KR101258632B1

KR101258632B1 - 양파껍질의 아임계 수추출물의 항균제 용도

Info

Publication number: KR101258632B1
Application number: KR1020100009387A
Authority: KR
Inventors: 백현동; 김기태; 정명수; 조상우; 이경아; 김원주
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2013-04-26
Also published as: KR20110089905A

Abstract

본 발명은 농산 부산물로서 폐기되는 양파껍질을 정제수를 추출용매로 하는 아임계 수추출방법을 제공하며 상기 방법에 의하여 제조된 양파껍질의 아임계 수추출물을 유효성분으로 하는 항균제를 제공하는 뛰어난 효과가 있다.

Description

양파껍질의 아임계 수추출물의 항균제 용도{An antimicrobial use of onion peels subcritical water extracts}

본 발명은 양파껍질의 아임계 수추출물의 용도에 관한 것으로 양파의 아임계 수추출물의 항균제로서의 용도로 사용할 수 있다.

양파 (Allium cepa L.)는 백합과에 속하는 다년생 식물로, 재배 역사가 오래되었고 특유의 맛과 향기를 지니고 있어 고추, 마늘 등과 더불어 전 세계적으로 많이 이용되고 있는 조미 채소 중의 하나이다.

최근의 연구에 의하면 양파에는 항균 작용을 나타내는 폴리페놀 물질과 기타 다양한 생리활성을 갖는 황화합물이 함유되어 있는 것으로 밝혀져 성인병 예방을 위한 기능성 식품으로서의 관심이 증가되고 있다. 그런데, 국내 농산물의 식품가공분야에 사용되는 양파의 10~30%는 그 껍질(peels)로서 매년 부산물이 발생하는데 이는 대부분 폐기되는 경우가 많다. 이들 폐기되는 농산 부산물은 기능성 소재로 사용되는 경우에는 농가소득을 증대하여 농촌경제에 일조할 수 있다. 특히, 양파 부산물인 양파껍질(onion peels)로부터 항균 또는 항산화 기능성 물질을 추출할 수 있다면 농촌경제를 활성화할 수 있다.

농산식품 및 그 부산물의 추출법은 속슬렛(Soxhlet) 추출과 용매추출이 대표적인 추출법으로 이용되고 있다. 그러나 이러한 추출법들은 추출 시간이 길고 아세톤, 디클로로메탄 그리고 헥산 등 다량의 용매에 의한 2차 오염을 유발 시킬 수 있다.

아임계 수추출법(subcritical water extraction; SWE)은 고체나 반고체 시료에서 온도와 압력에 따른 물의 유전상수의 변화를 이용하여 특정 유기물을 단시간 내에 추출할 수 있는 방법이다. 또한 추출 용매로 물을 사용하여 분리과정에서 사용되는 유기용매를 크게 줄일 수 있다. 아임계 조건은 물의 액체, 기체상태가 공존하는 임계점(critical point: T = 374.2℃, P = 218.3 atm) 이하의 온도와 압력 범위를 말한다. 물은 임계점 근처의 압력 50-150 기압과 온도 200-300℃에서 분자 간 수소결합이 끊어지면서 고유의 극성을 잃게되어 유전상수가 급격하게 감소된다. 이때 물의 유전상수는 2.5 이하가 되어 특정 유기물에 대한 추출용매로서 사용될 수 있다.

황색포도상구균(Staphylococcus aureus)은 공기, 토양 등에 널리 분포하며, 특히 단백질, 탄수화물이 많은 식품에 오염될 가능성이 매우 높고, 식품으로의 오염경로도 매우 다양하여 식중독의 원인균으로 식품 위생상 중요하게 다뤄지고 있다. 또한 최근에 세계 각국에서 S. aureus 에 의한 식중독 발생 빈도가 높아지고 있고 우리나라의 경우, 2003년도 국내 식중독 발생 통계에 따르면 S. aureus에 의한 식중독은 9.62%로 장염비브리오, Salmonella spp.에 이어 세 번째로 많이 발생하는 식중독을 야기하는 원인균으로 알려져 있다.

1990년대 초 일본에서 S. aureus와 methicllin-resistant Staphylococcusaureus(MRSA)에 의한 병원내 감염이 보고되면서부터 ‘MRSA에 의한 원내 감염’은 의료업계의 중대한 문제로 떠오르고 있다.

MRSA는 S. aureus의 변종균으로서 1961년 영국에서 최초로 보고된 이후 전 세계에 만연되어 있으며 항생물질 methicllin의 β-락탐(β-lactam)구조를 파괴하는 β-락타마제 효소를 생산할 수 있도록 변이한 황색포도상구균이다. 뿐만 아니라, 대부분의 항생물질에 대해서 내성을 보이고 있기 때문에 현재 전 세계적으로 대책이 요구되는 병원성 감염균이다. 감염이 되면 현재 사용되는 항생제로는 치료가 어려워 환자가 사망하는 경우가 빈번히 일어나 이 균주에 대한 감염 예방 및 치료를 위한 새로운 항생제의 개발이 절실히 요구되고 있다.

대한민국등록특허제10-0620568호"초임계/아임계수를이용한콩으로부터이소플라본의추출,분리및정제방법" 대한민국등록특허제10-0626221호"아임계／초임계유체및초음파를이용한건강쌀의제조장치및그제조방법" 대한민국등록특허제10-0452467호"초임계또는아임계유체를이용하여유자로부터기능성물질추출및산화성물질제거하기위한방법" 대한민국특허출원제10-2002-0069524호"초임계및아임계유체추출공정을이용하여고추냉이로부터항균성물질을추출하는방법"

Griffiths G, et. al., onion-a global benefit to health. Phytother. Res. 16: 603-615 (2002) Jakubowski H, On the health benefit of Allium sp. Nutrition 19: 167-168 (2003) Turner C, et. al., Subcritical water extraction and β-glucosidase-catalyzed hydrolysis of quercetin glycosides in onion waste. Green Chem. 8: 949-959 (2006) Ramos L, et. al., Current use of pressurized liquid extraction and subcritical water extraction in environmental analysis. J. Chromatogr. A. 975: 3-29 (2002)

따라서, 본 발명의 목적은 식품산업에서 발생되는 부산물인 양파껍질로부터 아임계 수추출법(SWE)을 이용하여 양파껍질 아임계 수추출물을 얻고 이를 유효성분으로 하는 항균제로서의 용도를 제공하는 데 있다.

본 발명의 상기 목적은 양파껍질을 아임계 수추출하는 단계와; 상기에서 얻은 양파껍질 유래의 아임계 수추출물의 항균 기능성을 검증하고 그 항균제로서의 용도를 평가하는 단계를 통하여 달성하였다.

본 발명은 상기 과제해결수단에 의하여 항균제용 양파껍질 아임계 수추출물을 제공하는 뛰어난 효과가 있다.

도1은 본 발명 실시에 따른 바람직한 양파껍질의 바람직한 아임계 수추출방법의 공정을 보인 다이어그래프이다.
도2는 본 발명에 따른 대조실험결과로서 Quercetin 화합물의 S. aureus 균주들에 대한 성장저해(항균)효과를 보인 그래프이다.
도3은 본 발명 양파껍질의 아임계 수추출물의 S. aureus 균주들에 대한 성장저해(항균)효과를 보인 그래프이다.

실험재료 및 양파 시료의 제조

본 실험에 사용한 양파는 경상북도 의성산 양파로 시장에서 구입하여 사용하였다. 양파의 주황색의 외피 만을 사용하여 60℃에서 열풍 건조시킨 후 고속믹서기 (Blender 7012S, Waring, Torrington, USA)를 이용하여 가루 (1-10 mm)로 잘게 파쇄하여 냉장보관 (4-5℃)하며 실험에 사용하였다.

미생물 균주

한국미생물보존센터(서울)로부터 Staphylococcus aureus KCCM 40501, KCCM 3395과 KCCM 11335을 구입하여 사용하였다. S. aureus KCCM 40510은 메티실린 내성 황색포도상구균 (MRSA) 이다. 균주는0.6% yeast extract (TSB-YE)가 첨가된 tryptic soy broth (Difco)에서 37℃에서 12시간 3회에 걸쳐 전 배양한 후 실험에 사용하였다.

에탄올 추출

양파 껍질 20 g과 70%(v/v) 에탄올 200 mL을 혼합하고, 60℃에서 3시간 동안 추출하였다. 추출 후 Whatman No. 2 filter paper로 여과하였고, 여과 후 걸러진 잔류물은 같은 조건에서 두 번 더 추출하였다. 추출한 에탄올 추출물은 감압농축기 (EYELA N-1000V, Tokyo, Japan)를 사용하여 용매를 제거, 농축하였다. 감압농축 후 추출물은 동결건조하여 냉동보관하며 본 발명 대조구 실험에 사용하였다.

열수 추출

양파 껍질 20 g과 70%(v/v) 증류수 200 mL을 혼합하고, 80℃에서 3시간 동안 추출하였다. 추출 후 Whatman No. 2 filter paper로 여과하였고, 여과 후 걸러진 잔류물은 같은 조건에서 두 번 더 추출하였다. 추출한 열수 추출물은 감압농축기 (EYELA N-1000V, Tokyo, Japan)를 사용하여 증류수를 제거, 농축하였다. 감압농축 후 추출물은 동결건조하여 냉동보관하며 본 발명 대조구 실험에 사용하였다.

아임계 수추출물의 제조

양파껍질 추출을 위하여subcritical extractor system (DIONEX ASE 100, Dionex Corporation, Sunnyvale, California, USA)을 사용하였다. 잘게 파쇄한 양파껍질과 규조토(diatomaceous earth ; DE)를 적절하게 배합하여 34 mL 또는 66 mL size 충진기에 넣고 추출기에 장착한 후 추출하였다. 양파껍질과 DE의 바람직한 배합비는 1:3 또는 1:2 중량비이다. 추출용매는 Milli-Q water만을 사용하여 각각의 추출온도와 추출시간을 설정하여 추출하였다 (도 1). 황색포도상구균의 항균 실험을 위한 추출조건은 가장 바람직하기로는 60기압 및 110℃에서 15분 추출물을 사용하였고 비교군으로는 quercetin을 사용하였다. 본 발명 수 추출물 시료는 4℃ 냉장고에서 저장하며 사용하였다.

항균효과 측정

S. aureus 성장에 아임계수 양파껍질 추출물의 영향을 실험하기 위하여 broth에서의 생육저해 효과를 측정하였다. S. aureus의 초기 균수는 2.6 × 10⁶ CFU/mL로 조정하였다. 균액 100μL 와 SWE추출물을 0.6% yeast extract 가 포함되어 있는 tryptic soy broth에 접종하여 160 rpm, 37℃에서 배양하였다.

SWE 양파 추출물은 두 배씩 희석하여 사용하였고, 최종 농도는 40 ppm, 80 ppm, 160 ppm이 되도록 조절하였다. 대조구에는 동량의 증류수를 처리하였다.

위의 샘플은 0-8시간 동안 배양하면서 2시간 별로 sampling하여 Spectrophotometer (Optizen 2120 UV, Daejeon, Korea)를 사용하여 630 nm에서 흡광도를 측정하였다. Sampling한 시료는 0.1% peptone 수에 희석하여 0.6% yeast extract가 포함되어 있는tryptic soy agar에 도말하여 생균수를 측정하였다. 생균수는 도말 후 약 20시간 배양하여 산출하였다.

Quercetin은 항균 표준물질로서 사용하였고, 최종 농도는 25, 50, 100, 200 μM 로 조정하여 위와 동일하게 실험하였다(도2).

Flavonoid를 포함하는 폴리페놀은 항균 효과를 가지는 것으로 알려져 있다. 이러한 유효성분들의 메커니즘은 정확히 알려져 있지 않지만 대부분 핵산 합성, 원형질막 기능, 그리고 에너지 대사의 저해 등으로 알려져 있다.

본 발명에서, S. aureus의 다양한 균주들에 대한 SWE 추출물의 생육 저해효과 측정을 위해 quercetin을 positive control로 사용하였다(도3). 그 이유는 양파 껍질에 다량 존재하는 주요 flavonoid가 quercetin으로 알려져 있기 때문이다. 도 2와 도 3의 결과, SWE 추출물은 순수한 quercetin보다 항균효과가 미비하였다. Quercetin 200 μM 처리 군에서 8시간 후 1.0-1.5 log cycle의 낮은 균 증가율을 보였다. 반면에 SWE 추출물의 경우 8시간 후 quercetin 보다 높은 수치인 1.6-1.9 log cycle의 균수가 측정되었다. 하지만 SWE 추출물을 처리하지 않은 컨트롤에 비해서 낮은 균 성장율을 보였다. 이 결과, 같은 농도로 환산하였을 때 SWE 양파 추출물이 quercetin보다 약 2.3배 낮은 항균활성을 갖는 것을 관찰 하였다. 이는 SWE 추출물의 성분이 100% quercetin이 아니며, 이 외에 배당체 성분들의 존재로 S. aureus 균주들의 성장에서 영양분으로 사용된 것으로 사료 된다.

총 polyphenol 함량 측정

Phenol 함량은 Folin-Denis법에 따라 비색 정량하였다. 일정하게 희석한 추출액 0.1 mL과 2% Na₂CO₃2 mL과 혼합하여, 실온에서 3분 간 방치 후 Folin-Ciocalteau 시약 (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA) 0.1 mL을 첨가하였다. 혼합 후 30분 후 Spectrophotometer를 이용하여 750 nm에서 흡광 도를 측정하였다. 표준물질로 quercetin을 농도 별로 조제하여 얻은 표준 검량곡선으로부터 시료 추출물의 총 phenol 함량을 산출하였다.

총 폴리페놀 화합물은 Folin 시약에 대한 추출물의 환원력 측정에 의해 분석된다. 표 1의 결과, 본 발명에서 사용된 양파 껍질 추출물의 총 폴리페놀 함량은 추출 방법에 따라 유의적 차이를 보였다. 양파 껍질의 총 폴리페놀 함량 범위는 26.68-372.5 mg quercetin/g extract 이다.

추출물 g당 총 폴리페놀 함량은 에탄올 추출물에서 가장 높았다 (372.5 mg quercetin/g extract). 그러나 양파 껍질 원재료 1 g에 대한 함량은 110℃에서 15분 동안 추출한 아임계 추출물이 가장 높았다(38.84 mg quercetin/g onion peel).

SWE 추출 조건에 따른 함량은 110℃ 아임계 추출물이 165℃ 아임계 추출물 보다 높은 함량을 보였다. 이는 165℃ 아임계 추출물이 고온 상태에서 추출되므로 양파 껍질의 유효성분이 파괴, 분해된 것으로 사료된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 60기압, 110℃에서 15분간 수행한 아임계 수추출물은 항균제로서의 용도를 제공하는 뛰어난 효과가 있으므로 생물의약 및 식품가공산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

세절한 양파껍질과 규조토를 1:2 또는 1:3 중량비로 배합하여 시료를 준비하고 34 mL 또는 66 mL 크기의 충진기에 넣어 장착한 다음 증류수를 첨가하여 60기압 및 110℃에서 15분간 추출함을 특징으로 하는 양파껍질의 아임계 수추출물을 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 항균제.