 H P5(High Pressure Tincture Press H P5) 가압기로 주스 가압하였다. 압축 케이크의 양은 16중량%이고 압축 케이크의 무수물은 48중량%였다. 압축 케이크를 45℃ 급속 건조기에서 공기 유동에 의해 무수물 89%가 되도록 건조시켰다.
0.63mm 스크린을 갖는 진동형 체 진탕기를 사용하여 체분리 시간 5분 및 진폭 1.0mm로 설정하여, 건조된 압축 케이크로부터 씨를 분리하였다. 연마기(정맥기)를 사용하여 15분의 샌딩 시간 동안 씨를 샌딩하였다. 체분리 및 샌딩 기기에 의해 수득된 분획의 상이한 공정 단계들 및 분포에 의해 수득된 수율이 표 3에 나타나 있다.
Figure pct00003
실시예 4: 클라우드베리로부터 분리된 씨의 샌딩
클라우드베리를 냉동 및 냉동건조시켰다. 건조된 클라우드베리(물 15중량% 미만)를 수동 파쇄하여 과피, 과육 및 씨 부위를 베리 전체로부터 분리하였다. 1.6mm 스크린을 갖는 진동형 체 진탕기를 사용하여, 씨를 과피 및 과육 부위로부터 분리하였다. 클라우드베리 재료는 먼저 체분리 시간 5분 및 진폭 1.0mm을 사용하여 채분리하고, 이후, 10개 글래스 볼(glass ball)과 함께 동일한 체분리 설정을 사용하여 체분리하였다. 글래스 볼은, 과육 및 과피를 씨로부터 분리하는 것을 도왔다. 이후, 연마기(정맥기)를 사용하여 15분 및 30분의 샌딩 시간 동안 씨를 샌딩하였다. 체분리 및 샌딩으로 수득된 분획의 상이한 공정 단계들 및 분포에 의해 수득된 수율을 표 4에 나타낸다.
Figure pct00004
실시예 5: 클라우드베리의 발효, 가압 및 체분리
발효
잘 익은 냉동 클라우드베리(루버스 카마에모루스(Rubus chamaemorus))를 베리 재료로 사용하였다. 베리 재료를 먼저 열처리한 후 대략 106 cfu g-1의 세척된 LAB 세포를 접종하였다. VTT Culture Collection으로부터의 페디코쿠스 펜토사세우스(Pedicoccus pentosaceus) VTT E-072742를 클라우드베리 발효시 개시 배양물(starter culture)로서 사용하였다(http://culturecollection.vtt.fi/). 발효 전에, 균주(strain)를, 혐기성 배양조(anaerobic jar)와 Anaerocult C 스트립을 사용하여 생성된 100% 이산화탄소 대기에서 드 만 로고사 샤프(de Man Rogosa Sharpe) 브로쓰에서 1일 동안 리프레쉬(refresh)시켰다. 세포를 원심분리에 의해 리프레쉬된 배양물로부터 수집하고 링거액으로 1회 세척하였다. 발효를, 15L 용량의 생물반응기 내에서 3일 동안 30℃에서 일정한 혼합 하에(130rpm) 6kg 규모로 수행하였다. 생물반응기는 혐기성 조건을 생성시키기 위해 멸균 여과된 질소 가스로 퍼지하였다. 발효 전후에 젖산균 및 효모의 생존 계수(viable count)를 평판 계수(plate count) 기술로 측정하였다. 결과는 습식 중량의 그램 당 집락 형성 단위(colony-forming units)(CFU)로 표현하였다. 발효된 베리 매쉬(berry mash)를 냉동 보관하였다.
가압 및 건조
발효 후, 5리터 충전 재료를 사용하는 유압 작동식 고압 팅쳐 프레스로 베리 매쉬를 처리하여, 주스 및 불용성 압축 케이크를 분리하였다.
주스 가압으로부터의 압축 케이크를, 베리 압축 케이크의 함수량이 15중량%보다 낮아질 때까지, +45℃ 공기 유동을 사용하는 유동층 건조기에서 건조시켰다. 이후, 건조된 베리 압축 케이크를 상이한 체 크기들을 사용하거나 흡인 장비를 사용하여 건식 체분리하였다. 1250㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 과피 분획을 분리하여, 750㎛ 이상의 평균 입자 크기를 갖는 씨 분획을 수집하였다.
클라우드베리 압축 케이크(발효 및 미발효 샘플)의 질량 수율은 8 내지 10%였다. 압축 케이크의 약 5%는 껍질 및 펄프로 이루어지고 나머지 95%는 씨였다.
실시예 6: 클라우드베리 및 씨벅썬 씨 코트 재료의 열수 추출
실시예 1에 기술된 방법으로 수득된, 클라우드베리 및 씨벅썬 씨 코트 재료들을 각각 다음과 같이 가공하였다:
A.
50g의 씨 코트 재료를 1L의 물로 1시간 동안 80℃에서 (500rpm으로 혼합하면서) 추출하였다. 혼합물을 22 내지 25㎛ 기공 크기를 갖는 Miracloth® 필터 재료를 사용하여 여과하였다. 여액을 냉동 건조시켰다.
B.
50g의 씨 코트 재료를, 1시간 동안 80℃에서 (500rpm으로 혼합하면서) 진탕하면서 1L의 물과 0.1중량%의 아스코르브산과 혼합하였다. 혼합물을 22 내지 25㎛ 기공 크기를 갖는 Miracloth® 필터 재료를 사용하여 여과하였다. 여액을 냉동 건조시켰다. 산성 조건에서 추출하여 안토시아닌을 안정화시켰다.
클라우드베리 및 씨벅썬 냉동 건조 재료의 항균 활성을, 스타필로코쿠스 아우레우스 및 슈도모나스 에어루기노사를 포함하는 선택된 미생물에 대해 시험하였다.
항균 활성을 액체 배양물에서 시험하였다. 1 내지 7.5mg ml-1의 냉동 건조된 재료를 미생물 배양물에 현탁하였다. 베리 재료가 없는 미생물 배양물을 양성 대조군으로 사용하고, 항균활성(antibiotic)을 갖는 배양물(박테리아에 대해서는 클로람페니콜, 또는 칸디다 알비칸스(C. albicans)에 대해서는 히그로마이신 B)을 음성 성장 대조군으로 사용하였다. 미생물 배양물을 이의 최적의 성장 조건에서 항온배양하고 24시간의 배양 과정에서 세포 계수(cell count)에 의한 성장 후에 평판 계수가 뒤따랐다.
결과는, 항균제를 함유하지 않은 양성 대조군 배양물과 비교하여, 스타필로코쿠스 아우레우스에 대한 클라우드베리 및 씨벅썬 분획의 항균활성이 명백함을 보여준다. 열수 추출(80℃ 물에서의 1시간 추출)에 의해 제조된 클라우드베리 냉동 건조 재료가 가장 우수한 저해제였다. 적절한 성장 저해가 슈도모나스 에어루기노사 및 에쉐리키아 콜라이에서도 검출되었다.
도 3a는 24시간 동안 배양하는 과정에서 액체 배양물에서 스타필로코쿠스 아우레우스에 대한 클라우드베리 씨 코트 분획을 가열하지 않은 열수 추출물과 물 추출물의 항균 효과를 보여준다. 항생(antibiotic) 클로람페니콜(chloramphenicol)을 갖는 배양물을 음성 대조군으로 사용하였다. 샌딩된 클라우드베리 씨 코트 분말의 2가지 상이한 배치(batch)들을 비교하였다(A 및 B). 추출물의 효과를 2가지 농도, 즉 1mg/ml 및 5mg/ml의 배양물에서 시험하였다.
도 3b는 스타필로코쿠스 아우레우스에 대한 클라우드베리 씨 코트 분획(B)의 열수 추출물의 항균 효과를 보여준다. 시험된 추출물의 농도는 5mg/ml 미생물 배양물이었다. 약어:
ㆍ 클라우드베리 씨 코트/ 냉각 = 추출 1시간 실온, 냉동 건조
ㆍ 클라우드베리 씨 코트 = 추출 1시간, 80℃, 냉동 건조
ㆍ 클라우드베리 씨 코트/ + 효소 = 2시간 45℃ + 효소, 이어서, 추출 1시간 80℃, 냉동 건조
ㆍ 클라우드베리 씨 코트/ 효소 없음 = 2시간 45℃, 이어서, 추출 1시간, 80℃, 냉동 건조
ㆍ 클라우드베리 씨 코트/ 오븐 = 추출 1시간 80℃, 오븐 건조 (85℃)
도 3c는 스타필로코쿠스 아우레우스에 대한 씨벅썬 씨 코트 분획의 열수 추출물의 항균 효과를 보여준다. 시험된 추출물들의 농도는 2.5mg/ml, 5mg/ml 및 7.5mg/ml 미생물 배양물이었다.
도 3d는 슈도모나스 에어루기노사의 클라우드베리 씨 코트 분획 (B)의 열수 추출물의 항균 활성을 보여준다. 시험된 추출물들의 농도는 5mg/ml 및 7.5mg/ml 미생물 배양물이었다. 약어:
ㆍ 클라우드베리 씨 코트/ 냉각 = 추출 1시간 실온, 냉동 건조
ㆍ 클라우드베리 씨 코트 = 추출 1시간, 80℃, 냉동 건조
ㆍ 클라우드베리 씨 코트/ + 효소 = 2시간 45℃ + 효소, 이어서, 추출 1시간 80℃, 냉동 건조
ㆍ 클라우드베리 씨 코트/ 효소 없음 = 2시간 45℃, 이어서, 추출 1시간, 80℃, 냉동 건조
ㆍ 클라우드베리 씨 코트/ 오븐 = 추출 1시간 80℃, 오븐 건조 (85℃)
도 3e는 에쉐리키아 콜라이에 대한 클라우드베리 씨 코트 분획 B 및 벅썬 씨 재료의 열수 추출물의 항균 활성을 보여준다. 시험된 추출물들의 농도는 5.0mg/ml 미생물 배양물이었다.
약어:
ㆍ 클라우드베리 씨 코트/ 냉각 = 추출 1시간 실온, 냉동 건조
ㆍ 클라우드베리 씨 코트 = 추출 1시간, 80℃, 냉동 건조
ㆍ 클라우드베리 씨 코트/ + 효소 = 2시간 45℃ + 효소, 이어서, 추출 1시간 80℃, 냉동 건조
ㆍ 클라우드베리 씨 코트/ 효소 없음 = 2시간 45℃, 이어서, 추출 1시간, 80℃, 냉동 건조
ㆍ 클라우드베리 씨 코트/ 오븐 = 추출 1시간 80℃, 오븐 건조 (85℃)
실시예 7: 클라우드베리의 열수 추출 잔류물의, 화장용 진주 크림의 주성분으로서의 이용
클라우드베리 씨에 대한 열수 추출을 실시예 6에서와 같이 수행하였다. 나머지 추출 잔류물은 냉동고에 냉동 보관하였다. 추가로 가공하기 전에, 추출 잔류물을 해동하고 글리세롤 및 물을 첨가하여 농후한 슬러리(thick slurry)(1,24kg 추출 잔류물 + 530g 물 + 230g 글리세롤 w/w)를 제공하였다. 슬러리를 마수코 수퍼매스콜로이더 스톤 밀(Masuko Supermasscolloider stone mill)에서 습식 그라인딩하였다. 1회 그라인딩 통과 후 페이스트는 여전히 일부 조각들을 함유하고 있었다. 760g의 물을 첨가하여 10%의 최종 건조 중량 함량을 수득하고 페이스트를 또 다른 그라인딩 패스(grinding pass)에 노출시켰다.
ㆍ 그라인딩은 1500rpm에서 수행하였다. 그라인딩 숫돌(grinding stone)은 산화알루미늄으로 구성된 변형된 숫돌 유형 MKGA10-80 및 직경 10"의 수지였다. 재료의 품질은, 하부 숫돌을 움직여서 그라인딩 숫돌들 사이의 간격을 설정함으로써 제어하였다. 첫 번째 패스에서 간격은 0.25mm로 설정하였고 두 번째 패스에서는 0.22mm로 설정하였다. 두 번째 패스의 평균 작동 전력(operating power)은 2.4kW였다.
ㆍ 생성된 매끄러운 페이스트는 그대로 화장용 피부 진주 크림으로 사용하였다. 추출 잔류물은 섬유가 풍부하며, 진주 효과(pearling effect)는 섬유 입자와 관련이 있고, 섬유 입자는 크림에서 천연 진주 입자로 작용한다. 신선한 클라우드베리 항미, 벨벳 일관성(velvety consistency) 및 황금빛 황색이 크림에 일반적이었다.
헬싱키의 SLUSH 2017 행사에서 소규모의 소비자 조사에서 크림의 감각적 특성을 평가하였다. 자원자 11명이 크림을 시험하여 하기 설문에 답변하였다:
1. 귀하는 천연 성분 함유 화장품을 사용하십니까?
o 전혀 사용하지 않는다
o 거의 사용하지 않는다
o 가끔 사용한다
o 항상 사용한다
2. 귀하는 지금 클라우드베리 씨 재료 함유 크림을 시험하셨습니다. 우리에게 하실 말씀이 있습니까?
3. 귀하에게는 화장품 선택시 색/향미가 중요한 요소입니까?
4. 귀하는 화장품의 천연 또는 합성 보존제, 항산화제 및 착색제를 선호하십니까?
5. 귀하에게는 화장품에서 북유럽 또는 핀란드 원료가 중요합니까?
이 조사의 답은 도 4의 표 5에 클라우드베리 진주 크림에 대한 소비자 피드백으로 기재되어 있다. 이는, 일관성, 향기/냄새(fragrance/smell) 및 피부 접촉이 소비자에게 호소력이 있었음을 보여주었다. 또한 천연 재료, 보존제, 착색제 및 북유럽 원료는 소비자의 높은 평가를 받았다.
공기 건조 후 및 추출 공정에서 효소를 사용한 후에, 추출 잔류물에 대한 페놀 프로파일링 및 지방산 분석을 또한 수행하였다. 도 5는 클라우드베리 씨 코트 분말의 열수 추출 잔류물의 HPLC 프로파일링 및 지방산 함량을 보여준다. 그 결과, 추출 잔류물은 유익한 엘라그산이 매우 풍부하며 건강한 지방산도 포함하고 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는, 화장품 분야를 위한 우수한 성분으로서의 이의 사용을 지원하고 건강 식품 성분으로서의 이의 가능성도 지원한다.
본 발명은 본 발명을 수행하는 현재 바람직한 모드를 포함하는 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 정신 및 범주 내에 있는 전술된 양태들의 다수의 변형 및 변경이 있음을 인식할 것이다. 본 발명은 본원에 설명된 구성요소들의 구성 및 배치의 세부사항에 대한 적용이 제한되지 않음을 알아야 한다. 전술된 변형 및 변경은 본 발명의 범주 내에 있다.

Claims (14)

  1. 베리 및 과일 재료를 생활성 화합물을 포함하는 분획으로 전환시키는 방법으로서, 상기 방법은
    베리, 과일; 베리 또는 과일로부터 유래된 부산물, 사이드 스트림 및 폐기물로부터 선택되고 함수량이 15중량% 이하인 적어도 하나의 베리 재료 또는 과일 재료를 체분리하여, 씨 분획을 과피 분획으로부터 분리하는 제1 단계로서, 상기 베리는 루버스(Rubus), 소르버스(Sorbus), 로사(Rosa), 엠페트룸(Empetrum), 아로니아(Aronia) 및 히포페(Hippophae) 속 및 이들의 조합으로부터 선택되고 상기 과일은 비티스(Vitis), 푸니카(Punica), 파이러스(Pyrus), 말러스(Malus), 시트룰러스(Citrullus), 베닌카사(Benincasa), 쿠쿠미스(Cucumis), 모모르디카(Momordica ), 올레아(Olea) 속 및 아르가니아 스피노사(Argania spinosa) 종, 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 제1 단계,
    상기 씨 분획을 샌딩하여 상기 씨의 2 내지 40중량%를 제거하고, 상기 씨의 표면층을 포함하는 씨 코트 분획 및 상기 샌딩된 씨를 포함하는 샌딩된 씨 분획을 수득하는 제2 단계, 및
    상기 씨 코트 분획을 수성 매질과 1:3 내지 1:80의 중량비로 15 내지 95℃의 온도에서 20분 내지 10시간 동안 혼합하여, 생활성 화합물을 포함하는 혼합물을 수득하고, 상기 혼합물을 분리하여, 열수 잔류물로부터 열수 추출물을 분리하는 제3 단계
    를 포함함을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생활성 화합물이 엘라그산 및/또는 이의 유도체, 바람직하게는 엘라그산 및/또는 엘라지탄닌을 포함함을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열수 추출물을 건조시킴을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 단계에서, 상기 씨 코트 분획 대 상기 수성 매질의 비가 각각 1:5 내지 1:50임을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수성 매질이 물 또는 물과 아스코르브산의 혼합물로부터 선택됨을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 단계에서, 탄수화물 가수분해 효소로부터, 적절하게는 셀룰로오스, 펙티나아제, 자일라나아제 및 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 효소를 상기 수성 매질에 첨가함을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베리 재료 또는 과일 재료를 체분리 전에 전처리하며; 상기 전처리는 열처리, 발효, 효소 처리, 가압, 압착, 건조, 파쇄 및 이들의 조합으로부터 선택된 방법으로 상기 베리 재료 또는 과일 재료를 처리함으로써 수행할 수 있음을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베리 재료 또는 과일 재료를 젖산균을 사용하여 발효시키고, 바람직하게는 상기 젖산균이 락토코쿠스(Lactococcus), 락토바실러스(Lactobacillus), 페디오코쿠스(Pediococcus) 및 오에노코쿠스(Oenococcus) 속으로부터 선택됨을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베리 재료 또는 과일 재료를 탄수화물 가수분해 효소로 처리하고, 바람직하게는 상기 효소는 셀룰로오스, 펙티나아제, 자일라나아제 및 이들의 조합으로부터 선택됨을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채분리를, 체분리 장치, 공기 분류 장치, 에어젯 체분리 장치, 스크리닝 장치, 회전형 스크린 또는 스크리닝 장치, 바람직하게는 진동형 체분리 장치를 사용하여 수행함을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샌딩을 곡물 폴리싱(polishing) 기기, 쌀 폴리싱 기기, 퍼얼링(pearling) 기기, 탈곡기 및 폴리싱기로부터 선택된 샌딩 또는 폴리싱 장비를 사용하여 수행함을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베리 재료 또는 과일 재료를, 이의 함수량이 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.1 내지 8중량%가 될 때까지 건조시킴을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베리 재료 또는 과일 재료를 체분리 전에, 바람직하게는 롤 파쇄기, 볼 파쇄기, 수동형 파쇄기, 혼련 그라인더 또는 이들의 조합으로부터 선택된 파쇄기를 사용하여 파쇄함을 특징으로 하는, 방법.
  14. 화장품, 위생용품, 건강기능식품, 식료품, 식품 보충제, 동물 사료, 포장식품 및 의약품에서 있어서의, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 수득된 상기 열수 추출물 또는 상기 열수 잔류물의 용도.
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