KR100833996B1 - 미크론 이하 크기의 홍삼 나노분말의 제조방법과 상기방법으로 제조된 홍삼 나노분말 - Google Patents
미크론 이하 크기의 홍삼 나노분말의 제조방법과 상기방법으로 제조된 홍삼 나노분말 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 미크론 이하 크기의 홍삼 나노분말의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료가 되는 홍삼을 선별하여 습열살균후 건조하는 단계; 상기 건조된 홍삼을 1차 조분쇄 및 2차 미쇄분쇄를 수행하여 분말화하는 단계; 상기 분말화된 홍삼분말에 물 또는 에탄올을 첨가하여 미세화된 홍삼을 추출하는 단계; 상기 추출된 홍삼액에서 원심분리기로 섬유소를 제거하는 단계; 상기 홍삼액에서 이온을 포함한 단분자 물질 및 농약성분을 제거하는 단계; 및 상기 단분자 물질이 제거된 홍삼액을 냉동건조기 또는 저온열풍건조기로 건조하여 고형물인 나노 분말을 제조하는 단계를 포함하는 미크론 이하 크기의 홍삼 나노분말의 제조방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 홍삼 나노분말에 관한 것이다. 본 발명의 홍삼나노분말은 최대입자 크기가 600 ㎚ 이하이고, 평균입자 크기가 300 ㎚ 미만으로 미세하며, 또한 균일한 입도로 구성되어 있는 홍삼 나노분말은 분산성과 혼합성 및 흡수성이 양호하여 드링크류, 정제류, 캡슐류 등의 건강식품소재나 의약품소재 및 기능성 스킨 케어, 팩 등의 화장품소재로 유용하게 사용할 수 있으며, 아울러 면역관련 질환의 예방 및 개선용 조성물의 제조에 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 미크론 이하 크기의 홍삼 나노분말의 제조방법과 상기 방법에 의하여 제조된 홍삼 나노분말에 관한 것이다.
고려인삼은 중국의 고서인 급취장(急就章:BC 33-48), 상한론(傷寒論:AD:191-220), 신농본초경(神農本草經:AD 483-496) 등에 의하면 무독하고 불로장생하는 상약(上藥)의 개념으로 효능이 기술되어 있다. 전칠삼(田七參)은 본초강목(本草綱目:AD 1598)에 지혈작용의 효능을 가지는 것으로 기술되어 있다. 인삼의 주요 유효성분은 진세노사이드(Ginsenoside)이며, 지속적인 연구결과로 화학구조가 해명되고 약리활성 성분이 밝혀지고 있다. 인삼의 유효성분인 사포닌의 주요 특징은 인체내에서 지방분해력이 크며, 영양성분 흡수와 소화를 촉진하고, 세포내의 효소를 활성화하여 신진대사를 촉진하며, 혈청 단백질의 촉진과 에너지를 증가시켜 원기회 복과 식욕부진 등을 개선하는 효과가 있다고 알려져 있다.
그러나, 사포닌 이외의 다당체에 대한 연구가 꾸준히 진행중이며, 대표적으로 비사포닌 계열의 물질인 인삼다당체는 인삼에서 분자량의 크기와 이온 강도의 차이에 의한 분리를 통해 얻어지는 물질로서 고분자 다당류의 복합체이다. 이러한 인삼다당체는 조혈 촉진작용, 골수 방어작용, 암세포 살해 면역세포 생성작용, 방사선 민감작용, 혈당 강하작용 등 다양한 효과가 알려져 있다.
인삼은 가공방법에 따라 인삼의 원형을 유지하고 있는 수삼(fresh ginseng), 홍삼(red ginseng), 백삼(white ginseng) 등 크게 3가지로 구분되는데, 수삼은 밭에서 수확한 생 인삼으로 75% 내외의 수분을 함유하고 있어 유통과정에서 부패하거나 손상이 일어나기 쉬워 특별한 저장시설이나 포장 없이는 장기 보관이 어렵다.
홍삼은 수삼을 정선하여 망상조직인 껍질을 벗기지 않은 채 증기로 쪄서 건조시킨 담황갈색 또는 담적갈색의 인삼을 말하는데, 이 또한 수삼이나 백삼 등 다른 인삼에는 들어 있지 않은 특이성분들, 중추신경계에 대한 진정작용과 흥분작용, 조혈작용 및 혈당치 저하, 간보호, 내분비계에 작용하여 성행동이나 생식효과에 간접적으로 유효하게 작용하는 효과, 항염 및 항종양 효과 등이 있는 것으로 보고되어 있다.
한편, 인삼성분 중에는 암세포의 증식억제 및 형태적으로 정상세포로 유도하는 활성성분들이 함유되어 있다. 항발암 작용과 항암제의 항암 활성 증강 효과가 제시되고 있다. 홍삼 중에는 암세포의 전이와 항암제의 내성형성을 억제하는 활성성분이 있는 것으로 보고되고 있으며 이는 홍삼특유성분인 G-Rh2는 암세포를 스스로 사멸시키는 이른바 "세포사멸(Apoptosis)"를 유발하는 작용과 인터페론 생성을 촉진하는 효과가 있음이 밝혀지고 있다. 또한, 홍삼 추출물은 망내계 대식세포 활성화 작용과 항체 생성에 유효한 영향을 미친다.
홍삼의 사포닌 성분은 동맥경화증 발생 억제와 혈압조절에 중요한 역할을 하는 혈관의 이완반응의 촉진과 혈관내 피세포의 손상을 방어해 주는 효과가 있다. 홍삼은 적혈구 변형능의 개선작용을 가지고 있어 말초순환을 개선시킨다. 홍삼(사포닌)은 혈관 평활근세포의 증식 억제작용을 가지고 있다. 홍삼(성분)은 콜레스테롤 대사 개선작용을 가지고 있다(Korea-Japan Ginseng Symp, 1996).
또한, 홍삼 혈압저하 효과는 홍삼사포닌 성분의 혈관이완반응 촉진작용과 관련이 있다. 홍삼은 고혈압 환자의 생활의 질(QOL)을 개선시키며, 강압제와 병용시 보조치료 요법제로서 유용성이 기대되고 있다(M. Yamamoto, Ginseng Review. vol 9, 1990).
홍삼은 미세순환 개선작용에 의한 난소기능 부활 작용이 있다. 홍삼은 여성 갱년기 장해증상의 개선에 효용성이 있다. 홍삼(성분)은 실험적 골다공증 유도동물에 대한 골 형성 및 골의 생역학적 성질 개선에 유용성이 있다("고려홍삼 조사포닌 분획이 노령 암컷 흰쥐의 생리적 기능에 미치는 영향", 한국식품영양과학회지, 2000). 홍삼(사포닌 분획)은 스트레스 궤양의 발생을 억제하고, 야기된 위궤양 증상의 치유 과정을 촉진하는 작용이 있다.
홍삼은 원재료가 인삼인 것으로 인삼에는 진세노사이드라는 사포닌 물질이 여러 종류로 다량 함유되어있고, 이들 진세노사이드가 각각 자양강장 이외에 불안신경증, 불면, 우울상태 등 중추신경의 증상개선효과, 학습기능의 증진과 기억력을 개선시켜 지적 수행능력을 향상시키는 효능, 외적 유해인자에 대한 비특이적 생체저항력을 증진시켜 주며, 물리적, 화학적, 생물학적인 외적변화에 대하여 생체를 정상화시켜 주며 혈당강하기능, 해독 촉진작용, 간손상보호 및 간재생회복 촉진작용, 심근세포보호작용 및 심기능 강화작용, 혈중콜레스테롤의 함량저하 작용, 혈압조절작용 암세포전이와 항암제의 내성형성을 억제하는 활성효과 등의 다양한 약리효능이 있으므로 인삼은 예로부터 한약재로 널리 쓰였으나 최근에는 건강식품으로 다양한 가공식품이 제조되어 소비되고 있다.
홍삼(紅蔘)은 한의학적으로 전통 제약 기술인 수치법(修治法)에 의해 가공된 수치 생약으로 수삼을 특수한 증숙, 건조 및 가공공정을 통해 제조된다. 이런 공정을 거치는 동안 인삼 조직 중의 전분입자가 호화(糊化)되고, 조직이 견고하며, 각종 효소들이 불활성화 되어 품질이 안정하게 된다. 또한, 온도처리 공정을 거치는 동안 2차적 성분 변화가 일어나 수삼이나 백삼에 존재하지 않는 홍삼 특유의 약효성분(진세노사이드 Rs, Rg1, Rg2, Rh1 등) 등이 생성되며, 항산화활성 등의 활성성분 함량이 증가된다(Kitagawa et al. 1983, 1992). 그러나 홍삼의 주요성분인 진세노사이드 Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re 등의 성분들은 100℃를 초과하는 고온에서 10 분이상 추출하였을 때 열과 추출시간의 변화에 불안정하고, 특히 diol계 진세노사이드 성분들은 내열성이 약해 가수분해 반응을 통해 쉽게 triol 성분으로 변환되므로 그 형태가 변한다고 알려져 있다(박명한, 농학박사학위논문 '볶음처리에 의한 인삼상의 성분변화와 안전성에 관하여', 1994. 8).
또한 인삼은 전분 등의 탄수화물이 60∼70%로 많이 들어 있지만 다른 식물체에서 볼 수 없는 특이성분으로 인삼사포닌(ginsenoside), 폴리아세틸렌(polyacety lene), 항산화활성 페놀계화합물, 간장보호작용을 하는 고미신(gomisin-N, -A), 인슐린 유사작용을 하는 산성펩티드 등이 들어 있다. 이러한 성분들의 약리작용은 당뇨병 예방 효과, 항암작용, 동맥경화 및 고혈압 예방, 간장(肝臟) 보호작용, 위장 병 예방 효과, 숙취 제거, 노화방지 작용, 항 피로 및 항 스트레스 작용, 두뇌활동 촉진, 혈액순환, 면역기능 증강, 빈혈 치료작용, 방사능 방어작용, AIDS 바이러스 증식억제 등이 있다.
또한 현재 국내에 홍삼을 분말화하는 가공업체가 다수 운용되고 있으나, 대부분의 업체가 커터 밀(cutter mill), 롤 크러셔(roll crusher), 핀 밀(pin mill) 등에 의존해서 평균입자경 150 ㎛으로 조분쇄처리하는 수준에 머물고 있으며, 홍삼 분말을 이용한 신제품 개발에의 응용연구가 극히 제한된 실정이다. 식물섬유를 다량 포함한 홍삼은 단단하고 부서지기 쉬운 물질과 비교하여 분쇄력이 가해지기 어려워 공업 규모에서의 미분말 제조가 곤란하다.
평균입자경 10 ㎛ 이하의 홍삼 나노분말은 분산성과 혼합성 및 흡수성이 양호하여 부가가치가 높은 드링크류, 정제류, 캡슐류 등의 건강식품소재나 의약품소재 및 기능성 스킨 케어, 팩 등의 화장품소재로 사용가능하다. 그러나 국내외적으로 홍삼 나노분말의 제조예는 현재까지 그다지 제시되어 있지 않다.
이에, 본 발명자들은 홍삼 분말의 응용분야를 넓히기 위한 연구를 수행하여, 홍삼의 미분말화를 용이하게 하기 위해 조분쇄 및 미분쇄하고, 미분쇄된 홍삼 분말을 추출하고, 섬유소를 제거한 뒤 단분자 물질을 제거함으로써, 홍삼 고유의 성분을 자연 그대로 유지하면서 균일한 입도로 이루어진 홍삼 나노분말을 개발하는 홍삼 분말의 초미립화 공법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 미크론 이하 크기의 홍삼 나노분말의 대량생산이 가능한 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법에 의하여 제조된 홍삼 나노분말을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 ⅰ) 원료가 되는 홍삼을 선별하여 습열살균후 건조하는 단계; ⅱ) 상기 건조된 홍삼을 1차 조분쇄 및 2차 미쇄분쇄를 수행하여 분말화하는 단계; ⅲ) 상기 분말화된 홍삼분말에 물 또는 에탄올을 첨가하여 미세화된 홍삼을 추출하는 단계; ⅳ) 상기 추출된 홍삼액에서 원심분리기로 섬유소를 제거하는 단계; ⅴ) 상기 홍삼액에서 이온을 포함한 단분자 물질 및 농약성분을 제거하는 단계; 및 ⅵ) 상기 단분자 물질이 제거된 홍삼액을 냉동건조기 또는 저온열풍건조기로 건조하여 고형물인 나노 분말을 제조하는 단계를 포함하는 미크론 이하 크기의 홍삼 나노분말의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의하여 제조된 홍삼 나노분말을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 ⅰ) 원료가 되는 홍삼을 선별하여 습열살균후 건조하는 단계; ⅱ) 상기 건조된 홍삼을 1차 조분쇄 및 2차 미쇄분쇄를 수행하여 분말화하는 단계; ⅲ) 상기 분말화된 홍삼분말에 물 또는 에탄올을 첨가하여 미세화된 홍삼을 추출하는 단계; ⅳ) 상기 추출된 홍삼액에서 원심분리기로 섬유소를 제거하는 단계; ⅴ) 상기 홍삼액에서 이온을 포함한 단분자 물질 및 농약성분을 제거하는 단계; 및 ⅵ) 상기 단분자 물질이 제거된 홍삼액을 냉동건조기 또는 저온열풍건조기로 건조하여 고형물인 나노 분말을 제조하는 단계를 포함하는 미크론 이하 크기의 홍삼 나노분말의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 홍삼 나노분말의 제조방법에 있어서, 상기 ⅱ) 단계 이후에 추가적으로 상기 분말화된 홍삼의 입도, 수분 및 미생물 검사를 수행하는 단계를 포함 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 홍삼 나노분말의 제조방법에 있어서, 상기 ⅳ) 단계의 섬유소의 제거 단계 이후에 추가적으로, 상기 홍삼액에서 분리막을 이용한 여과로 제균, 고분자 물질 및 여분의 미세섬유를 제거하는 단계를 포함하는 것이 바람직하고, 이때 상기 고분자 물질의 제거는 0.01~2 ㎛ 크기의 MF(micro filtering system) 또는 UF(ultra filtering system)으로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 홍삼 나노분말의 제조방법에 있어서, 상기 ⅵ) 단계의 단분자 물질의 제거 단계 이후에 추가적으로 상기 단분자 물질이 제거된 홍삼액에서 역삼투로 홍삼액을 농축하는 단계를 포함하는 것이 바람직하고, 이때 상기 농축은 RO(Reverse Osmosis system)를 이용하며, 그 결과 1가 이온 배제율이 90~99.9%인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 홍삼 나노분말의 제조방법에 있어서, 상기 원료가 되는 홍삼은 홍삼근: 홍미삼의 비가 1: 1~0.2로 함유되는 것이 바람직하며, 상기 ⅰ) 단계의 습윤살균은 90~100℃의 증기온도에서 1~10분 동안 이루어지고, 상기 ⅰ) 단계의 건조는 열풍순환 건조이 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 홍삼 나노분말의 제조방법에 있어서, 상기 ⅱ) 단계의 건조된 홍삼은 함수율이 5~25%인 것이 바람직하고, 상기 ⅱ) 단계의 분말화는 홍삼의 최종 입자 크기가 #100 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 홍삼 나노분말의 제조방법에 있어서, 상기 ⅲ) 단계의 미세화된 홍삼의 추출은 홍삼 1 g에 대하여 물 4~15 ㎖를 첨가하고, 50~86℃에서 5~15 시간 동안 5~10회 수행하거나 홍삼 1 g에 대하여 35~80% 에탄올 4~15 ㎖를 첨가하고, 45~80℃에서 5~15시간 동안 5~10회 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 홍삼 나노분말의 제조방법에 있어서, 상기 ⅳ) 단계의 섬유소의 제거는 원심분리장치 또는 필터프레스(filter press)를 이용하여 식이섬유 제거 및 탈수를 수행하여 고형분이 50~75%인 것이 바람직하고, 상기 ⅴ) 단계의 단분자 물질의 제거는 NF(nano filtering system)를 이용하여 농약을 포함한 저분자 물질을 제거하며, 그 결과 1가 이온 배제율이 70~95%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의하여 제조된 홍삼 나노분말을 제공한다. 이때, 상기 홍삼 나노분말의 크기는 20~600 ㎚인 것이 바람직하다.
홍삼은 식물섬유를 다량 함유하여 경도가 높지 못하므로, 단순히 분쇄기를 이용하여 홍삼에 분쇄력을 가하여 입자경을 줄이는 것에는 한계가 있고, 또한 이러한 방법은 얻어진 분말의 입도가 균일하지 못하다는 문제점도 있다. 또한 홍삼과 분쇄기 간의 마찰로 인한 활성성분의 변성이나 오염의 문제도 있다. 본 발명에 사용된 홍삼은 초미립화 공법을 이용하여 2~5 단계의 분쇄 단계를 거쳐 적정 평균 입자 크기 #120 이상의 홍삼 분말이 얻어진다. 구체적으로, 6년 된 홍삼원료를 홍삼근과 홍미삼의 배합비를 7:3으로 하여 정밀하게 칭량한다. 불순물 등을 잘 선별한 후 90~100℃의 증기온도에서 습윤 살균을 3분 동안 실시하여 열풍순환 건조한다. 함수율 13%로 건조된 홍삼원료를 분쇄기 홉퍼에 투입하여, 1차 조분쇄, 2차 미쇄분 쇄 과정을 거쳐 최종 입자크기 #120 이상으로 분말화한다. 제조된 홍삼 분말에 대한 입도, 수분, 미생물 검사를 시행하여, 합격승인 되면, 제품용은 봉함/라벨링/포장 공정을 거쳐 완제품으로 출하하고, 기타 제품의 원료용은 개별 단위 포장한 후 대기 장소에 위생 보관한다. 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 홍삼 분말의 제조기술은 도 1을 통해 제시된다. 본 발명의 원료인 홍삼은 수삼을 표피를 벗기지 않은 채로 증기로 쪄서 익혀 말린 홍삼을 사용한다.
다음, 본 발명자들은 홍삼에서 효율적으로 섬유소를 제거하여 홍삼 나노분말을 분리하여 수득률을 높이고, 정제율을 높여 그 생리활성도 높이며, 대량생산까지 가능하다. 먼저, 상기 방법으로 분말화된 홍삼을 물 또는 에탄올 등을 첨가하여 홍삼추출액을 제조한다. 구체적으로, 홍삼 분말의 중량대비 4 ~ 15배의 물 또는 에탄올을 넣고 5 ~ 15시간 동안 50 ~ 86℃로 가열하여 홍삼 추출물을 제조하였다. 이렇게 추출한 홍삼추출물에서 식이섬유를 분리하고 탈수시키기 위하여 원심분리기나 필터프레스를 사용하여 식이섬유를 제거하였다. 그 후, 고분자 물질인 단백질, 탄수화물, 섬유질, 전분을 제거하기 위해 마이크로 여과장치(micro filtering system), 울트라 여과장치(ultra filtering system)를 이용하였다. 아울러, 농약 등 저분자물질을 제거하기 위하여, 나노 여과장치(nano filtering system)를 순차적으로 통과시켰다. 이러한 홍삼액을 농축하기 위하여, 역삼투압 장치(Reverse Osmosis system)를 통과시켜 홍삼 용액을 농축하고, 냉동건조기를 이용하여 홍삼 나노분말을 제조한다. 상기 홍삼 나노분말은 다당체의 함량이 월등히 뛰어나고, 면역증강 활성이 뛰어나므로, 상기 홍삼 나노분말을 유효성분으로 포함된 조성물은 면역관련 질환의 예방 및 개선용으로 이용될 수 있다.
본 발명의 홍산 나노분말에 대하여 생물학적 면역증강 활성을 실험하기 위해, 임파구 증식능, LAK 세포생성(종양세포 살해활성) 및 질소산화물 생성능을 실험하였다. 그 결과, 본 발명의 홍삼 나노분말 고농축정제액에 대한 임파구 증식능은 대조군 1.0에 비하여 32.9(500 ㎍/㎖)로 나타나 그 효과가 월등히 높다는 사실을 확인하였다. 또한, 본 발명의 홍삼 나노분말 고농축정제액에 대한 LAK 세포생성(종양세포 살해활성)은 대조군에 비해 15.4 LU10(100 ㎍/㎖)로, 그 효과가 뛰어나다는 사실을 알 수 있었다.
이하, 본 발명의 홍삼 나노분말의 제조공정에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
1. 제 1공정 : 홍삼 선별 및 습열살균후 건조
6년 된 홍삼원료를 홍삼근과 홍미삼의 배합비를 7:3으로 하여 정밀하게 칭량한다. 불순물 등을 잘 선별한 후 90~100℃의 증기온도에서 습윤 살균을 3분 동안 실시하여 열풍순환 건조한다.
2. 제 2공정 : 분쇄
제1공정에서 준비한 홍삼을 파쇄기에 넣고 분쇄기 홉퍼에 투입하여, 1차 조 분쇄, 2차 미쇄분쇄 과정을 거쳐 최종 입자크기 #120 이상으로 분말화한다.
3. 제 3공정 : 검사단계
함수율 13%로 건조된 홍삼원료를 제조된 홍삼 분말에 대한 입도, 수분, 미생물 검사를 시행하여, 합격승인 되면, 제품용은 봉함/라벨링/포장 공정을 거쳐 완제품으로 출하하고, 기타 제품의 원료용은 개별 단위 포장한 후 대기 장소에 위생 보관한다.
4. 제 4공정 : 홍삼추출물 제조
준비한 홍삼분말 중량대비 1 ~ 15배의 물 또는 에탄올을 넣고 5 ~ 15시간 동안 50 ~ 86℃로 가열하여 홍삼 추출물을 제조하였다.
5. 제 5공정 : 섬유소 제거
상기 제 4공정을 거친 홍삼 추출물을 원심분리기나 필터프레스를 사용하여 추출액과 섬유소를 분리하고, 아울러, 과도한 수분을 제거하였다. 그 결과, 고형분이 64%에 도달하였다. 이때, 상기 섬유소가 제거된 홍삼액에서 분리막을 이용한 여과로 고분자 물질인 추가적인 여분의 섬유소를 제거하는 것이 바람직한데, 상기 고분자 물질의 제거는 0.01~2 ㎛ 크기의 MF(micro filtering system) 또는 UF(ultra filtering system)으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제거되는 고분자 물질은 단백질, 탄수화물, 섬유질, 전분 등의 물질과 세균 등이다. 이때, 사용되 는 마이크로 여과장치는 체의 크기가 0.1 ~ 0.45 ㎛인 제균용 마이크로 여과장치이고, 울트라 여과장치는 10 ~ 500 K-Dalton 크기의 울트라 여과장치를 사용한다.
6. 제 6공정 : 단분자 물질 제거
역삼투로 1가 이온을 포함한 단분자 물질을 제거하는데, 나노 여과장치(nano filtering system)를 이용하여 잔류하는 중금속 및 농약성분을 제거하고, 저분자 물질을 제거시킨다. 이때, 상기의 나노 여과장치는 0.5 K-Dalton 크기의 나노 여과장치를 이용하여 분자량 500 이하의 저분자 물질을 제거한다. 그 결과, 불순물을 99% 이상 제거하고, 1가 이온 배제율이 70~95%에 이른다.
추가적으로, 상기 단분자 물질이 제거 이후에, 역삼투로 홍삼액을 농축하는데, 상기 농축은 RO(reverse osmosis system)를 이용하여 농축시키고, 1가 이온 배제율이 90~99.5%에 도달한다.
7. 제 7공정 : 고형물로 건조
홍삼 추출물을 최종적으로 냉동건조기 또는 저온열풍건조기로 건조하여 미크론 이하 크기의 홍삼 나노분말을 제조하였다.
본 발명에 따른 홍삼 나노분말은 최대입자 크기가 600 ㎚ 이하이고, 평균입자 크기가 300 ㎚ 미만으로 미세하며, 또한 균일한 입도로 구성되어 있어 드링크 류, 정제류, 캡슐류 등의 건강식품소재나 의약품소재 및 기능성 스킨 케어, 팩 등의 화장품소재로 유용하게 사용할 수 있는 뛰어난 효과가 있으므로 생물 의약 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예 1> 홍삼 나노분말의 제조
본 발명자들은 하기의 공정으로 먼저 홍삼 나노액을 제조하였다. 홍삼 나노액은 홍삼 분말을 일정 온도범위에서 물로 일정시간 동안 추출한 후 추출액을 다시 한외여과막을 이용하여 필터한 후 다시 나노막 또는 역삼투막을 농축하여 제조된 액을 말한다. 상기 홍삼 나노액은 인체 유효성분(주로 사포닌 물질)이 다량 함유하고 있으며, 나노분말의 입자 크기는 최대 600 ㎚ 이하의 입자크기를 갖는다.
구체적으로, 본 발명자들은 6년 된 홍삼원료를 홍삼근과 홍미삼의 배합비를 7:3으로 하여 정밀하게 칭량하고, 불순물 등을 잘 선별한 후 95℃의 증기온도에서 습윤 살균을 3분 동안 실시한 후 열풍순환 건조하였다. 함수율 13%로 건조된 홍삼원료를 분쇄기 홉퍼에 투입하여, 1차 조분쇄, 2차 미쇄분쇄 과정을 거쳐 최종 입자크기 #120 이상으로 분말화하였다. 제조된 홍삼 분말에 대한 입도, 수분, 미생물 검사를 시행하여, 이상 유무를 검사하였다.
그리고 나서, 히터, 콘덴서, 임펠러, 온도계로 구성되어 있는 용량 3리터 추출장치에 상기 제조된 홍삼 분말 150 g, 정제수 1000 g을 넣고 80℃에서 9시간 추출한 후 원심분리 필터를 이용하여 1차 추출액을 얻고, 고형분에 다시 정제수 1000 g을 넣고 80℃에서 9시간 추출한 후 원심분리 필터를 이용하여 2차 추출액을 얻었다. 같은 방법으로 7회에 걸쳐 얻은 추출액을 모두 혼합하여 홍삼 추출액 6900 g을 얻었다. 홍삼추출액을 한외여과막(분획분자량 300,000)을 이용하여 연속 운전(분리막 후단압 1.5bar, 5시간)으로 필터하여 홍삼추출액 대비 95%의 홍삼여과액 6555 g을 얻었다. 홍삼여과액을 농축하기 위하여, 염제거율 99%의 역삼투막을 이용(후단압 9bar, 7시간)하여 홍삼여과액 대비 70%까지 농축하여 최종 홍삼 나노액 2070 g을 얻었다.
상기 홍삼 나노액을 최종적으로 냉동건조기로 건조하여 미크론 이하 크기의 홍삼 나노분말 30 g을 제조하였다(도 1).
<실시예 2> 홍삼 나노분말의 입도 측정
본 발명자들은 상기 실시예 1의 방법으로 제조된 홍삼 나노분말의 입도 크기를 측정하였다.
나노분말의 크기 측정방법은 시료를 증류수에 분산시킨 후 레이저 빛을 조사하여 분산되는 정도를 측정함으로써 이루어진다. 먼저, 정제수 3 ㎖에 상기 실시예 1에서 제조한 농축 홍삼 액상시료(홍삼 분말로 건조되기 전) 0.5 ㎖을 혼합하여 시료를 준비하였다. 또 다른 시료는 정제수 3 ㎖에 상기 실시예 1의 제조 공정 중 제 5공정에서 제거된 섬유소를 혼합한 시료를 준비하였다.
그 결과, 도 2와 같은 데이터를 얻었다. 요약하면 534 ㎚가 52.3%, 141 ㎚가 34.4%로 본 발명의 홍삼 나노분말에 해당한다. 각 입자의 전자 현미경의 관찰 결과는 도 3에 제시한다.
<실시예 3> 홍삼 나노분말의 임파구 증식능 실험
본 발명자들은 상기 실시예 1의 방법으로 제조된 홍삼 나노분말을 준비하였다.
6 ~ 8 주령의 BALB/c 마우스의 비장세포를 적출하여 검체가 용량별로 함유된 96 well flat-bottom microplate well 당 1.5 X 105개의 세포가 들어가도록 분주한 후 37℃, 5% incubator에서 72시간 배양하였다. 3H-Thymidine을 2 μCi/well로 처리한 후 4시간 더 배양한 다음 세포를 수확하여 scintillation cocktail을 가해 β-counter로 cpm을 측정하여 stimulation index(SI)를 구했다. 표준물질로는 concanavalin A(Con A)를 사용하였다. 자극지수는 아래의 계산식에 의해 계산되었다.
자극지수 = 샘플로 배양된 비장세포의 3H-Thymidine 인코포레이션(cpm)/대조군 배지로 배양된 비장세포의 3H-Thymidine 인코포레이션(cpm)
그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 임파구 증식능(SI) |
| 대조군 | PBS : 1.0 |
| 양성대조군 | Con A : 40.9(2.5 ㎍/㎖) |
| 실시예 1 | 32.9(500 ㎍/㎖) |
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 대조군의 임파구 증식능은 1.0 이었으나, 본 발명의 실시예 1은 32.9(500 ㎍/㎖)이었다. 따라서, 본 발명의 홍삼 나노분말은 임파구 증식능이 뛰어나다는 것을 알 수 있었다.
<실시예 4> 홍삼 나노분말의 LAK(Lymphokine-Activated killer) 세포생성능 실험
본 발명의 실시예 1의 방법으로 제조된 홍삼 나노분말을 준비하였다. LAK 세포 생성능은 4시간 51Cr 유리법을 이용하였다.
작동 세포는 비장 세포를 24-well plate(Corning, New York, USA)에 3.0 X 10 cell/㎖ 이 되도록 RPMI640-5% FBS 배지로 희석한 후 30 U/㎖의 IL-2 혹은 검체를 넣고 총 2 ㎖씩 37℃, 5% CO₂배양기에서 5일 동안 배양하였다. 5일 후 배양액 2 ㎖을 15 ㎖ tube에 옮겨 담고 원심 분리하여 세포를 침전 시킨 후 HBSS로 2회 세척하였다. 세포의 농도는 5 X 10 cells/㎖로 고정시켰다. 이미 준비해 놓은 작동세포와 표적세포의 비율이 100:1, 30:1 또는 10:1이 되도록 조정하여 96-well U-bottomed microplate(Corning, New York, USA)에 넣고 37℃, 5% CO₂배양기에서 4시간 동안 배양하였다. 4시간 후 2,200 rpm에서 5분간 원심분리하고 상층액을 0.1 ㎖씩 취해 γ-counter로 상층액에 유리된 Cr에 의한 γ선의 강도를 측정하여 세포독성(Cytotoxicity)을 산출하였다.
다음의 식에 의해 세포독성(Cytotoxicity)을 산출한 후 LU 을 구했다. 표준물질로는 인터루킨-2(IL-2)를 사용하였다.
세포독성(Cytotoxicity, %) = ER-SR/MR- SR X 100
* ER: 실험적 억제수치(Experimental release count)
* SR: 자발적 억제수치(Spontaneous release count)
* MR: 최대 결합수치(Maximum incorporation count)
* LD10 : 100만개 세포당 10% 타겟 세포를 lysis 시킬 수 있는 효력세포(effector cell) 수를 의미함(수치가 높을수록 효력 세포(LAK cell)의 생성이 많음을 의미함).
그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | LAK 세포생성능(lytic units) |
| 대조군 | PBS : 1.0 |
| 양성대조군 | IL-2 : 54.6(30 units) |
| 실시예 1 | 15.4(100 ㎍/㎖) |
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 홍삼 나노분말의 LAK 세포생성능은 실시예 1은 15.4 LU10(100 ㎍/㎖)임을 확인하여, 그 효과가 뛰어나다는 것을 알 수 있었다.
도 1은 본 발명의 홍삼(6년근)을 원료로 하여 홍삼 나노분말의 제조방법을 개략적으로 도시한 홍삼 나노입장의 제조 공정도이고,
도 2는 본 발명의 홍삼 나노분말의 크기 분포를 나타내는 스펙트럼 결과이고,
도 3은 본 발명의 홍삼 나노분말의 크기 분포를 나타내는 전자현미경 사진이다.
Claims (17)
- ⅰ) 원료가 되는 홍삼을 선별하여 습열살균후 건조하는 단계;ⅱ) 상기 건조된 홍삼을 1차 조분쇄 및 2차 미쇄분쇄를 수행하여 분말화하는 단계;ⅲ) 상기 분말화된 홍삼분말에 물 또는 에탄올을 첨가하여 미세화된 홍삼을 추출하는 단계;ⅳ) 상기 추출된 홍삼액에서 원심분리기로 섬유소를 제거하는 단계;ⅴ) 상기 홍삼액에서 이온을 포함한 단분자 물질 및 농약성분을 제거하는 단계; 및ⅵ) 상기 단분자 물질이 제거된 홍삼액을 냉동건조기 또는 저온열풍건조기로 건조하여 고형물인 나노 분말을 제조하는 단계를 포함하는 미크론 이하 크기의 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 ⅱ) 단계 이후에 추가적으로 상기 분말화된 홍삼의 입도, 수분 및 미생물 검사를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 ⅳ) 단계의 섬유소의 제거 단계 이후에 추가적으로, 상기 홍삼액에서 분리막을 이용한 여과로 제균, 고분자 물질 및 여분의 미세섬유를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 고분자 물질의 제거는 0.01~2 ㎛ 크기의 MF(micro filtering system) 또는 UF(ultra filtering system)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 ⅵ) 단계의 단분자 물질의 제거 단계 이후에 추가적으로 상기 단분자 물질이 제거된 홍삼액에서 역삼투로 홍삼액을 농축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 농축은 RO(Reverse Osmosis system)를 이용하며, 그 결과 1가 이온 배제율이 90~99.9%인 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 원료가 되는 홍삼은 홍삼근: 홍미삼의 비가 1: 1~0.2로 함유되는 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 ⅰ) 단계의 습윤살균은 90~100℃의 증기온도에서 1~10분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 ⅰ) 단계의 건조는 열풍순환 건조인 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 ⅱ) 단계의 건조된 홍삼은 함수율이 5~25%인 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 ⅱ) 단계의 분말화는 홍삼의 최종 입자 크기가 #100 이상인 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 ⅲ) 단계의 미세화된 홍삼의 추출은 홍삼 1 g에 대하여 물 4~15 ㎖를 첨가하고, 50~86℃에서 5~15시간 동안 5~10회 수행하는 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 ⅲ) 단계의 미세화된 홍삼의 추출은 홍삼 1 g에 대하여 35~80% 에탄올 4~15 ㎖를 첨가하고, 45~80℃에서 5~15시간 동안 5~10회 수행하는 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 ⅳ) 단계의 섬유소의 제거는 원심분리장치 또는 필터프레스(filter press)를 이용하여 식이섬유 제거 및 탈수를 수행하여 고형분이 50~75%인 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 ⅴ) 단계의 단분자 물질의 제거는 NF(nano filtering system)를 이용하여 농약을 포함한 저분자 물질을 제거하며, 그 결과 1가 이온 배제율이 70~95%인 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조된 홍삼 나노분말.
- 제 16항에 있어서, 상기 홍삼 나노분말의 크기는 20~600 ㎚인 것을 특징으로 하는 홍삼 나노분말.
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