KR100540600B1 - 나노나이프를 이용한 저온추출법으로 꽃송이버섯로부터베타글루칸을 추출하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 꽃송이버섯(Sparassis crispa Wulf. ex Fr.)으로부터 유용한 성분인 베타글루칸을 효율적으로 분리하는 벙법에 관한 것이다. 구체적으로는 꽃송이버섯 자실체를 물로 팽윤시킨 후 텅스텐카바이드 나노나이프을 사용하여 고속유화기에서 나노사이즈로 분해하고 저온 추출하여 백색의 베타글리칸을 고수율로 분리하는 방법이다.

꽃송이버섯, 베타글루칸, 나노나이프, 고속유화기, 저온추출

Description

나노나이프를 이용한 저온추출법으로 꽃송이버섯로부터 베타글루칸을 추출하는 방법 {Extraction method of beta Glucan from Sparassis crispa Wulf. ex Fr. through nano knife and low temperature extraction method}

본 발명은 꽃송이버섯으로부터 베타글루칸을 효율적으로 추출하는 방법에 관한 것이다. 꽃송이버섯은 가을에 침엽수의 그루터기나 뿌리에 발생하며, 목재갈색부후균으로 한국 ·동남 아시아 ·유럽 ·북아메리카 ·오스트레일리아 등지에 분포한다.

자실체는 10~25 ×10~25cm로 꽃양배추형이고 백색~담황색이며, 자실층은 꽃잎 뒷면에 발달하였다. 대는 2~5 ×2~4cm로 짧고 뭉툭하고, 기부는 덩이상이며 하나의 대로 되어 있고, 대 조직은 백색이다. 포자는 5~7 ×3~5㎛로 난형~타원형이며, 표면은 평활하고, 비아밀로이드이며 포자문은 백색이다. 식용버섯이다.

꽃송이 버섯의 성분은 다음표에서 보는 바와 같이 일반적인 영양성분외에도 철, 칼슘 및 비타민 B1, B2 및 D도 많이 함유되어 있어 영양학적으로도 우수하며 기능성 식이섬유도 많아 다이어트 식품으로도 활용되어지며 특히 베타글루칸 함량이 매우 높아 면역증강용 식품은 물론 화장품의 원료로도 아주 적합한 소재이다.

동경약과대학 약학부 면역학교실 분석 (1998년 4월 : 일본식품분석센터)

분석시험항목	결과
수분	8.8g/100g
단백질	6.9g/100g
지질	0.8g/100g
섬유	6.3g/100g
화분	3.1g/100g
당질	74.1g/100g
철 (Fe)	2.28㎎/100g
칼슘 (Ca)	24.7㎎/100g
티아민 (비타민B1)	1.04㎎/100g
리보플라빈 (비타민B2)	1.63㎎/100g
비타민D	3,200IU/100g
베타글루칸	43.6g/100g

- 미츠와 흥업(주) 분석 (2001년 9월 : 일본식품분석센터)

분석시험항목	결과
수분	8.8g/100g
단백질	12.9g/100g
지질	3.6g/100g
섬유	6.9g/100g
회분	1.9g/100g
당질	67.9g/100g
베타글루칸	42.4g/100g

베타글루칸은 분자의 크기나 결합방법에 따라 β(1-3)과 β(1-4), β(1-6) 등으로 나눠지는 데 버섯의 베타글루칸 중에서도 항암작용의 열쇠를 쥐고 있는 성분은 β(1-3)인 것으로 밝혀져 있다.

꽃송이 버섯의 베타글루칸은 특히 β(1-3)D-glucan 함량이 매우 높고 실제로 항암작용이 뛰어나 일본은 물론 한국에서 항암용 기능성 식품 소재로 각광을 받고 있다.

실제로 동경약과대학의 야도마에 교수 등 연구진은 꽃송이버섯 추출액을 사용하여 면역력을 담당하는 백혈구가 줄어드는 것을 어느 정도나 막을 수 있는지를 조사했다. 백혈구 수가 줄어들면 우리 몸의 면역력은 떨어지게 되고 이 백혈구는 항암제를 투여하면 급격히 줄어든다. 그래서 연구진은 마우스들에게 항암제를 주사하고서 곧바로 꽃송이버섯의 β(1-3)을 투여한 결과 백혈구는 일시적으로 줄어들었으나 곧 다시 늘어났다.

또한 건강한 사람들에게서 채취한 혈액에 꽃송이버섯에서 추출한 β(1-3)을 가한 결과 여러 종류의 사이토카인의 산출량이 늘어났다. 사이토카인은 세포에서 방출되는 당단백으로 다른 세포들을 자극하여 암세포나 바이러스를 제거하는 작용을 하는 것이다. 이러한 사이토카인이 늘어났다는 것은 면역력이 강화됐다는 것을 의미하므로 β(1-3)글루칸이 면역력을 증가시키는 것으로 과학적으로 입증됐다.

꽃송이버섯에는 위의 성분외에도 색소를 미량 함유하고 있어 고온에서는 짙은 갈색으로 변하는 성질을 가지고 있어 고온추출시 색상면에서 품질 저하를 야기시키게 된다.

꽃송이 버섯의 통상적 추출방법으로는 약 450%의 고형물 추출률을 보이고 있으나 베타글루칸의 분자량이 약 10만 내지 5백만 달톤까지 폭넓게 존재하고 있어 체내 흡수 증대를 위해 거대 베타글루칸를 저분자화 할 필요성이 있다.

또한 본 발명자들은 연구과정에서 추출후 잔사 55%에 75%이상의 고순도 베타글루칸이 있음을 발견하였다. 꽃송이 버섯은 1KG당 약 100만원의 가격이어서 추출 후 잔사까지 추출하여 경제성을 높일 필요도 있다.

이제까지의 버섯중의 베타글루칸 분리방법으로는 열수추출법, 고압열수추출법, 효소추출법, 초음파 추출법, 세포벽파쇄법등이 소개되어 있으나, 이러한 방법을 꽃송이버섯에 적용했을 때 열수추출법이나 고압열수출법은 추출액의 색상이 갈 색을 띄게 되어 꽃송이 버섯 고유의 백색을 유지 할 수가 없는 방법이 된다.

효소법은 꽃송이 버섯의 큰 자실체를 효소가 제대로 분해하지 못하므로 적절한 방법이 아님을 확인 했다.

초음파를 활용한 세포벽파쇄를 실시했으나 꽃송이 버섯의 베타글루칸이 일부 추출되면서 추출액의 점도가 현저히 증가되어 초음파의 파쇄효율이 현저히 감소되어 역시 경제적인 방법이 되지 못함을 확인 하였다.

과학적 연구 결과에 따르면 베타글루칸은 세포벽 중간에 다중 헬릭스 구조로 존재한다. 추출 시에는 이 다중헬릭스가 풀어져 기다란 사슬모양의 베타글루칸으로 추출액속에 있게 된다. 이때 추출용매인 물이 베타글루칸과 수소결합을 하게 되고 점도가 증가하게 되어 나머지 자실체로부터 추가 추출효율은 감소하게 된다.

특히 꽃송이 버섯과 같은 연질버섯은 자실체 자체가 팽윤이 쉽게 되어 더더욱 물이 용매로서의 기능을 못하게하는 특징이 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해서는 수십배의 물을 첨가해야하나 이는 곧 농축시의 에너지 소요를 증가시키는 것이므로 경제적인 방법이 될 수 없다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 색상변화 문제를 해결하고, 추출효율을 극대화 하기 위하여 추출잔사 중의 베타글루칸의 추가 추출이 용이 하도록 하고, 꽃송이버섯에 포함되어 있는 고분자 베타글루칸을 저분자화 하기 위한 것으로서, 본 발명에서는 꽃송이버섯자실체가 물에 쉽게 팽윤되는 특징을 이용하여 일단 소량의 물로 꽃송이 버섯 자실체 분말을 팽윤시켜 자실체 조직을 키운 다음 10~1000um 직경 의 불용성 텅스텐 카바이드를 나노나이프로 활용코자 혼합한 후, 고속유화기로 유화시켜 나노사이즈로 분쇄한 후, 물을 더 추가하여 15-60℃에서 베타글루칸을 추출함으로써 온도에 의한 색상변화를 방지하는 한편 추출효율 향상과 과 베타글루칸의 저분자화를 동시에 해결코자 하는 것이다.

본 발명은 소량의 물로 꽃송이 버섯 자실체 분말을 팽윤시켜 자실체 조직을 키운 다음 10~1000um, 바람직하게는 100-500um, 직경의 불용성 텅스텐 카바이드를 나노나이프로 활용코자 혼합한 후, 고속유화기로 유화시켜 나노사이즈로 분쇄한 후, 물을 더 추가하여 15-60℃에서 베타글루칸을 추출함으로써 온도에 의한 색상변화를 방지하는 한편 추출효율향상과 과 베타글루칸의 저분자화를 동시에 해결하였다.

베타글루칸은 대체로 10만-50만 달톤의 분자량일때 직장에서 잘 흡수되어지는 것으로 알려져 있다. 분자량이 100만 달톤이상이 되면 흡수가 잘 안되어 면역증강 효능이 저하되므로 본 발명의 방법으로 제조되는 베타글루칸은 나노사이즈화가 되어 100만달톤 이하가 되므로 흡수율이 증가되며 아울러 수용화시에도 유리하여 제품화의 다양성을 기 할 수 있다.

본 발명의 추출방법은 영지버섯, 아가리쿠스, 상황버섯, 표고버섯 및 차기버섯등에서 베타글루칸을 추출하는데도 이용할 수 있다.

이하의 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1. 꽃송이버섯분말을 나노사이즈로 분쇄 후 베타글루칸 추출

꽃송이버섯분말 각 5g에 약 50ml의 증류수로 15, 30, 60, 90℃에서 0시간, 1시간, 2시간, 3시간동안 팽윤시켜 색상 변화가 생기지 않고 적정유동성을 갖는 조건을 확인하였다.(표 2) 적정 온도와 시간 동안 팽윤시킨 시료에 텅스텐카바이드 분말 0, 1, 2g을 혼합한 후 흡입식 유화기로 0, 10, 20, 40, 60분동안 유화한 후 추가로 증류수 50ml를 가하여 3시간 동안 상기 팽윤 할 때와 같은 온도에서 순환 교반하고, 저속 원심분리하여 상등액을 취하여 15ml로 진공농축한 후, 이중 5ml을 취하여 건조하여 무게를 측정하여 총 추출율 자료로 계산하였고, 나머지 10ml에 20ml의 95% 주정을 첨가하여 침전되는 침전물을 건조하여 조베타글루칸 수율로 계산하였고, Megazyme법을 이용하여 조베타글루칸 중의 α-글루칸과 β-글루칸을 정량하여 추출물의 베타글루칸 순도를 측정하여 적정 텅스텐 카바이드의 양과 유화시간을 확인하였다.(표 3)

색상 (+변화, - 변화없음) 및 유동성변화(-유동성 유지, +유동성 감소)

추출 온도 및 시간		0시간	1시간	2시간	3시간
15℃	색상변화	-	-	-	-
	유동성	-	-	-	-
30℃	색상변화	-	-	-	±
	유동성	-	-	±	+
60℃	색상변화	-	-	-	+
	유동성	-	-	±	+
90℃	색상변화	-	-	±	++
	유동성	-	±	++	+++

텅스텐카바이드 투입량별 유화시간별 총추출율, 조베타글루칸 수율 및 베타글루칸 종류별 순도

텅스텐 카바이드 투입량 및 유화시간		0분	10분	20분	40분	60분
0g	총추출율(%)	0	27.3	35.8	47.6	56.5
	조베타글루칸 수율(%)	0	16.4	23.3	31.4	37.8
	α-글루칸(%)	0	8.2	7.5	6.2	4.8
	β-글루칸(%)	0	20.3	25.1	35.9	48.5
1g	총추출율(%)	-	50.2	64.7	72.1	75.3
	조베타글루칸 수율(%)	-	30.1	42.0	48.3	50.7
	α-글루칸(%)	-	7.1	5.8	4.5	3.9
	β-글루칸(%)	-	50.4	61.2	72.6	73.3
2g	총추출율(%)	-	57.5	65.8	70.4	76.9
	조베타글루칸 수율(%)	-	34.5	42.8	46.4	50.5
	α-글루칸(%)	-	6.8	5.7	3.8	3.5
	β-글루칸(%)	-	56.4	68.2	72.5	73.1

실험결과

꽃송이버섯중의 베타글루칸의 분리조건은 고온추출법보다는 60℃이하에서 2시간 팽윤시켰을 때 색상의 변화가 없었고 유동성을 유지 하였다. 텅스텐카바이드 20%(1g)이 최적 혼합율이며 고속유화시간은 경제적인 측면을 고려할 때 40분이 최적이었다. 이때 총 추출율은 72.1%를 보였고 조베타글루칸 수율은 48.3%이었으며, α-글루칸은 4.5%, β-글루칸은 72.6%이었다.

고속유화 후에도 일부 파쇄되지 않은 잔류물이 있었고, 이를 분석한 결과 완전 비용해성 베타글루칸이어서 이는 기능적으로 활용가치가 없다고 판단되어 폐기 하였다.

저속 원심분리시 용해되지 않은 꽃송이버섯자실체와 함께 침전되는 텅스텐카바이드는 정제수 상에서 자연 침강시켜 회수하여 재사용이 가능하다.

본 발명에 따른 꽃송이버섯 추출방법은 매우 경제적적인 방법으로서 종전의 열수추출시 보다 추출효율을 높여 고가의 꽃송이버섯을 경제적으로 화장품, 식품, 의약품에 효과적으로 활용될 수 있게 하였다.

Claims (3)

1. 꽃송이버섯분말을 15 내지 60℃ 물로 팽윤시킨 후 나노나이프를 이용 고속유화기로 유화시켜 나노사이즈로 분쇄하고 물을 더 추가하여 15 내지 60℃에서 순환 교반하고 진공 농축 후 건조하여 베타글루칸을 추출하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 나노나이프로 10~1000um 직경의 불용성 텅스텐카바이드 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 베타글루칸의 추출방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 꽃송이버섯 대신에 상황버섯 또는 차기버섯을 원료로 사용하는 것을 특징으로 하는 베타글루칸의 추출방법.