KR20220143999A - 도라지 가수분해농축액 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건도라지를 원재료로 사용함에 따라 기공비용을 절감할 수 있고, 주정을 이용하여 가수분해하여 추출함에 따라 도라지의 유효성분을 충분히 추출해낼 수 있으며, 냉각 침지하여 전분을 제거한 후 효소 처리함에 따라 효소 반응을 최대화한 도라지 가수분해농축액 제조방법에 관한 것이다.

Description

도라지 가수분해농축액 제조방법{manufacturing methods of balloon flower hydrolysis concentration}

본 발명은 도라지 농축액 제조방법에 관한 것으로 상세하게는 건도라지를 원재료로 사용함에 따라 기공비용을 절감할 수 있고, 주정을 이용하여 가수분해하여 추출함에 따라 도라지의 유효성분을 충분히 추출해낼 수 있으며, 냉각 침지하여 전분을 제거한 후 효소 처리함에 따라 효소 반응을 최대화한 도라지 가수분해농축액 제조방법에 관한 것이다.

도라지는 면역력 증강을 포함하는 다양한 유효 성분을 갖는 것으로, 특히 뿌리의 주요 활성성분은 트리테르페노이드 사포닌이고, 사포닌인 플라티코딘이 뿌리의 특정성분이다.

도라지는 거담지해(祛痰止咳), 항균소염(抗菌消炎), 해열진통(解熱鎭痛), 진정안신(鎭靜安神), 혈당강하, 면역력 증강 등의 작용이 있는 것으로 알려져 있다.

이러한 도라지는 다양한 음식 재료로 사용되고 있으며, 근자에는 이를 이용한 다양한 음료나 간식이 개발되고 있으며, 그 예로 특허문헌 1 내지 3이 있다.

특허문헌 1은 도라지에 식초를 혼합하고 방치하는 제1 단계; 상기 식초가 혼합된 도라지를 가열하여 도라지추출액을 추출하는 제2 단계; 상기 도라지추출액을 가열하여 상기 도리지추출액에 함유된 초산을 제거하는 제3 단계; 상기 초산이 제거된 도라지추출액을 농축하여 도라지추출농축액을 얻는 제4 단계; 및 상기 도라지추출농축액에 유산균을 접종하여 발효시키는 제5 단계를 포함하며, 상기 제2 단계에서 상기 식초가 혼합된 도라지를 1~2㎏/㎠의 압력하에 65~75℃의 저온에서 1~3 시간 동안 가열하여 1차 저온추출하고, 85~95℃ 중온에서 3~6시간 동안 가열하여 2차 중온추출하고, 105~130℃ 고온에서 0.1~3시간 동안 가열하여 3차 고온추출하여 당도가 8~18Brix인 상기 도라지추출액을 추출하고, 상기 제3 단계에서 가열용기에 상기 도라지추출액을 투입하고 상기 가열용기의 투입구를 개방한 상태에서 95~100℃ 온도에서 20~50분 동안 가열하여 상기 도리지추출액에 함유된 초산을 기화시켜 제거하고, 상기 제4 단계에서 상기 초산이 제거된 도라지추출액을 진공감압농축기에 투입하여 60~80℃로 가열한 후 상기 진공감압농축기를 -0.06MPa까지 감압하여 진공을 유지시키고, 진공이 유지된 상태에서 상기 진공감압농축기의 온도를 45~55℃로 낮춘 후 -0.07MPa ~ -0.09Mpa의 감압상태에서 5~15시간 동안 농축하여 상기 도라지추출농축액을 얻는 도라지 추출발효 농축액 제조방법이고,

특허문헌 2는 숙성 도라지 농축액 26~30 부피%, 복합발효된 활성산양삼 추출액 3~5 부피%, 흑마늘 농축액 5∼7 부피%, 액상당류 45~55 부피%, 및 나머지 물을 포함하고, 상기 숙성 도라지 농축액은 도라지를 100℃에서 30~60분간 증숙과 증숙된 산양삼을 70∼90℃에서 2~4일 고온숙성을 3회 반복한 후 여과하여 농축하여 제조되고, 상기 복합발효된 활성산양삼 추출액은 산양삼을 100℃에서 30~60분간 증숙과 증숙된 산양삼을 70∼90℃에서 2~4일 고온숙성을 3회 반복한 후 수탁번호 KACC 92157P로 기탁된 락토바실러스 브레비스 BMK484 균주와 수탁번호KACC91848P로 기탁된 락토바실러스 플란타륨 P1201 균주의 복합 종균으로 발효하고 여과하여 제조되는 것인 인체 흡수형 진세노사이드 Rd2, F2, Rg3 및 컴파운드 케이가 강화된 스틱형 용기용 도라지 액상조성물이며,

특허문헌 3은 증숙한 도라지 30~40 중량부에 물엿 50~60 중량부, 대추즙 1~7 중량부, 올리고당 1~2 중량부, 꿀 1~2 중량부, 설탕 1~2 중량부, 과채즙 1~3 중량부로 구성된 도라지 진정과 조성물이다.

이와 같이 도라지를 이용한 다양한 음료와 간식이 개발되고 있으나 도라지의 유효성분을 충분히 추출해내지 못하고, 도라지의 유효성분을 추출해낸다 하더라도 다른 유익한 성분을 함유한 음료는 없었다.

대한민국 공개특허 제10-2016-0117983호 대한민국 공개특허 제10-2020-0049356호 대한민국 공개특허 제10-2020-0102635호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 도라지의 유효성분을 충분히 추출할 수 있는 도라지 가수분해농축액 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히 본 발명은 건도라지를 사용함에 따라 원물 도라지를 세척, 증숙 및 건조 과정을 통해 홍도라지를 제조하는 데 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있으며, 주정을 이용하고 효소 처리함에 의해 도라지의 유효성분을 충분히 추출해낼 수 있게 한 도라지 가수분해농축액 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 도라지 가수분해농축액 제조방법은 도라지를 이용하여 만들어지는 도라지 농축액 제조방법으로, 65~75%주정을 원료 대비 6배의 양으로 건도라지를 담가 방치한 후 가열하여 도라지추출액을 추출하는 추출단계; 0.8 ~ 1.2㎛ 필터를 사용하여 이물질을 제거하는 여과단계; 50℃이하에서 600 ~ 700mmHg의 압력으로 가압하여 농축하는 1차농축단계; 농축된 농축 도라지추출액을 85 ~ 95℃에서 적어도 30분 동안 살균하는 1차살균단계; 살균된 농축 도라지추출액을 50℃이하로 냉각시키는 냉각단계; 도라지농축액에 정제수를 혼합하여 당도 9 ~ 11브릭스(Brix)로 희석하는 희석단계; 도라지농축액으로부터 전분질 성분을 침지하여 분리하는 냉각침지필터링단계; 사포닌 함량 및 항산화 활성 향상을 위한 발효 효소를 첨가한 후 방치하는 효소처리단계; 효소 처리된 도라지농축액을 고온 처리하여 효소를 불활성화시키는 불활성화단계; 50℃이하에서 600∼700mmHg의 압력으로 가압 농축하여 당도 60 ~ 70브릭스로 농축하는 2차농축단계; 농축 도라지추출액을 85 ~ 95℃에서 적어도 60분간 살균하는 2차살균단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 추출단계는 2회에 걸쳐 진행되고, 1회는 70℃로 가열하고, 2회는 75℃로 가열하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 냉각침지필터링단계에서 온도는 9 ~ 11℃, 침지시간은 20 ~ 26인 것이 바람직하다.

상기 효소처리단계에서의 효소 투입량은 도라지농축액의 중량대비 10%이고, 효소처리 시간은 45 ~ 50시간이며, 온도는 45 ~ 55℃인 것이 바람직하다.

상기 불활성화단계에서 온도는 90 ~ 97℃, 처리 시간은 8 ~ 12분인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 도라지 가수분해농축액 제조방법은 건도라지를 가수분해 방법을 이용함에 의해 분해를 촉진시킴에 의해 도라지의 고유 유효성분의 추출 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 주정을 이용함에 의해 주정에 의해 분해효과를 높이고, 효소 발효에 의해 유효 사포닌 함량을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 도라지 가수분해농축액 제조방법의 과정도
도 2 및 도 3은 설정 제조공정의 재현성 실험분석을 위한 1차년도 시료의 검량곡선
도 4 및 도 5는 설정 제조공정의 재현성 실험분석을 위한 1차년도 시료의 크로마토그램(Chromatogram)
도 6 및 도 7은 설정 제조공정의 재현성 실험분석을 위한 2차년도 1차 시료의 검량곡선
도 8 및 도 9는 설정 제조공정의 재현성 실험분석을 위한 2차년도 1차 시료의 크로마토그램
도 10은 도라지농축액 효소발효 생물전환 실험을 위한 2차년도 1차 시료의 크로마토그램
도 11은 도라지농축액 효소발효 생물전환 실험을 위한 2차년도 2차 시료의 발효 전 검량곡선
도 12는 도라지농축액 효소발효 생물전환 실험을 위한 2차년도 2차 시료의 발효 후 검량곡선
도 13은 도라지농축액 효소발효 생물전환 실험을 위한 2차년도 2차 시료의 발효 후 크로마토그램
도 14는 여과 및 침전 최적 조건 최적화를 위한 공정 중 효소투입량 변화 실험을 위한 2차년도 4차시료의 함량분석그래프

본 발명은 다양한 변경을 가하여 실시할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 도라지의 유효 사포닌 함량이 우수한 도라지농축액을 생산할 수 있다.

본 발명에 따른 도라지 가수분해농축액 제조방법은 도라지를 이용하여 만들어지는 도라지 농축액 제조방법으로, 65~75%주정을 원료 대비 6배의 양으로 건도라지를 담가 방치한 후 가열하여 도라지추출액을 추출하는 추출단계; 0.8 ~ 1.2㎛ 필터를 사용하여 이물질을 제거하는 여과단계; 50℃이하에서 600∼700mmHg의 압력으로 가압하여 농축하는 1차농축단계; 농축된 농축 도라지추출액을 85 ~ 95℃에서 적어도 30분 동안 살균하는 1차살균단계; 살균된 농축 도라지추출액을 50℃이하로 냉각시키는 냉각단계; 도라지농축액에 정제수를 혼합하여 당도 9 ~ 11브릭스(Brix)로 희석하는 희석단계; 도라지농축액으로부터 전분질 성분을 침지하여 분리하는 냉각침지필터링단계; 사포닌 함량 및 항산화 활성 향상을 위한 발효 효소를 첨가한 후 방치하는 효소처리단계; 효소 처리된 도라지농축액을 고온 처리하여 효소를 불활성화시키는 불활성화단계; 50℃이하에서 600∼700mmHg의 압력으로 가압 농축하여 당도 60 ~ 70브릭스로 농축하는 2차농축단계; 농축 도라지추출액을 85 ~ 95℃에서 적어도 60분간 살균하는 2차살균단계를 포함한다.

상기와 같은 과정에 의해 이루어지는 본 발명의 도라지 가수분해농축액 제조방법은 이미 말린 건도라지를 주재료로 한다.

말리지 않은 도라지를 말려 사용하기 위해서는 세척, 증숙 및 건조 과정을 거쳐야하고 이러한 과정에는 많은 장비와 시간이 소요됨에 따라 가공비가 과하게 소요되는 단점이 있음에 따라 건도라지를 사용한다.

상기 추출단계는 건도라지로부터 사포닌을 농축하기 위한 단계로, 65~75%주정을 원료 대비 중량비로 6배의 양으로 건도라지를 담가 방치한 후 가열하여 추출액을 추출한다.

즉, 주정에 건도라지를 담근 상태에서 가열함에 의해 건도가지가 함유한 사포닌 성분이 주정에 녹아 배출되게 하는 단계이다.

상기 추출단계는 2회에 걸쳐 진행하는 것이 바람직하다.

순간적으로 온도를 높이면 건도라지의 속까지 가열되지 않고 겉만 가열되어 속건도라지 전체로부터 추출이 일어나지 않게 됨에 따라 온도를 단계적으로 높이면서 추출단계를 진행한다.

즉, 추출단계를 2단계로 진행하되, 1회는 70℃로 가열하고, 2회는 75℃로 가열하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 추출단계를 진행하는 시간은 1 ~ 3시간 진행될 수 있고, 이러한 시간은 추출단계를 진행하는 환경에 따라 달라질 수 있고, 추출과정에서 도라지농축액의 색깔의 변화를 감지하여 이 색깔이 경험적으로 최적의 상태일 때 추출단계를 중지한다.

상기 여과단계는 도라지추출액으로부터 도라지의 건더기를 포함하는 이물질을 걸러내기 위한 단계로, 0.8 ~ 1.2㎛ 필터를 도라지추출액만을 수거한다.

상기 1차농축단계는 도라지추출액으로부터 수분을 제거하여 농도를 높이기 위한 단계로, 50℃이하에서 600∼700mmHg의 압력으로 감압하여 농축한다.

상기 1차농축단계에 의해 농축된 농축액의 당도 60 ~ 70브릭스(Brix)

가장 바람직한 농축 단계에서의 온도는 50℃이하이고, 온도가 이보다 높으면 도라지농축액이 변질될 수 있으므로 가능한 50℃이하를 유지하는 것이 바람직하다.

물론 1차농축단계에서 온도가 지나치게 낮아지면 도라지농축액이 응결됨에 따라 농축이 이루어지지 않음에 따라 적어도 40℃이상을 유지하는 것이 바람직하다.

상기 1차살균단계는 도라지농축액에 포함된 유해균을 살균하는 단계로, 농축된 농축 도라지추출액을 85 ~ 95℃에서 적어도 30분 동안 살균한다.

이때 온도가 지나치게 높으면 도라지농축액이 끓어 변질될 수 있고, 지나차게 낮으면 살균 효과가 떨어질 수 있음에 따라 상기 온도 범위에서 1차살균단계가 이루어지는 것이 바람직하고, 시간이 지나치게 길어지면 역시 도라지농축액이 변질될 수 있음에 따라 30분 정도의 시간동안 1차살균단계를 진행하는 것이 바람직하다.

상기 냉각단계는 농축 과정에서 가열된 도라지농축액을 식히기 위한 단계로, 살균된 농축 도라지추출액을 50℃이하로 냉각시킨다. 이때는 굳이 냉각 수단을 사용하지 않고 실온에 방치한 상태에서 냉각시키는 것이 바람직하다.

상기 희석단계는 농축단계에서 농축된 도라지의 당도가 지나치게 높으면 식감이 떨어질 뿐만 아니라, 과한 당에 의해 인체에 나쁜 영향을 줄수 있음에 따라 당도를 낮추기 위한 단계로, 도라지농축액에 정제수를 혼합하여 당도 9 ~ 11브릭스(Brix)로 희석한다.

상기 냉각침지필터링단계는 도라지농축액 중에 남아 있는 전분을 최대한 제거하여, 효소발효를 진행하였을 시 생물전환을 더 효율적으로 반응하여, 도라지 사포닌의 함량을 최대한 증가시키기 위한 단계로, 9 ~ 11℃에서 20 ~ 26시간동안 진행하는 것이 바람직하다.

상기 냉각침지필터링단계에서 온도가 지나치게 낮아지면 당과 사포닌을 포함하는 유효성분까지 경화되어 전분과 함께 침지되어 당도가 지나치게 낮아질 수 있음에 따라 상기한 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 효소처리단계는 도라지추출액의 사포닌 함량 및 항산화 활성 향상을 위한 단계로, 발효 효소를 첨가한 후 방치함에 의해 이루어진다.

상기 효소처리단계는 도라지농축액의 중량대비 10%의 효소를 투입량하고, 효소처리 시간은 45 ~ 50시간이며, 온도는 45 ~ 55℃인 것이 바람직하다.

효소의 양이 지나치게 많으면 과민 반응에 의해 도라지추출액이 변질될 수 있고, 지나치게 적으면 효소 반응이 충분히 이루어지지 않음에 따라 상기 범위의 양의 효소를 혼합하는 것이 바람직하고, 처리시간 또한 지나치게 짧으면 효소 반응이 충분히 일어나지 않고, 지나치게 많으면 과한 반응에 의해 도라지추출액이 변질될 수 있음에 따라 상기 범위의 시간동안 효소처리가 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 효소처리단계에서 사용되는 효소는 사포닌 함량 및 항산화 활성 향상을 위한 다양한 효소 중 하나를 선택하여 사용할 수 있는 것으로 이를 한정하지는 않는다.

상기 불활성화단계는 효소의 지속적인 반응을 정지시키기 위한 단계로, 효소 처리된 도라지농축액을 고온 처리하여 효소를 불활성화시킨다. 즉, 효소를 사멸시킴에 의해 효소가 불활성화되게 한다.

상기 불활성화단계에서 온도는 90 ~ 97℃, 처리 시간은 8 ~ 12분인 것이 바람직하다.

상기 불활성화단계의 온도가 지나치게 높으면 도라지추출액이 과열되어 변질될 수 있고, 지나치게 낮으면 효소의 불활성화가 이루어지지 않음에 따라 상기한 온도 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다. 시간 또한 상기 범위를 벗어날 경우 효소의 불활성화가 이루어지지 않거나 도라지추출액의 변질이 이루어질 수 있음에 따라 상기한 시간 번위 내에 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 2차농축단계는 전분이 제거된 도라지추출액의 농도를 높여 농도가 지나치게 낮음에 따라 식감이 떨어지거나 소비자의 신뢰도가 떨어지는 것을 방지할 수 있게 농도를 높이기 위한 단계로, 50℃이하에서 600∼700mmHg의 압력으로 가압 농축하여 당도 60 ~ 70브릭스로 농축한다.

상기 2차농축단계에서의 온도를 지나치게 높일 경우 도라지농축액이 변질될 수 있고, 지나치게 낮으면 농축 효과가 떨어질 수 있음에 따라 50℃이하 40℃이상의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 2차살균단계는 1차살균단계이후 진행된 각단계에서 2차 오염이 이루어질 수 있음에 따라 다시 살균하기 위한 단계로, 농축 도라지추출액을 85 ~ 95℃에서 적어도 60분간 살균한다.

상기 2차살균단계의 온도가 지나치게 높으면 도라지농축액이 끓어 변질될 수 있고, 지나차게 낮으면 살균 효과가 떨어질 수 있음에 따라 상기 온도 범위에서 이루어지는 것이 바람직하고, 시간이 지나치게 길어지면 역시 도라지농축액이 변질될 수 있음에 따라 60분 정도의 시간동안 1차살균단계를 진행하는 것이 바람직하다.

<실시예>

1. 설정 제조공정의 재현성 실험분석

발효도라지 소재 생산 공정을 확립하기 위해 기존년도에 설정하였던 제조 공정으로 건도라지를 구매하여 기 보유하고 있던 도라지농축액과 사포닌 비교 분석을 실시하였다.

<1차년도 도라지농축액 재현성 확인실험>

1차년도 도라지농축액 재현성 확인실험을 위한 시료 P191202AM-1, 및 2의 검량곡선은 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같고, 크로마토그램은 도 4 및 도 5와 같다.

시료 P191202AM-1 및 2의 도라지농축액 원료 중 PG1, PE, Deapi-PD3, PD3, PD, Polygalacin D 함량(mg/g)은 아래의 표와 같다.

ID	PG1	PE	Deapi-PD3	PD3	PD	Polygalacin D	총함량	비고
P191202AM-1	0.47	0.81	0.66	0.20	1.11	0.80	4.06	2차년도-1-1
P191202AM-2	0.35	0.87	0.77	0.21	1.20	0.84	4.10	2차년도-1-2
P190730AM-1	1.25	1.37	0.25	0.99	3.41	1.88	9.17	1차년도-최종

기존 보유하고 있던 도라지농축액(P190730AM-1)의 도라지 유효사포닌 분석시료의 총 함량은 9.17mg/g이고, 2차년도 최초 생산한 도라지농축액(P191202AM)의 시료 샘플 1, 2의 사포닌 분석시료의 총 합은 각각 4.06mg/g 과 4.10mg/g으로 분석 되었다.

동일한 공정방법과 제조방식으로 생산을 하였으나 시료의 총량이 2배 가까이 차이가 나는 것으로 판단하여 내부적, 외부적 조건 가운데 원료의 차이에 따른 사포닌의 총 함량이 차이가 나는 것으로 판단하여, 기 설정한 제조공정에 비해 낮은 재현성이 나타났으므로, 2차 제조생산 실험을 통해 원료 배지별의 차이인지 확인해볼 필요가 있다.

도라지 유래 사포닌의 차이는 유의미하게 존재하나 크로마토그램 상 그래프의 형태는 1차년도 생산했던 기보유분과 비교 하였을 시 크게 다른 패턴을 나타내고 있지는 않았다.

<2차년 도라지농축액 생산>

2차년도 도라지농축액 재현성 확인실험을 위한 시료 P200224AM-1, 및 2의 검량곡선은 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같고, 크로마토그램은 도 8 및 도 9와 같다.

시료 P200224AM-1 및 2의 도라지농축액 원료 중 PG1, PE, Deapi-PD3, PD3, PD, Polygalacin D 함량(mg/g)은 아래의 표와 같다.

ID	PG1	PE	Deapi-PD3	PD3	PD	Polygalacin D	총함량	비고
P200224AM-1	5.77	9.29	1.44	2.15	4.79	3.79	27.24	2차년도-2-1
P200224AM-2	5.82	6.38	1.35	2.56	6.16	3.74	26.44	2차년도-2-2
P191202AM	0.47	0.81	0.66	0.20	1.11	0.80	4.06	2차년도-2-1
P190730AM	1.25	1.37	0.25	0.99	3.41	1.88	9.17	1차년도-최종

기존에 보유한 1차년도 도라지농축액(P190730AM), 2차년도 1차생산 도라지농축액(P191202AM)과 2차년도 2차생산 도라지농축액(P200224AM-1, 2)의 경우에도 도라지 사포닌 분석시료의 합이 27.24 / 26.44 로 적게는 3배 많게는 7배 까지의 차이를 보였다.

이번 차수 생산에서도 알 수 있듯 도라지농축액 생산의 생산공정은 동일하며, 도라지의 수분 함량 등도 체크하여, 외부변화 요인들을 최소화 한 상태에서 제조를 하였으나 도라지 사포닌 분석시료의 합이 극명하게 차이나는 것으로 확인되었다.

2차년도 1차, 2차 생산에서 알 수있듯이 제조공정 상에서의 도라지 사포닌의 증감영향보다는 원료에 따른 유효사포닌의 차이가 드러났음에 따라 차후 생산 및 효소처리 공정을 시행할 시, 원료 농축액의 중량대비 효소의 투입은 무의미한 것으로 판단된다.

기존 효소투입량인 PE 농도 1mg/ml 당 효소량 10mg/ml 정도의 희석량에 따라 효소처리 공정을 시행하는 것이 바람직하고, 발효도라지농축액 생산 시 유효 사포닌 함량분석이 절대적으로 필요한 것으로 나타났다.

<도라지농축액 효소발효 생물전환 생산>

도 10은 도라지농축액 효소발효 생물전환 실험을 위한 2차년도 1차 시료 P200420AM의 발효 전 크로마토그램이다.

도라지농축액 원료 중 PG1, PE, Deapi-PD3, PD3, PD, Polygalacin D 함량(mg/g)은 아래의 표와 같다.

ID	PG1	PE	Deapi-PD3	PD3	PD	Polygalacin D	총 함량	비고
P200420AM	3.24	7.29	0.72	1.45	2.97	1.89	17.56	2차년도-3

도라지 농축액 3차 생산 후 효소발효를 하기 위해 도라지 유효 사포닌 성분 분석하였으며, PE의 값이 7.29mg/g 으로 발효 시 효소 투입량인 PE농도를 1mg/g을 맞추기 위해 도라지농축액(67brix)를 10brix로 희석하여 PE의 값을 맞추고 효소량을 도라지농축액 희석액 중량대비 1% 비율로 투여한 후 발효하였다.

이번 생산 시, 발효시간은 기존 제공받은 36시간으로 맞추어 발효 하였으며, 발효 전 후의 유효 사포닌 값을 분석하여, 효소처리 후 사포닌의 변화량을 측정하고 차후 지표 사포닌인 Glu-platycodigenin의 함량을 최대한 높힐 수 있는 발효 조건을 설정하는 것이 목표로 하였다.

발효 조건

ID	효소 투입량	발효온도	발효시간	비고
P200420AM	도라지농축액희석액 (PE 농도 1mg/g) 중량대비 1%	50℃	36hr	10brix

도라지농축액 효소발효 생물전환 실험을 위한 2차년도 2차 시료 P200420AM의 발효 후 검량곡선은 도 11 및 도 12와 같고, 발효후 크로마토그램은 도 13와 같다.

도라지농축액 원료 중 PG1, PE, Deapi-PD3, PD3, PD, Polygalacin D 함량(mg/g)은 아래의 표와 같다.

ID	PG1	PE	Deapi-PD3	PD3	PD	Polygalacin D	총 함량	비고
P200420AM	3.24	7.29	0.72	1.45	2.97	1.89	17.56	발효 전
P200420AMF	3.16	7.11	0.71	2.05	2.91	1.99	17.93	발효 후

발효 전 시료(P200420AM)과 발효 후 시료(P200420AMF) 2가지를 동일한 실험법으로 유효사포닌을 분석하였고, 발효 전, 후 의 실험 데이터 값을 분석해본 결과 유효사포닌 별로 조금씩의 차이는 존재하지만 유의미한 정도의 변화는 없었으며, 시험의 결과값으로만 판단하였을 경우에는 사포닌의 변화가 없었다고 바도 무방하였다.

실험 결과값이 전해 받은 내용과 자체적으로 판단한 결과와는 다른 방향으로 나오게 되어 실험의 문제와 시료의 착오로 인한 분석값이 잘못 나왔을 가능성도 있기에 시료와 실험을 다시 세팅하여 실험을 했지만 이 결과값도 위의 실험 데이터와 별반 다른 값을 나타내지 못했다.

실험이나 시료의 오류가 아니라면 효소의 문제, 혹은 효소 투입양의 문제라고 생각되어 시료 제공대학교를 비롯하여 지역 내의 분석센터 및 전문가에게 문제점을 설명하고 회의 및 미팅을 진행하였으며, 시료 제공대학교에서는 레진(resin)을 이용하여 도라지추출물의 당 성분을 최대한 제거하고 발효를 진행하는 것으로 실험하였다.

본 출원인은 랩스케일에서는 레진을 이용하여 당 성분을 제거하는 것은 가능했으나 실제 공장 스케일의 생산에서는 최소한 100kg의 원료의 투입 및 생산과 실제로 그 추출물들을 resin을 이용하여 당 성분을 제거하는 것은 공간적인 측면과 시간적인 측면에서 접목이 불가능한 것으로 판단하였으며, 실제로 본 출원인이 시료 제공대학교에 샘플을 제공하여 분석한 도라지농축액과 효소처리도라지농축액도 유효사포닌성분의 차이가 없었다.

효소발효를 하게 되면 효소의 성분이 도라지추출물 내의 사포닌과 반응하여 유효사포닌의 성분전환 및 함량의 변화가 일어나게 되나, 당 성분을 제거하지 않은 상태로 효소 발효를 진행 하게 될 시에는 효소의 성분들이 도라지의 사포닌에 붙어서 반응 하는 것이 아닌, 도라지추출물의 당 성분과 결합하여 반응을 하여 도라지의 사포닌의 결과 값이 발효 전, 후가 큰 차이가 나지 않게 되는 것으로 판단된다.

문제점을 해결하기 위해서는 당 성분의 제거가 선행되어야 함에 따라 자사의 시설설비 내에서 당 성분을 제거 할수 있는 방법들을 연구하였고, 필터링 공정의 추가적인 도입이 필요한 것으로 판단된다.

다른 방법으로는 효소의 투입양을 증가 시켜 당성분과 결합하는 효소외에 잉여 효소를 만들어서 그 효소들이 도라지 사포닌과 반응 하도록 효소의 투입양을 1%, 5%, 10%, 15%의 조건 등으로 늘려 사포닌의 분석 등을 진행하였고, 두 가지의 방법으로 효소처리 전, 후 유효사포닌의 변화를 이끌어 내는 것을 방향성으로 하여 생산 실험을 하였다.

<안정성 확보를 위한 여과 및 침전 최적 조건 실험>

당성분 제거 필터링 공정

2차년도 3차생산 실험 시, 발효 전과 발효 후 유효사포닌 성분의 변화가 유의미하게 일어나지 않는 문제점 발생하였고, 자체 평가 및 시료 제공대학교에 문의, 지역 내 분석센터 및 전문가 집단에게 문의 한 결과 효소발효를 시도 할 시 효소가 도라지 사포닌에 결합하여 반응을 하면서, 사포닌의 구조 성분이 변화하여 다른 사포닌으로 전환되거나 등의 작용을 하여 특정 사포닌의 성분이 증가되는 것을 판단하였으나, 효소발효를 진행 할 시 효소는 사포닌보다 당성분에 결합되는 성질이 강하여 추출물 내에 당성분이 많을 경우 효소가 모두 당과 결합하여 반응함으로, 사포닌 성분의 변화가 일어 나지 않았다.

이에 따라 시료 제공대학교 측에서는 도라지추출물을 발효하기 전에 레진을 이용한 필터링을 하여 당 성분을 제거 후 효소발효를 진행하여 도라지 사포닌 성분의 변화가 나타났다.

당 성분을 잘 제거 할 수 있는 방식은 레진을 이용한 필터링 방식으로 당 성분을 제거 할 수 있으나 랩스케일에서의 소량도 시간이 오래걸려 필터링하여 시료를 만든 후 분석하였다.

본 출원인은 레진을 이용한 필터를 사용하여 실험하였으나, 단위시간 별 필터링되는 양이 적어 실험분석용으로만 사용하였다.

공장 스케일 필터링 공정

실험실 내에서의 레진 필터링 공정은 1kg 정도의 시료를 필터링 하는 데에도 1시간여 가까운 시간이 소요되고, 공장스케일에서는 원료의 투입 및 제조공정을 거친 후 발생되는 추출물이 최소한 100kg(67brix 기준)이상이 사용된다.

이를 필터링 하기 위해 낮은 브릭스(Brix)로 희석하게 된다면 필터링 할 양 자체가 더 많아지게 되며, 투입량의 증가로 인한 소요 시간 또한 길어지게 되는 단점이 있다.

본 출원인은 필터로 1 마이크로필터의 필터를 사용하여 당 성분의 제거를 시도하였으나 이물 등의 제거는 효과가 확실하였으나 필터를 이용하여 당 성분의 제거는 거의 이루어지지 않는 문제가 발생함에 따라 당 성분을 제거하기 위한 다른 대안을 모색하였으며, 그 공정은 아래와 같다.

침전 필터링 방법을 사용하였고, 침전 필터링은 추출물의 상태(10brix 내외)에서 추출물을 순환, 농축 하지 않고 품온을 유지하면서 당성분을 침전시켜 침전된 부분을 흘려보내 제거하고 상등액만을 사용하여 농축하여 당성분을 제거하는 필터링 방식이다.

침전 필터링의 조건으로 온도와 시간 2가지의 가변성을 가진 조건 등이 있어서 온도와 시간을 설정하여 동일한 배지의 도라지농축액을 10brix로 희석하여 조건 등을 각기 달리하여 온도 및 시간 별로 침전되는 양을 체크하여 침전필터링 공정의 적용법을 실험하였다.

침전 필터링 실험을 시작하기 전 공장스케일에서는 시간적인 문제와 생산 스케쥴로 인해 실험실에서 10brix의 도라지농축액 시료 400ml 씩을 시간별로 침전물의 양을 분석하여 침전 시간을 조건을 설정하였다.

온도의 경우에도 온도별로 차이를 주어 실험을 진행하려 했으나, 실온으로 장시간 방치하게 될 시 혹시 모를 부패 등의 문제점이 있었으며, 50도 이상으로 유지하는 경우에는 고온으로 인한 도라지 추출 농축물의 맛, 향 등의 관능적인 평가 항목이 변할 수가 있으며, 사포닌 성분 자체도 변하게 될 수 있으며, 가열을 통해 온도를 유지하기 때문에 대류 순환이 일어나게 되어 당성분의 침전 자체가 되지 않으므로 침지 온도는 10℃ 정도의 저온으로 필터링 실험을 진행하기로 결정하여 냉각침전필터링 공정 시간별 침천물의 양을 분석하는 실험을 진행하였다.

시료명	No.1	No.2	No.3	No.4	No.5	No.6	온도 조건 10℃ 유지
시간	3hr	6hr	12hr	24hr	36hr	48hr	시료량 : 400ml (10 brix)

침전 필터링 실험 결과

시료량 : 400ml

시료명	No.1	No.2	No.3	No.4	No.5	No.6
시간	3hr	6hr	12hr	24hr	36hr	48hr
침전물 양(g)	14.4g	20.4g	29.4g	42.2g	47.7g	50.2g
수율(%)	96.4%	94.9%	92.6%	89.4%	88.0%	87.4%

실험결과에서 알 수 있듯이 추출물을 오래 방치할수록 침전물의 양이 많고 오랜시간 두었을 경우 침전물이 단단하게 퇴적되어 분리하기가 더 용이 하였다.

시료 1, 2, 3의 경우에는 침전물과 추출물 간의 경계가 모호하여 분석 정제하는데 어려움을 겪었으며 시료4 이후 부터는 침전물과 추출물이 분리가 되어 분석하는데 용이 하였으며, 이에 따라 시료 1, 2, 3의 조건에서는 퇴적된 침전물을 완벽하게 분리하기 위해서는 추출물도 버려야되서 데이터상의 수율 자체는 높으나 실제로 생산공정에 접목할 경우 로스율이 더 많아 질 것으로 판단하였다.

시료 4, 5, 6의 조건에서 침전 필터링 공정의 조건을 결정하기로 하였으며 장 기간 침전 시켰을 경우가 침전물의 양도 많고 분리도 잘 되었으나 3개의 조건 모두 하루 이상의 시간을 소요하며 최대 3일 까지도 실 생산에서의 필터링 시간을 소요하게 되어 상업적인 측면에서 봤을 때는 효과적이지 못한 것으로 판단하여 5번 조건의 24hr 시간 침전 공정을 침전 필터링 시간으로 설정하여 실제 제조 공정 상에 도입하기로 하였다.

침전 온도	침전 시간	비고
10℃	24 hr	추출물 Brix : 10 ~ 20

효소전환 시 효소투입량 변화 실험

이전 실험에서 발효 전, 후의 차이가 안나는 것은 당성분과 효소의 결합으로 인한 사포닌의 성분변화가 크게 일어나지 않는 것으로 판단함에 따라 생산시설설비에서 가용할 수 있는 냉각침전방식으로 당 성분을 최대한 제거하고 그에 따라 효소의 투입량도 기존의 1%에서 점차적으로 늘려 효율이 가장 좋은 효소 투입량을 설정하기 위한 실험을 진행하였다.

도라지 농축액 10 Brix 희석, 냉각침지하여 상등액만을 분리하여 효소 투입하였고, 도라지농축액 원료 중 유효 사포닌 함량분석(mg/g)은 아래의 표와 및 도 같다.

	PG1	PE	Deapi PD3	PD3	PD	Polygalacin D
도라지농축액	0.27	1.04	1.88	0.31	0.77	0.51
효소 1%	0.39	0.77	1.57	0.56	0.76	0.64
효소 5%	0.43	0.82	0.73	0.47	0.94	0.71
효소 10%	0.43	0.86	0.15	0.27	1.19	0.61
효소 15%	0.43	0.87	0.16	0.29	1.24	0.69

	Polygalacin D2	PD2	Desapio PD	Glu-platycodigenin
도라지농축액	0.36	0.53	0.61	0.21
효소 1%	0.36	0.54	0.67	0.64
효소 5%	0.18	0.75	0.70	0.75
효소 10%	0.18	0.70	0.77	0.85
효소 15%	0.18	0.71	0.78	0.88

24시간, 36시간, 48시간, 60시간으로 전환시간을 설정하여 데이터 값을 분석한 결과 발효 전과 발효 후 24시간 이후부터 생물전환이 일어나 도라지 유효사포닌이 전환되어 수치가 늘어나거나 줄어드는 현상 발현되었다.

기존에 설정해 두었던 36h가 가장 투입시간 대비 생물전환율이 높은 효율적인 효소발효 시간임을 실험을 통해 알 수 있었으며, 생산 측면에서 36h는 비효율적이므로 48h의 유효사포닌 함량과 36h의 유효사포닌 함량을 비교 분석하였을 때 미비하게나마 생물전환을 계속적으로 하여 함량의 변화가 있음을 알수 있었다.

이에 따라 48시간을 생물전환 시간으로 설정하여 2차년도 발효도라지 소재 생물전환 생산공정 확립하였다.

Claims (5)

1. 도라지를 이용하여 만들어지는 도라지 농축액 제조방법으로,
   65~75%주정을 원료 대비 6배의 양으로 건도라지를 담가 방치한 후 가열하여 도라지추출액을 추출하는 추출단계;
   0.8 ~ 1.2㎛ 필터를 사용하여 이물질을 제거하는 여과단계;
   50℃이하에서 600∼700mmHg의 압력으로 가압하여 농축하는 1차농축단계;
   농축된 농축 도라지추출액을 85 ~ 95℃에서 적어도 30분 동안 살균하는 1차살균단계;
   살균된 농축 도라지추출액을 50℃이하로 냉각시키는 냉각단계;
   도라지농축액에 정제수를 혼합하여 당도 9 ~ 11브릭스(Brix)로 희석하는 희석단계;
   도라지농축액으로부터 전분질 성분을 침지하여 분리하는 냉각침지필터링단계;
   사포닌 함량 및 항산화 활성 향상을 위한 발효 효소를 첨가한 후 방치하는 효소처리단계;
   효소 처리된 도라지농축액을 고온 처리하여 효소를 불활성화시키는 불활성화단계;
   50℃이하에서 600 ~ 700mmHg의 압력으로 가압 농축하여 당도 60 ~ 70브릭스로 농축하는 2차농축단계;
   농축 도라지추출액을 85 ~ 95℃에서 적어도 60분간 살균하는 2차살균단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도라지 가수분해농축액 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 추출단계는 2회에 걸쳐 진행되고, 1회는 70℃로 가열하고, 2회는 75℃로 가열하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 도라지 가수분해농축액 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉각침지필터링단계에서 온도는 9 ~ 11℃, 침지시간은 20 ~ 26시간인 것을 특징으로 하는 도라지 가수분해농축액 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 효소처리단계에서의 효소 투입량은 도라지농축액의 중량대비 10%이고, 효소처리 시간은 45 ~ 50시간이며, 온도는 45 ~ 55℃인 것을 특징으로 하는 도라지 가수분해농축액 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 불활성화단계에서 온도는 90 ~ 97℃, 처리 시간은 8 ~ 12분인 것을 특징으로 하는 도라지 가수분해농축액 제조방법.

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