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문제 정의
- 그러나 일본에 비해 적은 바나듐 함량으로 음료시장에 내놓았을 때 일본의 바나듐 녹차에 비해 경쟁력이 떨어질 것으로 판단된다. 떠러서 본 연구에서는 서귀포 남원읍 한남리에 있는 삼다수 감귤공장 취수원에서 나오는 지하수를 원수로 하여 나노여과(nanofiltration)공정을 이용하여 제주지하수 중의 바나듐을 고농도로 농축하였으며, 이 농축수를 이용하여 기능성 녹차 음료를 개발하기 위한 기초자료를 제시하였다.
제안 방법
- DPPH는 그 자체가 매우 안정한 free radical로서 517nm에서 특징적인 광흡수를 나타내는 진한 보라색 화합물로 radical 소거활성이 있는 산화제에 의해 정량적으로 탈색되므로 항산화활성을 쉽게 측정할 수 있다. 0.2mM DPPH 용액 제조(7.9mg/100ml)4㎖에 녹차시료 1㎖를 넣어 30분간 방치 후 UV-Visible spectrophotometer (cary 100 Cone, Varian Co., Australia)를 이용하여 흡광도를 측정하였다.
- Table 2에 나타난 결과를 바탕으로 실험 초기에 목표 설정하였던 바나듐 함량이 10, 20, 30 ppb인 농축수와 거의 일치하는 원수(10.4 ppb), 4단 농축수(21.6 ppb), 6단 농축수(31.7 ppb)를 선정하여 여름과 가을 녹차를 이용하여 녹차 음료를 제조하였다.
- 원수는 원수탱크로부터 펌프에 의해 막 모듈로 공급하였다. 각 밸브를 이용하여 모듈 양단의 압력을 조절하였으며, 양단의 압력 게이지를 설치하여 압력을 측정하였다. 유량은 원수 탱크와 투과수량에 각각 유량계를 설치하여 측정하였다.
- 나노막 농축장치(NF process)를 이용하여 얻은 농축수를 0.45㎛ syringe filter로 여과시켜 무기물질 분석 및 이화학 실험을 하였다. pH는 pH meter(Orion709A, USA)를 이용하여 측정하였으며, 전기전도도는 (815PDC, KOREA), 경도는 먹는 물 시험법에 준하여 EDTA 적정법으로 측정하였다.
- 녹차음료의 유용성분인 카테킨과 카페인 함량 분석은 HPLC(SPD-M20A, Shimadzu Co., Japan)로 분석하였으며, 표준물질은 methanol로 용해하고 1~200㎍/㎖ 농도로 희석하여 사용하였다.
- 녹차음료의 항산화력 측정은 DPPH를 이용하였다. DPPH는 그 자체가 매우 안정한 free radical로서 517nm에서 특징적인 광흡수를 나타내는 진한 보라색 화합물로 radical 소거활성이 있는 산화제에 의해 정량적으로 탈색되므로 항산화활성을 쉽게 측정할 수 있다.
- 목표 농도를 설정하고, 이에 따라 농축실험을 진행하였다.
- 무기물질 분석은 ICP/MS(Varian 820, Australia)를 이용하여 바나듐 함량을 분석하였다.
- pH는 pH meter(Orion709A, USA)를 이용하여 측정하였으며, 전기전도도는 (815PDC, KOREA), 경도는 먹는 물 시험법에 준하여 EDTA 적정법으로 측정하였다. 시료100㎖(CaCO3 25mg 이하로 함유되도록 시료에 물을 넣어 100㎖로 한 것)를 삼각플라스크에 넣고 KCN, MgCl2 용액 1㎖ 및 암모니아 완충용액 2㎖를 넣은 후 EBT용액(0.01M)으로 시료가 적자색으로부터 청색이 될 때까지 적정하여 0.01M EDTA용액의 소비량(㎖)을 a로 하여 경도를 계산하였다.
- 각 밸브를 이용하여 모듈 양단의 압력을 조절하였으며, 양단의 압력 게이지를 설치하여 압력을 측정하였다. 유량은 원수 탱크와 투과수량에 각각 유량계를 설치하여 측정하였다.
- 회수율은 막의 수명과 효율을 고려하여 20%로 하였으며, 총 6번의 과정으로 6단 농축을 하였다. 회수율(Recovery ratio)은 공급수량에 대한 투과수량의 비로 막 여과 공정에서 양적인 처리효율을 보여주는 지표로서 식 (1)과 같이 정의된다.
대상 데이터
- 녹차음료 제조방법은 서귀포시 안덕면 소재 J 농원으로부터 제공받은 수확시기별 녹차 잎(여름 및 가을)을 이용하여 바나듐 농축수 350㎖에 수확시기별 녹차 잎 2g을 넣어 60℃에서 30분 추출한 후 250mesh의 표준체를 이용하여 녹차잎과 녹차추출물을 분리하였다. 분리된 녹차 추출물은 0.
- 막은 국내 C사의 나권형(spiral-wound) 막 모듈(NE2540-90)을 사용하였으며, 본 실험에 사용된 막의 제원을 Table 1에 나타내었다.
이론/모형
- 45㎛ syringe filter로 여과시켜 무기물질 분석 및 이화학 실험을 하였다. pH는 pH meter(Orion709A, USA)를 이용하여 측정하였으며, 전기전도도는 (815PDC, KOREA), 경도는 먹는 물 시험법에 준하여 EDTA 적정법으로 측정하였다. 시료100㎖(CaCO3 25mg 이하로 함유되도록 시료에 물을 넣어 100㎖로 한 것)를 삼각플라스크에 넣고 KCN, MgCl2 용액 1㎖ 및 암모니아 완충용액 2㎖를 넣은 후 EBT용액(0.
성능/효과
- V, Ca, Mg등 이온 함량이 높은 물을 사용하여 녹차를 제조하면 radical 소거율이 감소하는 결과를 보였다.
- 나노막 농축장치(NF process)를 사용하여 6단 농축을 한 결과 바나듐 함량은 1단 농축수 11.9 ppb, 2단 농축수 14.2 ppb, 3단 농축수 17.2 ppb, 4단 농축수 21.6 ppb, 5단 농축수 26.6 ppb, 6단 농축수 31.7 ppb인 농축수를 제조할 수 있었다.
- 여름녹차와 가을 녹차의 카테킨 및 카페인 함유량의 결과를 Fig 4와 Fig 5에 나타내었다. 이 중에 Epi 형태의 카테킨인 EGCg, EGC는 이온 함량이 높은 녹차일수록 카테킨 함량이 감소하는 경향을 보였고, non-Epi 형태의 카테킨인 C, Cg, GCg, GC는 이온함량이 높은 녹차일수록 증가하는 경향을 보였다.
- 이는 녹찻잎을 이용하여 녹차를 제조하는 과정에서 바나듐 성분이 녹찻잎으로 흡착된 것으로 보이며, 녹차의 카테킨 성분은 이온함량이 높은 물에서는 잘 용출되지 않는다는 것을 확인할 수 있었다.
- 카페인은 각성 및 이뇨작용 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 카페인 성분은 이온함량이 높아지더라도 카페인 함량에는 큰 변화가 없는 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 또한 녹차도 바나듐과 같이 당뇨병을 완화 시키는 효능을 가지고 있다. 본 실험은 이러한 점에 주목하여 바나듐 녹차가 매우 큰 경쟁력을 가질 것으로 기대한다.
- 제주도는 이에 관심을 두어 제주 지하수의 바나듐 함유 관정에 대하여 조사를 한 바 있다. 이러한 제주 지하수의 특성을 이용한 바나듐 기능성 음료의 개발은 제주 물의 격을 높일 수 있는 역할을 할 것으로 기대 된다. 그러나 현재 일본에서 시판중인 바나듐 수의 바나듐 농도는 65～140ppb이지만 이에 많이 못 미치는 제주 지하수는 경쟁에서 뒤떨어 질 수밖에 없다.
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