KR101277760B1 - 식품소재용 발효옻 추출물의 제조방법 및 이의용도 - Google Patents

식품소재용 발효옻 추출물의 제조방법 및 이의용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 옻의 알레르기 유발성분인 우루시올을 포함하지 않는 옻나무추출물을 제조하고 이의 용도를 제공하는 것으로 종래의 옻에 대한 발효기법을 이용하여 우루시올 함량을 발효옻을 기초로 본 발명은 용매를 사용하여 상기 발효옻에서 우루시올이 완전히 제거된 옻 추출물을 얻는 것으로 상기 용매의 종류와 용매의 농도비를 조절하여 추출공정에 있어서 우루시올이 추출되지 않도록 하는 것으로 우루시올이 완전히 제거되어 식품으로 사용가능한 무독화된 옻 추출물을 제공하는데 그 특징이 있다. 또한 상기 옻 추출물에 더하여 그 활용가능한 용도를 제공하는 것이다.
우루시올을 포함하지 않는 추출물을 제조하기 위한 사용가능 용매는 아세톤(acetone), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol) 및 물(water)이며, 각용매의 농도는 0.1%에서 30%의 범위이다. 추출조건은 10℃이상에서 6시간 이상 추출하는 것이 효과적이다. 본 발명의 조성물은 항산화 활성은 IC50값이 28.54∼54.70 mg%로 비교적 높은 활성을 가지고 있으며, galic acid와 syringic acid가 주요 phenolic acid라는 특징을 가진다. 또한, 전구지방세포(3T3-L1)의 인슐린 민감성을 증가시켜 당뇨치료에 사용될 수 있다. 본 발명을 통하여 제조된 추출물의 용도로는 발효제(누룩, 입국) 제조 및 식품에 이용할 수 있다. 추출물은 전체 식품 중량의 0.1 내지 30 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량%로 가할 수 있으며, 건강 음료 조성물은 100 ㎖를 기준으로 1 내지 30 g, 바람직하게는 3 내지 10 g의 비율로 가할 수 있다. 건강기능식품용 개발을 위하여 본 발명의 추출물을 첨가할 수 있는 식품으로는, 예를 들어 각종 식품류, 음료류, 껌류, 비타민 복합제, 건강 보조식품류 등이 있다.

Description

식품소재용 발효옻 추출물의 제조방법 및 이의용도{PROCESS FOR PRODUCTION OF URUSHIOL FREE LACQUER TREE BARK EXTRACT AND ITS UTILIZATION}
본 발명은 옻을 식품소재로 활용하기 위하여, 옻의 알레르기 유발성분인 우루시올(Urushiol)이 제거된 옻나무 추출물의 제조방법 및 본 발명을 통해서 제조된 추출물의 용도의 제공에 관한 것이다.
옻나무과(Anacardiaceae)에 속하는 옻나무는 세계적으로 약 600여종이 존재하며 주로 온대지방에 분포하는 것으로 알려져 있다. 현재 우리나라에 자생하고 있는 참옻나무(Rhus verniciflua Stokes)는 중국, 일본을 포함한 동북아시아에 분포하고 있다.
종래부터 옻나무 피(껍질)는 당뇨병 및 위 관련 질병을 치료하기 위한 한약재로 널리 이용되어 왔으며 민간에서는 옻닭이나 옻오리 등의 형태로 식품에 첨가하여 섭취하여 왔다. 최근에 들어 항산화, 항염증, 항돌연변이성, 항종양, 항혈전 활성 등 다양한 생리활성이 있는 것으로 밝혀지면서 건강기능성 식품 및 의·약품 소재로서 많은 주목을 받고 있다.
그러나 옻나무는 우루시올 화합물을 함유하고 있어 피부에 발진을 일으키거나 가려움을 유도하며 수포를 발생시키는 등의 알레르기를 유발하는 것으로 알려져 식품 및 의·약품으로 적용하는 데에 걸림돌이 되고 있다.
오래 전부터 많이 식용되던 옻닭과 옻순은 이러한 알레르기의 위험 때문에 상용화에 어려움이 있었고, 특히 피부과 병원에서는 식용할 수 없는 금기물질로 단정하고 있었다. 한편, 외국에서는 옻나무과의 담쟁이 덩쿨에 의한 알레르기 반응 치료제에 대한 연구가 많이 이루어져 있지만, 국내의 경우와 같이 이를 식용을 사용하는 나라는 거의 없다.
우루시올(Urushiol)은 페놀유도체의 하나로 화학적 구조는 곁사슬(side chain) R기가 탄소수 15-17개가 직쇄상으로 연결된 지용성 화합물로, 13개의 혼합물로 혼재되어 있으며, 옻의 주된 약리 작용은 항암, 항산화, 숙취작용 등이 알려져 있으며(산림청, 임목 육종연구소 나천구 연구팀,1997.4.22, 식품과학회지,vol 31, 238-245), 위장병, 심장병, 관절염, 고혈압, 당뇨, 중풍, 관절염, 만성피로 등에 효능(본초강목, 본초학)이 있는 것으로 알려져 있다.
종래에 상업적으로 유통되고 있는 옻나무 추출물은 우루시올이 거의 함유되어 있지 않는 속대(껍질을 제거한 목질부위)를 사용하는 방법이 일반적으로 전통적으로 사용하던 옻의 부위하고는 상이하고, 선행기술을 보면, 옻 추출물을 공기 중에서 산화시키는 방법, 가열로를 이용하여 고온에서 가열하는 방법, 고온에서 장시간 동안 열수추출하는 방법, 수용약 상태에서 다량의 산소를 주입하면서 고온고압반응시키는 방법, 옻나무의 열수추출물을 전기분해장치의 음극실에 공급하여 전해환원처리하여 독성을 제거하는 방법이 있었는데, 이는 옻 나무에 함유된 독성을 어느정도 감소시켜 이를 이용한 제품에 대한 알레르기 반응을 어느정도 완화시키는 정도에 불과한 것으로, 이러한 독성을 완전히 제거하여 식품으로 사용하기에 적합한 정도까지 낮추는 것은 아니었다.
따라서, 옻나무의 약리적 효능의 활용을 통한 상용화를 위해서는 우선 옻나무의 독성제거 방법이 전제되어야 할 것인바, 본 발명은 대중적인 식품으로 상용화가 가능한 정도까지 옻 나무의 독성을 제거한 식품소재용 발효옻 추출물을 제조하게 된 것이다. 이는 직접적으로는 식품에 활용가능하고 나아가 무독화된 옻나무에서 추출물을 통해 그 뛰어난 항산화 및 항암 효과 등에 활용이 가능할 것으로 본다.
따라서 본 발명은 상기 옻나무의 독성을 제거하여 식품소재로 활용할 수 있는 정도까지 우루시올(Urushiol)을 완전히 제거하기 위한 것으로 본 발명자들은 옻나무의 독성을 제거하고자 지속적 연구를 통한 결과 특허출원 KR 10-2005-0049105 에서 발효기법을 이용한 옻의 무독화 방법 개발한 바 있으며, 본 발명은 이에 더하여 우루시올을 완전히 제거함으로서 식품으로 사용가능하도록 하는 것이다. 즉, 상기 기존에 개발한 발효옻을 원료로 식품용으로 사용할 수 있는 다양한 용매조건에서 우루시올이 함유되어 있지 않은 추출물의 제조방법을 개발하고 본 발명을 통하여 획득된 추출물의 용도를 특징으로 한다. 용도에 대하여, 보다 상세하게는 추출물을 이용한 항산화 및 인슐린 민감성 증가활성을 가지는 조성물 및 추출물을 이용한 발효제 제조방법과 이의 이용에 대한 것이다.
본 발명은 상기 목적에 따라 우루시올이 제거된 옻나무 추출물의 제조방법이 제공된다.
본 발명은 용매를 사용하여 발효옻에서 우루시올이 완전히 제거된 옻 추출물을 얻는 것으로 상기 용매의 종류와 용매의 농도비를 조절하여 추출공정에 있어서 우루시올이 추출되지 않도록 하는 것으로 우루시올이 완전히 제거되어 식품으로 사용가능한 무독화된 옻 추출물을 제공하는데 그 특징이 있다.
구체적으로 보면, 우선 상기 발효옻은 특허출원 KR 10-2005-0049105 에서 발효기법을 이용한 것으로
a) 벼, 현미, 현미찹쌀, 미강, 흑미, 잡곡, 보리, 콩 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된 곡물류 및 그 부산물과 옻 성분을 함유하는 배지에 버섯 균주를 접종하는 단계, 및
b) 상기 곡물류 함유 옻 배지를 15~37 ℃의 온도에서 7일 내지 30일 동안 배양하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 옻의 독성을 제거하는 방법에 의하여 만들어진 무독화된 발효옻을 사용하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 상기 발효옻을 용매별로 농도를 달리하여 추출하였는데, 본 발명에 포함되는 용매는 물(water)과 유기용매로서 아세톤(acetone), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol)을 사용하였다. 물과 물을 제외한 각 유기용매 0.1 내지 30중량%의 농도의 수용액에서는 우루시올이 추출되지 않는 효과를 나타낸다. 1 내지 20시간에 걸쳐 추출하며, 물을 용매로 하는 경우 70 내지 200℃에서 열수추출하고, 상기 유기용매를 사용하는 경우에는 상온 기타 적절한 온도에서 교반시키면서 추출하며 바람직하게는 50 내지 200RPM 속도로 교반시켜 추출한다. 추출조건은 추출온도 및 추출시간이 증가할수록 고형분 함량과 폴리페놀 함량이 증가하였으며, 바람직하게는 6시간 이상 추출하는 것이 효과적이다.
본 발명의 조성물은 항산화 활성은 IC50값이 28.54∼54.70 mg%로 비교적 높은 활성을 가지는데, galic acid와 syringic acid가 주요 phenolic acid라는 특징을 가진다. 또한, 전구지방세포(3T3-L1)의 인슐린 민감성을 증가시켜 당뇨치료에 사용될 수 있다.
본 발명을 통하여 제조된 추출물의 용도로는 발효제(누룩, 입국) 제조 및 식품에 이용할 수 있다. 추출물은 전체 식품 중량의 0.1 내지 30 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량%로 가할 수 있으며, 건강 음료 조성물은 100 ㎖를 기준으로 1 내지 30 g, 바람직하게는 3 내지 10 g의 비율로 가할 수 있다.
건강기능식품용 개발을 위하여 본 발명의 추출물을 첨가할 수 있는 식품으로는, 예를 들어 각종 식품류, 음료류, 껌류, 비타민 복합제, 건강 보조식품류 등이 있다.
본 발명은 옻의 알레르기 유발성분인 우루시올(Urushiol)이 제거된 옻나무 추출물의 제조가 가능하고 제조된 추출물은 항산화 및 당뇨병 개선 용도로 사용할 수 있다. 이외에 본 발명을 통해서 제조된 추출물을 이용하여 폴리페놀 함량이 비교적 높은 발효제를 제조할 수 있으며, 관능특성이 개선된 주류의 생산이 가능하다. 이외에 각종 건강기능식품 및 음료 등에 사용도 가능하다.
도 1은 생옻 및 발효옻 추출물의 우루시올 함량비교에 관한 것이다.
도 2는 추출온도 및 시간의 변화에 따른 고형분 및 폴리페놀의 함량변화에 관한 것이다.
도 3은 발효옻나무추출물의 대량생산공정 생산물에 관한 것이다.
도 4는 발효옻 추출물의 항산화 효과에 관한 것이다.
도 5는 추출물이 전구지방세포의 분화에 미치는 영향에 관한 것이다.
도 6은 제조된 발효제가 알코올 생성에 미치는 영향에 관한 것이다.
이하 본 발명의 구체적인 구성과 작용을 실시예를 들어 설명한다. 다만 이는 내용을 설멸하기 위한 것인바 본 발명의 권리범위가 하기 실시예만으로 제한되는 것은 아니다.
[ 실시예 1] 발효옻 추출물의 제조 및 우루시올 및 유효성분의 함량 분석
1-1. 발효옻의 제조 공정
a) 벼, 현미, 현미찹쌀, 미강, 흑미, 잡곡, 보리, 콩 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된 곡물류 및 그 부산물과 옻 성분을 함유하는 배지에 버섯 균주를 접종하는 단계, 및
b) 상기 곡물류 함유 옻 배지를 15~37 ℃의 온도에서 7일 내지 30일 동안 배양하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 옻의 독성을 제거하는 방법에 의하여 만들어진 무독화된 발효옻을 제조한다.
1-2. 용매별 추출방법
상기 발효옻을 각 용매별로 추출하였는데, 이 때 사용한 용매는 핵산(η-hexane), 아세톤(acetone), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol) 및 물을 사용하였으며, 아세톤, 에탄올, 메탄올은 물을 섞어 그 농도를 100%, 70%, 50%, 30%, 10% 되게 준비하였다. 발효옻 200g에 물을 제외한 각 유기용매 2L를 부어 상온에서 120 RPM속도로 회전시키면서 8시간 추출하였다. 물 추출물은 발효옻 200g에 물 2L를 부은 후 100℃에서 8시간 추출하여 사용하였다.
1-3. 추출 용매별 우루시올 및 유효성분의 함량
식품에 적용 가능한 용매의 우루시올 용출 효과를 규명하기 위해, 용매의 농도별로 발효옻 중량의 10배 부피의 용매를 첨가하여 추출한 후에 회수하여 우루시올 함량과 유효성분, 더욱 상세하게는 폴리페놀 및 플라보노이드 함량을 측정하였다.
실험결과, 표1과 도1에서 나타난 바와 같이 대조군(생옻)은 물추출에서도 우루시올 함량이 3mg%로 나타나 식품용으로 사용이 불가능했던 반면, 발효옻 추출물은 물 외외에 아세톤, 에탄올 및 메탄올의 사용이 가능하였다. 사용 가능농도는 우루시올이 검출되지 않는 0.1∼30%의 농도였으며, 30%이하의 농도에서 용매의 농도 증가에 따라 폴리페놀 및 플라보노이드 함량이 증가하여 기능성 식품개발을 위해서는 물 이외의 용매로서 30%의 용매추출물이 적절하다.
추출 용매의 농도별 우루시올 및 유효성분의 함량
용매의농도
(%)		 용매별 우루시올 및 유효성분의 함량(mg%, 건물량 기준)
η-Hexane Acetone EtOH MeOH Water
100 6.74 1)
(0.63/0.32) 2) 		1.37
(0.58/0.20)		 1.44
(0.43/0.10)		 11.04
(0.57/0.11)		 trace
(0.66/0.14)
70 - 5.54
(1.32/0.28)		 7.62
(0.83/0.17)		 3.70
(0.65/0.10)		 -
50 - 1.56
(1.39/0.34)		 1.12
(1.22/0.24)		 1.78
(0.88/0.16)		 -
30 - trace
(1.54/0.31)		 trace
(1.13/0.23)		 trace
(1.02/0.18)		 -
10 - trace
(0.74/0.23)		 trace
(0.66/0.18)		 trace
(0.81/0.20)		 -
* 1)우루시올, 2)(폴리페놀/플라보노이드) 함량
[ 실시예 2] 추출물의 대량생산
추출물의 대량생산을 위해 상업적으로 가장 많이 사용되고 있는 물추출을 행하였다. 추출온도 및 시간의 변화에 따른 고형분과 폴리페놀의 함량을 경시적으로 관찰하였다. 또한, 파일롯 추출기를 이용하여 추출물의 대량생산을 시도하였다. 더욱 상세하게는 추출, 농축, 여과, 건조 순으로 행하였으며, 발효옻 60kg에 20배 부피의 물을 첨가한 후에 100℃에서 14시간 추출하여 추출물을 회수고, 재차 고형물에 10배의 물을 부은 다음 100℃에서 5시간동안 2차 추출하였다. 그런 다음 추출물은 모아 54℃에서 감압농축 한 후에 동결건조 하였다.
실험결과, 고형분 함량과 폴리페놀의 함량은 추출온도 및 시간에 의존적으로 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 고형분의 함량은 추출 6시간까지 급격하게 증가하다가 이후 감소되므로 6시간 이상 추출하는 것이 추출물 제조에 효과적이었다(도 2). 대량생산공정을 거친결과 추출물은 건조물 기준 4.8kg회수 되었으며 수율은 8.5%로 나타났다. 도 3은 이러한 발효옻의 추출물에 대한 대량생산공정의 산물을 나타낸 것이다.
[ 실시예 3] 항산화 및 인슐린 민감성 증진 효과
본 발명을 통해서 제조된 추출물의 항산화 활성은 DPPH방법에 의해서 측정하였으며, 추출물에 포함되어 있는 phenolic acid의 함량은 GC를 이용하였다. 전구 지방세포인 3T3-L1은 한국세포주은행에서 구입하였고, 세포배양은 10% FBS와 1% penicillin/streptomycin이 첨가된 DMEM을 표준배지로 하여 75cm2 culture flask 상에서 증식시키면서 실험을 행하였다.
실험결과, 본 발명의 조성물의 항산화 활성은 IC50값이 28.54∼54.70 mg%로 비교적 높은 활성을 가지고 있으며, galic acid와 syringic acid가 주요 phenolic acid라는 특징을 가지고 있었다. 추출용매의 농도가 증가할수록 phenolic acid의 함량도 증가하여 더욱 적절하였다. 표 2는 추출 용매별 추출물의 phenolic acid 함량을 나타내며, 도 4는 발효옻 추출물의 항산화 효과를 나타낸다.
한편, 도 5에서 보는 바와 같이 전구지방세포(3T3-L1)의 인슐린 민감성관련 실험에서는 대조구(추출물 무처리구)보다 처리구에서 더욱더 많은 전구지방세포 분화되는 것이 관찰되어 세포의 인슐린 민감성을 증가시키는 것으로 나타났는바, 이를 당뇨병 치료제의 용도로 활용할 수 있다.
추출 용매별 추출물의 phenolic acid 함량
Compounds phenolic acid 함량(ppm)
Water EtOH(30%)
Mandelic - 1.46
Salicylic - trace
4-HBA - -
Vanillic 2.97 3.47
Genistic 3.01 1.72
Protocatecuic 10.50 12.01
Syringic 161.30 194.83
Gallic 106.09 129.96
Caffeic - -
Total 283.86 343.44
[ 실시예 4] 추출물을 이용한 발효제 제조 및 이의 식품에의 적용
상기 실시예 2에서 제조된 발효옻나무추출물(건조물)을 중량비로 10%되게 물에 녹인 다음 아래와 같은 방법으로 발효제(누룩, 입국)을 제조하였다. 즉, 누룩은 파쇄한 생밀 300g에 상기 물에녹인 추출물 84ml(중량의 28%)을 첨가하고 잘 섞어 직경 116mm, 높이 29mm틀에 부은 다음 유압식 프레스로 200 psi 힘으로 압력을 가해 형태를 유지하도록 하고 30℃에서 20일 동안 발효시킨 후 50℃에서 30시간 건조를 행하여 제조하였다. 입국은 쌀을 세척한 다음 상기 추출물에 3시간 동안 수침시키고 채반에 옮겨 담아 1시간 동안 정체하였다. 이 후 증미기를 이용하여 스팀으로 김이 올라오기 시작한 후 40분 동안 열을 가하여 고두밥을 제조한 다음 40℃까지 식히고 황국(아스페르질러스 오리제) 또는 백국(아스페르질러스 가와찌)을 중량대비 0.1% 접종하고 일반적인 입국제조방법으로 배양하였다.
실험결과, 표3에서 나타낸 바와 같이 상기 제조된 추출물은 미생물 증식에 영향을 미치지 않았으며, 상용 발효제와 유사한 당화력을 나타내었다. 또한, 발효에 영향을 미치는 효소활성도 대조구에 비하여 많은 차이를 나타내지 않았으며, 폴리페놀 함량이 대조구보다 높아 기능성 발효제로서 활용이 가능한 것으로 판단되었다. 하기의 표4는 제조된 발효제의 효소활성 및 폴리페놀 함량을 나타낸 것이다.
우루시올이 제거된 추출물을 이용한 발효제의 품질특성
구 분 수 분 산 도 아미노산도 당화력
옻 누룩 11±1% 0.5 0.8 100±5sp
옻 입국 12±1% 6.7 0.4 54±2sp
제조된 발효제의 효소활성 및 폴리페놀 함량

구 분
효소활성(Unit/g)		 Polyphenol conc.
(mg gallic acid/10mL)
a-amylase glucoamylase protease

옻 입국
(황국)		 대조구 78.4 497.8 47.4 1.993
옻순 80.2 388.8 46.9 2.267
옻피 81.0 366.9 46.9 2.611
발효옻 81.7 419.0 46.9 2.241

옻 입국
(백국)		 대조구 72.6 626.5 49.8 2.226
옻순 40.6 220.1 47.8 2.566
옻피 32.5 230.7 47.0 2.247
발효옻 33.7 223.2 47.5 2.588
도 6에서 보는 바와 같이 상기 제조된 발효제를 이용하여 주류(약·탁주)를 제조하였을 때 알코올 생성량에 영향을 미치지 않았으며, 관능적으로는 향의 다양화와 신맛 및 아미노산맛의 감소로 관능개선 효과가 있어 주류의 다양화에 기여할 것으로 본다.
본 발명은 이하의 농촌진흥청의 연구과제에 의한 것이다.
[과제고유번호] PJ007090
[부처명] 농촌진흥청
[연구관리 전문기관]농촌진흥청
[연구사업명] 바이오그린21사업(옻나무의 기능성 물질 탐색 및 상품이용기술 연구)
[연구과제명] 무독화 옻을 이용한 양조용 발효제 제조기술 개발
[주관기관] 국립농업과학원
[연구기간] 2008. 7. 1. ~ 2010. 12. 31.

[과제고유번호] PJ007663
[부처명] 농촌진흥청
[연구관리 전문기관]농촌진흥청
[연구사업명] 국책연구개발사업(발효옻 추출물의 안전성 평가 및 전통식품 소재화 연구)
[연구과제명] 발효옻의 전통식품(장류) 소재화 기술개발
[주관기관] 국립농업과학원
[연구기간] 2010. 1. 1. ~ 2012. 12. 31.

Claims (7)

  1. 옻나무 또는 옻나무껍질에 버섯균주를 접종하여 배양하여 제조되는 발효옻을 열수추출 하여 얻어지는 우루시올(Urushiol)이 제거된 옻나무 추출물을 포함하고,
    전구지방세포(3T3-L1)의 분화를 촉진시키는 용도를 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 우루시올이 제거된 옻나무 추출물은 감압농축 및 동결건조 된 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 옻나무 또는 옻나무껍질에 버섯균주를 접종하여 배양하여 제조되는 발효옻을 아세톤(Acetone), 에탄올(Ethanol) 또는 메탄올(Methanol)로터 구성된 군으로부터 선택되는 유기용매로 추출하여 얻어지는 우루시올이 제거된 옻나무 추출물을 포함하고,
    전구지방세포(3T3-L1)의 분화를 촉진시키는 용도를 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 아세톤, 에탄올 또는 메탄올로터 구성된 군으로부터 선택되는 유기용매가 0.1 내지 30중량%의 수용액인 것을 특징으로 하는 조성물.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물;및
    폴리페놀을 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 발효제.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 발효제에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 주류.
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