KR101068890B1 - 포도가지로부터 폴리페놀을 추출하여 농축하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포도농사에서 배출되는 포도가지로부터 레스베라트롤을 다량 함유하는 폴리페놀을 추출하는 방법에 관한 것으로서, 포도가지를 2-3cm로 절단하는 단계; 절단한 포도가지 kg당 3-5 리터의 유기용매를 가하는 단계; 상기 단계의 내용물을 교반하는 단계; 및 상기 단계에서 수득되는 유용성분을 여과한 후 대기압보다 낮은 135mmHg(40℃)부터 285mmHg(55℃)까지의 기압 범위에서 증발과정을 거쳐 폴리페놀을 수득하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 항바이러스, 신경보호작용, 항염증작용, 항노화 및 수명을 연장시키는 효과 등이 있는 레스베라트롤을 다량 함유하는 폴리페놀을 추출하여, 기능성 식품, 화장품 및 의약품으로 사용함으로써 버려지는 자원을 이용하고 농가의 소득을 올릴 수 있다는 이점을 가진다.

포도, 레스베라트롤, 폴리페놀, 추출

Description

포도가지로부터 폴리페놀을 추출하여 농축하는 방법{A method for extracting and concentrating polyphenol from grape branch}

본 발명은 포도가지로부터 유용성분을 추출하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항산화효과와 심장병의 예방과 치료에 효과가 있는 레스베라트롤을 다량 함유하며, 체내의 활성산소를 제거하고 체내에 쌓인 콜레스테롤을 제거해 주기도 하며 혈관속의 혈액을 원활하게 소통시켜주는 성분인 폴리페놀 성분을 포도가지로부터 상온에서 추출하는 방법에 관한 것이다.

레스베라트롤은 폴리페놀의 일종으로서 스틸벤(stilbene)계열의 화합물로 2개의 구조상 이성체로 존재하며 소나무과, 도금양과, 참나무과, 뽕나무과, 파필리오나세아애과, 포도과, 콩과 등 여러가지 식물에 존재한다. 대표적으로 포도의 경우 식물생장중 오염될 수 있는 곰팡이에 대한 자기방어 물질로 만들어지는 것으로 알려져 있다.

레스베라트롤이 인체의 혈액에서 분리해 낸 저밀도 지방단백질 콜레스테롤의 산화를 방지하는 항산화효과는 식이성 황산화제로서 현재까지 가장 효과가 좋은 것으로 알려진 비타민E보다 5배나 높은 것으로 보고되어 있다. 또한 혈소판 응고 억 제, 에이코사노이드(eicosanoid) 합성변경, 지질단백질 대사조절 등과 같은 기능을 제공하기 때문에 심장병 예방과 치료에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이외에도 항바이러스, 신경보호작용, 항염증작용, 항노화 및 수명을 연장시키는 효과 등이 있는 것으로 알려져 있다. 프렌치 패러독스(French Paradox)는 레스베라트롤의 작용에 의한 것으로 프랑스인들이 지방이 많은 음식을 섭취하면서도 심장질환의 발병률이 낮게 나타나는 현상을 말하는 것이다.

폴리페놀은 벤젠고리(C6H6)의 수소 중 하나가 수산기(OH)로 치환된 물질을 말하며, 이와 같은 구조를 갖는 화합물은 자연계에 많이 존재한다. 녹차에 들어 있는 카테킨류(catechins), 커피에 포함되어 있는 클로로겐산, 딸기나 가지, 포도, 검은콩, 팥 따위 붉은 색이나 자색의 안토시아닌계 색소 등은 모두 폴리페놀화합물이다. 이밖에도 폴리페놀화합물은 야채나 과일, 카카오, 적포도주 등 여러 가지에 포함되어 있다. 폴리페놀류는 산화를 방지하는 작용, 즉 항산화 기능을 갖고 있다. 최근 폴리페놀류가 주목받고 있는 이유는 이 기능이 생체 내에서도 항산화제로 작용함으로써 건강유지와 질병예방 등에 기여할 것으로 기대되기 때문이다. 또한, 폴리페놀류는 콜레스테롤이 소화관으로 흡수되는 것을 막아주기 때문에 혈중 콜레스테롤의 수치를 낮게 해주는 작용도 한다.

이러한 폴리페놀은 화장품, 식품, 의약품의 원료로서 여러가지 기능을 갖추고 있다. 예컨대, 대한민국 특허출원 제10-1998-30458호 (미용식 조성물 및 그 제조방법), 제10-2004-46445호 (폴리페놀을 함유한 기능성 알코올 음료), 제10-1999-40571호 (천연페놀 및 폴리페놀계 화합물을 포함하는 약제학적 조성물), 제10- 1994-7002880호 (폴리페놀 및 은행추출물을 포함하는 화장품) 등을 들 수 있다.

이처럼 인간의 건강에 유용한 물질인 폴리페놀을 추출하기 위한 방법으로는 대한민국 특허출원 제10-2002-65529호가 있는데, 이는 폴리페놀을 함유한 천연재를 껍질, 씨와 함께 분쇄한 후, 2∼4배의 물을 첨가하고 60∼80℃의 항온수조에서 2∼3시간 교반하여 폴리페놀을 추출하는 추출하는 것을 개시하고 있고, 대한민국 특허출원 제10-2002-44436호는 포도송이가지로부터 초음파를 처리하여 레스베라트롤을 추출하는 것을 개시하고 있다.

한편, 포도를 재배함에 있어서는, 매년 줄기가 덩굴처럼 자라기 때문에 2, 3월중에 가지치기를 하는데, 이처럼 잘라진 가지는 땔감으로 사용하거나 쓰레기로서 버려지고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 이처럼 버려지는 포도가지로부터 유용성분인 레스베라트롤을 다량 함유하는 폴리페놀을 추출하는 방법을 확립하고, 이렇게 추출된 폴리페놀을 대량 생산하여 이를 농축하는 방법을 확립하는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 포도가지를 처리공정에 적당한 길이로 절단하고, 여기에 유기용매를 가한 후 상온의 온도(15-20℃)에서 20-100 rpm으로 교반하면서 소정시간 동안 유용성분을 추출한 후 여과하여 이를 가온하면서 낮은 기압에서 농축한다. 유기용매로서는 에탄올, 메탄올 또는 아세톤을 사용할 수 있는 데, 에탄올이 특히 적합하다. 상기 유기용매는 70-95%의 농도로 사용하는 것이 바람직하다.

포도가지는 2-3cm의 길이로 절단하는 것이 본 발명의 공정상 특히 적당하다. 3cm보다 길면 공정상 불편한 점이 따르며 2cm보다 적으면 포도가지를 절단함에 과도한 노고가 따르게 된다.

유기용매는 절단한 포도가지 kg당 3-5리터의 양을 사용한다. 5리터를 초과하면 용매비용이 과다하게 소요되는 단점이 있고, 3리터 이하의 양을 사용하면 용매에 비하여 포도가지가 너무 많게 되어 공정이 불편하다는 단점이 따른다. 유기용매의 농도는 70-95%가 적당한데, 70% 이하가 되거나 95% 이상이 되면 폴리페놀의 추출율이 낮아지는 단점이 있다.

포도가지로부터 유용성분을 추출하기 위하여 교반을 하는 것이 필요하다. 교반은 20-100rpm으로 시행한다. 이 때, 20 rpm 이하로 교반하면 유용성분의 추출효율이 감소하고, 100 이상으로 교반하면 에너지가 과도하게 소비되거나 기포가 다량 발생할 염려가 있다. 여과는 여과지를 사용한다. 예컨대, 와트만 여과지 (Whatman filter paper) No.4에 해당하는 공극을 가진 여과지를 사용하는 것이 폴리페놀과 레스베라트롤을 잔류물로부터 분리함에 있어 적당하다.

상기와 같이 추출한 성분을 식품, 화장품, 및 의약품에 첨가하기 위하여는 농축을 하여야 하는데, 농축은 대기압보다 낮은 135mmHg부터 285mmHg까지의 기압 범위 및 40-55℃에서 증발과정을 거쳐서 시행한다. 이 때, 135mmHg의 기압에서는 40℃의 온도에서 시행하여야 하고, 285mmHg의 기압에서는 55℃의 온도에서 시행하 게 된다. 이 범위내의 다른 기압에서는 상기의 온도범위에서 적합한 온도를 채택하여 시행한다. 본 발명자들의 연구에 의하면, 농축과정에서 상기의 압력과 온도범위를 채택하는 것이 추출물에 남아 있는 용매를 가장 단시간 내에 증발시킬 수 있음을 알 수 있었다.

포도가지로부터 유용성분을 대량으로 추출하여 농축하는 것은 대량의 용기, 예컨대 100리터의 추출용기에 절단한 포도가지를 넣어 첫 번째 추출용기에 넣어 8-16시간 추출하여 1차 추출물을 얻고, 이를 두 번째 추출용기에 넣고 다시 추출하여 2차 추출물을 얻고 이를 다시 세 번째 추출용기에 넣어 추출하여 최종(3차) 추출물을 얻는다. 이 최종 추출물을 40-55℃의 온도범위 및 135-285mmHg의 압력범위에서 감압ㆍ농축하여 농축물을 제조한다. 이 때 낮은 온도에서는 낮은 압력을 사용하고 높은 온도에서는 높은 압력을 가한다. 그 이유는 감압의 정도가 큰 경우는 낮은 온도에서 증발되는 것이 가능하고, 감압의 정도가 보다 적은 경우는 높은 온도조건에서 증발시켜야 하기 때문이다. 예컨대, 135mmHg의 압력을 사용하면 40℃에서도 농축이 가능하고, 285mmHg의 압력을 사용하면 55℃에서 농축이 가능하다.

본 발명은 포도농사시 배출되는 포도가지를 사용하여 항바이러스, 신경보호작용, 항염증작용, 항노화 및 수명을 연장시키는 효과 등이 있는 레스베라트롤을 다량 함유하는 폴리페놀을 추출하여, 기능성 식품, 화장품 및 의약품으로 사용함으로써 버려지는 자원을 이용하고, 이에 따라 농가의 소득을 올릴 수 있다는 이점을 가진다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 보다 상세히 설명한다. 하지만, 본 발명은 이러한 예에 의하여 한정되지 아니한다.

실시예 1: 총 폴리페놀의 함량 측정

총 폴레페놀 함량은 폴린-데니스(Folin-Denis)법을 응용하여 측정하였다. 각 에탄올 추출물 시료 0.1 mL과 증류수 3.5mL, 1N Folin-Ciocalteu's 페놀 용액 0.5mL를 캡 테스트 튜브(cap test tube)에 넣고 혼합한 후, 20% 탄산나트륨 1mL를 넣고 밀봉 혼합하여 상온에서 2시간 반응시킨 후 UV 스펙트로포토미터 (spectrophotometer) (Jasco V550, Japan)를 이용하여 710nm에서 흡광도를 측정 하였다.

실시예 2: 레스베라트롤의 함량 측정

추출물의 레스베라트롤 함량은 HPLC를 이용하여 측정하였으며, 시료는 0.45 μm 나일론 필터링하여 분석에 사용하였다. HPLC 분석은 250 mm×4.6 mm, 5 μm XDB-C18 (Agilent Technologies, USA) 칼럼과 구배 콘트롤러(Gradient controller) 601, 구배 유니트(Gradient unit 602)(FLOM, Japan), UV 디텍터 S-3740(Soma, Tokyo, Japan)을 사용하였다. 아세토니트릴을 용매로 하여 0.6 mL/min의 속도로 35℃에서 10분간 분석하였다. 이때 시료 주입량은 20 μL이었고, UV 파장은 308 nm이었다. 레스베라트롤 표준물질은 Sigma(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였고, 순도는 99% 이었다.

실시예 3: 유용성분(폴리페놀 및 레스베라트롤)의 추출

500㎖ 갈색병에 경북 영천에서 구입한 시료 (campbell) 25g에 각각 70% 에탄올과, 95% 에탄올 100ml을 가하여 18℃ 상온에서 70rpm으로 교반하면서 추출 시간을 4hr, 8hr. 24hr, 48hr, 64hr으로 달리하여 유용성분의 추출율 변화를 측정하였다. 와트만 여과지(Whatman filter paper) No.4를 이용하여 추출물 (extracts)과 잔류물(residue)로 분리한 후, 추출물의 총 폴리페놀과 레스베라트롤 함량을 측정하였다. 결과를 이하의 그래프로 나타내었다.

상기에서 나타난 바와 같이, 총 폴리페놀의 경우 추출 8시간까지는 에탄올 함량에 따른 추출률 변화가 없었으나, 추출 24시간에는 95% 에탄올이 70% 에탄올에 비해 폴리페놀이 169% 높게 추출되었음을 확인하였다. 그러나 추출시간이 길어질수록 에탄올 농도에 따른 폴리페놀 추출률에는 큰 차이를 보이지 않았다. 레스베라트롤의 경우 폴리페놀과 마찬가지로 추출 24시간에는 95% 에탄올이 70% 에탄올에 비해 레스베라트롤 함량이 246% 높았으나, 그 이후 추출 시간에서는 큰 차이를 보이지 않았다. 추출 시간에 있어서 추출 24시간과 48시간에서는 에탄올 95%를 기준으로 하였을 때 총 폴리페놀과 레스베라트롤이 각각 40%와 25% 증가하였으나 추출 64시간에서는 각각 11%와 0% 증가율을 보여, 추출 시간을 48시간 이상으로 하지 않아 도 됨을 확인하였다. 상기의 결과로부터, 추출시간은 24시간 내지 48시간이 효율적임을 알 수 있었다.

실시예 4: 포도품종별 유용성분의 함량 측정

경북 영천에서 구입한 세 가지 포도 품종(MBA, 캠벨, 및 거봉) 각각 100g을 3cm 크기로 절단하여 75% 에탄올 400ml를 가하고 18℃의 온도에서 50rpm으로 교반하면서 포도 품종별로 유용성분을 추출하여 함량을 비교하였다. 실험 결과는 하기 [표 1]에 기재한 바와 같다.

[표 1]

품종별 포도가지로부터 추출된 유용성분의 함량

(단위: mg/100g 가지)

	MBA	캠벨	거봉
총폴리페놀	116	163	114
레스베라트롤	36.5	75.2	48.7

상기 [표 1]의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 총 폴리페놀 함량은 포도가지 100g 당 캠벨이 163mg으로 가장 높았고, MBA와 거봉은 각각 116과 114mg으로 큰 차이가 없었다. 레스베라트롤 함량은 포도가지 100g당 캠벨이 75.2mg으로 가장 높았으며 거봉과 MBA는 각각 48.7과 36.5mg으로 캠벨과 비교하였을 때 각각 65%와 49% 수준이었다.

실시예 5: 추출물의 농축

실시예 4로부터 수득한 추출물을 235mmHg, 50℃에서 1시간 30분간 휘발성 용 매를 모두 증발시켜 농축물을 추출한 결과를 [표 2]에 나타내었다.

[표 2] 235mmHg, 50℃에서 농축한 포도 품종별 유용성분의 함량

(단위: mg/100g 가지)

	MBA	캠벨	거봉
총폴리페놀	113.6	166.3	106.6
레스베라트롤	36.3	75.6	48.8

상기 [표 2]의 결과에 의하면, 추출물에 함유되어 있는 총폴리페놀 및 레스베라트롤의 함량은 실험오차의 범위 내에 있음을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 포도가지로부터 폴리페놀을 추출하는 방법에 있어서,

   a) 포도가지를 2-3cm로 절단하는 단계;

   b) 절단한 포도가지 kg당 3-5 리터의 유기용매를 가하는 단계;

   c) 상기 b)단계의 내용물을 20-100 rpm으로 교반하여 폴리페놀을 추출하는 단계;

   d) 상기 c)단계에서 수득되는 폴리페놀을 여과한 후 135mmHg부터 285mmHg까지의 기압 범위 및 40-55℃의 온도 범위에서 유기용매를 증발시켜서 폴리페놀을 수득하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 유기용매는 에탄올, 메탄올, 아세톤으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나임을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   상기 유기용매는 70-95%의 에탄올로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
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