1. 연구배경

최근 감귤생산량 증가로 여기에서 생기는 감귤 껌질량이 막대하나, 현재 국내에서는 일부 한약 및 사료로 이용하고 있는 정도이다. 이러한 감귤껍질을 그대로 폐기한다면 환경오염 요인이 될 수 있으므로 공해문제의 해결이라는 점과 폐기자원을 활용한다는 면에서 껍질활용은 의미가 있으며 제주도 감귤의 적정생산과 비상품과 해소를 위해서도 매우 중요한 과제이다.

감귤껍질 속에는 펙틴, 헤스페리딘, 나린진, 색소, 정유 등 유효성분이 많이 포함되어 있으며 국내에서도 펙틴, 헤스페리딘, 나린진의 추출에 관하여는 연구가 되어 있으나 정유의 추출에 관한 연구는 거의 되어있지 않다.

정유(精油)란 식물체가 가지고 있는 방향성 기름성분(Essential Oil)으로 주로 식물의 내분비선에서 분비되는 이차대사산물이며, 최근 천연지향주의 붐에 힘입어 천연정유의 사용량이 증가하고 있으며 그 중요성이 더해 가고 있다. 그리고 정유는 휘발성에 기인하는 방향효과, 항균(살균) 및 방부효과와 같은 다양한 생물활성을 가지는 등의 장점을 가지고 있다.

특히 감귤정유는 감귤껍질 flavedo층의 유포(oil glands)중에 함유되어 있는 방향성분으로 감귤의 종류는 물론 동일종에서도, 기후, 풍토, 과실의 완숙 및 저장의 시간적 변화 등에 의해서 성분의 변화가 있다고 하였으며 세정제, 식품향료, 의약품 등에 첨가제로 널리 이용되고 있다. 또한 주성분인 d-limonene(65∼88%)은 인체 및 환경에 유해한 영향을 주지 않는 물질로 `96년 미국 마케팅 선정 에디슨상을 수상한 특수 강력 세정제로 선진국에서는 보편적으로 사용하는 세정제이다.(`92. J. Hazard Mater)

그리고 d-Limonene은 살충성 및 항균성이 있는 것으로 알려져 있는데, Aldeman과 Marth는 Aspergillus parasiticus의 생장과 aflatoxin 생성을 억제한다고 보고하였으며(`76. Z. Lebensm-Unters-Forsch), Singh 등은 orange oil이 다양한 곰팡이 병원균 (Colltotrichum falcatum, Fusarium moniliforme, Ceratocystis paradoxa 등)에 항균성을 나타낸다고 하였다. (`93. Z. Pflanzenkr Pflanzenschutz)

본 시험에서는 국산 감귤정유의 이용방안을 검토하기위해 증류추출법, 용매추출법 및 저온압착법을 이용하여 온주밀감껍질로부터 정유를 추출하고 각각의 수율 등을 조사하였고 생육시기별 정유수율 및 성분을 비교분석하였다.

2. 재료 및 방법

공시재료는 제주도 농업기술원 상귀기술개발포장에 식재된 10년생 흥진조생(Citrus unshiu Marc. Var. Okitsu) 온주밀감을 이용하였다

감귤정유 추출방법은 증류법, 저온압착법, 용매추출법을 이용하였는데 각각의 추출과정은 표1과 같다. 비중측정은 정유시료 10㎖를 메스플라스크에 넣고 20℃로 항온 시킨 후 분석용 저울로 무게를 정확히 측정하여 대기압하에서 20℃ 물 무게의 동일량에 대한 시료의 무게 비로써 측정하였다.

정유 성분분석은 GC와 GC/MS를 이용하였고 각각 3반복으로 실시하였는데 GC는 HP-5890을 사용했다. 칼럼은 0.25mm dia × 15m HP-1, He 가스, 칼럼온도 60℃-2℃/min-200℃, 주입구온도 230℃, 검출기온도 250℃의 조건하에서 FID로 검출했으며 GC/MS는 HP-5890을 이용하여 이온화 전압 70eV에서 측정했다.

그리고 생육시기별 감귤정유 수율 및 성분분석을 하기위해 7월부터 10∼20일 간격으로 수확하여 과피두께 및 과피율 등을 조사하였으며 정유는 증류법을 이용하여 추출하고 추출된 정유는 냉동고에 보관하면서 성분분석 등에 사용하였다.

표1. 감귤정유 추출방법

3. 결과 및 고찰

가. 추출방법에 따른 감귤정유 추출수율

감귤정유는 증류법, 저온압착법 및 용매추출법을 이용하여 추출하였는데 증류법에서의 수율이 1.35%(v/w)로 가장 높았으며, 저온압착법에서는 0.25%로 수율이 낮았다. 용매추출시 용매는 핵산, 에테르 및 메틸렌클로라이드를 사용하였는데 각각의 수율은 1.20, 0.62, 1.05%(v/w)로 핵산을 이용한 추출시 수율이 높았다.

표2. 추출방법에 따른 감귤정유 추출수율

나. 추출방법에 따른 검출된 성분수, d-Limonene 및 비중

증류법, 저온압착 및 용매추출방법에 따라서 검출된 성분은 각각 51, 55, 107개로 용매추출에서 많은 성분이 검출되는 것으로 나타났다. 주성분인 d-Limonene은 추출방법에 따라 각각 68.6, 53.7, 47.6%(w/w)의 면적비를 나타내었는데 증류법에서의 함량이 가장 높았으며 용매추출시는 검출된 성분수가 많아 상대적으로 면적비가 낮게 나타났다. 추출방법에 따른 비중은 각각 0.8409, 0.8472 및 0.8530으로 큰 차이는 없었다.

표3. 추출방법에 따른 검출된 성분수, d-Limonene 및 비중

다. 증류시간에 따른 정유수율, 성분수 및 d-Limonene 변화

정유수율이 높은 증류법에서의 최적 추출조건을 알아보기위해 증류시간에 따른 정유수율을 검토한 결과 60분 경과시 약 86% 정도의 수율을 얻었으며 이후 120분 경과 후 최대수율을 나타내었다. 이것으로 대부분의 정유성분은 거의 초기에 검출되며 최적 증류시간은 약 2시간 정도가 적당한 것으로 사료된다.

증류시간에 따라서 검출된 성분은 50, 60, 90, 120 및 150분 경과시 각각 54, 52, 77, 96 및 79개로 120분 경과시 가장 많은 성분이 검출되었다. 그리고 증류시간별d-Limonene 성분은 각각 68.1, 69.9, 61.33, 59.95 및 61.23%(w/w)로 초기에 함량이 높았으나 이후 점차 감소하였다.

라. 생육시기별 과피두께 및 과피율 변화

생육시기별 과피두께 변화를 보면 7월상순 4.67mm로 가장 두껍고 이후 점차 감소되다가 9월상순경 다시 증가 제2의 극대치를 보이고 점차 감소하였다. 9월중순경 제2의 극대치를 나타낸 것은 8, 9월 고온기 세포분열에 의해 과피두께가 다시 증가한 것으로 사료되며 수확기 과피두께는 1.99∼2.01mm이었다.

생육시기별 감귤의 과피율 변화는 7월 초순경 66.5%에서 11월 중순경 16.77%로 과실이 커짐에 따라 점차 감소하는 경향을 나타내었다.

 그림1. 증류추출시 증류시간에 따른 정유수율

그림2. 증류추출시 증류시간에 따른 성분수

그림3. 증류추출시간에 따른 d-Limonene 성분변화

그림4. 생육시기별 과피두께 변화

그림5. 생육시기별 과피율 변화

마. 생육시기별 감귤정유수율, 성분수 및 d-Limonene 변화

생육시기별 감귤정유 수율을 조사한 결과 7월상순 0.77%, 9월상순 1.16% 그리고 11월중순 1.05%로, 7월 이후 점차 증가하다가 9월중순 최대치를 보였으며 이후 약간 감소하는 경향을 보였다.

생육시기별 d-Limonene 성분함량은 7월23일, 8월21일, 9월22일, 10월29일 및 11월17일에 각각 44.49, 54.19, 60.4, 64.51 및 68.69%로, 과실이 성숙함에 따라 점차 증가하는 것으로 나타났다. 반면에 검출된 성분개수는 과실이 성숙함에 따라 점차 감소하는 경향을 나타냈다.

Y. Ohta(1977)등은 과실의 성숙과 함께 d-Limonene이나 ester류는 증가를 나타내며 생체조직이나 천연과즙에 있어서는 함유효소의 작용에 의해서 좋은 효과 뿐만 아니라, 때로는 불쾌취를 생성하는 경우도 있다고 보고하였다.

그림6. 생육시기별 감귤정유 수율변화

그림7. 생육시기별 성분수 변화

그림8. 생육시기별 d-Limonene 변화

바. 감귤정유 성분분석

수확기 감귤과피의 정유성분을 분석한 결과 51개 성분이 검출되고 이중 36개 성분이 GC 및 GC/MS에 의해 확인되었다.

분석결과 감귤정유의 주요성분은 d-Limonene, gamma-Terpinene, beta-Elemene, Farnesene, Hexadecanoic acid, alpha-Pinene, beta-myrcene, Linalool, beta-Pinene, 및 alpha-Terpinolene으로 각각의 면적비(area%)는 68.69, 7.75, 2.96, 2.29, 1.76, 1.63, 1.56, 1.46, 0.87, 0.83%를 나타내었다. 특히 d-Limonene성분을 68.69%정도 함유하였는데 Yajima(1979)등이 온주밀감의 주성분인 d-Limonene은 보통온주에서 약 83%, 조생온주에서는 65%를 함유하고 있다는 보고와 큰 차이가 없었다.

그리고 이외에 trans-Ocimene, Decanal, p-Mentha-dien-ol 등이 확인되었는데 특히 p-Mentha-dien-ol 성분은 온주밀감의 특징적인 향기성분으로 알려져 있다.

표4. 감귤정유 성분분석

4. 적요

가. 증류추출, 용매추출 및 저온압착을 이용하여 감귤정유 추출수율을 조사한 결과 증류추출법이 1.35%(v/w)로 가장 높았다. 그리고 추출방법에 따른 비중은 각각 0.8409, 0.8472 및 0.8530이었으며 검출된 성분개수는 용매추출시 107개로 추출방법 중 가장 많이 검출되었다. 반면, d-Limonene 함량은 47.6%로 상대적으로 낮은편이었다.

나. 증류추출시 증류시간에 따른 정유수율은 120분 경과시 최대 수율을 나타내었고 d-Limonene 성분은 60분 경과시 69.9%에서 150분 경과 후 61.23%로 점차 감소하였다.

다. 생육시기별(7월∼11월중순) 과피두께는 7월 4.67mm로 최대치를 보이고 감소하다가 9월상순경 다시 증가 제2의 극대치를 나타내고 이후 점차 감소하였다.

라. 생육시기별 정유수율은 7월초 0.77%(w/w)이었으며 8월중순이후 급증하여 9월중순경에는 1.16%로 최대치를 나타내었다. 그리고 이후 큰 변화는 없었으나 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 그리고 d-Limonene 성분은 과실이 성숙함에 따라 점차 증가하였다.

마. 감귤정유성분 분석결과 주요성분은 d-Limonene, gamma-Terpinene, beta-Elemene, Farnesene, Hexadecanoic acid, alpha-Pinene, beta-myrcene, Linalool, beta-Pinene, 및 alpha-Terpinolene이었으며 특히 d-Limonene의 면적비(area%)는 68.69%로 감귤정유성분의 대부분을 차지하고 있는 것으로 나타났다.

5. 인용문헌

Alderman, G.G. and Marth, E. H., 1976. Inhibition of growth and aflatoxin production of Aspergillus parasiticus by citrus oils. Z. Lebensm-Unters-Forsch, 160, 353-358.

Cotroneo A., Dugo G, 1990. Variation in essential oils of mandarine related to processing an ripening. J. of Chemometrics, 4(5), 379-385.

Dabbah, R., Edward V. M., 1970. Antimicrobial action of some citrus fruit oils on selected foodborne bacteria. Appl. Microbial., 19, 27-31.

Don pedro KN., 1996. Fumigant toxicity of citrus peel oils against adult and immature stages of storage insect pests. Pesticide Sci., 47(3), 213-223.

Don-Pedro, Kio N., 1996. Fumigant Toxicity is the Major Route of Insecticidal Activity of Citrus Peel Essential Oils. Pesticide Science Chichester, 46(1), 71-78.

James A. Staroscik, Alicia A. Wilson, 1982. Seasonal and Regional Variation in the Quantitative Composition of Cold-Pressed Lemon Oil from California and Arizona. J. Agric. Food Chem., 30, 835-837.

J. W. Kesterson, R. J. Braddock, 1975. Total Peel Oil content of the major Florida citrus cultivars. J. Food Sci., 40, 931-933.

강하영, 오종환, 1994. 침엽수 수엽정유의 방향제 이용적성. 임업연보 Res. Rep. For. Res. Inst., 49.

Kekelidze NA., Lomidze EP., 1989. Analysis of terpene variation in leaves and fruits of Citrus unshiu Marc. during ontogenesis. Flavour and Fragrance J., 4(1), 37-41.

Philip E. Show, 1979. Review of Quantitative Analysis of Citrus Essential Oils. J. Agric. Food Chem., 27, 246-257.

Singh, G. et. al., 1993. Chemical and Fungitoxic investigation on the essential oil of Citrus sinensis. Z Pfanzenkr Pflanzenschutz, 100, 69-74.

Theresa S. Chamblee, Benjamin C. Clark, Jr., 1991. Quantitative Analysis of the Volatile Constituents of Lemon Peel Oil. J. Agric. Food Chem., 39, 162-169.

6. 연구결과활용

영농자료로 활용

조생온주밀감의 정유성분 추출 및 성분분석

1. 현황 및 문제점

가. 감귤 생산량 증가 및 해거리 현상 등으로 감귤 유통처리 혼란 및 가격폭락 등 문제가 발생 농업소득의 불균형 초래

나. 제주 감귤의 적정생산과 비상품과 해소를 위한 감귤가공산업의 활성화 필요

다. 감귤정유는 과피의 유포에 함유되어 있는 방향성분으로 세정제, 향료 및 의약품 등 다양한 산업분야에 응용되고 있음

2. 연구성적

가. 추출방법에 따른 감귤정유 추출수율

나. 생육시기별 감귤정유 수율변화

다. 감귤정유의 주요성분

3. 기대효과

가. 제주산 온주밀감의 정유추출이용으로 비상품과 등의 생과 처리가 가능할 것으로 기대됨

나. 앞으로 감귤정유이용 제품개발 및 산업화 가능성에 대한 검토 필요

4. 적요

가. 증류추출, 용매추출 및 저온압착법을 이용하여 감귤정유 추출수율을 조사한 결과 증류추출법이 1.35%(v/w)로 가장 높았음

나. 감귤생육시기별(7월∼11월중순) 정유수율을 조사한 결과 7월초 0.77%(w/w)이었으며 8월중순이후 급증하여 9월중순경에는 1.16%(w/w)로 최대치를 나타내었다.

다. 감귤정유성분 분석결과 주요성분은 d-Limonene, gamma-Terpinene, beta-Elemene, Farnesene, Hexadecanoic acid, alpha-Pinene, beta-myrcene, Linalool, beta-Pinene, 및 alpha-Terpinolene이었으며 특히 d-Limonene의 면적비(area%)는 68.69%로 감귤정유성분의 대부분을 차지하고 있는 것으로 나타났다.

5. 기존지도사업과의 상이점

기존 지도사업 반영자료 없음

발췌 : 제주도 농업기술원