WO2017119565A1 - 물리적으로 초미세분쇄 홍삼분말을 제조하는 장치와 생화학적 발효, 효소분해를 통한 홍삼 유효성분의 소화 흡수 극대화를 위한 통홍삼 분말 농축액 및 통홍삼액 제조 방법 - Google Patents

물리적으로 초미세분쇄 홍삼분말을 제조하는 장치와 생화학적 발효, 효소분해를 통한 홍삼 유효성분의 소화 흡수 극대화를 위한 통홍삼 분말 농축액 및 통홍삼액 제조 방법 Download PDF

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    • C12Y302/01—Glycosidases, i.e. enzymes hydrolysing O- and S-glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12Y302/01021—Beta-glucosidase (3.2.1.21)

Definitions

  • the present invention relates to a method for preparing a fermented red ginseng powder dispersion with increased dispersibility and ginsenoside content.
  • Ginseng is a perennial herbaceous herbaceous plant belonging to the Panax of the Araliaceae in terms of plant taxonomy and has long been used as an important herb in herbal medicine.
  • Saponins of ginseng have physiological effects such as anticancer activity, antioxidant activity, arteriosclerosis and hypertension prevention, liver function improvement, antifatigue, antistress action, anti-aging, brain activity promotion, anti-inflammatory activity, allergic disease treatment and protein synthesis ability. It is known that Korean red ginseng has excellent physiological activities such as antioxidant, hypotension, alcoholic hyperlipidemia, hypoglycemic action.
  • Ginseng is generally divided into white ginseng and red ginseng according to processing method.
  • White ginseng refers to unprocessed ginseng mined from the field, that is, dried ginseng as it is.
  • Red ginseng is steamed and dried and processed with saponin. Many chemical changes are involved, including amino acid changes.
  • Red ginseng produces saponin components such as ginsenosides Rg2, Rg3, Rh1, and Rh2 which do not exist in ginseng due to the heat applied in the manufacturing process, and the active ingredients unique to red ginseng are cancer prevention, cancer cell growth inhibitory, It can be expected to have excellent pharmacological effects due to excellent neuroprotective and learning ability, antithrombotic action and antioxidant action.
  • red ginseng The most representative product of the red ginseng product is red ginseng as a raw material and extracted with water or other solvents.
  • the active ingredient of red ginseng is dissolved in the extract product and processed into an easily eatable form.
  • some active ingredients remain in the red ginseng, so that a large amount of useful human components including ginsenosides are ingested and discarded.
  • the liquid red ginseng extract product containing the active ingredient of red ginseng is usually prepared by mixing red ginseng concentrate and other raw materials in purified water, or by preparing a red ginseng extract to directly produce it.
  • red ginseng product has a low ginsenoside content, or the red ginseng can not preserve the flavor of the red ginseng as it is, the functional and product properties were insufficient.
  • red ginseng powder dispersion is suspended in the liquid by grinding the whole red ginseng in a fine size, the red ginseng particles can be ingested as a whole because it is not only excellent effect, but also easy to eat, there is an excellent productability.
  • the red ginseng particles are suspended in the liquid, and as time passes, the particles may be precipitated or aggregated, thereby lowering the texture or taste.
  • cohesion is rather increased.
  • red ginseng powder dispersion was limited due to the negative perception of the consumer due to the negative recognition of the consumer, or the dispersion of the red ginseng particles effectively.
  • Various attempts have been made to improve functionality along with product dispersion.
  • ginsenosides such as Rb1, Rb2, Rc, Rd, and Re
  • Rb1, Rb2, Rc, Rd, and Re are not directly absorbed by the human body even though they are contained in large amounts in red ginseng or ginseng. It can be degraded and converted to minor saponins (secondary metabolites) such as ginsenosides F1, F2, Rg3, compound-K, etc., and then absorbed and expressed in efficacy.
  • minor saponins secondary metabolites
  • red ginseng possesses excellent pharmacological activity
  • actual red ginseng may have different medicinal effects due to differences in the distribution and activation of individual intestinal microorganisms.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, to provide a method for producing a red ginseng powder dispersion with improved dispersibility of the red ginseng particles.
  • the present invention is to provide a method for preparing a red ginseng powder dispersion with increased body absorption of useful components contained in red ginseng.
  • the particle size of the powder in the step (a) may be 2 to 20 micrometers ( ⁇ m).
  • the grinding in step (a) may be carried out at -20 to -5 °C.
  • the particle size of the powder in the step (a) may be 2 to 20 micrometers ( ⁇ m).
  • the step (b) may be performed for 1 to 5 hours at a pressure of 1.5 to 4 bar (bar).
  • the step (b) may be carried out at 30 to 45 °C.
  • the mixed solution in step (b) may comprise a red ginseng extract.
  • the red ginseng extract may be prepared using a desalted deep sea water as a solvent.
  • the fermentation strain in the step (c) is Monascus sp . , Lactobacillus sp . , Bifidobacterium sp . , Prevotella sp . sp . ), Fusobacterium sp . , And Eubacterium genus sp . ) May be selected from the group consisting of one or more strains.
  • the Pseudomonas is Pseudomonas sp coarse coarse aengka (Monascus anka), Pseudomonas coarse fur pure mouse (Monascus purpureus ), Monascus pilosus , Monascus louver ruber ), and Monascus kaoliang .
  • step (c) may be carried out at 25 to 35 °C for 3 to 15 days.
  • the method may further include heat treating the red ginseng before the step (a).
  • the heat treatment may supply moisture to the red ginseng surface and irradiate far infrared rays.
  • the heat treatment may be performed for 1 to 4 hours.
  • the step (e) may be performed three or more times at a pressure of 200 to 800 bar (bar).
  • the step (f) may be performed under a vacuum of 1 to 20kPa pressure.
  • beta glucosidase beta glucosidase
  • step (a) may be performed by a low speed rotation of 100 to 500rpm.
  • the wavelength of the far infrared ray in the step (b) may be 20 to 40 ⁇ m.
  • step (c) in the step (c) it can form a swirl flow and induce the collision between the red ginseng particles can be pulverized.
  • the ultrasonic wave in step (c) may increase the frequency of collision between particles.
  • the frequency of the ultrasonic wave in step (c) may be 15KHz to 20KHz, amplitude may be 5 to 50 ⁇ m.
  • the step (c) may be performed at -20 to -5 °C.
  • the first grinding portion including one or more helical roller rotating in contact with; A heat treatment unit irradiating far infrared rays to the red ginseng; A second grinding part which forms swirl flow and induces collision between the red ginseng particles to pulverize the red ginseng; And a separator for collecting red ginseng particles discharged from the second grinding unit.
  • the helical roller may rotate at a speed of 100 to 500rpm.
  • the heat treatment unit may irradiate far infrared rays having a wavelength of 20 to 40 ⁇ m.
  • the second grinding unit may increase the frequency of collision between red ginseng particles by irradiating the ultrasonic wave.
  • the frequency of the ultrasonic waves may be 15KHz to 20KHz, amplitude may be 5 to 50 ⁇ m.
  • the second grinding unit may include one or more cooling devices for supplying low temperature air.
  • the low temperature air may be -20 to -5 °C.
  • the separation unit may include a vacuum pump for reducing the pressure inside.
  • the red ginseng powder dispersion prepared according to the present invention may be stably dispersed in the liquid by increasing the hydrophilicity of the surface of the red ginseng particles by fermentation and minimizing interaggregation and precipitation over time.
  • the red ginseng powder dispersion prepared according to the present invention has a high content of ginsenoside in a form that is easily absorbed by the body by fermentation, so as to satisfy consumer's preference as a high-quality product, as well as excellent functionality and taste. .
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a method for preparing a fermented red ginseng powder dispersion according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a method for preparing a fermented red ginseng powder dispersion according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a schematic of the manufacturing method of the nano red ginseng powder according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a schematic diagram of the manufacturing apparatus of the nano red ginseng powder according to an embodiment of the present invention.
  • the numerical range includes the numerical values defined in the range. All maximum numerical limits given throughout this specification include all lower numerical limits as if the lower numerical limits were clearly written. All minimum numerical limits given throughout this specification include all higher numerical limitations as if the higher numerical limit were clearly written. All numerical limitations given throughout this specification will include all better numerical ranges within the broader numerical range, as the narrower numerical limitations are clearly written.
  • FIG. 1 and 2 is a diagram illustrating a method for preparing a fermented red ginseng powder dispersion according to an embodiment of the present invention.
  • the method for preparing a fermented red ginseng powder dispersion comprises the steps of (a) grinding red ginseng to obtain a powder; (b) adding the powder to a mixed solution containing beta glucosidase and reacting it; (c) inoculating and fermenting the fermentation strain in the mixed solution; And (d) may comprise the step of adjusting the concentration of the mixed solution to a predetermined range.
  • red ginseng refers to red ginseng dried by steaming ginseng, and the origin, type and form of ginseng are not limited.
  • ginseng Panax ginseng CA. Meyer
  • hwagisam Panax quinquefolium
  • jeonchilsam Panax notoginseng
  • jukjeol three Panax japonicum
  • Panax ginseng trifolium or Himalayan ginseng ( Panax pseudoginseng )
  • Himalayan ginseng Panax pseudoginseng
  • the ginseng is sufficient if the ginseng generally used in the production of red ginseng, the type is not particularly limited.
  • the ginseng may be used such as ginseng, white ginseng, camphor ginseng, and the like is not limited.
  • the ginseng may use any part of the ginseng.
  • the ginseng may be main ginseng or misam, or may be used together with the main ginseng and misam.
  • the red ginseng raw material in the method of preparing the powder dispersion may be directly used as raw material ginseng unprocessed in consideration of the quality of the final product or market demand as well as red ginseng prepared by steaming ginseng.
  • the grinding may be carried out at -20 to -5 °C, the particle size of the powder may be 2 to 20 micrometers ( ⁇ m).
  • the pulverization is performed at a low temperature, it is possible to suppress the destruction of useful components of the human body by frictional heat, and to refine the powder to increase the water solubility index (WSI).
  • the red ginseng particles are pulverized at a low temperature, thereby minimizing the intergranular phenomenon occurring in the ultrafine grinding process.
  • the powder is ultra-fine, the water absorption capacity (WAI), swelling (Swelling powder, SW) is reduced while the water solubility is increased, so the ability to bind with water increases and the coagulation or precipitation between fine particles It can be dispersed uniformly in water.
  • the ultra fine powder has a large specific surface area representing a surface area per unit weight, and the large specific surface area can increase the contact area between the solid and the solvent, thereby increasing the solubility of the material having low solubility in the body fluid. . Therefore, the ultra fine powder may be dissolved in the human body in a shorter time than the coarsely pulverized powder of the same weight, thereby increasing the absorbency of the red ginseng component to improve the bioavailability of the red ginseng component.
  • the powder in step (b) may be added to the mixed solution containing beta glucosidase ( ⁇ -Glucosidase) and reacted.
  • the red ginseng is reacted with the ginsenoside-converting enzyme-containing mixed solution for a predetermined time before the microorganism fermentation step to allow the enzyme to be absorbed inside the red ginseng.
  • the "beta-glucosidase” is one of cellulase, an enzyme that breaks down cellulose, and converts cellobiose, a glucose dimer, to glucose, and insoluble fibrin. Can be effectively decomposed.
  • the beta glucosidase may be derived from Aspergillus niger, but is not particularly limited as long as it has equivalent conversion activity.
  • the beta glucosidase has excellent saponin resolution, and may convert major saponins such as Rb1, Rb2, Rc, Rd, and Re into minor metabolites. That is, the beta glucosidase may convert major saponins of PPD (protopanaxadiol) type or PPT (protopanaxatriol) type into soluble minor saponins.
  • the "protopanaxadiol (PPD) type saponin” is a dammarane-based saponin, which refers to a ginsenoside having two numbers of hydroxyl groups (-OH) attached to a non-glycone, for example, Rb1 and Rb2. , Rc, Rd, Re, Rf or Rg1.
  • the saponin of the PPD type may include all saponins that can be converted to ginsenoside Rg3 by the activity of the ginsenoside glycosidase.
  • the soluble "minor saponin” is a relatively easy to absorb in the minor (minor) form, which is generated by the hydrolysis of glucose of the 20th carbon of the PPD type or PPT type saponin which is not easily absorbed in the body Mean saponin, but the kind is not particularly limited
  • the minor saponin may include ginsenosides Rd, Rg3, Rg2, Rh1, Rh2, F1, CO, or C-Mc1, preferably Rd, It may be Rg3, Rg2 or Rh1.
  • the beta glucosidase enzyme may promote the conversion of major saponin components inside the red ginseng and increase the proportion of hydrophilic groups on the particle surface in the subsequent fermentation step, thereby increasing the absorption rate of useful components and the dispersibility of the ground red ginseng particles.
  • the intestinal beta glucosidase enzyme does not exert sufficient activity to convert saponin in red ginseng into useful ingredients due to its acidic properties, so it is possible to improve the functionality of the product by performing enzyme treatment in advance in the red ginseng product processing step. have.
  • the step (b) may be performed for 1 to 5 hours at a pressure of 1.5 to 4 bar (bar). Since the mixed solution containing the beta glucosidase can be effectively introduced into the red ginseng at a high pressure, it is possible to improve the reaction efficiency by increasing the pressure than usual conditions. If the pressure is less than 1.5 bar, the absorption efficiency may not increase sufficiently. If the pressure is higher than 4 bar, the rate of absorption increase due to the pressure increase may not be proportional to the process cost. In addition, if the reaction time is less than 1 hour, the enzyme may not be sufficiently absorbed into the red ginseng, and if more than 5 hours, the absorption efficiency is lowered, which may be inefficient in terms of cost and time.
  • step (b) may be carried out at 30 to 45 °C. If it is less than 30 °C red tissue of the ginseng particles and the internal pores are reduced because the introduction efficiency of the enzyme may be lowered, if it is above 45 °C the active ingredient susceptible to heat may be modified or the activity of the enzyme is reduced.
  • the enzyme may be stirred so that it can be effectively introduced into the red ginseng particles, preferably at 10 to 15rpm.
  • the agitation may be typically performed by a mechanical device such as an impeller installed at the center of the chamber and rotated by a motor, but may be freely deformed in consideration of characteristics of the process system. However, if the stirring speed is excessively slow or fast, the desired purpose may not be achieved, or the active ingredient may be deformed or lost, so that the stirring speed may be appropriately controlled within the above range.
  • the mixed solution in the step (b) may further comprise a red ginseng extract.
  • extract refers to a solvent in which the active ingredient contained in the extract raw material is transferred by contacting the solvent and the extract raw material under specific conditions, and the red ginseng extract may include an active ingredient contained in the fermented red ginseng.
  • the fermented red ginseng powder dispersion may be a mixed solution in which fine red ginseng particles are dispersed in purified water, but when the purified water is replaced with red ginseng extract, dispersibility and productability may be further improved.
  • the red ginseng extract has various active ingredients contained in the red ginseng by the extraction process, so the polarity is relatively high, so that the hydrophilic interaction with the refined red ginseng particles can be improved, and thus contains a large amount of functional ingredients useful for the human body. Excellent health improvement effects can be realized.
  • the kind of the solvent used in the extraction process is not particularly limited, and the kind of the solvent may be changed in consideration of the process conditions.
  • the red ginseng extract is washed with water, dried with red ginseng, dried and pulverized, and extracted with conventional methods such as reflux circulation extraction, pressure extraction, and ultrasonic extraction for a predetermined time with a solvent amounting to 8 to 12 times the weight of the raw material. It can be prepared by filtration.
  • the extract may be obtained in a powder state by an additional process such as distillation under reduced pressure or freeze drying.
  • the red ginseng extract may be prepared using a desalted deep sea water as a solvent.
  • the deep sea water means seawater circulating in a deep sea of 200 m or less, which is clearly distinguished from surface waters affected by precipitation, wind volume, and evaporation near sea level.
  • the seawater does not stay in one place and constantly circulates, and when the circulating seawater reaches the glacier region, the gravity increases, causing the gravity to gradually go down to below 200m, and the seawater that has cooled down does not mix with the surface water due to the difference in density. It can form huge layers with boundaries.
  • the deep sea water is stabilized at low temperature and contains almost no organic matter or pathogens, and has excellent resource characteristics such as safety, cleanliness and eutrophication, which are rich in nutrients essential for the growth of marine plants.
  • One red ginseng extract contains abundant minerals along with the active ingredients contained in red ginseng, which is not only excellent in improving health, but also significantly increases the dispersion stability of red ginseng particles.
  • the desalted deep sea water may be obtained by applying any technique known in the art, and may be used, but not limited to, flash evaporation, sea water freezing, reverse osmosis, ion exchange resin, electrodialysis, and the like. It may be appropriately selected in consideration of its characteristics.
  • the reverse osmosis method is a method of removing the salt using a reverse osmosis membrane
  • the electrodialysis method refers to a method of selectively lowering the concentration of sodium without changing the concentration of the mineral required.
  • step (c) the fermentation strain may be inoculated and fermented into the mixed solution, and the fermentation may be performed at 25 to 35 ° C. for 3 to 15 days.
  • the fermentation strain may convert major saponins with low absorption rate into human soluble minor saponins through ginsenoside metabolism.
  • the fermentation strain is Monascus sp . ), Lactobacillus genus (Lactobacillus sp.), In bacteria, bifidobacteria (Bifidobacterium sp . , Prevotella sp . ), Fusobacterium sp . ), And Eubacterium sp . May be selected from the group consisting of one or more strains, preferably Monascus strain may be selected.
  • the strain of the genus Monascus belongs to Ascomycetes, a fungus that produces red pigment using starch, and inoculated and incubated the strain of the monascus into rice, called red rice koji (red yeast). It's Cozy.
  • the strain of the genus Monascus has been widely used for the production of red wine or other fermented foods for a long time, and there have been many reports on the treatment and medical efficacy of diseases.
  • the strain may impart hydrophilicity to the surface of the particles in the process of converting the organic material of the red ginseng particles, and the fermented red ginseng particles may increase the hydrophilicity, thereby forming a stable colloidal state. That is, since the hydrophilic colloid can be easily dispersed in water, the fermented red ginseng powder dispersion according to the present invention can not only have excellent dispersibility without a separate chemical additive such as an emulsifier, but also saponin in the form of easy ingestion by fermentation. As the content increases, the health promoting effect can also be improved.
  • the Pseudomonas is Pseudomonas sp coarse coarse aengka (Monascus anka), Pseudomonas coarse fur pure mouse (Monascus purpureus ), Monascus pilosus , Monascus louver ruber ), and Monascus kaoliang .
  • the strain of the genus Monascus (esterase), leucine arylamidase (leucine arylamidase), valine arylamidase (valine arylamidase), cystine arylamidase (acid phosphatase), acid phosphatase, Have at least one activity selected from the group consisting of naphtol-AS-phosphohydrolase, alpha-glucosidase and beta-glucosidase
  • major saponins of the PPD (protopanaxadiol) type or PPT (protopanaxatriol) type contained in red ginseng may be converted into soluble minor saponins.
  • the mixed solution containing the beta glucosidase ( ⁇ -Glucosidase) in the step (b) was converted into a form that is easy for fermentation by reacting with red ginseng, the fermentation efficiency by the strain of the genus Monascus in the step (c) This can be further improved.
  • the beta glucosidase may soften the hard fiber of red ginseng and convert dimers that the strain of Monascus is not easily ingested into monomers, thereby significantly increasing the culture efficiency of the strain of Monascus.
  • the method may further include heat treating the red ginseng before the step (a), and the heat treatment may be performed for 1 to 4 hours.
  • the mixed solution may be easily absorbed by heat-treating the red ginseng before the process.
  • the red ginseng may increase the porosity of the red ginseng by heat treatment and the fiber structure becomes flexible, so that the absorption rate of the mixed solution may be increased, and at the same time, the efficiency of the subsequent fermentation process may be improved by the heat treatment process.
  • the heat treatment may supply moisture to the surface of the red ginseng and irradiate far infrared rays.
  • the far-infrared ray is an electromagnetic radiation of a long wavelength in the infrared radiation with a wavelength of 50 to 1,000 ⁇ m, long wavelength can be easily absorbed into the red ginseng, it is possible to heat the red ginseng as a whole.
  • the far infrared rays increase the physiological activity of the red ginseng, and activate the tissue is suitable for the production of high-quality red ginseng products.
  • the concentration of the mixed solution may be adjusted to a predetermined range.
  • the fermented red ginseng powder dispersion may vary in concentration and viscosity according to the price of the final product and the demand of the consumer, and may appropriately control the content of the ground red ginseng particles and water.
  • thickeners may be added.
  • the red ginseng powder dispersion has excellent dispersibility due to the increased solubility of the powder particles by the enzyme and the fermentation strain, but it is possible to optimize the quality and characteristics of the final product by adding a small amount of thickener according to cost or process conditions. have.
  • the thickener may be a suspending agent, a sedimentation inhibitor, a gel forming agent, or a swelling agent, but the type thereof is not particularly limited.
  • the homogenization may mean a treatment by an emulsifier such as a pressure type, an ultrasonic type, or a stirring type, and preferably, an ultrasonic emulsifier or an ultra high pressure homogenizer may be used.
  • an emulsifier such as a pressure type, an ultrasonic type, or a stirring type
  • an ultrasonic emulsifier or an ultra high pressure homogenizer may be used.
  • the ultrasonic emulsifier can improve the transparency of the powder dispersion, and the ultra-high pressure homogenizer can shorten the time required for the process because of the excellent homogenization efficiency.
  • the homogenized dispersion may be concentrated at low temperature under a vacuum of 40 ° C. or less, and preferably under a vacuum of 1 to 20 kPa.
  • the concentration refers to an operation of increasing the concentration of solids by removing moisture
  • the concentration method is not particularly limited. That is, evaporation concentration to evaporate moisture, freeze concentration to freeze the solvent and mechanically separate the produced ice, reverse osmosis concentration to separate the water through the semi-permeable membrane by applying pressure above the osmotic pressure of the concentrate, but preferably The evaporation concentration method can be used.
  • the active ingredient contained in the red ginseng extract may be deformed or destroyed at a high temperature, it is preferable to control the temperature at an appropriate level in the process, and to apply a vacuum concentration method of concentrating by evaporating the solvent under reduced pressure. Can be.
  • the red ginseng powder dispersion is concentrated in a vacuum to increase the concentration of the dispersion, that is, the specific gravity of the red ginseng particles relative to the dispersion medium at a relatively low temperature, but when the temperature is set too low, evaporation of the solvent It does not occur smoothly and may reduce the efficiency of the entire process.
  • the pressure is less than 1 kPa, the process cost may be excessively exceeded, and if the pressure exceeds 20 kPa, the evaporation efficiency may be reduced, so that the pressure and temperature may be appropriately controlled in consideration of product quality and process conditions.
  • the red ginseng powder dispersion is preferably in the content of the red ginseng particles more than 70% by weight relative to the total dispersion weight in consideration of the functionality and product properties of the final product, the concentration may be changed in consideration of the quality of the final product or the market demand.
  • the red ginseng powder may be implemented in the form of a red ginseng concentrate, which is in high demand in the market through the concentration process, and the red ginseng powder may be stably dispersed in a dispersion medium since the concentration process is performed after the homogenization process.
  • a thickener may be added to control the concentration or viscosity of the red ginseng powder dispersion.
  • the red ginseng powder dispersion has excellent dispersibility due to the increased solubility of the powder particles by the enzyme and the fermentation strain, but it is possible to optimize the quality and characteristics of the final product by adding a small amount of thickener according to cost or process conditions. have.
  • the thickener may be a suspending agent, a sedimentation inhibitor, a gel forming agent, or a swelling agent, but the type thereof is not particularly limited.
  • Figure 3 is a schematic of the manufacturing method of the nano red ginseng powder according to an embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method of the red ginseng powder may increase the water solubility index (WSI) by nanoparticles of red ginseng, and may impart hydrophilicity to the surface of the red ginseng particles through a fermentation process. Therefore, the red ginseng powder prepared by the above method can be uniformly dispersed in the dispersion medium and the aggregation between the particles can be minimized.
  • WSI water solubility index
  • the method for producing the nano red ginseng powder may include sequentially grinding the red ginseng, irradiating far infrared rays, and grinding the red ginseng.
  • the red ginseng may be coarsely ground to a particle size of 90 to 150 micrometers ( ⁇ m), and the first coarsely ground red ginseng powder may be easily milled.
  • the coarse pulverization refers to a process of crushing a raw material introduced through a crushing means such as a roller or a milling cutter to a predetermined size.
  • the shredding means may be a spiral roller, a ball mill, a rod mill, a roller mill, a wheeler mill, a hammer mill, a tumbling mill, Or a pin mill, but is not limited thereto.
  • step (a) may be performed by a low speed rotation of 100 to 500rpm.
  • the coarsely pulverization is performed at a low rotational speed, deformation of the active ingredient due to excessive frictional heat can be suppressed, and contamination or raw material loss due to dust generation can be minimized.
  • the rotational speed is less than 100rpm, the process efficiency may be reduced and the production cost and time may be excessively consumed. If the rotational speed is more than 500rpm, the active ingredient of red ginseng may be lost by frictional heat.
  • step (b) after the coarse grinding can be irradiated with far infrared rays on the surface of the red ginseng.
  • the far-infrared ray is an electromagnetic radiation of a long wavelength in the infrared radiation with a wavelength of 50 to 1,000 ⁇ m, increase the physiological activity of red ginseng and activate the tissue, thereby improving the health improvement effect of red ginseng powder.
  • the wavelength of the far-infrared ray is not particularly limited, but an optimal switching capability may be realized in the range of 20 to 40 ⁇ m.
  • natural antioxidants include polymers such as polyphenols, tocopherols, flavonoids, and the like, which are polymers, and the far-infrared rays may liberate the polymers with low molecules, thereby increasing the antioxidant capacity of red ginseng. can do.
  • the red ginseng may be finely ground to a particle size of 2 to 20 micrometers ( ⁇ m).
  • the red ginseng is ultra-fine, so that the water absorption capacity (WAI), swelling powder (SW) is reduced while the water solubility is increased, so the ability to bind with water increases and does not form the flocculation or precipitation between fine particles. It can be uniformly dispersed in water.
  • the ultra fine powder has a large specific surface area representing a surface area per unit weight, and the large specific surface area can increase the contact area between the solid and the solvent, thereby increasing the solubility of the material having low solubility in the body fluid. .
  • the ultra fine powder may be dissolved in the human body in a shorter time than the coarsely pulverized powder of the same weight, thereby increasing the absorbency of the red ginseng component to improve the bioavailability of the red ginseng component.
  • the coarsely pulverized red ginseng particles may be introduced together with a high-speed fluid to form a swirl flow, and may cause the mutual collision between the particles in the swirl flow to pulverize the red ginseng particles.
  • the method for forming the swirl flow may be a method commonly used in the art, for example, by blowing a compressed air or water vapor of more than a few atmospheric pressure from a specific nozzle to form a swirl flow and accelerate the suction by grinding the raw material Then, a method of pulverizing the particles circulating in the air stream may be applied by causing an interparticle collision or a collision between the particle and the collision plate.
  • the ultrasonic wave in the step (c) it can increase the frequency of collision between particles. Since the collision between the particles is generated by the swirl flow may be pulverized, it can further increase the grinding efficiency by irradiating ultrasonic waves.
  • the range of the ultrasonic wave is not particularly limited, but preferably, the frequency may be 15 KHz to 20 KHz, and the amplitude may be 5 to 50 ⁇ m. Within this range, the ultrasonic wave may impart an effective vibration to the circulating red ginseng particles and increase the number of collisions and the collision strength between particles to improve the fine grinding effect.
  • the pulverization may be carried out at -20 to -5 °C.
  • red ginseng particles are circulated in the swirling flow, so that the red ginseng particles are continuously cooled in the grinding process to generate less heat, but can be completely blocked from deformation or loss of the active ingredient in red ginseng by fine grinding at cryogenic temperatures.
  • the pulverization process is carried out under cryogenic conditions, the red ginseng particles are frozen and the hardness becomes stronger, so that the grinding efficiency due to the collision can be significantly increased.
  • Fermented red ginseng powder dispersion prepared by the above method may be completed by filling the packaging material after the selective sterilization process.
  • the sterilization process may be performed through a sterilization method commonly used in the art, and if the sterilization temperature is excessively high, the ginsenoside component of the red ginseng particles may be destroyed or deformed, so that the sterilization may be performed at a temperature of 80 ° C. or lower. Can be.
  • the first grinding portion 101 including one or more helical roller rotating in contact with; A heat treatment unit 102 for irradiating far infrared rays to the red ginseng; A second grinding unit 103 for forming a swirl flow and inducing collision between the red ginseng particles to pulverize the red ginseng; And a separator 104 for collecting the red ginseng particles discharged from the second grinding part 103.
  • FIG 4 is a schematic diagram of the manufacturing apparatus of the nano red ginseng powder according to an embodiment of the present invention.
  • the nano red ginseng powder manufacturing apparatus can combine the coarse grinding process and the fine grinding process to effectively nanoparticles without destroying the active ingredient of the red ginseng.
  • the apparatus for manufacturing nano red ginseng powder may include a first grinding unit 101, a heat treatment unit 102, a second grinding unit 103, and a separation unit 104. It may be pulverized through each of the sequentially connected components of the manufacturing apparatus.
  • the first grinding unit 101 may roughly grind red ginseng.
  • the coarse grinding grinds red ginseng to a particle size of 90 to 150 micrometers to facilitate pre-processing prior to fine grinding and enables subsequent fine grinding processes.
  • the first crushing unit 101 may include crushing means such as a spiral roller for coarsely crushing red ginseng, and may crush the red ginseng or ginseng in a predetermined size.
  • the first grinding unit 101 is a spiral roller, a ball mill, a rod mill, a roller mill, a wheeler mill, a hammer mill, a tumbling
  • the red ginseng may be ground through a mill or a pin mill, but the present invention is not limited thereto, and the grinding method is not limited as long as it can be coarsely ground so as to be pre-processed before grinding.
  • the first grinding unit 101 may include one or more pairs of rollers, and the rollers may be crushed at least two times by gradually reducing the intervals to other intervals by adjusting the intervals. That is, two pairs of rollers at different intervals may be disposed adjacent to each other and then preliminarily crushed, and then secondarily compacted.
  • the spiral roller may rotate at a speed of 100 to 500rpm.
  • the active ingredient in the red ginseng may be destroyed by frictional heat and external force. Therefore, since the first grinding unit 101 performs coarse grinding at a low speed, it is possible to minimize deformation of the active ingredient due to excessive frictional heat, and to suppress contamination or loss of raw materials due to dust generation.
  • the rotational speed is less than 100rpm, the process efficiency may be reduced and the production cost and time may be excessively consumed. If the rotational speed is more than 500rpm, the active ingredient of red ginseng may be lost by frictional heat.
  • the heat treatment unit 102 may increase the physiological activity effect of the red ginseng by irradiating the far-infrared rays to the coarsely crushed red ginseng, preferably irradiated far infrared rays having a wavelength of 20 to 40 ⁇ m.
  • the heat treatment unit 102 is connected to the first grinding unit 101, the coarse ground red ginseng may be transferred by a conveying means such as a conveyor belt.
  • the coarsely pulverized red ginseng may be transferred to the heat treatment unit 102 and stayed for a predetermined time, and may be heat treated by far infrared rays, but the method is not limited thereto.
  • the red ginseng may be heat treated while being transferred by the transfer means. .
  • the heat treatment unit 102 may have one or more far-infrared lamps emitting far-infrared rays, and the far-infrared lamps may be changed at predetermined intervals by a transmission device to evenly emit far-infrared rays.
  • the far-infrared ray is an electromagnetic radiation of a long wavelength in the infrared radiation with a wavelength of 50 to 1,000 ⁇ m, increase the physiological activity of red ginseng and activate the tissue, thereby improving the health improvement effect of red ginseng powder.
  • the wavelength of the far-infrared ray is not particularly limited, but an optimal switching capability may be realized in the range of 20 to 40 ⁇ m.
  • the second grinding unit 103 may form a swirl flow and induce the collision between the red ginseng particles to finely grind the red ginseng.
  • the red ginseng is ultra-fine, so that the water absorption capacity (WAI), swelling powder (SW) is reduced while the water solubility is increased, so the ability to bind with water increases and does not form the flocculation or precipitation between fine particles. It can be uniformly dispersed in water.
  • the ultra fine powder has a large specific surface area representing a surface area per unit weight, and the large specific surface area can increase the contact area between the solid and the solvent, thereby increasing the solubility of the material having low solubility in the body fluid. .
  • the second grinding unit 103 may form the swirl flow by introducing the coarsely pulverized red ginseng particles together with a high-speed fluid, and may cause the mutual collision between the particles in the swirl flow to pulverize the red ginseng particles.
  • the method of forming the swirl flow may be a method commonly used in the art, for example, by blowing compressed air or water vapor above a certain pressure from a specific nozzle to form a swirl flow, interparticle collisions or particles and It can cause the collision between the impingement plates, thereby pulverizing the particles circulating in the air stream.
  • the second grinding unit 103 is a structure capable of forming a swirl flow in a commonly known chamber, and may include a cylindrical chamber and an injection nozzle capable of injecting high-pressure gas, and the red ginseng particles injected together with the fluid. Rotates in accordance with the flow of the fluid in the cylindrical chamber and the finely ground red ginseng particles may be discharged to the separation unit 104 by centrifugal force. At this time, an inert gas such as helium may be injected to form the swirl flow, or air may be used without fear of oxidation, but the type thereof is not particularly limited.
  • the apparatus for forming the swirl flow may be used irrespective of the kind or structure thereof, and preferably the swirl flow may be formed at a rotation speed of 3,000 to 5,000 rpm.
  • the pulverization by the swirl flow may be carried out under conditions that result in a volume average diameter reduction of at least 20% and a number average diameter reduction of at most 80%.
  • the second grinding unit 103 may increase the frequency of collision between red ginseng particles by irradiating the ultrasonic wave. That is, the second grinding unit 103 may form a swirl flow and cause particle collision, thereby grinding the red ginseng particles, but when the ultrasonic wave is irradiated during the grinding process, the collision frequency between the particles increases and collides. Since the strength is strong, the grinding efficiency can be increased.
  • the frequency of the ultrasonic wave may be 15KHz to 20KHz, amplitude may be 5 to 50 ⁇ m.
  • the ultrasonic wave may impart an effective vibration to the circulating red ginseng particles and increase the number of collisions and the collision strength between particles to improve the fine grinding effect.
  • the second grinding unit 103 may include one or more cooling devices for supplying low temperature air, and the low temperature air may be -20 to -5 ° C. Since the pulverization process is performed at cryogenic temperature, deformation or loss of the active ingredient in red ginseng may be blocked by heat, and since it is performed under cryogenic conditions, the hardness of the red ginseng particles may be increased, thereby significantly increasing the grinding efficiency due to collision.
  • the second grinding unit 103 may include a heat exchange core for cooling the air in the atmosphere and a nozzle for injecting the cooled low temperature air therein, and used in the art. Various cooling methods can be applied.
  • the separation unit 104 may collect the red ginseng particles discharged from the second grinding unit 103.
  • the separation unit 104 is connected to one side of the second grinding unit 103 and may selectively separate the red ginseng particles refined in the second grinding unit 103.
  • the red crushed red ginseng particles and the red ginseng particles which have not been sufficiently pulverized may be mixed, and the separation unit connected to the second grinding unit 103. 104 may classify only the red ginseng particles ground to a predetermined particle size and discharged to the outside.
  • the classification means an operation of separating materials having different sizes or properties from each other, and the separating unit 104 may pass red ginseng particles having a predetermined particle size or less from a powder having particles of various particle sizes mixed therewith.
  • the separation unit 104 by using a centrifugal force generated from a plurality of blades installed in the centrifugal rotor to block the large powder of more than a certain particle size introduced into the separation unit 104, Only powder particles can be selectively passed through.
  • the separation unit 104 may form a low-pressure atmosphere to increase the separation efficiency of the finely divided red ginseng particles, the inside of the separation unit 104 so that the finely divided red ginseng particles can be effectively classified according to the particle size It may include a vacuum pump for reducing the pressure of.
  • the low pressure atmosphere by the vacuum pump may form an upward airflow, and the red ginseng particles circulating in the upward airflow may be classified more precisely by the pressure action of the vacuum pump.
  • Monascus mycelium ( M. purpureus , MP) used for the solid culture was distributed from the National Institute of Agricultural Science, Agricultural Genetic Resources Center (Suwon, Korea). The mycelium was incubated for 10 days at 25 ° C. in potato dextrose agar (PDA, Difco, Sparks, MD, USA) plate medium and inoculated in an erlenmeyer flask containing potato dextrose broth (PDB, Difco) and shake incubator (Jeio tech, Daejeon). , Korea) was subcultured every five days. The monascus mycelium was used for three times passage in PDB medium.
  • PDA potato dextrose agar
  • PDB erlenmeyer flask containing potato dextrose broth
  • shake incubator Jeio tech, Daejeon
  • Aspergillus niger strains obtained from the RDA Agricultural Genetic Resource Center were incubated at 30 ° C. in PDB (Potato Dextrose Broth) liquid medium for 3 days.
  • the culture solution was centrifuged at 7,000 rpm for 10 minutes to separate the supernatant and the precipitate, and the supernatant was removed.
  • the precipitate was suspended with 0.1 M potassium phosphate uffer, and the suspension was sonicated.
  • the lysate was centrifuged at a speed of 12,000 rpm for 5 minutes to separate the supernatant and sediment, and the supernatant containing enzyme was taken.
  • the prepared red ginseng was pulverized to a particle size of 10 ⁇ m using a low-temperature pulverizer was finely powdered.
  • Monascus mycelium obtained in Preparation Example 1 was inoculated to the red ginseng powder separated after the above process, and fermented at 30 ° C. for 3 days. After completion of the fermentation process, a part of purified water was mixed to facilitate eating and homogenization three times at a pressure of 300 bar and a rotational speed of 10,000 rpm with a Homogenizer (HF-93, SMT company, Japan).
  • a Homogenizer HF-93, SMT company, Japan
  • the finished fermented red ginseng powder dispersion was sterilized at 70 ° C to complete the final sample.
  • Red ginseng powder dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that the infrared rays were irradiated for 2 hours and heat-treated before grinding the red ginseng using a low-temperature grinding machine.
  • a red ginseng powder dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, but instead of 50 ml of the mixed solution containing the beta-glucosidase enzyme of Preparation Example 2, 20 ml of the mixed solution containing the beta-glucosidase enzyme of Preparation Example 2 was prepared by hot water extraction. 30 ml of the red ginseng extract was mixed and used.
  • a red ginseng powder dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, except that red ginseng was coarsely ground to a particle size of 120 ⁇ m without fine grinding to a particle size of 10 ⁇ m to prepare a powder dispersion.
  • Red ginseng powder dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, but xanthan gum was added without fermentation using the Monascus mycelium to improve dispersion stability of the fine molecules.
  • a red ginseng powder dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, but 50 ml of purified water was used instead of 50 ml of a mixed solution containing the beta-glucosidase enzyme of Preparation Example 2.
  • Example 1 used a fine powder to which the enzyme reaction and the fermentation process were continuously applied, and Example 2 performed far-infrared heat treatment before red ginseng grinding.
  • Comparative Example 1 relates to coarsely pulverized red ginseng
  • Comparative Example 2 is not treated with beta-glucosidase enzyme
  • Comparative Example 3 is not subjected to the fermentation process by Monascus mycelium.
  • red ginseng particles (Examples 1 and 2) fermented by beta-glucosidase enzyme reaction and Monascus mycelium were absorbed by water. And swelling power decreased, and water solubility increased.
  • red ginseng powder which is coarsely ground or not treated with enzyme or fermentation, is not easily dispersed in a dispersion medium due to its relatively low water solubility.
  • the water absorption or swelling power is related to the porous matrix structure formed by the polysaccharide chain, and when the size of the pulverized red ginseng powder particles is large, the matrix structure may be enlarged to increase the water absorption and swelling power of the powder. Therefore, coarsely pulverized red ginseng powder having a wide particle size and a uniform particle size distribution easily aggregates, and the finely ground powder has a small particle size and a uniform distribution so that external moisture cannot be easily absorbed, thereby increasing storage and dispersion stability. have.
  • beta-glucosidase enzymatic reaction and the fermentation process with the Monascus mycelium make the matrix structure of the interior more compact and the particle shape uniform, so that the dispersion stability can be significantly increased.
  • red ginseng powder dispersions were prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, and each item was evaluated after the sample was sampled in small amounts. The results are shown in Table 2 below. . In particular, the evaluation of the sense of taste was observed by leaving the prepared red ginseng powder dispersion for 8 hours to the external layer separation.
  • the red ginseng powder dispersion to which the beta-glucosidase enzyme reaction and the fermentation process by Monascus mycelium were continuously applied had a high satisfaction with texture, red ginseng aroma, and flavor, and the layer separation phenomenon despite being left for a long time. was hardly observed, and was evaluated as having excellent merchandise.
  • the red ginseng powder dispersion of Example 2 in which the red ginseng extract was mixed was found to have almost no layer separation phenomenon and was excellent in dispersion stability.
  • Comparative Example 2 in which the heat treatment step and the step of introducing the beta-glucosidase was omitted and the Comparative Example 3 in which the fermentation step was omitted are major saponins (Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re, Rf, Rg1), and the content of minor saponins (Rd, Rg3, Rg2, Rh1, Rh2, F1) increased, but was analyzed to have a lower ginsenoside content than Examples 1 to 3 according to the present invention.
  • Examples 1 to 3 as well as ginsenosides, such as Rh2, Rg3 and compound K, the content of ginsenoside metabolite, which is an easily absorbed form, has increased considerably, so that the body is easily absorbed and has an excellent health promoting effect. I think it will.
  • the fermented red ginseng according to Examples 1 and 2 is not only excellent in ginsenosides content and excellent in functionality, but also better in taste and aroma than the existing red ginseng extract, thereby satisfying consumer's preference as a high quality red ginseng. have.

Abstract

본 발명은 분산성 및 진세노사이드 함량이 증대된 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법에 관한 것으로, (a) 홍삼을 분쇄하여 분말을 수득하는 단계; (b) 상기 분말을 베타 글루코시다제(β-Glucosidase)를 포함하는 혼합액에 투입하고 반응시키는 단계; (c) 상기 혼합액에 발효 균주를 접종하고 발효시키는 단계; 및 (d) 상기 혼합액의 농도를 미리 정해진 범위로 조절하는 단계를 포함하는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법이 제공된다.

Description

물리적으로 초미세분쇄 홍삼분말을 제조하는 장치와 생화학적 발효, 효소분해를 통한 홍삼 유효성분의 소화 흡수 극대화를 위한 통홍삼 분말 농축액 및 통홍삼액 제조 방법
본 발명은 분산성 및 진세노사이드 함량이 증대된 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법에 관한 것이다.
인삼은 식물 분류학상으로 오갈피나무과(Araliaceae)의 인삼속(Panax)에 속하는 다년생 음지성 초본식물로서 오래 전부터 한방에서 중요한 약재로 사용되었다. 인삼의 사포닌은 항암 작용, 항산화 작용, 동맥경화 및 고혈압 예방, 간기능개선, 항피로, 항스트레스 작용, 노화방지, 두뇌활동 촉진, 항염활성, 알레르기성 질환치료 및 단백질합성 능력의 촉진 등의 생리활성이 있으며, 고려 홍삼은 항산화, 혈압강하, 알코올성 고지혈증 개선, 혈당강하작용 등의 우수한 생리활성을 보유하는 것으로 알려져 있다.
인삼은 일반적으로 가공방법에 따라 백삼과 홍삼으로 구분되며, 백삼은 밭에서 채굴한 가공되지 아니한 인삼 즉, 수삼을 그대로 건조한 것을 지칭하며 홍삼은 수삼을 증숙하여 건조 가공한 것으로 제조과정에서 사포닌 변형과 아미노산 변화 등 여러 화학적인 변화가 수반된다.
홍삼은 제조과정에서 가해지는 열에 의해 인삼에 존재하지 않는 진세노사이드 Rg2, Rg3, Rh1, Rh2 등의 사포닌 성분이 생성되며, 홍삼 특유의 유효 성분은 암 예방 작용, 암세포 성장억제 작용, 혈압 강하작용, 뇌신경세포 보호 및 학습능력 개선작용, 항혈전 작용, 항산화 작용 등이 우수하여 탁월한 약리 효능을 기대할 수 있다.
한편, 최근 홍삼의 건강 증진 효과에 대한 수요자들의 관심이 증대되면서, 관련 제품에 대한 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
홍삼 제품에 있어서 가장 대표적인 제품은 홍삼을 원료로 하여 물 또는 타 용매로 추출한 제품으로서, 홍삼의 유효 성분이 추출물 제품에 용해되어 취식이 용이한 형태로 가공된다. 그러나, 추출 공정을 통해 홍삼 내의 유효 성분을 추출해내더라도 홍삼 내에 일부 유효 성분이 추출되지 않고 남아있어, 진세노사이드를 비롯한 다량의 인체 유용 성분은 섭취되지 않고 버려질 수 밖에 없다.
예컨대, 통상적으로 홍삼의 유효성분이 포함된 액상의 홍삼 추출물 제품은 정제수에 홍삼농축액 및 기타 원료를 혼합하는 방식으로 제조되거나, 홍삼 추출물을 제조하여 이를 바로 제품화 하는 방식으로 되고 있다. 그러나, 이와 같은 홍삼 제품은 진세노사이드 함량이 낮거나, 또는 홍삼의 풍미를 그대로 살릴 수가 없어 관능성 및 제품성이 미흡하였다.
따라서, 추출 효율을 증대시키기 위한 다양한 방법이 강구되었으나 홍삼 내의 유효 성분을 온전하게 추출하기에는 한계가 있으며, 추출 원료로서 사용된 홍삼 내에는 필연적으로 유효 성분이 남아있게 되어 비용 또는 효과의 측면에서 바람직하지 않다.
최근 상기 문제점을 극복하기 위하여 홍삼 전체를 온전하게 취식할 수 있는 분말 분산액 형태의 제품이 개발되고 있다. 상기 홍삼분말 분산액은 홍삼 전체를 미세한 크기로 분쇄하여 홍삼 입자를 액체 내에 현탁시킨 것으로, 홍삼 전체를 섭취할 수 있으므로 효과가 우수할 뿐만 아니라 취식이 용이한 형태이므로 제품성이 우수한 장점이 있다.
그러나 홍삼분말 분산액은 홍삼 입자가 액체 속에서 현탁되어 있어, 시간이 경과됨에 따라 입자가 침전되거나 응집되어 식감 또는 미감이 저하될 수 있다. 특히, 식감 및 분산성을 개선하기 위해 입자를 더욱 미세화하는 경우에는 응집성이 오히려 증가하는 현상이 나타난다.
따라서, 홍삼분말 분산액의 분산성을 개선하고자, 유화제 등 다양한 첨가제를 도입하기도 하였으나 첨가제는 수요자에 대한 부정적인 인식으로 인하여 제품성을 저하시키거나 효과적으로 홍삼 입자를 분산시키는 데에는 한계점이 있었으므로, 홍삼분말 분산액 제품의 분산성과 더불어 기능성을 향상시키기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.
한편, 진세노사이드 Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re 등의 메이저 사포닌(일차 생성물질)은 홍삼이나 인삼에 다량 함유되어 있음에도 불구하고 인체에 직접적으로 흡수되지 않고, 일부가 장내 세균총이나 체내효소에 의해 분해되어 진세노사이드 F1, F2, Rg3, compound-K 등 과 같은 마이너 사포닌(이차 대사물질)으로 전환이 이루어진 후 비로소 흡수되어 그 효능이 발현될 수 있다. 또한, 홍삼은 우수한 약리 활성을 보유하고 있음에도 불구하고, 개인별 장내 미생물의 분포 및 활성화의 차이로 인하여 실제 홍삼의 약효가 개인별로 상이해질 수 있다.
따라서, 상기 문제점을 극복하고자 홍삼을 장내 미생물을 이용하여 발효(fermentation)하는 과정을 거쳐 최종 대사산물의 성분으로 변환 혹은 증가시키는 발효홍삼 제조에 관한 연구 및 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 홍삼 입자의 분산성이 개선된 홍삼분말 분산액의 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 홍삼 내 함유된 유용 성분의 체내흡수율이 증대된 홍삼분말 분산액의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 홍삼을 분쇄하여 분말을 수득하는 단계; (b) 상기 분말을 베타 글루코시다제(β-Glucosidase)를 포함하는 혼합액에 투입하고 반응시키는 단계; (c) 상기 혼합액에 발효 균주를 접종하고 발효시키는 단계; 및 (d) 상기 혼합액의 농도를 미리 정해진 범위로 조절하는 단계를 포함하는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법이 제공된다.
일 실시예에 있어서, (e) 호모게나이저로 균질화하는 단계; 및 (f) 40℃ 이하의 진공상태 하에서 저온 농축하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 분말의 입도는 2 내지 20 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 분쇄는 -20 내지 -5℃에서 수행될 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 분말의 입도는 2 내지 20 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (b) 단계는 1.5 내지 4 바(bar)의 압력에서 1 내지 5시간 동안 수행될 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (b) 단계는 30 내지 45℃에서 수행될 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 혼합액은 홍삼 추출물을 포함할 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 홍삼 추출물은 탈염된 해양 심층수를 용매로 하여 제조될 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (c) 단계에서 상기 발효 균주는 모나스커스 속(Monascus sp .), 락토바실러스 속(Lactobacillus sp .), 비피도박테리아 속(Bifidobacterium sp .), 프레보텔라 속(Prevotella sp .), 푸조박테리아 속(Fusobacterium sp .), 및 유박테리아 속(Eubacterium sp .) 균주로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 모나스커스 속 균주는 모나스커스 앵카(Monascus anka), 모나스커스 퍼푸레우스(Monascus purpureus), 모나스커스 필로서스(Monascus pilosus), 모나스커스 루버(Monascus ruber), 및 모나스커스 카올리앙(Monascus kaoliang)으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (c) 단계는 25 내지 35℃에서 3 내지 15일 동안 수행될 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (a) 단계 이전에 상기 홍삼을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 열처리는 상기 홍삼 표면에 수분을 공급하고 원적외선을 조사할 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 열처리는 1 내지 4시간 동안 수행될 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (e) 단계는 200 내지 800 바(bar)의 압력에서 3회 이상 수행될 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (f) 단계는 1 내지 20kPa 압력의 진공 상태 하에서 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 홍삼을 90 내지 150 마이크로미터(㎛)의 입도로 조분쇄하는 단계; (b) 원적외선을 조사하는 단계; (c) 2 내지 20 마이크로미터(㎛)의 입도로 미분쇄하는 단계; (d) 상기 미분쇄된 홍삼에 베타 글루코시다제(β-Glucosidase)를 첨가하여 반응시키는 단계; 및 (e) 발효 균주를 접종하고 발효시키는 단계를 포함하는 나노 홍삼분말의 제조 방법이 제공된다.
일 실시예 있어서, 상기 (a) 단계는 100 내지 500rpm의 저속 회전에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 원적외선의 파장이 20 내지 40㎛일 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (c) 단계에서 선회류를 형성하고 상기 홍삼 입자간 충돌을 유도하여 미분쇄할 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (c) 단계에서 초음파를 조사하여 입자간 충돌 빈도를 증가시킬 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (c) 단계에서 상기 초음파의 진동수는 15KHz 내지 20KHz, 진폭은 5 내지 50㎛일 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 (c) 단계는 -20 내지 -5℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 맞닿아 회전하는 하나 이상의 나선형 로울러를 포함하는 제1분쇄부; 상기 홍삼에 원적외선을 조사하는 열처리부; 선회류를 형성하고 상기 홍삼 입자간 충돌을 유도하여 홍삼을 미분쇄하는 제2분쇄부; 및 상기 제2분쇄부에서 배출된 홍삼 입자를 포집하는 분리부를 포함하는 나노 홍삼분말의 제조 장치가 제공된다.
일 실시예 있어서, 상기 나선형 로울러는 100 내지 500rpm의 속도로 회전할 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 열처리부는 파장이 20 내지 40㎛인 원적외선을 조사할 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 제2분쇄부는 초음파를 조사하여 홍삼 입자간 충돌 빈도를 증가시킬 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 초음파의 진동수는 15KHz 내지 20KHz, 진폭은 5 내지 50㎛일 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 제2분쇄부는 저온의 공기를 공급하는 하나 이상의 냉각 장치를 포함할 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 저온의 공기는 -20 내지 -5℃일 수 있다.
일 실시예 있어서, 상기 분리부는 내부의 압력을 감소시키는 진공펌프를 포함할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 홍삼분말 분산액은 발효에 의해 홍삼 입자 표면의 친수성이 증가하여 액체 내에서 안정적으로 분산될 수 있으며 시간 경과에 따른 입자간 응집 및 침전이 최소화될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 홍삼분말 분산액은 발효에 의해 체내 흡수가 용이한 형태의 진세노사이드 함량이 현저히 높아져 기능성뿐만 아니라, 맛과 풍미가 우수하여 고급 제품으로서 소비자의 기호를 충족시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법을 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법을 도식화한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 홍삼분말의 제조 방법을 도식화한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 홍삼분말의 제조 장치를 도식화한 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
수치 범위는 상기 범위에 정의된 수치를 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최대의 수치 제한은 낮은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 낮은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최소의 수치 제한은 더 높은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 높은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 수치 제한은 더 좁은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼, 더 넓은 수치 범위 내의 더 좋은 모든 수치 범위를 포함할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 기술하나, 하기 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 아니함은 자명하다.
도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법을 도식화한 것이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법은 (a) 홍삼을 분쇄하여 분말을 수득하는 단계; (b) 상기 분말을 베타 글루코시다제(β-Glucosidase)를 포함하는 혼합액에 투입하고 반응시키는 단계; (c) 상기 혼합액에 발효 균주를 접종하고 발효시키는 단계; 및 (d) 상기 혼합액의 농도를 미리 정해진 범위로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 “홍삼”은 수삼을 쪄서 말린 붉은 삼을 지칭하며, 삼의 원산지, 종류 및 형태 등은 제한되지 아니한다. 예컨대, 상기 삼은 통상적으로 상용되는 인삼(Panax ginseng C.A . Meyer), 화기삼(Panax quinquefolium), 전칠삼 (Panax notoginseng), 죽절삼(Panax japonicum), 삼엽삼(Panax trifolium) 또는 히말라야삼(Panax pseudoginseng)일 수 있으며, 모든 부위가 사용될 수 있다.
즉, 상기 인삼은 홍삼의 제조에 일반적으로 사용되는 인삼이면 족하며, 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 인삼은 수삼, 백삼, 장뇌삼 등이 사용될 수 있으며 그 종류가 한정되는 것은 아니다. 상기 인삼은 인삼의 모든 부분을 사용할 수 있다. 예컨대 상기 인삼은 본삼 또는 미삼일 수 있으며, 상기 본삼 및 미삼을 함께 사용할 수도 있다.
다만, 상기 분말 분산액의 제조 방법에 있어서 홍삼 원료는 수삼을 증숙하여 제조된 홍삼뿐만 아니라 최종 제품의 품질이나 시장의 수요를 고려하여 가공되지 아니한 수삼을 원료로서 직접 사용할 수도 있다.
한편, 상기 (a) 단계에서 상기 분쇄는 -20 내지 -5℃에서 수행될 수 있으며, 상기 분말의 입도는 2 내지 20 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
상기 분쇄가 저온에서 수행됨에 따라 마찰열에 의해 인체 유용 성분이 파괴되는 것을 억제할 수 있으며, 상기 분말을 미세화하여 수분용해지수(Water solubility Index, WSI)를 증가시킬 수 있다. 특히, 상기 홍삼 입자는 저온에서 분쇄되므로 초미세 분쇄 공정에서 나타나는 입자간 응집 현상이 최소화될 수 있다.
또한, 상기 분말은 초미세화 되어 수분 흡수력(Water Absorption Index, WAI), 팽윤력(Swelling powder, SW)은 감소하는 반면 수분용해도가 증가하므로 물과 결합하는 능력이 증가하고 미세 입자간의 응취나 침전을 이루지 않고 물속에서 균일하게 분산될 수 있다. 상기 초미세 분말은 단위 무게 당 표면적을 나타내는 비표면적(specific surface area)이 크고, 넓은 비표면적은 고체와 용매 사이의 접촉 면적을 증가시켜 체액 내에서 낮은 용해성을 갖는 물질의 용해도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 초미세 분말은 동일 중량의 조분쇄된 분말보다 더 짧은 시간에 인체 내에서 용해될 수 있으므로 홍삼 성분의 흡수도를 증가시켜 홍삼 성분의 생체이용율(bioavailability)을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 분말을 베타 글루코시다제(β-Glucosidase)를 포함하는 혼합액에 투입하고 반응시킬 수 있다. 상기 (b) 단계는 미생물 발효 단계 이전에 진세노사이드 전환 효소를 포함하는 혼합액에 홍삼을 일정시간 동안 반응시켜 홍삼 내부에 상기 효소가 흡수될 수 있도록 한다.
상기 “베타 글루코시다제(β-Glucosidase)”는 셀룰로오스를 분해하는 효소인 셀룰라제 중 하나로서, 글루코오스 이량체(glucose dimer)인 셀로바이오스(cellobiose)를 글루코스(glucose)로 전환하며, 불용성의 섬유소를 효과적으로 분해할 수 있다. 상기 베타 글루코시다제는 아스퍼질러스 나이거(Aspergillus niger)에서 유래할 수 있으나, 동등한 전환 활성을 보유하는 경우라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 베타 글루코시다제는 사포닌 분해능이 우수하며, Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re 등의 메이저 사포닌을 마이너 대사 산물로 전환할 수 있다. 즉, 상기 베타 글루코시다제는 PPD(protopanaxadiol) 타입 또는 PPT(protopanaxatriol) 타입의 메이저 사포닌을 가용성인 마이너 사포닌으로 전환할 수 있다.
상기 "PPD(protopanaxadiol) 타입의 사포닌"은 담마란(dammarane)계 사포닌으로, 비 당부분(aglycone)에 붙어있는 수산기(-OH)의 숫자가 2개인 진세노사이드를 지칭하며, 예컨대 Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re, Rf 또는 Rg1 일 수 있다. 또한, 상기 PPD 타입의 사포닌은 상기 진세노사이드 글리코시다제의 활성에 의해 진세노사이드 Rg3로 전환될 수 있는 사포닌을 모두 포함할 수 있다. 또한, 상기 가용성인 “마이너 사포닌"은 체내 흡수가 용이하지 않은 PPD 타입 또는 PPT 타입 사포닌의 20번째 탄소의 글루코스가 순차적으로 가수분해되어 생성된, 상대적으로 체내 흡수가 용이한 마이너(minor) 형태의 사포닌을 의미하나, 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 마이너 사포닌은 진세노사이드 Rd, Rg3, Rg2, Rh1, Rh2, F1, C-O, 또는 C-Mc1 를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 Rd, Rg3, Rg2 또는 Rh1일 수 있다.
상기 베타 글루코시다제 효소는 이후 발효 단계에서 홍삼 내부의 메이저 사포닌 성분의 전환을 촉진하고 입자 표면의 친수성기의 비율을 증대시킬 수 있으므로, 유용 성분의 체내 흡수율 및 분쇄된 홍삼 입자의 분산성을 증가시킬 수 있다. 특히, 장내의 베타 글루코시다제 효소는 산성의 특성으로 인하여 홍삼 내의 사포닌을 유용 성분으로 변환하기 위한 충분한 활성을 발휘하지 못하므로, 홍삼 제품 가공 단계에서 미리 효소 처리를 함으로써 제품의 기능성을 개선할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는 1.5 내지 4 바(bar)의 압력에서 1 내지 5시간 수행될 수 있다. 상기 베타 글루코시다제를 포함하는 혼합액은 높은 압력에서 효과적으로 홍삼 내부로 도입될 수 있으므로 통상의 조건보다 압력을 높혀 반응 효율을 개선할 수 있다. 상기 압력이 1.5 bar 미만이면 흡수 효율이 충분하게 증가하지 않을 수 있으며, 4 bar 초과이면 압력 상승에 따른 흡수 증가율이 비례하지 아니하고 공정 비용이 과도하게 소요될 수 있다. 또한, 상기 반응시간이 1시간 미만이면 홍삼 내부로 효소가 충분하게 흡수되지 않을 수 있으며, 5시간 초과이면 흡수 효율이 저하되어 비용 및 시간 측면에서 비효율적일 수 있다.
한편, 상기 (b) 단계는 30 내지 45℃에서 수행될 수 있다. 30℃ 미만이면 홍삼 입자의 조직이 경직되고 내부 기공이 축소되므로 효소의 도입 효율이 저하될 수 있으며, 45℃ 초과이면 열에 취약한 유효 성분이 변형되거나 효소의 활성이 저하될 수 있다.
이 때, 상기 (b) 단계에서 상기 효소가 홍삼 입자 내부로 효과적으로 도입될 수 있도록 교반될 수 있으며 바람직하게는 10 내지 15rpm으로 교반될 수 있다. 상기 교반은 통상적으로 챔버 중앙부에 설치되어 모터에 의해 회전하는 임펠러 등의 기계장치에 의해 수행될 수 있으나, 공정 시스템의 특성을 고려하여 자유롭게 변형할 수 있다. 다만, 교반 속도가 과도하게 느리거나, 빠른 경우에는 원하는 목적이 달성되지 아니하거나, 유효 성분이 변형 또는 손실될 수 있으므로 상기 범위 내에서 교반 속도를 적절하게 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 혼합액은 홍삼 추출물을 더 포함할 수 있다. 상기 “추출물”은 용매와 추출 원료를 특정 조건하에서 접촉시킴으로써 추출 원료에 함유된 유효성분이 전이된 용매를 지칭하는 것으로, 상기 홍삼 추출물은 상기 발효 홍삼에 함유된 유효 성분을 포함할 수 있다.
통상적으로 상기 발효 홍삼분말 분산액은 미세화된 홍삼 입자가 정제수에 분산된 혼합액일 수 있으나, 상기 정제수를 홍삼 추출물로서 대체하는 경우 분산성 및 제품성이 더욱 개선될 수 있다.
즉, 상기 홍삼 추출물은 추출 공정에 의해 홍삼에 함유된 각종 유효 성분들이 용해되어 있어 극성이 상대적으로 높으므로 미세화된 홍삼 입자와의 친수성 상호 작용이 개선될 수 있으며 인체에 유용한 기능성 성분을 다량 함유하므로 우수한 건강 개선 효과가 구현될 수 있다.
상기 추출 공정에 사용되는 용매의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 공정 조건을 고려하여 용매의 종류를 달리할 수 있다. 예컨대 상기 홍삼 추출물은 홍삼 원료를 물로 수세한 후 건조시키고, 분쇄하여, 원료 중량의 8 내지 12배에 달하는 용매로 소정의 시간 동안 환류 순환 추출, 가압 추출, 초음파 추출 등의 통상적인 방법으로 추출하고 여과함으로써 제조될 수 있다. 또한, 상기 추출물은 감압 증류 또는 동결 건조 등과 같은 추가적인 공정에 의해 분말 상태로 수득될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 홍삼 추출물은 탈염된 해양 심층수를 용매로 하여 제조될 수 있다.
상기 해양 심층수는 해수면 가까이에서 강수, 풍량, 증발 등의 영향을 많이 받는 표층수와 뚜렷하게 구분되어 200m 이하의 깊은 바다 속에서 순환하는 바닷물을 의미하는 의미한다. 바닷물은 한 곳에 머물지 않고 끊임없이 순환하고 있으며, 순환하는 바닷물이 빙하 지역에 다다르면 온도 차이로 인해 비중이 커져 점점 아래로 내려가 수심 200m이하까지 이르게 되며 온도가 낮아진 해수는 밀도 차이로 인해 표층수와 혼합되지 않고 경계를 이루며 거대한 층을 이룰 수 있다.
상기 해양 심층수는 저온에서 안정화된 상태로 유기물이나 병원균 등을 거의 포함하지 않으며 해양식물의 생장에 필수적인 영양염류가 풍부한 안전성, 청정성, 부영양성 등의 자원적 특성이 우수하므로, 상기 해양 심층수를 용매로 한 홍삼 추출물은 홍삼에 함유된 유효 성분과 함께 풍부한 미네랄을 함유하여 건강 개선 효과가 우수할 뿐만 아니라 홍삼 입자에 대한 분산 안정성 역시 현저히 증대될 수 있다.
상기 탈염된 해양 심층수는 당업계에 알려진 임의의 기술을 적용하여 수득될 수 있으며, 플래시 증발법, 해수 동결법, 역삼투압법, 이온교환수지법, 전기투석법 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 아니하며 공정의 특성을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 구체적으로, 상기 역삼투압법은 역삼투압막을 이용하여 염분을 제거하는 방식이고, 전기투석법은 필요한 미네랄의 농도 변화없이 나트륨의 농도를 선택적으로 낮추는 방식을 지칭한다.
한편, 상기 (c) 단계에서 상기 혼합액에 발효 균주를 접종하고 발효시킬 수 있으며, 상기 발효는 25 내지 35℃에서 3 내지 15일 동안 수행될 수 있다.
상기 발효 균주는 진세노사이드 대사 과정을 통해 인체에 대한 흡수율이 낮은 메이저 사포닌을 가용성인 마이너 사포닌으로 전환할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 발효 균주는 모나스커스 속(Monascus sp .), 락토바실러스 속(Lactobacillus sp .), 비피도박테리아 속(Bifidobacterium sp .), 프레보텔라 속(Prevotella sp .), 푸조박테리아 속(Fusobacterium sp .), 및 유박테리아 속(Eubacterium sp .) 균주로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있으나, 바람직하게는 모나스커스 속 균주가 선택될 수 있다.
상기 모나스커스 속 균주는 자낭균류(Ascomycetes)에 속하며, 전분을 이용하여 적색소를 생산하는 곰팡이로서, 상기 모나스커스 균주를 쌀에 접종하여 배양한 것이 홍국(Red rice koji, 붉은 누룩)으로 불리는 쌀 코지이다. 상기 모나스커스 속 균주는 오랜기간 홍주 제조나 그 밖의 여러 발효 식품 제조 등에 널리 사용되어 왔으며, 질병의 치료와 의학적 효능이 다수 보고된 바 있다.
상기 균주는 상기 홍삼 입자의 유기물을 변환시키는 과정에서 입자 표면에 친수성 특성을 부여할 수 있으며, 상기 발효된 홍삼 입자는 친수성이 증가되므로 물과 작용하여 안정적인 콜로이드 상태를 이룰 수 있다. 즉, 상기 친수성 콜로이드는 물에 용이하게 분산될 수 있으므로 본 발명에 따른 발효 홍삼분말 분산액은 유화제 등 별도의 화학적 첨가제 없이도 우수한 분산성을 보유할 수 있을 뿐만 아니라 발효에 의해 섭취가 용이한 형태의 사포닌 함량이 증가하므로 건강 증진 효과 역시 개선될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 모나스커스 속 균주는 모나스커스 앵카(Monascus anka), 모나스커스 퍼푸레우스(Monascus purpureus), 모나스커스 필로서스(Monascus pilosus), 모나스커스 루버(Monascus ruber), 및 모나스커스 카올리앙(Monascus kaoliang)으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있다.
상기 모나스커스 속 균주는 에스테라아제(esterase), 류신 아릴아미다아제(leucine arylamidase), 발린 아릴아미다아제(valine arylamidase), 시스틴 아릴아미다아제(stine arylamidase), 산성 포스파타아제(acid phosphatase), 나프톨-에이에스-포스포하이드롤라아제(naphtol-AS-phosphohydrolase), 알파-글루코시다아제(α-glucosidase) 및 베타-글루코시다아제(β-glucosidase)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 활성을 보유할 수 있으며, 홍삼에 함유된 PPD(protopanaxadiol) 타입 또는 PPT(protopanaxatriol) 타입의 메이저 사포닌을 가용성인 마이너 사포닌으로 전환할 수 있다.
특히, 상기 (b) 단계에서 상기 베타 글루코시다제(β-Glucosidase)를 포함하는 혼합액이 홍삼과 반응하여 발효에 용이한 형태로 변환되었으므로 상기 (c) 단계에서 상기 모나스커스 속 균주에 의한 발효 효율이 더욱 향상될 수 있다. 상기 베타 글루코시다제는 홍삼의 견고한 섬유소를 유연하게 하고 상기 모나스커스 속 균주가 용이하게 섭취할 수 없는 이량체를 단량체로 전환하므로 상기 모나스커스 속 균주의 배양 효율이 현저히 증가될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계 이전에 상기 홍삼을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있으며 상기 열처리는 1 내지 4시간 동안 수행될 수 있다.
상기 (b) 단계에서 베타 글루코시다제 효소가 상기 홍삼 내부로 도입되므로, 상기 공정 이전에 홍삼을 열처리하여 상기 혼합액이 용이하게 흡수되도록 할 수 있다. 상기 홍삼은 열처리에 의해 홍삼의 다공 특성이 증가하고 섬유 조직이 유연해지므로 상기 혼합액의 흡수율이 증대될 수 있으며, 동시에 열처리 공정에 의해 이후 발효 공정의 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 열처리는 상기 홍삼 표면에 수분을 공급하고 원적외선을 조사할 수 있다. 상기 원적외선은 50 내지 1,000㎛의 파장으로 적외선 복사 중에서 파장이 긴 영역의 전자기 복사로서, 파장이 길어 상기 홍삼 내부로 용이하게 흡수될 수 있으며 홍삼을 전체적으로 고르게 가열할 수 있다. 특히, 상기 원적외선은 홍삼의 생리활성을 증대시키고, 조직을 활성화시키므로 고급 홍삼 제품의 제조에 적합하다.
상기 (d) 단계에서 상기 혼합액의 농도를 미리 정해진 범위로 조절할 수 있다. 상기 발효 홍삼분말 분산액은 최종 제품의 가격 및 소비자의 수요에 따라 농도 및 점도를 달리할 수 있으며, 분쇄된 홍삼 입자 및 물의 함량을 적절히 제어할 수 있다.
상기 농도 또는 점도 제어 단계에서, 점증제를 첨가할 수 있다. 상기 홍삼분말 분산액은 상기 효소 및 발효 균주에 의하여 분말 입자의 용해도가 증가하여 분산성이 현저히 우수하지만, 비용이나 공정의 조건에 따라 소량의 점증제를 첨가하여 최종 제품의 품질 및 특성을 최적화할 수 있다.
상기 점증제는 현탁화 구현제, 침강억제제, 겔형성제, 또는 팽화제 일 수 있으나 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계 이후 호모게나이저로 균질화하는 단계; 및 40℃ 이하의 진공상태 하에서 저온 농축하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 균질화는 압력형, 초음파형 혹은 교반형 등의 유화기에 의한 처리를 의미할 수 있으며, 바람직하게는 초음파 유화기 또는 초고압 호모게나이저(homogenizer)가 사용될 수 있다. 특히, 초음파 유화기는 분말 분산액의 투명도를 향상시킬 수 있으며, 초고압 호모게나이저는 균질화 효율이 우수하므로 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
다만, 상기 균질화 공정에 있어 압력이나 공정 횟수가 과도하거나 과소한 경우 비용 또는 공정 효율이 저하될 수 있으므로 공정의 조건을 적절하게 제어할 수 있다.
상기 균질화된 분산액은 40℃ 이하의 진공상태 하에서 저온 농축될 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 20kPa 압력의 진공 상태 하에서 농축될 수 있다.
상기 “농축”은 수분을 제거하여 고형물의 농도를 높이는 조작을 의미하며, 상기 농축 방식은 특별히 제한되지 않는다. 즉, 수분을 증발시키는 증발 농축, 용매를 동결하고 생성된 얼음을 기계적으로 분리하는 동결 농축, 피농축액이 가지는 삼투압 이상의 압력을 가하여 반투막을 통하여 수분을 분리하는 역삼투압 농축이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 증발 농축 방법이 사용될 수 있다. 특히, 상기 홍삼 추출물에 함유된 유효 성분은 고온에서 변형되거나 파괴될 수 있으므로, 공정을 진행함에 있어 온도를 적정 수준에서 제어하는 것이 바람직하며, 감압 하에서 용매를 증발시켜 농축하는 진공 농축 방법을 적용할 수 있다.
상기 홍삼분말 분산액은 진공 상태에서 농축되어 상대적으로 낮은 온도에서 상기 분산액의 농도, 즉, 상기 분산 매체 대비 상기 홍삼 입자의 비중이 증가할 수 있으나, 온도를 과도하게 낮게 설정하는 경우에는 용매의 증발이 원활하게 일어나지 않아 전체 공정의 효율이 저하될 수 있다. 또한, 상기 압력이 1 kPa 미만이면 공정 비용이 과다하게 소요될 수 있고 20kPa 압력 초과이면 증발 효율이 저하될 수 있으므로 제품의 품질, 공정 조건을 고려하여 압력 및 온도를 적절하게 제어할 수 있다.
상기 홍삼분말 분산액은 최종 제품의 기능성 및 제품성을 고려하여 홍삼 입자의 함량이 총 분산액 중량 대비 70 중량% 이상인 것이 바람직하나, 최종 제품의 품질이나 시장의 수요를 고려하여 농도를 달리할 수 있다.
특히, 상기 농축 공정을 통해 최근 시장에서 수요가 많은 홍삼 농축액 형태의 제품을 구현할 수 있으며, 균질화 공정 이후 농축 공정을 수행하므로 상기 홍삼 분말은 분산 매체 내에서 안정적으로 분산될 수 있다.
또한, 홍삼분말 분산액의 농도 또는 점도를 제어하기 위해 점증제를 첨가할 수도 있다. 상기 홍삼분말 분산액은 상기 효소 및 발효 균주에 의하여 분말 입자의 용해도가 증가하여 분산성이 현저히 우수하지만, 비용이나 공정의 조건에 따라 소량의 점증제를 첨가하여 최종 제품의 품질 및 특성을 최적화할 수 있다.
상기 점증제는 현탁화 구현제, 침강억제제, 겔형성제, 또는 팽화제 일 수 있으나 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 (a) 홍삼을 90 내지 150 마이크로미터(㎛)의 입도로 조분쇄하는 단계; (b) 원적외선을 조사하는 단계; (c) 2 내지 20 마이크로미터(㎛)의 입도로 미분쇄하는 단계; (d) 상기 미분쇄된 홍삼에 베타 글루코시다제(β-Glucosidase)를 첨가하여 반응시키는 단계; 및 (e) 모나스커스속 균주(Monascus sp .)를 접종하고 발효시키는 단계를 포함하는 나노 홍삼분말의 제조 방법이 제공된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 홍삼분말의 제조 방법을 도식화한 것이다.
상기 홍삼분말의 제조 방법은 홍삼을 나노 입자화 하여 수분용해지수(Water solubility Index, WSI)를 증가시키고, 발효 공정을 통해 홍삼 입자 표면의 친수성을 부여할 수 있다. 따라서, 상기 방법에 의해 제조된 홍삼분말은 분산 매체 내에서 균일하게 분산될 수 있으며 입자간의 응집이 최소화될 수 있다.
구체적으로, 상기 나노 홍삼분말의 제조 방법은 상기 홍삼을 조분쇄하는 단계, 원적외선을 조사하는 단계, 및 상기 홍삼을 미분쇄하는 단계를 순차적으로 포함할 수 있다.
먼저, 상기 (a) 단계에서 상기 홍삼은 90 내지 150 마이크로미터(㎛)의 입도로 조분쇄될 수 있으며, 1차로 조분쇄된 홍삼분말은 용이하게 미분쇄될 수 있다.
상기 조분쇄는 로울러 또는 밀링 커터 등 파쇄 수단을 통해 투입된 원료를 소정의 크기로 파쇄하는 공정을 의미한다. 예컨대, 상기 파쇄 수단은 나선형 로울러, 볼밀(ball mill), 로드밀(rod mill), 롤러밀(roller mill), 휠러밀(wheeler mill), 해머밀(hammer mill), 회전밀(tumbling mill), 또는 핀밀(pin mill)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 100 내지 500rpm의 저속 회전에 의해 수행될 수 있다.
상기 조분쇄가 저속의 회전 속도에서 수행되므로 과도한 마찰열에 의한 유효성분의 변형을 억제할 수 있으며, 분진의 발생에 의한 오염이나 원료 손실을 최소화할 수 있다. 다만, 상기 회전속도가 100rpm 미만이면 공정 효율이 저하되어 생산 비용 및 시간이 과도하게 소요될 수 있으며, 500rpm 초과이면 마찰열에 의해 홍삼의 유효성분이 손실될 수 있다.
한편, 상기 조분쇄 후 상기 (b) 단계에서 상기 홍삼 표면에 원적외선을 조사할 수 있다.
상기 원적외선은 50 내지 1,000㎛의 파장으로 적외선 복사 중에서 파장이 긴 영역의 전자기 복사로서, 홍삼의 생리활성을 증대시키고 조직을 활성화시키므로 홍삼분말의 건강 개선 효과가 증진될 수 있다. 상기 원적외선의 파장은 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 20 내지 40㎛ 범위에서 최적의 전환능이 구현될 수 있다.
특히, 천연 항산화 물질들은 중합체인 폴리페놀(polyphenol), 토코페롤(tocopherol), 플라보노이드(flavonoid) 등의 고분자를 포함하고 있으며, 원적외선은 상기 고분자 중합체들을 저분자로 유리시킬 수 있으므로 홍삼 본연의 항산화능이 더욱 증가할 수 있다.
상기 원적외선 조사 후 상기 (c) 단계에서 상기 홍삼을 2 내지 20 마이크로미터(㎛)의 입도로 미분쇄 할 수 있다.
상기 홍삼은 초미세화 되어 수분 흡수력(Water Absorption Index, WAI), 팽윤력(Swelling powder, SW)은 감소하는 반면 수분용해도가 증가하므로 물과 결합하는 능력이 증가하고 미세 입자간의 응취나 침전을 이루지 않고 물속에서 균일하게 분산될 수 있다. 상기 초미세 분말은 단위 무게 당 표면적을 나타내는 비표면적(specific surface area)이 크고, 넓은 비표면적은 고체와 용매 사이의 접촉 면적을 증가시켜 체액 내에서 낮은 용해성을 갖는 물질의 용해도를 증가시킬 수 있다.
따라서, 상기 초미세 분말은 동일 중량의 조분쇄 된 분말보다 더 짧은 시간에 인체 내에서 용해될 수 있으므로 홍삼 성분의 흡수도를 증가시켜 홍삼 성분의 생체이용율(bioavailability)을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계에서 선회류를 형성하고 상기 홍삼 입자간 충돌을 유도하여 상기 (a) 단계에서 조분쇄된 홍삼을 미분쇄할 수 있다. 상기 (c) 단계는 상기 조분쇄된 홍삼 입자를 고속의 유체와 함께 유입시켜 선회류를 형성하고, 선회류 내에서 입자간의 상호 충돌을 유발하여 홍삼 입자를 미분쇄 할 수 있다.
통상적으로 상기 선회류를 형성하는 방법은 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법이 적용될 수 있으며, 예컨대, 수 기압 이상의 압축 공기 또는 수증기를 특정 노즐로부터 분출시켜 선회류를 형성하고 분쇄원료를 흡입시켜 가속한 뒤 입자간 충돌 또는 입자 및 충돌판 간의 충돌을 유발하여 기류 내에서 순환하는 입자를 미분쇄하는 방법이 적용될 수 있다.
한편, 상기 (c) 단계에서 초음파를 조사하여 입자간 충돌 빈도를 증가시킬 수 있다. 상기 선회류에 의해 입자 간 충돌이 발생하므로 미분쇄 될 수 있으나, 초음파를 조사하여 분쇄 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
상기 초음파의 범위는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게 진동수는 15KHz 내지 20KHz, 진폭은 5 내지 50㎛일 수 있다. 상기 범위 내에서 상기 초음파는 순환하는 홍삼 입자에 대한 효과적인 진동을 부여할 수 있고 입자간 충돌 횟수 및 충돌 강도를 증가시켜 미분쇄 효과를 향상시킬 수 있다.
이 때, 상기 미분쇄는 -20 내지 -5℃에서 수행될 수 있다. 상기 미분쇄 공정은 홍삼 입자가 선회류 내에서 순환하므로 분쇄 과정에서 지속적으로 냉각되어 발열이 적으나 극저온에서 미분쇄함으로써 열에 의한 홍삼 내 유효성분의 변형이나 손실을 완전히 차단할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 미분쇄 공정은 극저온 조건하에서 수행되므로 홍삼 입자가 동결되어 경도가 강해지므로 충돌에 의한 분쇄 효율이 현저히 증대될 수 있다.
상기 방법에 의해 제조된 발효 홍삼분말 분산액은 선택적으로 살균 공정을 거친 후 포장 재료에 충진되어 완성될 수 있다.
상기 살균 공정은 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 살균 방법을 통해 이루어질 수 있으며, 살균 온도가 과도하게 높은 경우 홍삼 입자의 진세노사이드 성분이 파괴되거나 변형될 수 있으므로 80℃ 이하의 온도에서 저온 살균할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 맞닿아 회전하는 하나 이상의 나선형 로울러를 포함하는 제1분쇄부(101); 상기 홍삼에 원적외선을 조사하는 열처리부(102); 선회류를 형성하고 상기 홍삼 입자간 충돌을 유도하여 홍삼을 미분쇄하는 제2분쇄부(103); 및 상기 제2분쇄부(103)에서 배출된 홍삼 입자를 포집하는 분리부(104)를 포함하는 나노 홍삼분말의 제조 장치가 제공된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 홍삼분말의 제조 장치를 도식화한 것이다. 상기 나노 홍삼분말의 제조 장치는 조분쇄 공정과 미분쇄 공정을 결합하여 상기 홍삼의 유효성분을 파괴하지 않고 효과적으로 나노 입자화할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 나노 홍삼분말의 제조 장치는 제1분쇄부(101), 열처리부(102), 제2분쇄부(103), 및 분리부(104)를 포함할 수 있으며, 홍삼은 상기 제조 장치의 순차적으로 연결된 각 구성을 거쳐 미분쇄될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1분쇄부(101)는 홍삼을 조분쇄할 수 있다. 상기 조분쇄는 홍삼을 90 내지 150 마이크로미터의 입도로 분쇄하여 미분쇄 전의 사전 가공을 용이하게 하고, 후속의 미분쇄 공정을 가능하게 한다. 상기 제1분쇄부(101)는 홍삼을 조분쇄하기 위한 나선형 로울러 등의 파쇄 수단을 포함하며, 투입된 상기 홍삼 또는 인삼을 소정의 크기로 파쇄할 수 있다.
상기 제1분쇄부(101)는 나선형 로울러, 볼밀(ball mill), 로드밀(rod mill), 롤러밀(roller mill), 휠러밀(wheeler mill), 해머밀(hammer mill), 회전밀(tumbling mill), 또는 핀밀(pin mill)을 통해 홍삼을 분쇄할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 미분쇄 전에 사전가공이 가능하도록 조분쇄할 수 있으면 분쇄 방식이 제한되는 것은 아니다.
예컨대, 상기 제1분쇄부(101)는 한 쌍 이상의 로울러를 포함할 수 있으며, 상기 로울러는 간격을 조절하여 다른 간격으로 점차 간격을 좁혀가며 적어도 2회 이상 파쇄될 수 있다. 즉, 서로 다른 간격의 두 쌍의 로울러를 인접 배치하여 예비적으로 파쇄한 후, 2차로 조밀하게 파쇄할 수도 있다.
이 때, 상기 나선형 로울러는 100 내지 500rpm의 속도로 회전할 수 있다. 상기 조분쇄가 고속으로 수행되는 경우 마찰열과 외력에 의해 홍삼 내의 유효성분이 파괴될 수 있다. 따라서, 상기 제1분쇄부(101)는 저속으로 조분쇄를 수행하므로 과도한 마찰열에 의한 유효성분의 변형을 최소화 하며, 분진의 발생에 의한 오염이나 원료 손실을 억제할 수 있다. 다만, 상기 회전속도가 100rpm 미만이면 공정 효율이 저하되어 생산 비용 및 시간이 과도하게 소요될 수 있으며, 500rpm 초과이면 마찰열에 의해 홍삼의 유효성분이 손실될 수 있다.
한편, 상기 열처리부(102)는 상기 조분쇄된 홍삼에 원적외선을 조사하여 홍삼의 생리활성 효과를 증대시킬 수 있으며, 바람직하게는 파장이 20 내지 40㎛인 원적외선을 조사할 수 있다.
상기 열처리부(102)는 상기 제1분쇄부(101)와 연결되어 있으며, 상기 조분쇄된 홍삼은 컨베이어 벨트 등 이송수단에 의해 이송될 수 있다. 상기 조분쇄된 홍삼은 열처리부(102)로 이송되어 소정의 시간동안 체류하며 원적외선에 의해 열처리될 수 있으나 그 방식은 제한되지 않으며, 예컨대, 이송수단에 의해 이송되는 동안 열처리하는 방식이 적용될 수도 있다.
상기 열처리부(102)는 원적외선을 방사하는 원적외선 램프를 하나 이상 보유할 수 있으며, 상기 원적외선 램프는 원적외선을 고르게 방사할 수 있도록 전동 장치에 의해 조사 각도가 소정의 주기로 변경될 수도 있다.
상기 원적외선은 50 내지 1,000㎛의 파장으로 적외선 복사 중에서 파장이 긴 영역의 전자기 복사로서, 홍삼의 생리활성을 증대시키고 조직을 활성화시키므로 홍삼분말의 건강 개선 효과가 증진될 수 있다. 상기 원적외선의 파장은 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 20 내지 40㎛ 범위에서 최적의 전환능이 구현될 수 있다.
한편, 상기 제2분쇄부(103)는 선회류를 형성하고 상기 홍삼 입자간 충돌을 유도하여 홍삼을 미분쇄할 수 있다. 상기 홍삼은 초미세화 되어 수분 흡수력(Water Absorption Index, WAI), 팽윤력(Swelling powder, SW)은 감소하는 반면 수분용해도가 증가하므로 물과 결합하는 능력이 증가하고 미세 입자간의 응취나 침전을 이루지 않고 물속에서 균일하게 분산될 수 있다. 상기 초미세 분말은 단위 무게 당 표면적을 나타내는 비표면적(specific surface area)이 크고, 넓은 비표면적은 고체와 용매 사이의 접촉 면적을 증가시켜 체액 내에서 낮은 용해성을 갖는 물질의 용해도를 증가시킬 수 있다.
상기 제2분쇄부(103)는 상기 조분쇄된 홍삼 입자를 고속의 유체와 함께 유입시켜 선회류를 형성하고, 선회류 내에서 입자간의 상호 충돌을 유발하여 홍삼 입자를 미분쇄 할 수 있다.
통상적으로 상기 선회류를 형성하는 방법은 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법이 적용될 수 있으며, 예컨대, 수 기압 이상의 압축 공기 또는 수증기를 특정 노즐로부터 분출시켜 선회류를 형성하고 입자간 충돌 또는 입자 및 충돌판 간의 충돌을 유발하여 기류 내에서 순환하는 입자를 미분쇄할 수 있다.
상기 제2분쇄부(103)는 통상적으로 알려진 챔버 내에 선회류를 형성할 수 있는 구조로서 원통형의 챔버와 고압의 기체를 분사할 수 있는 분사 노즐을 포함할 수 있으며, 유체와 함께 주입된 홍삼 입자는 상기 원통형의 챔버 내에서 상기 유체의 흐름에 따라 회전하며 미분쇄된 홍삼 입자는 원심력에 의해 상기 분리부(104)로 배출될 수 있다. 이 때, 상기 선회류를 형성하기 위해 헬륨 등 불활성 기체를 주입할 수 있고, 또는 산화의 염려가 없는 공기를 사용할 수도 있으나 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 선회류를 형성하는 장치는 그 종류나 구조와 무관하게 사용될 수 있으며, 바람직하게는 3,000 내지 5,000 rpm의 회전속도로 선회류를 형성할 수 있다. 또한, 상기 선회류에 의한 미분쇄는 최소 20%의 부피평균 직경 감소, 최대 80%의 수평균 직경 감소를 초래하는 조건에서 수행될 수 있다.
한편, 상기 제2분쇄부(103)는 초음파를 조사하여 홍삼 입자간 충돌 빈도를 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 제2분쇄부(103)는 선회류를 형성하고 입자간 충돌을 유발하여 홍삼 입자를 미분쇄할 수 있으나, 상기 미분쇄 과정에서 초음파를 조사하는 경우 입자간의 충돌 빈도가 잦아지고, 충돌 강도가 세지므로 분쇄 효율이 증대될 수 있다.
이 때, 상기 초음파의 진동수는 15KHz 내지 20KHz, 진폭은 5 내지 50㎛일 수 있다. 상기 범위 내에서 상기 초음파는 순환하는 홍삼 입자에 대한 효과적인 진동을 부여할 수 있고 입자간 충돌 횟수 및 충돌 강도를 증가시켜 미분쇄 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제2분쇄부(103)는 저온의 공기를 공급하는 하나 이상의 냉각 장치를 포함할 수 있으며, 상기 저온의 공기는 -20 내지 -5℃일 수 있다. 상기 미분쇄 공정은 극저온에서 수행되므로 열에 의한 홍삼 내 유효성분의 변형이나 손실이 차단될 수 있으며, 극저온 조건하에서 수행되므로 홍삼 입자의 경도가 강해져 충돌에 의한 분쇄 효율이 현저히 증대될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2분쇄부(103)는 대기 중의 공기를 냉각하기 위한 열 교환 코어 및 냉각된 저온의 공기를 내부로 주입하기 위한 노즐을 포함할 수 있으며, 당해 기술 분야에서 사용되는 다양한 냉각 방식을 적용할 수 있다.
한편, 상기 분리부(104)는 상기 제2분쇄부(103)에서 배출된 홍삼 입자를 포집할 수 있다. 상기 분리부(104)는 제2분쇄부(103)의 일 측에 연결되어 있으며 상기 제2분쇄부(103)에서 미세화된 홍삼 입자를 선별적으로 분리할 수 있다.
미분쇄 공정이 수행되는 상기 제2분쇄부(103)의 챔버 내부에는 충분히 분쇄된 홍삼 입자와 아직 충분히 분쇄되지 아니한 홍삼 입자가 혼재할 수 있으며, 상기 제2분쇄부(103)와 연결된 상기 분리부(104)는 일정 입도 이하로 분쇄된 홍삼 입자만을 선별하여 외부로 배출하여 분급(classification)할 수 있다.
상기 분급은 크기 또는 성질이 서로 상이한 물질을 서로 분리하는 조작을 의미하며, 상기 분리부(104)는 다양한 입도의 입자가 혼재된 분말에서 일정 입도 이하의 홍삼 입자를 선별하여 통과시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 분리부(104)는 원심 로터에 설치된 다수개의 블레이드에서 발생하는 원심력을 이용하여 일정 입도 이상의 큰 분말이 상기 분리부(104) 내부로 유입되는 것을 차단하고 일정한 크기 이하의 분말 입자만을 선별적으로 통과시킬 수 있다.
또한, 상기 분리부(104)는 미분쇄된 홍삼 입자의 분리 효율을 증대시키기 위해 저압의 분위기를 형성할 수 있으며, 미분쇄된 홍삼 입자가 입도에 따라 효과적으로 분류될 수 있도록 분리부(104) 내부의 압력을 감소시키는 진공펌프를 포함할 수 있다.
상기 진공펌프에 의한 저압 분위기는 상승기류를 형성할 수 있으며, 상승기류 내에서 순환하는 홍삼 입자는 상기 진공펌프의 압력 작용에 의해 더욱 정교하게 분급될 수 있다.
하기에는 실시예를 통해 본 발명을 상술하나, 하기 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 아니하는 것은 자명하다.
제조예 1: 모나스커스 균사체의 종균 배양
상기 고체 배양에 사용된 모나스커스 균사체(M. purpureus, MP)는 농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터(Suwon, Korea)로부터 분양받았다. 상기 균사체는 potato dextrose agar (PDA, Difco, Sparks, MD, USA) 평판배지에서 25℃로 약 10일간 배양하였으며potato dextrose broth (PDB, Difco)가 담긴 erlenmeyer flask에 접종하고 shaking incubator (Jeio tech, Daejeon, Korea)에서 약 5일마다 계대배양하였다. 상기 모나스커스 균사체는 PDB배지에서 3회 계대배양한 종균을 사용하였다.
제조예 2: 베타 글루코시다제 분리
농촌진흥청 농업유전자원센터에서 수득한 아스퍼질러스 나이거(Aspergillus niger) 균주를 PDB (Potato Dextrose Broth) 액체 배지에서 30℃로 3일간 배양하였다. 상기 배양액을 7,000 rpm 속도로10분간 원심 분리하여 상등액과 침전물을 분리하고, 상등액을 제거하였다. 침전물을 0.1M potassium phosphate uffer로 현탁 시켰으며, 현탁액을 초음파로 파쇄하였다. 파쇄물을 12,000 rpm의 속도로 5분간 원심 분리하여 상등액과 침전물로 분리 후 효소를 포함한 상등액을 취하였으며, 이를 동결건조하여 아스퍼질러스 나이거 균주로부터 베타글루코시다제 효소를 분리하였다.
실시예 1
충북 증평 지역에서 2008년도에 수확한 6년근 수삼을 구입한 후 증삼 과정을 거쳐 홍삼을 제조하였다. 제조된 홍삼은 실험을 위해 10℃에서 저장되었다.
상기 제조된 홍삼은 저온 미분쇄기를 사용하여 10㎛의 입도로 분쇄하여 미세 분말화 되었다.
이어서 상기 제조예 2의 베타-글루코시다제 효소를 포함하는 혼합액 50ml를 미세입자화 된 홍삼 분말 20g과 혼합하였으며 2 bar의 압력에서 2시간 동안 반응시켰다. 이 때, 효소와 홍삼 입자간의 접촉 빈도를 증가시키고 반응을 촉진시키기 위해 10rpm의 속도로 교반하였다.
상기 공정 이후 분리된 홍삼 분말에 제조예 1에서 수득한 모나스커스 균사체를 접종하였으며, 30℃에서 3일간 발효시켰다. 상기 발효 공정이 종료된 후 취식이 용이하도록 정제수를 일부 혼합하였으며 Homogenizer(HF-93, SMT company, Japan)로 300 bar의 압력, 10,000 rpm의 회전 속도로 3회 균질화 하였다.
완성된 발효 홍삼분말 분산액은 70℃에서 살균되어 최종 시료로서 완성되었다.
실시예 2
저온 미분쇄기를 사용하여 홍삼을 분쇄하기 전에 원적외선을 2시간 동안 조사하여 열처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 홍삼분말 분산액을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일한 방법으로 홍삼분말 분산액을 제조하되, 제조예 2의 베타-글루코시다제 효소를 포함하는 혼합액 50ml 대신 제조예 2의 베타-글루코시다제 효소를 포함하는 혼합액 20ml와 열수 추출하여 제조된 홍삼 추출물 30ml를 혼합하여 사용하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 방법으로 홍삼분말 분산액을 제조하되, 홍삼을 10㎛의 입도로 미분쇄하지 않고 120㎛의 입도로 조분쇄하여 분말 분산액을 제조하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 방법으로 홍삼분말 분산액을 제조하되, 모나스커스 균사체를 이용하여 발효하지 않고 산탄검(Xanthan Gum )을 첨가하여 미세 분자의 분산 안정성을 개선하였다.
비교예 3
실시예 1과 동일한 방법으로 홍삼분말 분산액을 제조하되, 제조예 2의 베타-글루코시다제 효소를 포함하는 혼합액 50ml 대신 정제수 50ml를 사용하였다.
실험예 1: 홍삼 분말 화학적 특성 비교
상기에서 제조된 홍삼 분말의 분산 안정성을 확인하기 위해 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3 에서 사용된 홍삼 분말의 화학적 특성을 비교하였다.
즉, 실시예 1은 효소 반응 및 발효 공정이 연속적으로 적용된 미세 분말을 사용하였으며, 실시예 2는 홍삼 분쇄 전 원적외선 열처리를 수행하였다.
반면, 비교예 1은 조분쇄된 홍삼에 관한 것이고, 비교예 2는 베타-글루코시다제 효소 처리를 하지 않은 것이며, 비교예 3은 모나스커스 균사체에 의한 발효 공정을 거치지 않은 것이다.
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1의 홍삼 분말의 수분 흡수력(WAI), 팽윤력(SW) 및 수분용해지수(WSI)를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에서 나타내었다.
구분 WAI SW WSI
실시예 1 2.52±0.21 5.25±0.21 71.19±0.21
실시예 2 2.48±0.21 5.19±0.21 73.52±0.21
비교예 1 4.32±0.21 9.32±0.21 21.37±0.21
비교예 2 3.67±0.21 8.44±0.21 33.19±0.21
비교예 3 3.32±0.21 8.13±0.21 39.32±0.21
실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3 에서 사용된 홍삼 분말의 수용성을 비교한 결과, 베타-글루코시다제 효소 반응 및 모나스커스 균사체에 의해 발효된 홍삼 입자(실시예 1, 2)는 수분 흡수력 및 팽윤력이 감소하고, 수분용해도는 증가하였다.
반면, 조분쇄된 홍삼 분말을 사용하거나, 효소 또는 발효 처리되지 않은 홍삼 분말은 수분용해도가 상대적으로 낮아 분산 매체 내에서 용이하게 분산되지 아니할 것으로 분석되었다.
수분 흡수력이나 팽윤력은 다당류 사슬에 의해 형성되는 다공성의 매트릭스 구조와 관계되며, 분쇄된 홍삼 분말 입자의 크기가 크면 매트릭스 구조가 확대되어 분말의 수분 흡수력 및 팽윤력이 증대될 수 있다. 따라서 입도가 넓고 입도 분포가 균일하지 않은 조분쇄된 홍삼 분말은 쉽게 응집되며, 미분쇄된 분말은 입자크기가 작고 분포가 균일하여 외부의 수분을 쉽게 흡수할 수 없어 저장성 및 분산 안정성이 증대될 수 있다.
특히, 베타-글루코시다제 효소 반응 및 모나스커스 균사체에 의한 발효 공정에 의해 내부의 매트릭스 구조는 더욱 조밀해지고 입자 형태가 균일해지므로 분산 안정성이 현저히 증가될 수 있다.
실험예 2: 홍삼분말 분산액의 관능성 평가
평가단 100인을 대상으로 상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 홍삼 분말 분산액의 관능성을 평가하였으며, 이를 위해 풍미, 홍삼맛, 식감, 미감 및 전체적인 만족도를 조사하였다. 평가 점수는 5: 매우 우수 / 4: 우수 / 3: 보통 / 2: 미흡 / 1: 매우 미흡으로 기준을 부여하였으며, 100인의 평가결과에 대한 평균치를 나타내었다.
상기 실험을 위해 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3에 따라 홍삼분말 분산액을 제조하였으며, 평가단이 소량 분리된 시료를 개별적으로 시식한 후 각 항목을 평가하였으며 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 특히, 미감의 평가는 제조된 홍삼분말 분산액을 8시간 동안 방치하여 외적으로 층분리가 일어나는지 관찰하였다.
구분 맛(풍미) 홍삼향 식감 미감 총평
실시예 1 4.3 4.2 4.3 4.5 4.2
실시예 2 4.4 4.5 4.3 4.6 4.3
실시예 3 4.5 4.8 4.3 4.4 4.4
비교예 1 2.6 2.5 2.7 2.3 2.5
비교예 2 3.3 3.1 3.2 2.9 3.3
비교예 3 3.2 2.9 3.1 3.5 3.1
표 2에 나타난 바와 같이, 베타-글루코시다제 효소 반응 및 모나스커스 균사체에 의한 발효 공정이 연속적으로 적용된 홍삼분말 분산액은 식감, 홍삼향, 풍미가 뛰어나 만족도가 높았으며 장시간 방치되었음에도 불구하고 층분리 현상은 거의 관찰되지 않았으므로 상품성이 뛰어난 것으로 평가되었다.
특히, 홍삼 추출물이 혼합된 실시예 2의 홍삼분말 분산액은 층분리 현상이 거의 나타나지 않고 분산 안정성이 현저히 우수한 것으로 분석되었다.
실험예 3: 홍삼분말 분산액 유효성분의 함량 비교
실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3에서 제조된 홍삼 분말 분산액의 일부를 10ml을 시료로서 분리하였으며, 시료에 함유된 유효성분 함량을 분석하고 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
[함량(mg/100mL)]
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
Rb1 35.19 37.21 36.21 23.21 25.62 27.15
Rb2 41.34 43.15 45.25 21.42 23.21 29.83
Rc 27.16 28.59 27.36 20.84 24.54 28.51
Rd 17.23 20.43 21.17 11.11 12.14 16.27
Re 35.52 34.85 33.52 20.67 26.51 28.56
Rf 24.12 27.13 25.93 22.32 25.17 27.54
Rg1 47.11 48.51 51.25 21.61 27.53 32.64
Rd 32.53 33.34 35.87 20.12 20.53 25.61
Rg3 24.95 26.15 29.15 20.24 20.31 27.23
Rg2 15.23 16.18 18.36 20.31 20.29 26.53
Rh1 17.11 18.28 21.71 20.17 20.24 23.24
Rh2 28.19 29.14 32.37 10.05 10.09 14.64
F1 9.52 10.12 15.47 10.08 10.13 11.13
F2 13.12 14.61 17.13 10.16 10.21 11.35
Compound K 6.12 6.62 8.13 10.31 10.34 11.21
구체적으로 상기 표3에 나타난 바와 같이 열처리 공정과 베타-글루코시다제를 도입하는 공정을 생략하고 발효시킨 비교예 2 및 발효 공정을 생략한 비교예 3은 메이저 사포닌(Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re, Rf, Rg1) 및, 마이너 사포닌(Rd, Rg3, Rg2, Rh1, Rh2, F1)의 함량이 증대되었으나, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3 보다 진세노사이드 함량이 적은 것으로 분석되었다.
특히, 상기 실시예 1 내지 3은 Rh2, Rg3 및compound K 등 진세노사이드뿐 아니라, 흡수되기 쉬운 형태인 진세노사이드 메타볼라이트의 함량이 전체적으로 상당히 증가하였으므로 체내 흡수가 용이하고 건강 증진 효과가 우수할 것으로 판단된다.
즉, 상기 실시예 1 및 2에 따른 발효 홍삼은 진세노사이드 함량이 현저히 높아 기능성이 우수할 뿐만 아니라, 맛과 향 역시 기존의 홍삼 추출물에 비해 우수하므로, 고급 홍삼으로서 소비자의 기호를 충족시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (32)

  1. (a) 홍삼을 분쇄하여 분말을 수득하는 단계;
    (b) 상기 분말을 베타 글루코시다제(β-Glucosidase)를 포함하는 혼합액에 투입하고 반응시키는 단계;
    (c) 상기 혼합액에 발효 균주를 접종하고 발효시키는 단계; 및
    (d) 상기 혼합액의 농도를 미리 정해진 범위로 조절하는 단계를 포함하는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (e) 호모게나이저로 균질화하는 단계; 및
    (f) 40℃ 이하의 진공상태 하에서 저온 농축하는 단계를 더 포함하는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 분말의 입도는 2 내지 20 마이크로미터(㎛)인 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 분쇄는 -20 내지 -5℃에서 수행되는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 분말의 입도는 2 내지 20 마이크로미터(㎛)인 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 1.5 내지 4 바(bar)의 압력에서 1 내지 5시간 동안 수행되는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 30 내지 45℃에서 수행되는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 혼합액은 홍삼 추출물을 포함하는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 홍삼 추출물은 탈염된 해양 심층수를 용매로 하여 제조된 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 발효 균주는 모나스커스 속(Monascus sp .), 락토바실러스 속(Lactobacillus sp .), 비피도박테리아 속(Bifidobacterium sp .), 프레보텔라 속(Prevotella sp .), 푸조박테리아 속(Fusobacterium sp .), 및 유박테리아 속(Eubacterium sp .) 균주로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 모나스커스 속 균주는 모나스커스 앵카(Monascus anka), 모나스커스 퍼푸레우스(Monascus purpureus), 모나스커스 필로서스(Monascus pilosus), 모나스커스 루버(Monascus ruber), 및 모나스커스 카올리앙(Monascus kaoliang)으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 25 내지 35℃에서 3 내지 15일 동안 수행되는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에 상기 홍삼을 열처리하는 단계를 더 포함하는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 열처리는 상기 홍삼 표면에 수분을 공급하고 원적외선을 조사하는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 열처리는 1 내지 4시간 동안 수행되는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 (e) 단계는 200 내지 800 바(bar)의 압력에서 3회 이상 수행되는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  17. 제2항에 있어서,
    상기 (f) 단계는 1 내지 20kPa 압력의 진공 상태 하에서 수행되는 발효 홍삼분말 분산액의 제조 방법.
  18. (a) 홍삼을 90 내지 150 마이크로미터(㎛)의 입도로 조분쇄하는 단계;
    (b) 원적외선을 조사하는 단계;
    (c) 2 내지 20 마이크로미터(㎛)의 입도로 미분쇄하는 단계;
    (d) 상기 미분쇄된 홍삼에 베타 글루코시다제(β-Glucosidase)를 첨가하여 반응시키는 단계; 및
    (e) 발효 균주를 접종하고 발효시키는 단계를 포함하는 나노 홍삼분말의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 100 내지 500rpm의 저속 회전에 의해 수행되는 나노 홍삼분말의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 원적외선의 파장이 20 내지 40㎛인 나노 홍삼분말의 제조 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 선회류를 형성하고 상기 홍삼 입자간 충돌을 유도하여 미분쇄하는 나노 홍삼분말의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 초음파를 조사하여 입자간 충돌 빈도를 증가시키는 나노 홍삼분말의 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 초음파의 진동수는 15KHz 내지 20KHz, 진폭은 5 내지 50㎛인 나노 홍삼분말의 제조 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 -20 내지 -5℃에서 수행되는 나노 홍삼분말의 제조 방법.
  25. 맞닿아 회전하는 하나 이상의 나선형 로울러를 포함하는 제1분쇄부;
    상기 홍삼에 원적외선을 조사하는 열처리부;
    선회류를 형성하고 상기 홍삼 입자간 충돌을 유도하여 홍삼을 미분쇄하는 제2분쇄부; 및
    상기 제2분쇄부에서 배출된 홍삼 입자를 포집하는 분리부를 포함하는 나노 홍삼분말의 제조 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 나선형 로울러는 100 내지 500rpm의 속도로 회전하는 나노 홍삼분말의 제조 장치.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 열처리부는 파장이 20 내지 40㎛인 원적외선을 조사하는 나노 홍삼분말의 제조 장치.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 제2분쇄부는 초음파를 조사하여 홍삼 입자간 충돌 빈도를 증가시키는 나노 홍삼분말의 제조 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 초음파의 진동수는 15KHz 내지 20KHz, 진폭은 5 내지 50㎛인 나노 홍삼분말의 제조 장치.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 제2분쇄부는 저온의 공기를 공급하는 하나 이상의 냉각 장치를 포함하는 나노 홍삼분말의 제조 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 저온의 공기는 -20 내지 -5℃인 나노 홍삼분말의 제조 장치.
  32. 제25항에 있어서,
    상기 분리부는 내부의 압력을 감소시키는 진공펌프를 포함하는 나노 홍삼분말의 제조 장치.
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