KR100526434B1 - 갈조류를 이용한 푸코잔틴의 추출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 갈조류를 이용한 푸코잔틴(Fucoxanthin)을 추출하는 방법에 관한 것으로서, 미역이나 모자반, 톳, 다시마 등의 갈조류로부터 푸코잔틴을 높은 수율로 수득할 수 있도록 하는데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 해양에서 채취하여 충분히 세척한 미역, 다시마, 모자반 또는 톳에서 선택된 생체의 갈조류를 분쇄하는 분쇄단계와; 상기 분쇄 물을 유기 용매인 에탄올에 투입하여 상온에서 12∼24시간동안 유효성분을 추출한 다음 여과하여 추출 액을 얻는 추출단계와; 상기 추출 액을 농축 조로 이송하여 50∼70℃에서 200∼300mmHg로 감압하면서 농축 시켜 농축 물을 얻는 농축 단계와; 상기 농축 물을 동결 건조기에 투입하여 건조하는 건조단계; 를 포함함을 특징으로 하는 갈조류를 이용한 푸코잔틴의 추출 방법을 제공한다.

Description

갈조류를 이용한 푸코잔틴의 추출방법{Extracting method of fucoxanthin using Brown Algae}

본 발명은 갈조류를 이용한 푸코잔틴(Fucoxanthin)을 추출하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항산화, 항암 특성을 가지고 있어 임상적, 영양학적 및 공업적인 분야에서 널리 사용될 수 있는 푸코잔틴을 미역이나 모자반, 톳, 및 다시마 등의 갈조류로부터 높은 수율로 수득할 수 있도록 한 갈조류를 이용한 푸코잔틴의 추출방법에 관한 것이다.

일반적으로 해양에서 서식하고 있는 식물체인 해조류는 그 색상에 따라 녹조류(Green Algae, Chlorophyta), 홍조류(Red Algae, Rodophyta), 갈조류(Brown Algae, Phaeophyta), 및 남조류(Blue-green Algae)로 구분된다. 갈조류에는 미역, 다시마, 모자반, 톳 등이 있으며, 홍조류에는 김, 우뭇가사리, 돌가사리, 해인초 등이 있으며 녹조류에는 파래, 청각, 청태, 콜로렐라, 해캄, 반달말 등이 있으며, 남조류에는 흔들말 등이 있다.

상기한 해조류들은 엽록소이외에도 여러 종류의 색소들을 포함하고 있으며, 예를 들어 홍조류에는 적청색 색소인 피코빌린(Phycobilin)이 함유되어있고, 갈조류에는 갈색 색소인 푸코잔틴(Fucoxanthin)과 카로틴(Carotene)이 함유되어 있다.

특히, 갈조류에 함유된 푸코잔틴은 천연 카로티노이드로서 항산화, 항암 및 항돌연변이 작용이 베타 카로티노이드보다 우수하다는 특성이 학술지를 통해 발표되고 있다. 이러한 푸코잔틴의 특성으로 인하여 현재 갈조류에서 추출된 푸코잔틴을 포함하는 카로티노이드는 임상적, 영양학적 및 공업적 분야에서 널리 사용될 전망이다.

갈조류로부터 푸코잔틴을 추출하는 일반적인 방법은 충분히 세척한 미역, 다시마, 모자반, 톳 등을 건조한 다음 분쇄하고, 이 분쇄물을 유기용매에 투입하여 유효성분을 추출해내고, 얻어진 추출물을 농축시킨 다음 건조하는 것이다. 이렇게 얻어진 추출물에는 인체에 유익한 푸코잔틴을 포함하여 다양한 종류의 유효성분이 함유되어있다.

그러나, 갈조류로부터 푸코잔틴을 추출하는 과정에서 해양에서 채취된 갈조류를 태양 건조함에 따라 유효한 푸코잔틴이 분해되어 소실 될 뿐만 아니라 추출물을 농축하는 과정에서 고온의 열을 가하여 유기 용매를 증발시킴에 따라 푸코잔틴이 분해 소실되어 그 수율이 매우 저조한 문제점이 있다.

이에 본 발명은 미역이나 모자반, 톳, 다시마 등의 갈조류로부터 푸코잔틴을 높은 수율로 수득할 수 있도록 한 갈조류를 이용한 푸코잔틴의 추출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 해양에서 채취하여 충분히 세척한 미역, 다시마, 모자반 또는 톳에서 선택된 생체의 갈조류를 분쇄하는 분쇄단계와; 상기 분쇄 물을 유기 용매인 에탄올에 투입하여 상온에서 12∼24시간동안 유효성분을 추출한 다음 여과하여 추출 액을 얻는 추출단계와; 상기 추출 액을 농축 조로 이송하여 50∼70℃에서 200∼300mmHg로 감압하면서 농축 시켜 농축 물을 얻는 농축 단계와; 상기 농축 물을 동결 건조기에 투입하여 건조하는 건조단계; 를 포함함을 특징으로 하는 갈조류를 이용한 푸코잔틴의 추출 방법을 제공한다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

갈조류로부터 푸코잔틴을 높은 수율로 얻기 위하여 본 발명에서는 먼저 해양에서 채취하여 충분히 세척한 생채의 갈조류를 분쇄하는 분쇄단계를 거치게 된다.

갈조류로는 일반적으로 알려진 미역, 다시마, 모자반, 톳 등에서 선택되는 것을 사용할 수 있으며, 이들은 수확 즉시 충분히 세척한 다음 생채로 분쇄하는 것이 좋다. 이것은 갈조류를 태양 건조하는 경우 갈조류에 함유되어 있는 유효성분인 푸코잔틴이 분해되어 소실되기 때문이며, 따라서 높은 수율로 푸코잔틴을 얻기 위해서는 채취한 갈조류를 즉시 세척하여 생체로 분쇄하는 것이 바람직하다.

예를 들어 미역의 경우 생미역과 물에 불린 건조미역을 유기용매로 추출해 내었을 때 생미역에는 푸코잔틴이 건조미역에 비하여 약 20배정도 높게 함유되어 있는데, 하기 표 1에 생미역과 물에 불린 건조미역 각각 1g을 사용하여 유기용매로 유효성분을 추출해 내었을 때 추출물에 함유되어 있는 엽록소(Chlorophyl a, 및 c)와 푸코잔틴(Fucoxanthin)의 함량을 나타내었다.

이때, 유효성분의 추출을 DMSO(Diimethyl sulfoxide)와 아세톤 두종류의 용매로 각각 추출한 후 엽록소와 푸코잔틴의 함량을 산정한 다음 이를 합산하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 즉, 시료 1g에 4㎖의 DMSO를 넣어 15분간 추출후 이를 깨끗한 튜브에 걸러서 옮겨 넣고, 시료를 다시 1㎖의 증류수로 시료를 세척한 다음 이를 통합하여 5㎖를 만들어 각파장(470, 480, 581, 582, 631, 664, 665nm)에서 흡광도를 읽었다. 다음으로 동일 시료를 3㎖의 아세톤으로 2시간 추출한 후 이를 새로운 튜브에 넣고, 시료를 다시 1㎖ 에탄올로 세척한 후 1㎖의 증류수로 세척한 다음 이를 통합하여 5㎖를 만들어 각 파장(470, 480, 581, 582, 631, 664, 665nm)에서 흡광도를 읽어 엽록소와 푸코잔틴의 함량을 산정하고 그 총량을 하기 표 1에 나타내었다.

구분	생 미 역	건조미역
엽록소 a	0.261mg/ℓ	0.034mg/ℓ
엽록소 c	0.075mg/ℓ	0.005mg/ℓ
푸코잔틴	0.150mg/ℓ	0.0075mg/ℓ

상기 표 1에서 보는바와 같이 생미역의 추출물에 함유되어있는 엽록소는 건조미역의 추출물에 함유되어있는 엽록소에 비하여 약 8배정도 높게 함유되어 있음을 알 수 있으며, 특히 생미역의 추출물에 함유되어 있는 푸코잔틴은 건조미역의 추출물에 함유되어있는 푸코잔틴에 비하여 약 20배정도 높게 함유되어 있음을 확인 할 수 있다. 따라서 높은 수율로 푸코잔틴을 얻기 위해서는 채취한 갈조류를 생체로 사용하는 것이 효과적임을 알 수 있다.

갈조류 분쇄는 통상의 세절기를 사용하여 실시하면 되고, 분쇄크기는 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있으며, 바람직하게는 10mm 전후의 크기가 되도록 세절하는 것이 유효성분의 추출과 그 잔사의 분리 및 작업 효율 등을 고려했을 때 바람직하다.

분쇄가 완료되면 본 발명에서는 갈조류 분쇄물을 유기용매에 투입하여 상온에서 12∼24시간 동안 유효성분을 추출한 다음 여과하여 추출액을 얻는 추출단계를 거치게 된다.

이때, 유기 용매는 일반적으로 알려진 다양한 유기용매를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 인체에 유해하지 않은 에탄올을 사용하는 것이 좋으며, 특히 75% 에탄올을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 75% 에탄올을 사용하게 되면 잔량의 물에 의해 물에 녹는 유리아미노산 및 비타민 등이 추출되어 추출효율이 증대될 뿐만 아니라 75% 에탄올을 사용하여 얻어지는 추출물과 95%이상의 에탄올을 사용하였을 때 얻어지는 추출물 내의 항산화 활성을 갖는 푸코잔틴의 함량이 거이 일정하므로 경제적 및 추출효율을 고려하여 75%에탄올을 사용하는 것이 좋다.

에탄올에 갈조류 분쇄물을 넣고 상온에서 12∼24시간 동안 교반하면 갈조류에 함유된 유효성분을 추출하게 되는데, 특히 인체에 유익한 푸코잔틴을 포함한 카로티노이드가 다량으로 추출된다. 추출 시간이 길어질수록 수율이 증가되나 24시간 이후에는 큰 증가 추세를 보이지 않으므로 12∼24시간 정도 추출하는 것이 좋다.

유효성분을 충분히 추출해 낸 다음 이를 통상의 여과 장치로 여과하면 여액인 추출액을 얻을 수 있으며, 여과기에 걸려진 갈조류 잔사 등은 재활용하거나 별도의 과정을 통해 처리된다.

여과가 완료되면 본 발명에서는 상기 추출단계에서 얻어진 추출액을 농축조로 이송하여 50∼70℃도에서 200∼300mmHg으로 감압 농축시켜 농축물을 얻는 농축단계를 거치게 된다.

상기농축단계에서 중요한 것 중 하나는 추출액을 농축하는 과정에서의 온도조건이다. 만일 추출액의 농축온도가 70℃를 초과할 경우 추출액에 함유된 유효성분인 푸코잔틴이 분해되어 소실되게 되는 문제점이 있으므로 70℃를 넘지 않는 온도에서 추출액을 농축시키는 것이 중요하다. 또한 추출액의 농축온도가 50℃ 미만일 경우 농축 시간이 과다하게 소요되는 단점이 있다. 따라서 추출액의 농축온도는 50∼70℃가 바람직하다.

이와 같이 농축과정에서 추출액의 농축온도가 저온임에 따라 농축시간이 길어지게 되는데, 이를 해소하기 위하여 감압하에서 농축을 실시하는 것이 바람직하며, 감압 조건은 필요에 따라 선택적으로 변화시키면서 실시할 수 있으며, 본 발명에서는 200∼300mmHg의 감압조건에서 실시하였다.

농축이 완료되면 통상 출발 물질의 1중량에 대하여 약 0.1중량 비에 해당되는 농축물이 얻어지는데, 농축물이 얻어지면 본 발명에서는 상기 농축물을 동결건조기에 투입하여 건조하는 건조단계를 거치게된다. 동결건조는 통상의 방법 및 장치를 사용하면 용이하게 실시할 수 있다.

이와 같이 동결 건조하여 얻어진 본 발명에 따른 푸코잔틴은 단독으로 또는 다른 재료와 혼합하여 식품이나 임상분야 등을 포함한 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 그런데 전술한 농축단계에서 얻어진 농축물을 그대로 건조할 경우 푸코잔틴 이외에 소량의 불순물이 함유되어 있으므로 이러한 문제를 해소하기 위하여 건조하기 전 혹은 건조 후 정제단계를 거쳐서 보다 정제된 푸코잔틴을 생산하여 이용할 수도 있다.

정제단계는 다양한 방법을 적용할 수 있으나, 바람직하게는 본 발명에서 제시하는 방법을 적용하는 것이 좋다. 본 발명에 따른 정제단계는 먼저 농축 단계에서 얻어진 농축물에서 엽록소만을 용해시켜 제거하기 위하여 페트로륨 에테르(Petroleum ether)에 노말 프로판올(n-propanol)을 5%(V/V)가 되도록 첨가하여 조절한 후 여기에 농축물을 투입하여 엽록소만을 용해시키고 이를 여과한다.

여과하여 얻어진 고형물은 에틸아세테이트와 에탄올 1:1로 혼합한 용액에 투입하여 용해시키고, 이를 실리카겔이 충진된 컬럼에서 크로마토그래피를 실시하게 되면 푸코잔틴이 고순도로 함유된 분획물을 얻을 수 있게 된다.

이때, 크로마토그래피를 위한 용리액(eluent)으로는 여러 가지 용매를 선택하여 사용할 수 있는데, 그 중에서 에틸아세테이트와 에탄올을 적절히 조합하여 사용하면 푸코잔틴을 고순도로 분리할 수 있다. 본 발명에서는 에틸아세테이트로 분획할 물질을 컬럼에 로딩(loading)시키고 동일 용매로 컬럼의 용량만큼 엘루숀(elution)시키고 적황색 푸코잔틴 분획이 컬럼의 하단에 도달하게 되면 용리액을 에탄올로 바꾸어 사용하여 푸코잔틴을 분리하였다.

푸코잔틴의 확인은 황색분획물을 DPPH (1,1-Diphenyl-2- Picrylhydrazyl)와 반응시키면 확인할 수 있으며, 얻어진 분획물은 푸코잔틴이 분해되는 것을 방지하기 위하여 빛이 없는 암실에서 섭씨 40도의 낮은 온도에서 감압농축하여 고순도의 푸코잔틴을 얻는 것이 바람직하다.

이와 같이하여 얻어진 푸코잔틴은 고순도이므로 임상분야를 포함하여 다양한 분야에서 폭넓게 사용할 수 있으며, 얻어진 푸코잔틴은 필요에 따라서 단독으로 통상의 포장단계를 거쳐 판매시판 될 수 있으며, 여러 원료와 적절히 배합 조제되어 시판할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 미역이나 모자반, 톳, 다시마 등의 갈조류로부터 유효성분인 푸코잔틴의 손실을 최소화하면서 비교적 간단한 절차에 의하여 높은 수율로 추출물을 얻을 수 있는 이점이 있다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

물로 깨끗이 세척한 생체 톳 500g를 브렌더(Blender)에 세절하여 넣고 하기 표 2에 나타낸 함량의 에탄올 500㎖로 24시간 추출한 다음 잔사를 제거하여 추출액을 얻었으며, 상기 추출액을 이용하여 DPPH와 반응시킨 후 517nm의 파장에서 흡광도를 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

에탄올 농도	DPPH탈색정도(파장 517nm흡광도)
50%	0.382
75%	0.104
95%	0.100

상기 표 2에서 보는 바와 같이 75%의 에탄올을 사용하는 경우와 95%의 에탄올 사용하는 경우 DPPH와의 반응결과가 유사한 것을 확인 할 수 있으며, 따라서 경제적인 사항 등을 고려할 때 75% 에탄올을 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

<실시예 2>

물로 깨끗하게 세척한 생체 다시마 1,500kg(수분 90%를 제외하면 150kg)을 수회에 걸쳐 세절기로 절단한 다음 추출탱크로 이송하여 넣고 75% 에탄올 1,500㎘로 다시마가 완전히 잠기도록 하여 교반(50RPM)하면서 12시간 추출하여 잔사를 분리 제거하고, 여과된 추출액은 농축탱크에 이송하여 감압(350±20mmHg)상태 및 60℃이하에서 10시간 농축하여 150kg로 농축된 추출물을 획득하였다. 이를 동결 건조하여 건조물의 수득량과 수율을 하기 표 3에 나타내었다.

<비교예 1>

건조된 분말 다시마 166.7g(수분 10%를 제외하면 150g 임)를 2ℓ 삼각플라스크에 넣고 75% 에탄올을 800㎖ 선까지 충분히 넣고 암소에 두면서 10분 간격으로 흔들어 12시간 동안 추출하고 농축하여 농축물 15g를 얻고 이를 회전 감압 농축기로 건조시켜 건조물의 수득량과 수율을 하기 표 3에 나타내었다.

구분	건조량(dry weight)	수득량	수율
실시예 2	150kg	85kg	56.6%
비교예 1	150g	8.119g	5.41%

상기 표 3에서 보는 바와 같이 본 발명에 따라 생체 다시마를 사용하여 추출한 실시예 2의 경우 건조 다시마를 사용하여 일반적인 추출방법으로 유효성분을 추출한 비교예 1에 비하여 그 수율이 매우 우수함(약 10배)을 확인 할 수 있다.

<실시예 3>

페트롤륨 에테르에 프로판올 5%(V/V)가 되도록 한 용매에 상기 실시예 2에서 얻어진 농축물 5g을 투입하여 엽록소를 용해시켜 제거하고, 엽록소가 제거된 고형물을 에틸아세테이트와 에탄올 1:1로 혼합한 용액으로 추출하여, 이를 실리카겔이 충진된 컬럼(50mm x 400mm)으로 크로마토그래피를 실시하여 황색 분획물을 얻었다. 컬럼크로마토그래피는 먼저 분획할 물질을 컬럼에 로딩(loading)한 다음 에틸아세테이트로 컬럼의 용량으로 엘루숀하면 잔여 엽록소가 나오고 적황색 푸코잔틴 분획은 컬럼에서 분리될 단계에 도달하게 된다. 다음 용매로 에탄올로 엘루숀 하여 황색 분획물을 획득한 후 감압농축한 다음 건조한 결과 35mg(0.7%)을 얻었다. 이 분획물을 DPPH (1,1-Diphenyl-2- Picrylhydrazyl) 용액과 반응시켜 파장 517nm에서 흡광도 값을 얻고, 또 200∼800nm 스펙트럼을 확인한 결과 항산화활성을 가진 푸코잔틴임을 확인 할 수 있었다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 미역이나 모자반, 톳, 다시마 등의 갈조류로부터 항 산화, 항 암 및 항 돌연 변이 작용이 우수한 푸코잔틴을 생 갈조류로부터 추출함에 따라 건조물로부터 추출하는 것 보다 약 20배 정도로 수율을 높일 수 있으며, 추출용매로 75%에탄올을 사용함에 따라 95% 사용할 때 보다 경비를 절약할 수 있도록 한 갈조류를 이용한 푸코잔틴의 추출방법을 제공하는 유용한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 해양에서 채취하여 충분히 세척한 미역, 다시마, 모자반 또는 톳에서 선택된 생체의 갈조류를 분쇄하는 분쇄단계와; 상기 분쇄 물을 유기 용매인 에탄올에 투입하여 상온에서 12∼24시간동안 유효성분을 추출한 다음 여과하여 추출 액을 얻는 추출단계와; 상기 추출 액을 농축 조로 이송하여 50∼70℃에서 200∼300mmHg로 감압하면서 농축 시켜 농축 물을 얻는 농축 단계와; 상기 농축 물을 동결 건조기에 투입하여 건조하는 건조단계; 를 포함함을 특징으로 하는 갈조류를 이용한 푸코잔틴의 추출 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 농축단계에서 얻어진 농축물을 건조하기 직전에 농축물로부터 푸코잔틴을 분리 정제하여 농축하는 정제단계가 더 포함됨을 특징으로하는 갈조류를 이용한 푸코잔틴의 추출방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 정제단계가 농축단계에서 얻어진 농축 물을 페트롤륨 에테르(Petroleum ether)에 프로판올을 5%(V/V)가 되도록 첨가하여 조절한 용액에 투입하여 엽록소를 용해 시켜 제거하고, 엽록소가 제거된 고형물을 에틸아세테이트와 에탄올을 1:1로 혼합한 용액에 용해시킨 다음 이 용액을 실리카겔이 충진된 컬럼에서 크로마토그래피를 실시하여 황색의 푸코잔틴 분획물을 얻고, 얻어진 분획물을 빛이 없는 암실에서 40℃에서 감압농축하는 것임을 특징으로 하는 갈조류를 이용한 푸코잔틴의 추출정제방법.
4. 청구항 1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추출단계의 유기용매인 에탄올로 75% 에탄올을 사용함을 특징으로 하는 갈조류를 이용한 푸코잔틴의 추출방법.