KR20230032210A

KR20230032210A - 가수분해효소를 이용하여 감귤로부터 정유를 추출하는 방법

Info

Publication number: KR20230032210A
Application number: KR1020210114778A
Authority: KR
Inventors: 오재순; 정승민
Original assignee: 주식회사 제이에프에프
Priority date: 2021-08-30
Filing date: 2021-08-30
Publication date: 2023-03-07

Abstract

본 발명은 가수분해효소를 이용하여 감귤로부터 정유를 추출하는 방법 및 이러한 방법으로 추출된 감귤 정유를 포함하는 향료 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 감귤 정유 추출 방법은 가수분해효소가 사용되어 용매 잔류 가능성이 없고, 가수분해효소와의 반응이 실온에서 이루어져 열 변성으로 인한 향의 질적 저하가 일어나지 않고, 2회의 원심분리 단계가 적용되어 높은 정유 회수율을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 고가의 설비를 필요로 하지 않는다.

Description

가수분해효소를 이용하여 감귤로부터 정유를 추출하는 방법{METHOD FOR EXTRACTING ESSENTIAL OIL FROM CITRUS RETICULATA USING HYDROLASE}

본 발명은 가수분해효소를 이용하여 감귤로부터 정유(essential oil)를 추출하는 방법 및 이러한 방법으로 추출된 감귤 정유를 포함하는 향료 조성물에 관한 것이다.

향료에는 크게 천연 향료와 합성 향료가 있고, 천연 향료는 동물성 향료와 식물성 향료로 나뉘어질 수 있다. 그러나, 식물성 향료는 재배 면적 및 정유 수율의 한계와 관련된 경제적 측면과 기후 등의 환경 요인에 의한 원료 수급 불안정성 측면에서 단점이 있어, 향료 소재의 양적 제한에 따른 소비자 기호도를 충족시키지 못하는 한계를 가지고 있다.

감귤(Citrus reticulata)이란 한국, 일본 및 중국에 공통된 원예학상 용어로, 운향과(Rutaceae; 감귤 속, 금귤 속)에 속하는 과실을 총칭하는 명칭이다. 감귤은 세계적으로 북위 40도로부터 남위 40도 사이의 열대 내지 온대 기후에 속하는 약 50개국에서 재배되고 있다.

감귤은 천연의 뛰어난 방향성을 지니고 있는 대중적 과실로 오랜 기간 동안 널리 이용되고 있을 뿐만 아니라 제주 지역 기관, 기업, 농가 등과의 협업을 통해 원물을 원활하게 공급받을 수 있는바, 경제적 효용 가치가 큰 향료 소재로 사용될 수 있다.

감귤과 같은 과실로부터 정유를 추출하는 공지된 방법으로는 용매 추출법(Solvent extraction), 증류법(distillation), 초임계 추출법(Supercritical fluid extraction), 저온 압착법(Coldpress extraction)과 냉압침법(cold-pressing and needling) 등이 있지만, 용매 잔류 가능성으로 인해 식품에 사용하기 바람직하지 않거나(용매 추출법), 열 변성 등으로 인해 자연적인 과실 향과 차이가 나거나(증류법), 고가의 설비를 필요로 하거나(초임계 추출법), 감귤과 같은 과실의 펙틴 물질과 결합하여 에멀젼을 형성하여 생산성이 낮아지는(저온 압착법과 냉압침법) 문제점이 있었다.

따라서, 기존 추출법의 문제점이 없는 감귤로부터 정유를 추출하는 신규한 방법을 개발할 필요가 있다.

대한민국 공개 특허 2015-0088781 대한민국 공개 특허 2018-0130949

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 가수분해효소를 사용하는 단계를 포함하는 감귤로부터 정유를 추출하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명은 상기 방법으로 추출된 정유를 유효 성분으로 포함하는 향료 조성물을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명자들은 감귤로부터 향의 질적 저하없이 높은 수율로 정유를 추출하기 위한 방법을 확보하기 위해 연구한 결과, pH 조건, 가수분해효소와의 반응 온도 및 시간, 및 정유 회수를 위한 원심분리 조건이 중요한 인자임을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 일 측면은, (i) 감귤 과피와 증류수를 혼합한 후, 상기 혼합물의 pH를 4.0 내지 5.0으로 조정하는 단계; (ii) 셀룰라제, 폴리갈락투로나제 및 자일라나제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가수분해효소를 상기 혼합물에 첨가하고 실온에서 반응시키는 단계; 및 (iii) 상기 반응물로부터 감귤 정유를 회수하는 단계를 포함하는, 감귤로부터 정유를 추출하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 측면은 상기 방법에 의해 추출된 감귤 정유를 포함하는 향료 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 감귤 정유 추출 방법은 가수분해효소가 사용되어 용매 잔류 가능성이 없고, 가수분해효소와의 반응이 실온에서 이루어져 열 변성으로 인한 향의 질적 저하가 일어나지 않고, 2회의 원심분리 단계가 적용되어 높은 정유 회수율을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 고가의 설비를 필요로 하지 않는다. 또한, 감귤은 원료 수급이 안정적으로 이루어질 수 있는 과실이어서 본 발명의 감귤 정유 추출 방법에 의해 고수율로 추출된 감귤 정유는 천연 향료 및 각종 식품 소재로 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 효소별 GC-MS 결과를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 측면은, (i) 감귤 과피와 증류수를 혼합한 후, 상기 혼합물의 pH를 4.0 내지 5.0으로 조정하는 단계;

(ii) 셀룰라제, 폴리갈락투로나제 및 자일라나제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가수분해효소를 상기 혼합물에 첨가하고 실온에서 반응시키는 단계; 및

(iii) 상기 반응물로부터 감귤 정유를 회수하는 단계를 포함하는, 감귤로부터 정유를 추출하는 방법을 제공한다.

상기 감귤은 운향과(Rutaceae; 감귤 속, 금귤 속)에 속하는 과실을 지칭하며, 정유 추출을 위해서는 과실 전체(whole fruit), 과피, 과육 등이 사용될 수 있지만, 바람직하게는 과피가 사용된다.

감귤 과피와 증류수를 혼합하는 경우, 사용되는 증류수의 양은 적절히 선택될 수 있으며, 증류수는 감귤 과피 중량의 2배 이상 내지 5배 이하의 양으로 사용될 수 있다.

상기 감귤 과피와 증류수의 혼합물은 사용되는 가수분해효소(들)의 최적 반응 조건을 고려하여 pH가 조정될 수 있으며, 통상적인 pH 조정제(예컨대, 시트르산, 락트산, 중탄산나트륨)를 이용하여 pH 4 내지 pH 7, 바람직하게는 pH 4 내지 pH 5로 조정될 수 있다.

상기 가수분해효소는 식물의 세포벽에 침투하여 이를 분해함으로써 식물에 포함된 정유 성분을 추출할 수 있게 하는 효소를 지칭한다. 이러한 가수분해효소는 식물(특히, 감귤)의 세포벽을 효율적으로 분해하여 기존의 식물 정유 추출 방법과 비교하여 감귤로부터 정유가 고수율로 추출되게 한다. 이들 가수분해효소는 개별적으로 사용될 수도 있고, 서로 조합하여 사용될 수도 있다.

일 구현예에서, 상기 가수분해효소는 감귤 과피 중량에 대하여 0.3 내지 0.7 %(w/w)의 양으로 첨가될 수 있다.

다른 구현예에서, 상기 가수분해효소가 둘 이상 사용되는 경우, 그 혼합비는 1:1일 수 있다.

또한, 상기 단계 (ii)는 가수분해효소가 최적의 효소 활성을 나타내는 온도에서 수행될 수 있으며, 예를 들어 18℃ 내지 32℃의 온도에서 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 가수분해효소들이 최적의 성능을 발휘하는 온도는 실온으로 밝혀졌는바, 상기 단계 (ii)는 바람직하게는 실온에서 수행된다.

또 다른 구현예에서, 상기 단계 (ii)는 1시간 내지 5시간 동안 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상기 단계 (ii)는 2시간 내지 4시간 동안 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 3시간 동안 수행될 수 있다.

또한, 상기 단계 (iii)은 상기 단계 (ii)의 반응물을 착즙기를 사용하여 착즙하는 단계 및 상기 착즙에 의해 얻어진 생성물을 원심분리하여 상층부를 회수하는 단계를 포함할 수 있다. 사용되는 착즙기에 대한 특별한 제한사항은 없지만, 쌍기어 방식의 착즙기가 바람직하다. 또한, 원심분리 조건은 감귤 정유 회수에 최적인 조건이 선택될 수 있으며, 예를 들어, 원심분리는 6000 rpm 내지 12000 rpm 및 4℃ 내지 18℃에서 20분 내지 40분간 1회 이상 수행될 수 있다.

또 다른 구현예에서, 상기 단계 (iii)은 상기 단계 (ii)의 반응물을 착즙하는 단계; 상기 착즙에 의해 얻어진 생성물을 6,000 rpm 및 4℃에서 20분간 1차 원심분리하여 상층액을 회수하는 단계; 및 상기 회수된 상층액을 12,000 rpm 및 4℃에서 20분간 2차 원심분리하여 상층액을 회수하는 단계를 포함할 수 있다.

또 다른 구현예에서, 상기 방법은 상기 1차 원심분리 후, 상기 2차 원심분리 후, 또는 상기 1차 및 2차 원심분리 후에 하부층인 물층과 상부층인 오일층 사이에 존재하는 불순물 층을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 불순물 층은 감귤 과피 중 안껍질(albedo) 성분(흰색)일 수 있고, 이는 오일층을 회수함에 있어서 수율을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있는바, 오일층 회수 전에 당 분야에 잘 알려진 방법(예를 들어, 동결법 및 효소적 분해 방법)을 이용하여 제거하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면은 상기 방법으로 추출된 감귤 정유를 유효 성분으로 포함하는 향료 조성물을 제공한다.

상기 조성물은 상기 유효 성분과 함께 통상적으로 사용되는 하나 이상의 성분 또는 부형제, 예를 들어 담체 물질, 농후화제, 향미 증강제 및 기타 당해 기술분야에서 통상적으로 공지되어 있고 사용되는 보조제를 함유할 수 있다.

상기 조성물은 적용 가능한 모든 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 모든 종류의 향수 제품, 예컨대 기호성 항료, 화장품, 개인 위생 제품, 또는 가정용 제품, 예컨대 세척제, 세정제, 비누 및 치약이 언급될 수 있다. 또한, 향미제 적용과 관련된 용도의 제품, 예를 들어 식료품, 음료, 의약품, 구강 위생 제품 및 기타 건강 기능 제품에 적용될 수 있다. 또한, 상기 조성물은 아로마테라피 효능을 겸비한 제품에도 적용될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1. 재료 준비

실시예 1.1. 감귤

감귤은 제주도 서귀포 인근의 감귤 농장에서 입수하였고, 실험 시까지 냉동조건(-10℃ 이하)에서 보관하였다.

실시예 1.2. 가수분해효소

감귤 과피의 전처리에 사용된 각각의 가수분해효소의 특성은 하기 표 1에 요약된 바와 같다.

효소명	상품명	기원	용도	최적 반응 조건	활성
자일라나제(endo-1,4-)	Shearzyme® 500L	Aspergillus oryzae	가공시 여과력 향상	25℃, pH 5.5	350 EGU/g
셀룰라제	Celluclast 1.5L	Tricoderma reesei	야채, 과일분해 및 수율향상	25℃, pH 4-7	700 EGU/g
자일라나제(endo-1,4-)+셀룰라제	Shearzyme® Plus	Aspergillus oryzae Trichoderma reesei	섬유소 내 전분 손실 최소화	25℃, pH 4-5.5	350 EGU/g 250 FXU-S/g
폴리갈락투로나제	Pectinex Ultra SP-L	Aspergillus aculeatus	점도 감소	25℃, pH 4-5	9500 PGU/ml
효소 사용량: 감귤 과피 중량의 0.5%(w/w)로 사용됨

실시예 2. 가수분해효소를 이용한 감귤 과피로부터 정유 추출 및 정유 수율

실시예 1.1에서와 같이 보관된 감귤을 과일세척용 세제가 희석된 물에 담그어 세척한 후, 흐르는 물로 충분히 세정하였다. 세정 후, 과피를 벗겨내고, 벗겨낸 과피를 칭량하고, 플라스크 용기에 증류수와 1:3의 비율로 넣고 혼합하였다. pH 조정제를 사용하여 혼합물의 pH를 4.0 내지 5.0으로 조정한 후, 가수분해효소인 자일라나제(endo-1,4-), 셀룰라제, 또는 폴리갈락투로나제를 단독으로 또는 1:1의 비율로 혼합하여 과피에 대하여 0.5%(w/w)의 농도로 첨가하였다. 그 후, 쉐이커(shaker)(SI-900R, JEIOTECH)를 이용하여 실온 및 150 rpm에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응이 완료된 후, 반응물을 착즙기(엔젤녹즙기 7000p) 를 사용하여 착즙하였다. 착즙에 의해 얻어진 생성물을 6,000 rpm 및 4℃에서 20분간 1차 원심분리한 후, 상층부의 오일 에멀젼 부분만을 회수하였다. 이어서, 12,000 rpm 및 4℃에서 20분간 2차 원심분리한 후, 상층부의 맑은 오일층만을 회수하였다. 최종 회수된 오일층을 밀봉하고, 냉장보관한 후, 정유 수율을 분석하였다.

그 결과, 가수분해효소에 따른 정유 수율(과피 300 g당 정유 g)이 하기 표 2에 제시된 바와 같이 얻어졌다.

효소	(w/w)
효소 처리하지 않음 (표준)	0.912±0.09 g/300 g (0.3% w/w)
Celluclast^®(셀룰라제)	1.807±0.12 g/300 g (0.6% w/w)
Pectinex^®Ultra SP-L(폴리갈락투로나제)	1.598±0.1 g/300 g (0.53% w/w)
Shearzyme^®Plus(셀룰라제+자일라나제)	1.617±0.07 g/300 g (0.54% w/w)
Celluclast^® + Pectinex^®Ultra SP-L (셀룰라제+폴리갈락투로나제)	1.521±0.1 g/300 g (0.51% w/w)
Pectinex^®Ultra SP-L+ Shearzyme^®Plus (폴리갈락투로나제+셀룰라제+자일라나제)	1.362±0.04 g/300 g (0.45% w/w)

상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 효소 전처리를 수행한 후 착즙한 실험군에서 효소 처리하지 않은 실험군보다 약 2배 정도의 높은 양의 정유가 추출되는 것으로 나타났다. 또한, 개별 효소 및 효소 조합별 추출 수율은 큰 차이를 보이지 않았다.

실시예 3. 정유 성분의 분석

상기 실시예 2에 기재된 방법으로 추출한 감귤 정유 성분을 가스크로마토그래피-메스스펙트로메트리(GC-MS, gas chromatography-mass spectrometry)를 이용하여 정유 성분과 감귤향을 결정하는 주된 향기 성분을 분석하였으며, 그 조건은 표 3에 제시된 바와 같고, 그 결과는 도 1에 도시된 바와 같다.

Model	7890A/5975C, Agilent
Inlet	250℃, Spitl mode 80:1, 1 ㎕ injection
Oven	45℃→3℃/min→100℃, 2 min→3℃/min 175℃, 2 min→3℃/min→246℃, 2 min total 73 min
Column	DB-WAX (30x0.25x250)
MSD	Scan mode

Claims

(i) 감귤 과피와 증류수를 혼합한 후, 상기 혼합물의 pH를 4.0 내지 5.0으로 조정하는 단계;
(ii) 셀룰라제, 폴리갈락투로나제 및 자일라나제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가수분해효소를 상기 혼합물에 첨가하고 실온에서 반응시키는 단계; 및
(iii) 상기 반응물로부터 감귤 정유를 회수하는 단계를 포함하는, 감귤로부터 정유(essential oil)를 추출하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 (ii)에서, 상기 가수분해효소는 감귤 과피 중량에 대하여 0.3 내지 0.7 %(w/w)의 양으로 첨가되는
방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 (ii)에서, 상기 가수분해효소가 둘 이상 사용되는 경우, 그 혼합비는 1:1인
방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 (ii)는 1시간 내지 5시간 동안 수행되는
방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 (iii)은 상기 단계 (ii)의 반응물을 착즙하는 단계; 상기 착즙에 의해 얻어진 생성물을 6,000 rpm 및 4℃에서 20분간 1차 원심분리하여 상층액을 회수하는 단계; 및 상기 회수된 상층액을 12,000 rpm 및 4℃에서 20분간 2차 원심분리하여 상층액을 회수하는 단계를 포함하는
방법.
제5항에 있어서,
상기 1차 원심분리 후, 상기 2차 원심분리 후, 또는 상기 1차 및 2차 원심분리 후에 하부층인 물층과 상부층인 오일층 사이에 존재하는 불순물 층을 제거하는 단계를 추가로 포함하는
방법.
제1항의 방법으로 추출된 감귤 정유를 유효 성분으로 포함하는
향료 조성물.