초록 ▼

○ 연구결과
본 연구에서 국내산 땅콩, 잣을 roasting하여 얻어진 견과류로부터 초임계 이산화탄소를 이용하여 땅콩, 잣 천연향 성분의 추출 및 그 조성성분을 분석하였다. 그 결과로부터 aroma chemical을 이용하여 천연의 땅콩, 잣향에 근접하는 compounding flavor을 조합하였고, 또한 natural flavor, natural identical flavor 및 artificial flavor를 아이스크림, 기능성음료, 두유음료, 유화 향료 등에 적용하여 적합성 여부를 조사하였다.
가. 천연 땅콩,

○ 연구결과
본 연구에서 국내산 땅콩, 잣을 roasting하여 얻어진 견과류로부터 초임계 이산화탄소를 이용하여 땅콩, 잣 천연향 성분의 추출 및 그 조성성분을 분석하였다. 그 결과로부터 aroma chemical을 이용하여 천연의 땅콩, 잣향에 근접하는 compounding flavor을 조합하였고, 또한 natural flavor, natural identical flavor 및 artificial flavor를 아이스크림, 기능성음료, 두유음료, 유화 향료 등에 적용하여 적합성 여부를 조사하였다.
가. 천연 땅콩, 잣향 추출에 적합한 초임계이산화탄소 추출 장치를 제작하였다. 추출 장치의 추출조(extractor)는 내용적 200ml로 하였고, 400atm의 압력 및 80℃의 온도에 견디도록 설계되었다.
나. 천연 땅콩, 잣향을 추출하기 위한 시료는 경기도 여주산 땅콩과 강원도 홍천산 잣을 재래시장에서 구입하여 사용하였다. 땅콩의 Roasting 온도는 180℃, 200℃, 230℃에서 5rpm으로 교반하며 1시간 행하였다. 잣의 Roasting 온도는 60℃, 80℃, 100℃에서 5rpm으로 교반하며 1시간 행하였다. 땅콩 및 잣으로부터 초임계이산화탄소를 추출용매로 사용하여 목적 표지물질(땅콩의 경우는 2-Acetylpyrazine ,Benzothiozole, 잣의 경우는 2,4-Decadienal, Pinene)을 추출할시 각각의 추출효율은 40℃ 250atm의 조건에서 60%전후이었다.
다. 일정 온도에서 초임계 이산화탄소의 압력이 추출 효율에 미치는 영향을 조사 하였다. 즉, 추출조 내부의 초임계 이산화탄소의 추출 온도를 40℃ 로 일정하게 유지시키며, 추출 압력은 100atm, 200atm, 250atm 300atm로 하여 30분간 추출 후, 이산화탄소와 원료의 혼합용매를 4℃ 또는 -3℃로 유지시킨 첫 번째 추출조로 이동 시켰다. 첫 번째 분리조에서 10분간 방치시켜 목적물을 석출시킨후 이산화탄소를 두 번째 분리조로 천천히 이동시켜 잔여 essential oil을 석출시켰다. 석출된 잣향, 땅콩향은 GC/MS로 분석 하였으며, peanut key 물질이었던 2-acetyl pyrazine 및 benzothiazole, pinenut key 물질 pinene, 2,4-decadienal을 기준으로 하였을때, 100atm 및 200atm 보다 250atm에서 추출효율이 높았으나, 250atm과 300atm에서의 차이는 관찰되지 않았다. 한편, 분리조의 온도를 4℃로 하였을 때 보다 -3℃로 하였을때 석출되는 표지물질의 양이 증가하였다.
라. 일정 압력에서 초임계 이산화탄소의 추출 온도가 추출 효율에 미치는 영향을 조사 하였다. 즉, 추출조 내부의 압력은 250atm으로 고정하고 온도는 35℃, 40℃, 45℃로 조절하여 땅콩, 잣향 추출을 행하였다 그 결과 이산화탄소의 . , 임계점 부근인 35℃보다 40℃에서 추출 효율은 높았으나, 40℃와 45℃를 비교 하였을때, 유의한 차이점은 관찰되지 않았다. 한편, 분리조의 온도는 4℃로 하였을때 보다 -3℃로 하였을때 석출되는 표지물질의 양이 증가하였다.
마. 추출 용매로 사용하는 초임계 이산화탄소의 극성을 변화 시켜 추출 효율을 증가 시킬 목적으로, 추출시 추출조에 25g의 essential oil에 대하여 1%(w/w)의 modifier를 첨가하여 modifier가 땅콩, 잣향 추출에 미치는 영향을 조사 하였다. 사용된 modifier는 타 연구자들이 종종 사용하는 에탄올,n-헥산, ethyl acetate등을 사용하였다. 그러나, modifier의 첨가로 인한 추출 효율의 증가는 관찰되지 안았다.
한편, 본 연구에서의 추출 온도 및 압력은 40℃, 250atm이었다.
바. 본 연구에서 개발되는 기술의 현장 적용의 가능성은 용매로 사용되는 이산화탄소의 재사용 가능성에 의존한다. 따라서, 이산화탄소의 재사용이 땅콩, 잣향 추출 효율에 미치는 영향을 조사 하였다. 실험 조건은 40℃, 250atm의 조건에서 행하였다. 7회까지 사용된 이산화탄소의 추출 효율과 처음 사용하는 이산화탄소의 추출 효율을 비교 하였을때, 10%정도의 차이가 관찰되었다. 이는 이산화탄소는 폐기없이 계손 사용할수 있음을 의미한다. 단지 매회 추출하면서 장치의 배관에서 10% 정도의 이산화탄소의 loss가 발생하였으며, 이는 실험장치의 개선을 통하여 어느 정도는 해결 할 수 있는 문제로 사료되었다.
사. 초임계 이산화탄소와 essential oil을 일정시간(30분) 접촉시킨후 이산화탄소-원료의 혼합용매를 분리조로 이동 시키는 static extraction 방법과 연속적으로 이산화탄소를 이동시키며 목적향을 추출하는 dynamic extraction방법이 추출 효율에 미치는 영향을 비교 하였다. 그 결과 static extraction 방법을 통해 적은 양의 이산화탄소를 소모하며, 효율적으로 분리할 수 있었다.
아. 땅콩으로부터 얻어진 향기 성분을 분석한 경우는 acetladehyde, methyl ethyl ketone, 2-acetyl pyridine, 2,3,5-trimethyl pyrazine, 2-pentanone, 6-undecanone등이 함유 되었지만 초임계 이산화탄소로 추출 하였을 때의 성분은 상기 이외에 propyl alcohol, 2-acetyl pyrazine, benzothiazole, trans,trans-2,4,-decadienal, oleic acid, sulfrol, lauric acid, myristic acid 등이 다양하게 검출 되었다. 잣으로부터 얻어진 향기 성분을 분석한 경우는 alpha-pinene, beta-pinene, alpha-terpineol, hexanol, octanol, 2,3-dimethyl pyrazine, benzaldehyde, camphor, carvone등이 함유 되었지만 초임계 이산화 탄소로 추출 하였을 때의 성분은 상기 이외에 menthol, isobornyl acetate, camphene, cymene, myrecene, 2-acetyl thiazole, furfural, ethyl palmitate, ethyl laurate등이 다양하게 검출되었다. 즉 향료의 관능적 측면에서 top note를 이루는 가벼운 휘발성 성분 뿐 만 아니라 middle note, last note의 무거운 휘발성 성분까지 다양하게 검출되었다.
자. Nut계 향료의 가장 중요한 point는 향취의 지속성과 아울러 제품 적용시 일정한 지속성을 가지는 것이다. 즉 땅콩, 잣 향의 가치는 경시 변화에 따른 일정한 품질, 땅콩, 잣의 독특하고 강한 refresh Nutty image, 향취의 지속성이 일정하게 유지되는 것이 중요하다고 생각할 수 있다. 이러한 향의 middle note 및 last note에 영향을 주는 땅콩의 aroma chemical 로서는 2- acetyl pyrazine, 2-acetyl pyridine, benzothiazole, 2,3,5-trimethyl pyrazine, trans,trans-2,4-decadienal, oleic acid, myristic acid, lauric acid, 6-undecanone, 2-pentanone, sulfrol, 그리고 잣의 aroma chemical로서는 hexanol, octanol, camphene, cymene, myrcene, 2-acetyl thiazole, 2,3-dimethyl thiazole이였다. 본 연구에서의 초임계 이산화 탄소에 의한 천연 견과류로 부터 상기한 chemical이 많이 추출되어, 경쟁력 있는 천연 땅콩, 잣향으로 충분한 가치가 있을 것으로 사료되었다.
차. 여러 조건의 초임계 이산화탄소로 추출된 천연 땅콩, 잣향 중에서 관능적으로 가장 우수한 향을 분석한 자료를 기준으로 하여 compounding flavor를 조합하였다. 조향시 사용된 aroma chemical은 FEMA( Flavor & Extract Manufacturer Association)에 등록되어 세계적으로 그 안정성이 인정 되어 있는 것만을 사용하였으며, 땅콩에서는 caprylic acid, capric acid, caproic acid, ester류에는 benzyl formate, methyl caprylate , benzyl acetate, ethyl caprylate, benzyl octanoate, lactone류에는 r-octalactone, r-nonalactone, r-decalactone, alcohol류에는 furfuryl alcohol, benzyl alochol, menthol, pyrazine류에는 2-acetyl pyrazine, 2,3,5-trimethyl pyrazine, 2-methoxy-3(5) methyl pyrazine, 2,5-dimethyl pyrazine, 2,6-dimethyl pyrazine, 그리고 잣에서는 terpene류의 alpha-pinene, beta-pinene, camphene, myrcene, cymene, aldehyde류로는 furfural, benzaldehyde, trans,trans-2,4-decadienal, alcohol류에는 hexanol, octanol, menthol, borneol, alpha-terpineol, carveol ketone류에는 camphor, carvone, ester류에는 methyl caprylate, isobornyl acetate, ethyl caprate, ethyl laurate, ethyl palmitate, methyl oleate, 그 외 2-acetyl thiazole, methly pyrazine, 5-methyl quinoxaline, 2,3,-dimethyl pyrazine등의 유효 성분이 검출 되었다.
타. Natural flavor, Natural identical flavor 및 Artificial flavor를 이용하여 아이스크림, 기능성음료, 두유음료, 유화음료에 적용하여 긍정적인 결과를 얻었으며, compounding flavor 의 경우 이미 중국에 수출하기 시작하였고, 향후 수출량은 급속히 증가 할 것으로 예측된다.

Abstract ▼

It is well known that flavor composition of Nuts(Peanut, Pinenut) essential oil is significantly different depending on the location of production. We focused on the extraction of natural flavor from Nuts(Peanut, Pinenut) essential oil and analyzed its flavor components to creative a compounding fla

It is well known that flavor composition of Nuts(Peanut, Pinenut) essential oil is significantly different depending on the location of production. We focused on the extraction of natural flavor from Nuts(Peanut, Pinenut) essential oil and analyzed its flavor components to creative a compounding flavor.
The supercritical fluids generally have similar density as liquid and similar viscosity to gas. They have solvent power like liquids. Among the supercritical fluids the supercritical carbon dioxide is safe for human being, and its critical pressure and temperature are suitable for its application in the extraction industry.
1. The experimental apparatus for the extraction of natural flavor was invented, and this was equipped with CO₂-recirculation system in order to reuse CO₂ as solvent.
2. The Nuts(Peanut, Pinenut) were purchased and crushed to separate the natural flavor. The separated essential oil was used as a raw material to purify natural flavors.
3. The effect of pressure on the efficient extraction of the flavor was investigated, and the maximum extraction rate was observed at 200atm, based on the amount of 2-Acetylpyrazine, Benzothiozole for peanut, 2,4-Decadienal, Pinene for pinenut.
4. The effect of temperature on the efficient extraction of the flavor was investigated, the extraction rate was reached at a maximum at 40℃.
5. The effect of modifier on the efficient extraction of the flavor was investigated. When ethanol or ethyl acetate were added to extractor, the extraction rate increased slightly.
6. The investigation of reusability of CO₂ was carried out. The CO₂ was reused 7 times.
7. The efficient extraction of natural flavor was achieved by using the static extraction method rather than the dynamic extraction method.
8. When the supercritical CO₂ was used as the extraction solvent, the amount of linalool and thymol were increased.
9. Natural and compounding flavors were applied to various kinds foods.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 11
• 목차 ... 13
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 16
• 제 1 절 연구개발의 목적 ... 17
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 18
• 1. 기술적 측면 ... 18
• 2. 경제·산업적 측면 ... 19
• 3. 사회·문화적 측면 ... 20
• 4. 과학과 예술로서의 조향 ... 21
• 제 3 절 연구개발의 범위 ... 22
• 1. 초임계 이산화탄소를 이용한 구운 땅콩 및 잣으로부터 천연향의 추출 조건 확립 ... 22
• 가. 구운땅콩 및 잣의 천연향 추출에 적합한 초임계 이산화탄소 추출 장치 제작 ... 22
• 나. 구운 땅콩 및 잣의 천연향 함유 시료 조성 ... 22
• 다. 추출 압력이 구운 땅콩 및 잣의 천연향 추출 효율에 미치는 영향 ... 23
• 라. 추출 온도가 구운 땅콩 및 잣의 천연향 추출 효율에 미치는 영향 ... 23
• 마. Modifier가 구운 땅콩 및 잣의 천연향 추출에 미치는 영향 ... 23
• 바. 이산화탄소의 재사용이 추출 효율에 미치는 영향 ... 23
• 사. Static extraction 방법 및 dynamic extraction방법이 추출 효율에 미치는 영향 비교 ... 23
• 2. 추출된 천연 향료의 분석 및 조합 ... 23
• 가. 추출된 땅콩, 잣 천연향의 GC/MS 분석 ... 24
• 나. 땅콩, 잣 천연향에 근접하는 compounding flavor의 조합 ... 24
• 3. 천연 향료 및 compounding flavor의 제품 적용 ... 24
• 가. 아이스크림 적용 ... 24
• 나. 기능성음료 적용 ... 24
• 다. 두유 음료 적용 ... 24
• 라. 유화 향료 개발 적용 ... 24
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 25
• 제 1 절 국내외 향료산업의 현황 ... 26
• 제 2 절 국외 향료 시장 현황 ... 27
• 제 3 절 국내 향료 시장 현황 ... 31
• 제 4 절 국내업계동향 ... 32
• 1. 국내 향료산업 발전의 저해요인 ... 34
• 2. 향료 산업의 발전 방안 ... 34
• 제 5 절 국외 관련 기술 ... 35
• 제 6 절 국내 관련 기술 ... 35
• 제 3 장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 36
• 제 1 절 초임계 CO2를 이용한 구운땅콩 및 잣으로부터 천연향의 추출조건 확립 ... 37
• 1. 천연향 추출법 ... 37
• 2. 국내산 견과류(땅콩, 잣)의 향기성분 ... 39
• 3. 연구내용 및 결과 ... 41
• 가. 구운 땅콩 및 잣의 천연향 추출에 적합한 초임계 이산화탄소 추출 장치 제작 ... 42
• 나. 구운 땅콩 및 잣의 천연향 함유 시료 조성 ... 43
• 다. 초임계 이산화탄소의 추출 압력이 구운 땅콩 및 잣의 천연향 추출에 미치는 영향 ... 43
• 라. 초임계 이산화탄소의 추출 온도가 땅콩 및 잣의 천연향 추출에 미치는 영향 ... 46
• 마. Modifier가 땅콩 및 잣의 천연향 추출에 미치는 영향 ... 48
• 바. 이산화탄소 재사용이 땅콩 및 잣의 천연향 추출 효율에 미치는 영향 ... 50
• 사. Static extraction방법 및 dynamic extraction 방법이 추출 효율에 미치는 영향 비교 ... 52
• 제 2 절 초임계 CO2를 이용하여 견과류로부터 추출된 천연향료의 분석 및 조합 ... 54
• 1. 천연 소재로 부터 천연 향료의 개발방법 ... 54
• 가. 향료 조합 연구 ... 55
• 2. 추출된 천연 향료 분석 및 조합 ... 58
• 가. SPME(Solid Phase MicroExtraction)법에 의한 향기성분의 전처리 ... 58
• 나. 추출된 천연향의 GC/MS 분석 ... 60
• 다. 견과류 천연향에 근접하는 compounding flavor의 개발 ... 72
• 라. 관능검사 ... 77
• 3. 천연 향료 및 compounding flavor의 제품 적용 ... 77
• 가. 아이스크림 적용 ... 77
• 나. 기능성 음료 적용 ... 80
• 다. 두유 음료 적용 ... 85
• 4. 초임계이산화탄소에 의한 추출 oil의 수용성화 ... 87
• 가. pine nut의 essential oil로부터 수용성 향료 성분의 추출 ... 87
• 5. 땅콩의 유화향료(O/W형)개발 ... 89
• 가. 땅콩 Oil Base 제조 ... 89
• 6. 기술 개발 결과물 ... 95
• 가. 두유음료 개발 제품 ... 95
• 나. 기능성음료 개발 제품 ... 95
• 다. 아이스크림 개발 제품 ... 96
• 라. 유화향료 개발 제품 ... 96
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 98
• 제 1 절 연구개발 착안점 및 달성도 ... 99
• 1. 연구 계획시의 착안점 ... 99
• 2. 연구 수행후의 달성도 ... 100
• 제 2 절 관련분야의 기술발전에의 기여도 ... 101
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 102
• 제 1 절 연구 활용 방안 ... 103
• 제 2 절 추가 연구의 필요성 ... 103
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 105
• 제 7 장 참고문헌 ... 107
• 끝페이지 ... 112