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커피박으로부터 생리활성물질 생산 증대를 위한 열수추출 공정 개발
Optimization of Hot-water Extraction Conditions of Bioactive Compounds from Coffee Residue Extracts 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.55 no.3, 2017년, pp.358 - 362  

조재민 (선문대학교 식품과학과) ,  김승기 (선문대학교 식품과학과) ,  민보라 (선문대학교 식품과학과) ,  정현진 (선문대학교 식품과학과) ,  한여정 (선문대학교 식품과학과) ,  김진우 (선문대학교 식품과학과)

초록
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커피침출 공정의 부산물인 커피박을 이용한 고부가가치 식품 및 화장품 소재 생산을 위해 열수추출 공정의 폴리페놀 추출인자(용매, 온도, 시간, 농도) 최적화를 수행하였다. 실험에 적용 된 모든 추출인자가 폴리페놀 생산에 유의한 효과가 있음을 확인할 수 있었고 NaOH 농도가 폴리페놀 생산에 미치는 효과가 가장 큰 것으로 평가되었다. 특히, 열수추출 보다는 산 또는 염기를 이용한 열수추출이 폴리페놀 추출 효과가 높았으며 NaOH 0.1 mol 첨가 시 증류수를 이용한 열수추출에 비해 1.5배 추출 효과가 증가하여 열수를 이용한 추출에 비해 염기-열수 추출이 보다 효과적임을 알 수 있었다. 폴리페놀 추출의 최적 조건인 $100^{\circ}C$, 2 mol NaOH와 30 min 추출 조건에서 36.5 mg GAE/g DM를 얻을 수 있었다. 이는 최적화 이전의 열수추출에서 얻은 12.5 mg GAE/g DM 대비 2.9배 증가된 결과로 커피박은 항산화 활성 등 기능성 강화 소재로 식품 및 화장품 산업에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the optimization of extraction parameters (solvent, temperature, time, solvent concentration) for the maximization of polyphenol extraction was performed to produce value-added food and cosmetic additives using a byproduct of coffee extraction process (coffee residue). All of the extr...

주제어

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문제 정의

  • 5 mg GAE/g DM의 폴리페놀을 추출할 수 있었다. 본 연구를 통해 커피 추출 부산물 활용을 위해 친환경적 추출 방법인 열수 추출의 성능을 높이고 염기 첨가와 주요 추출 변수를 최적화하여 향후 커피박 재활용을 위한 공정 개발에 기초 자료를 제공하고자 한다. 커피박으로부터 폴리페놀 추출을 통해 커피박 추출물의 고부 가가치 식품 및 화장품 소재로서 적용이 가능해 향후 폴리페놀의 추가적인 성분 분석, 분리 및 구조를 규명함으로써 고기능성 식품 및 화장품 소재로서의 가치를 높이는 연구가 추가로 필요하다고 사료된다.
  • 본 연구에서는 커피박으로부터 항산화 물질인 폴리페놀의 생산을 최대화하는 조건을 확보하고 이를 원두커피의 폴리페놀 함량과 비교하여 커피박 추출물의 천연 항산화제로서의 활용 가능성을 평가하고자 하였다. 이를 위해 커피박을 이용한 폴리페놀 열수추출에 영향을 미치는 주요인자인 용매 종류, 용매 농도, 추출 온도와 추출 시간 최적화를 통해 보다 효과적인 열수추출 공정을 제안하여 커피박으로부터 천연 항산화제 생산의 가능성과 함께 식품 및 화장품 소재로 서의 가치를 검토하였다.
  • 커피전문점이나 식음료 회사에서 생산되는 대부분의 커피박은 방향제 또는 퇴비 등으로 매우 제한적으로 재활용되고 있는 실정이며 대부분 폐기물로 버려지고 있어 커피박 활용에 대한 필요성이 지속적으로 제기되고 있다. 본 연구의 목적은 커피 추출의 부산물인 커피박으로부터 식품 또는 화장품 소재로 사용이 가능한 항산화 물질을 생산하여 커피박의 고부가가치화를 위한 추출 공정 개발과 최적화 조건을 도출 함에 있다. 실험에 사용된 용매의 종류와 추출 조건이 폴리페놀 추출에 주요한 영향인자임을 확인할 수 있었으며 커피박의 염기-열수추출의 최적 조건인 NaOH 2.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
커피박은 무엇인가? 7만 톤의 커피 원두가 수입되고 있으며 매년 10% 이상의 수입 증가세를 보이고 있다[2]. 커피박은 폐원두라고 불리며 커피 열수침출 공정에서 생기는 추출 잔류물로, 커피 원두 1 kg의열수침출 공정에서 약 0.91 kg이 생성되어 커피 추출 공정의 주요한 폐기물로 인식되고 있다[3]. 커피박의 생산을 줄이기 위해 열수 침출 수율을 증가시키는 공정이 꾸준히 개발되어 커피박의 발생량이 점차 감소하는 추세에도 불구하고 현재 국내에서 10만 톤(14년)과세계적으로 6백만 톤 가량의 커피박이 발생하고 있으나 처리 방안이 미흡한 실정으로 커피박 재활용에 대한 필요성이 커지고 있다[4].
커피박이 가축 사료로 부적합한 이유는 무엇인가? 커피박의 생산을 줄이기 위해 열수 침출 수율을 증가시키는 공정이 꾸준히 개발되어 커피박의 발생량이 점차 감소하는 추세에도 불구하고 현재 국내에서 10만 톤(14년)과세계적으로 6백만 톤 가량의 커피박이 발생하고 있으나 처리 방안이 미흡한 실정으로 커피박 재활용에 대한 필요성이 커지고 있다[4]. 커피박의 영양성분 분석에 따르면 커피박은 단백질 10%, 조섬유 23%, 조지방 6% 정도의 영양 성분을 가져 가축 사료 등으로 활용이 가능하나 쓴맛의 원인이 되는 tannin성분이 다량 함유되어 기호성이 떨어지고 소화가 어려운 리그노셀룰로오스 조직으로 구성되어 사료로 사용에 부적당하여 대부분 폐기되고 있는 실정이다[5,6].
본 논문에서 제시한 커피박으로부터 폴리페놀 추출할 수 있는 최적의 조건과 추출량은 무엇인가? 본 연구의 목적은 커피 추출의 부산물인 커피박으로부터 식품 또는 화장품 소재로 사용이 가능한 항산화 물질을 생산하여 커피박의 고부가가치화를 위한 추출 공정 개발과 최적화 조건을 도출 함에 있다. 실험에 사용된 용매의 종류와 추출 조건이 폴리페놀 추출에 주요한 영향인자임을 확인할 수 있었으며 커피박의 염기-열수추출의 최적 조건인 NaOH 2.0 mol, 100 °C, 30분적용 시 36.5 mg GAE/g DM의 폴리페놀을 추출할 수 있었다. 본 연구를 통해 커피 추출 부산물 활용을 위해 친환경적 추출 방법인 열수 추출의 성능을 높이고 염기 첨가와 주요 추출 변수를 최적화하여 향후 커피박 재활용을 위한 공정 개발에 기초 자료를 제공하고자 한다.
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참고문헌 (20)

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  2. Go, Y. H., Kang, S. Y. and Jang, I. S., "Effects of Dietary Supplementation of Coffee Meal on Growth Performance, Blood Biochemical Profiles and Antioxidant Defense System in Broiler Chickens," Korean J. Poult. Sci., 39, 223-232(2012). 

  3. Silva, M. A., Nebra, S. A., Machado, J. M. and Sanchez, C. G., "The Use of Biomass Residues in the Brazilian Soluble Coffee Industry," Biomass Bioenerg., 14, 457-467(1998). 

  4. Park, N. Y., "Quality Characteristics and Antioxidant Activity of Sikhe prepared using Hot Water Extracts of Roasted Coffee Ground Residue," Korean J. Food Sci. Technol., 46, 470-476(2014). 

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  6. Ko, Y. H., Kang, S. Y. and Jang, I. S., "Effects of Dietary Supplementation of Coffee Meal on Growth Performance, Blood Biochemical Profiles and Antioxidant Defense System in Broiler Chickens," Korean J. Poult. SCI., 39, 223-232(2012). 

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  20. Choi, K. H., Lee, J. H., Jo, J. M., Shin, S. G. and Kim, J. W., "Optimization of Hot-water Extraction Conditions of Polyphenolic Compounds from Lipid Extracted Microalga," Korean Chem. Eng. Res., 54(3), 310-314(2016). 

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