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해외논단 - 차의 심가공 연구와 개발 이용
양월영(梁月榮, 중국 저장대학교 교수)
세계 차 생산 발전은 비교적 빠른 속도를 유지하고 있다. 통계에 따르면 현재 세계 차밭 면적은 약 310만ha이고, 차 생산량은 360만t이며, 연평균 2.6%씩 높아지고 있다. 그러나 소비자가 차를 직접 마시는 양은 약 1.5~1.7%씩 증가하고 있다. 직접 소비량 증가 속도가 생산능력 발전 속도보다 느린 셈이다. 이런 현상은 당분간 유지될 가능성이 있다. 차의 새로운 가공법과 개발 이용은 차 산업 발전과 소비자의 다양한 요구를 충족하는 데 필요하다.
차 폴리페놀과 보건제품
차 폴리페놀 효율이 높은 항산화 구조와 보건효능의 발견은 20세기 차의 과학연구가 성취한 중대한 성과 중 하나이다. 고순도 탈카페인 차 폴리페놀 추출 기술과 차 폴리페놀 응용 역시 이미 빠른 속도로 발전하였다. 기본적으로 기계화로 원가를 대폭 낮춰서 차 폴리페놀의 응용영역 확장을 위한 기초를 다졌다. 차 폴리페놀은 주로 약품 원료로 개발되었는데 임상실험 결과 효과가 현저한 것으로 나타났다. 차 폴리페놀은 어류와 육류, 조지방의 신선도 유지제로도 유용하게 사용할 수 있다.
지용성 차 폴리페놀 개발에 성공하면서 차 폴리페놀 응용 분야의 전망은 더욱 밝아졌다. 현재 세계 차 폴리페놀의 연 사용량은 약 1,600t으로, 그중 중국의 차 폴리페놀 생산량은 600t 이상이다. 2~3년 후 전세계 소모량은 1만t을 초과하고, 그중 중국의 연수요량은 1,000t 이상에 달할 것으로 보인다. 탈카페인은 차 폴리페놀 생산의 결정적 기술인데, 현재 차 원료를 이용하여 카테킨류 화합물을 제조할 때 자주 사용하는 카페인 제거방법에는 용매 추출법, 이온침전분리법, 칼럼크로마토그래피(columnchromatography)분리법과 초임계CO2추출법, 리그닌셀룰로오스분리법이 있다.
용매 추출법
‘액-액 추출’이라고도 한다. 차 카테킨류와 카페인의 차이에 근거하여, 그들을 두 개의 서로 녹지 않는 액상 중의 분배특성을 이용하여 서로 다르게 분리를 진행한다. 용매추출은 가장 먼저 사용된 카테킨류의 카페인 제거 방법 중 하나이다. 이 방법은 주로 클로로포름, 디클로로메탄, 아세톤, 에테르, 헥산 등 카페인 용해가 높은 유기용제를 추출제로 이용하여 차의 수용성 추출액 중 카페인을 분리한다. 차의 추출방법은 일반적으로 수용성 추출과 유기용제 추출이 있다. 만약 물을 이용하여 차를 추출하면, 얻어지는 비율은 일반적으로 6~8%로, 제품 중 다당, 색소, 펙틴 등 불순물이 비교적 많이 함유되어 있고, 카테킨류의 산화가 비교적 심하여, 제품의 순도가 비교적 낮다. 만약 유기용제를 이용하여 차를 추출하면, 얻어지는 비율을 8~10%로 높일 수 있는데, 카테킨류의 산화정도는 낮지만, 카페인 함량은 비교적 높다. 그래서 어떤 사람은 클로로포름 등으로 카페인을 제거한 후 다시 한번 초산에틸을 이용하여 카테킨류를 추출하여, 제품의 순도를 높이는 방법을 이용한다. 유기용제 추출은 공통적으로 용제의 잔류, 비교적 낮은 제품의 품질 안전성, 그리고 추출과정 중 대량의 유기용제 사용, 농축, 건조 과정의 큰 에너지 소모, 높은 생산 원가의 문제가 존재한다.
이온침전 분리법
이온침전 분리법은 금속이온과 카테킨류에서 생기는 침전을 이용하여, 거기서 카페인을 분리하고, 침전물은 원심분리, 산전용과 용제추출을 통하여, 순도가 비교적 높은 카테킨류 화합물을 얻는다. 상용되는 침전제는 중금속성염(Pb（OH）Ac, Cu（OH）Ac 등), 수산화물( Ca（OH）2 등), 이온(Ca2+, Mg2+, Al3+, Zn2+, Fe3+, Mn2+, Ba2+, Se2+ 등)이다. 사용할 때 일반적으로 알카리성 조건에서 침전하고, 산성 조건에서 전용된다. 연구로 밝혀진 침전효과의 순서는 ‘Al3++Zn2+> Al3+> Zn2+> Fe3+ >Mn2+>Ba2+’이고, 이온을 이용하여 침전할 경우, 수소 지수(pH)는 침전효과에 대해 뚜렷한 영향이 있으며, 서로 다른 알카리성 용액의 작용 효과의 순서는 ‘NaHCO2 > NaCO3 > NH3·H2O > NaOH’이다. 침전법은 선택성이 비교적 좋고, 유기용제의 용량을 줄일 수 있으며, 용제추출법에 비해 원가가 낮지만, 카테킨류가 알카리성 조건에서 산화되기 쉽고, 강알카리 용액에 처리하면 카테킨류의 산화가 심각하여, 생산량과 순도에 나쁜 영향을 끼치고, 침전 후에도 여전히 유기용제를 이용하여 추출해야 순도가 높은 제품을 얻을 수 있어서, 용제 잔류의 문제가 여전히 존재한다.
칼럼 크로마토그래피(Column Chromatography)분리법
충전물(일반적으로 합성수지)을 이용하여 카테킨류 등 물질을 ‘흡착-흡착분리’의 특성을 살려 카테킨류와 카페인과 기타 침전물을 분리할 수 있다. 칼럼의 재료에 따라서 겔칼럼, 흡착칼럼, 이온교환칼럼이 있다. 제조율은 일반적으로 4~8%이고, 순도 최고 98% 이상에 다다르며, 카페인 함량은 0.1% 이하로 할 수 있고 고순도 카테킨류의 분리에 효과적인 수단이며, 그중에 흡착칼럼은 비교적 자주 이용된다. 보도에 따르면 폴리아미드 수지, 92-2과 92-3호 흡착수지를 이용하여 비교적 좋은 효과를 얻을 수 있다. 이 방법은 수지 흡착 후에 알코올용액으로 씻어주는데, 알코올은 반복적으로 사용할 수 있으며, 농축과 건조를 거치면 고순도의 제품을 얻을 수 있다. 문제는 수지 재생이 비교적 어렵고, 흡착량이 적고, 생산량이 적어서 상대적으로 원가가 높다는 점이다. 그리고 어떠한 수지는 세탁 시 알코올에 녹아서 제품 속으로 들어가 수지화학 잔류를 형성한다.
초임계CO2분리법
카테킨류는 일반적인 조건에서, 압력 20Mpa, 온도 50℃, 분리압력 5Mpa, 분리온도 40℃, CO2유동량 2.5L/h, 추출시간 5h로, 제작률이 일반적으로 9% 정도이다. 이 방법의 장점은CO2가 비활성용제로, 카테킨류와 반응하지 않고, 독성이 없고, 잔류오염이 없으며, CO2의 선택성도 비교적 좋고, 제품의 순도가 95%에 달하고, 카페인 함량은 2% 이하인 점이다. 그러나 단점은 일회용 투자가 크며, 운행원가가 비교적 높고, 현재 아직도 일정한 기술적 장애가 존재하는데, 예를 들어 추출 온도, 압력, 시간, 유속 등 요인의 변화가 자주 추출율과 제품순도의 변화를 야기하여, 제품이 불안정하다.
리그닌셀룰로오스분리법
리그닌셀룰로오스는 우수한 흡착제로, 용액 중 중금속이온, 폴리페놀류 염료 등에 대해서 흡착효과가 뛰어나다. 저장대학교 과학자는 현재 카테킨류 화합물 분리에 존재하는 높은 원가와 화학 잔류 문제에 대하여, 2004년부터 근원이 서로 다른 리그닌 재료를 이용하여 리그닌셀룰로오스를 제조하여 얻었다. 그것을 카테킨류 분리 순화에 응용하여, 우수한 효과를 얻었으며, 국가 발명특허를 획득했다. 리그린셀룰로오스는 목재 가공과정의 자연 산물로 원가가 비교적 낮으며 독성이나 해가 없어서, 티폴레피놀 분리의 전 과정에 유독화학용제를 사용하지 않아도 된다. 제품의 화학 잔류를 철저히 제거하여 식용 안전성이 좋고, 리그닌셀룰로오스가 티폴리페놀에 대해 특이성 흡착의 특징이 있어서, 비교적 철저히 카페인을 제거하여 제품의 순도가 높다.
차 사포닌의 추출과 응용
차 사포닌 개발과 응용은 20세기 차엽과학 연구의 또 다른 하나의 큰 성과이다. 차 사포닌은 차종자에서 추출한 일종의 5개 고리의 트리터펜 화합물이며, 일정의 성능이 우수한 천연 비이온형 표면 활성제이다. 차 사포닌은 농약공업분야에서 주로 습성분말제의 윤습제, 수용성 농약의 조제, 식물성 살충제및 살균제, 식물생장 조절제로 사용된다. 특이한 것은 자동분해되고, 농약의 효과를 현저하게 높이고, 농약사용량과 잔류량을 감소시키는 환경보호형 농약 조력제라는 점이다. 게다가 차 사포닌은 좋은 생물활성을 가지고 있으며, 사이할로트린(Cyhalothrin), 로테논(Rotenone) 등과 혼합 배용하며, 무테두리 진딧물, 배추좀나방, 차응애 방제에 효과를 보이고 있다. 차 사포닌은 배추흰나비에 대하여 일정 정도의 위독과 비교적 강한 기피 작용을 가지고 있으며, 배추흰나비의 양배추 위해에도 일정의 효과를 가지고 있다. 원림초원에서 살충제로 사용하며, 지하해충을 방제할 수 있다.
차 사포닌 제조방법에는 침전법, 수지흡수분리 등이 있다. 침전법의 기본과정은 ‘원료를 가루로 내어 체에 밭친다 → 추출 → 원심분리 → 액체수집 → 침전제(산화칼슘)를 넣는다 → 원심분리 → 여과된 것을 수집한다 → 탄산수소암모늄을 넣는다 → 진공여과 → 여과액수집→ 농축 → 티사포닌’이다. 수지흡착분리의 과정은 ‘탈지유 으깬 차종자 → 80％ 알코올에 추출 → 수지흡착AB-8수지 → 80％ 알코올에 세척 → 농축, 건조’이다.
인스턴트 차 개발
인스턴트 차는 일종의 건분 상태의 차 제품인데, 뜨거운 물이나 차가운 물 모두에서 녹아 편리하다. 인스턴트는 1㎏당 2,000잔 이상 우려낼 수 있다. 전통적인 찻잎은 300~500잔을 우려낼 수 있다. 인스턴트 차는 미국의 아이스티, 구미 국가의 약차와 보건차 등 음차방식을 풍부하게 했는데, 그로 인하여 차의 소비를 촉진시켰다. 일찍이 1885년 영국의 브라운( J. W. Brown)은 농축차 추출물의 특허를 신청한 후 1943년 처음으로 분무건조를 이용한 인스턴트 차 제품을 탄생시켰다. 당시 인스턴트 차는 인스턴트 커피의 품질에 못 미쳤는데, 찻잎의 향기화합물이 가공과정 중 대량 증발하여 찻잎을 직접 사용하여 만든 차보다 못하였다. 현재 세계 인스턴트 차의 총 판매량은 약 1만t으로, 비록 찻잎의 경제성에 미치는 영향은 크지 않지만, 그 간접적인 효용은 뚜렷하고, 전경도 밝다. 인스턴트 차 제품 생산의 기본 과정은 ‘찻잎추출 → 원심분리 → 여과 → 역삼투 농축 → 분무건조 또는 냉동건조’이다. 소비자의 다양한 요구를 만족시키기 위하여, 저장대학교에서는 차나무의 생엽을 사용하여 생산한 인스턴트 녹차와 저 카페인 인스턴트 녹차 제품을 생산했는데, 양호한 효과를 얻었다. 첫째로 일반적으로 찻잎을 건조한 후 뜨거운 물을 이용하여 추출하는데, 원가를 낮추기 위해 차나무 생엽을 이용하여 직접 인스턴트 차 또는 저 카페인 인스턴트 차를 생산하여, 가공 에너지 소비를 현저히 낮췄다. 둘째로 인스턴트 녹차가루의 색이 진녹색이고, 탕색이 아름답다. 셋째로 비타민류의 영양성분과 티폴리페놀의 산화를 감소시켜 영양이 더욱 풍부하여 보건 효능이 더욱 분명해졌다.
차 음료의 개발
차 음료는 1970년대 후기 개발에 성공한 이래, 줄곧 빠른 속도로 발전했다. 예를 들어 아시아에서 차 음료의 소비는 2001년에 862.5만t에서 2006년에 1363.1만t으로 증가하여, 연평균 9.6% 증가하였다. 유럽은 2000년 190만t에서 2007년 370만t으로 발전하였고, 미국은 1999년 생산량 240만t에서 2007년 283만t에 달했다.
차 음료는 중국에서 이미 제3대 액체음료 품종을 이루었다. 차 음료 생산의 중요기술은 냉각 후 혼탁, 색의 갈변과 맛의 저하를 조절하는 것이다. 현재 고속 원심결합여과 등의 기술을 이용하여, 냉각 후 혼탁을 비교적 좋게 조절하여 생산하고, Vc 등 항산화제를 합리적으로 이용하여 비교적 좋은 녹차의 탕색을 유지하고, 상온무균용기를 사용하여 비교적 좋은 차의 향기를 유지할 수 있다. 향후 차 음료는 기능을 보강하고 다양한 맛을 개발해야 한다.
초미립자 찻가루 개발, 차 소비의 새로운 경로 개발
초미립자 찻가루는 초미립자 분쇄기술로, 찻잎을 미크론(micron) 단위의 분말로 분쇄하여, 식용 또는 각종 식품가공에 사용하는 데 기여할 것이다. 차의 보건과 영양성분을 보존하고, 차의 셀룰로오스 등의 물질을 충분히 이용하여, ‘마시는 차’에서 ‘먹는 차’로 바꾸어, 새로운 찻잎 소비방식을 형성할 수 있다. 주로 케이크, 분식, 사탕, 청량음료 등의 가공에 이용된다.
* 이 글은 제35회 보성다향제 기간 중 한중일 학술대회에서 양월영 교수가 발표한 내용을 재수록한 것입니다. |
첫댓글 좋은 자료 잘 읽었습니다. 감사합니다.