KR101371079B1 - 미생물 발효로 추출되는 제주송이 발효액을 이용한 항 당뇨를 가지는 기능성 식물의 양액재배방법 및 이를 이용한 항 당뇨를 위한 기능성 식물과 소재 - Google Patents

미생물 발효로 추출되는 제주송이 발효액을 이용한 항 당뇨를 가지는 기능성 식물의 양액재배방법 및 이를 이용한 항 당뇨를 위한 기능성 식물과 소재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바나듐(vanadium), 셀레늄(selenium), 아연, 망간 등과 같은 다양한 물질을 함유하고 있으며, 제주도 전역에 다량으로 산재한 제주송이(Scoria)를 미생물로 발효시켜 기능성을 함유한 양액재배용 조성물인 제주송이 발효배양액을 제조하고, 제조된 양액재배용 조성물인 제주송이 발효배양액으로 식물을 재배하고, 재배된 기능성 식물을 이용하는 방법에 관한 것이다.

Description

미생물 발효로 추출되는 제주송이 발효액을 이용한 항 당뇨를 가지는 기능성 식물의 양액재배방법 및 이를 이용한 항 당뇨를 위한 기능성 식물과 소재{Manufacturing Method of Functional Fermentation Products using CHEJU Scoria and Functional Plants and Culturing Method}
본 발명은 바나듐(vanadium), 셀레늄(selenium), 아연, 망간 등과 같은 다양한 물질을 함유하고 있으며, 제주도 전역에 다량으로 산재한 제주송이(Scoria)를 미생물로 발효시켜 기능성을 함유한 양액재배용 조성물인 제주송이 발효배양액을 제조하고, 제조된 양액재배용 조성물인 제주송이 발효배양액으로 식물을 재배하고, 재배된 기능성 식물을 이용하는 방법에 관한 것이다.
제주도 전역에 산재에 있는 제주송이(Scoria)에는 다양한 물질을 함유하고 있는 것을 알려져 있다.
이러한 다양의 물질을 함유하고 있는 제주송이(Scoria)를 이용하고자 하는 기술이 아래와 같이 제공되어 있으며, 현재에도 계속 제주송이를 이용한 기술개발을 하고 있는 실정이다
(KR) 등록특허 제301790호의 제주송이를 원료로 하는 제올라이트 물질의 제조방법에서는 염기성 물질인 수산화나트륨 용액을 이용하여 산화알루미늄을 포함하는 제주송이를 수열합성법에 의하여 제올라이트 물질을 제조하는 방법이 제공되어 있다.
또한, 1994년도에 발표된 학술자료(발행처 : 한국생물환경조절학회)에는 제주송이를 이용한 방울토마토 양액재배에서 양액성분의 변화에 대한 기술이 제공되어 있다. 상기 제공된 기술에서는 제주송이를 플라스틱 육묘상자에 단순 담액한 후 방울토마토를 재배하도록 하고 있다.
본 출원인은 제주송이가 함유하고 있는 바나듐(vanadium), 셀레늄(selenium), 아연, 망간 등의 성분을 양액재배에 이용하고자 하는 기술을 제공하고자 하며, 이를 이용하여 기능성 식물을 재배하고자 한다.
당뇨병은 발생기전에 따라 크게 제 1형 당뇨병과 제 2형 당뇨병으로 나눌 수 있다.
상기 제 1형 당뇨병 (인슐린 의존성 당뇨병 IDDM, insulin dependent diabetes melitus)은 췌장에서 인슐린 분비의 이상이 생겨서 발생하는 것으로 그 원인은 자가면역반응에 의하여 인슐린을 생산하는 췌장의 베타세포가 파괴되어 인슐린 분비가 감소되게 된다. 이에 비해 제 2형 당뇨병은 베타세포에서의 인슐린 분비는 정상적으로 이루어지나 말초조직에서의 인슐린 저항성이 높아 당대사에 이상이 생겨 나타나는 것으로 성인형 당뇨병이라고도 하며 전체 당뇨환자의 약 90%가 이에 해당한다.
비만 등의 원인으로 인슐린 저항성이 높아지게 되면 인슐린 분비는 계속 증가되어 합병증을 유발하게 되며 최종적으로는 인슐린을 만드는 췌장 세포가 그 기능을 잃게 된다.
제 2형 당뇨병으로의 진행에 있어서 당뇨병 전증이라는 단계를 거치는데, 당뇨병전증(Predaibetes)는 정상과 당뇨병의 중간을 나타내는 용어로서 내당능장애와 공복혈당장애를 말한다.
상기 내당능장애란 경구 당부하검사에서 2시간 후 혈장 포도당 농도가 141~199㎎/㎗ 일 때를 말하며, 상기 공복혈당장애는 공복혈장 포도당 농도가 111~125㎎/㎗ 일 때를 가리킨다.
당뇨전증(Predaibetes)은 당뇨병의 전단계로서 제2형 당뇨병의 위험인자인 동시에 심혈관계 질환의 위험요소로서 그 유병률이 증가하는 질환이지만, 현재까지 이에 대해서는 경구혈당강하제나 인슐린 치료 시 발생할 수 있는 저혈당의 유발 위험성 등으로 특별한 치료 대신 운동요법과 식이요법이 권해지고 있다.
이에 당뇨병에 이르기 전에 예방할 수 있거나 발생 후 치료를 예방할 수 있는 소재개발이 필요하게 되었다.
식이요법 중의 하나가 바나듐이 함유된 식품의 섭취로, 바나듐에 대한 연구는 약 30년 전, 이스라엘 와이즈만 연구소의 Yoram Shechter 교수는 조직실험에서 미량금속 원소인 바나듐(vanadium)이 인슐린의 대사효과와 비슷한 기능을 한다는 것을 발견했고, 당뇨병에 바나듐을 투여하면 당뇨병으로 인한 여러 가지 대사결함을 치유할 수 있다는 것을 확인한 바 있다. 또한 일본의 여러 공동연구팀이 미네랄의 일종인 바나듐을 포함한 천연수가 당뇨병을 개선하는 효과가 있다는 연구결과 등 바나듐이 당뇨질환을 개선시키는 것으로 판단하였다.
이 밖에도 바나듐을 활용하기 위한 연구로,
VANADIUM ION-CONTAINING SUGAR, LIPID AND/OR NITROGEN METABOLIC DISEASE-IMPROVING AGENT((JP) 특허공개번호 : 2007-031282)가 당뇨병을 비롯한 당대사 질환, 또는 지방질 대사나 질소대사에 관련하는 질환의 개선, 치료제를 제공하는 기술로, 바나듐 이온(V)을 적어도 80㎍／L함유하는 음료수인 것을 특징으로 하는 당, 질소, 및／또는 지방질 대사 질환의 개선제를 제공하며, 바나듐 이온(V)의 함유량은 바람직하게는 100~300㎍／L이며, 보다 바람직하게는 200~250㎍／L이며, 본 발명의 하나의 실시형태로서 상기 음료수가 미네랄 워터, 녹차, 홍차, 쥬스 또는 유산균 음료 등의 형태 활용이 가능한 기술이라는 연구와,
VANADIUM ION-CONTAINING AGENT FOR AMELIORATING HYPERTENSION, HYPERLIPEMIA AND NEUTRAL-FAT LIPEMIA AND BLOOD SUGAR-LOWERING AGENT FOR HYPERLIPEMIA AND NEUTRAL-FAT LIPEMIA PATIENT((JP) 특허공개번호 : 2006-232679)는 성인병 질환을 가지는 사람들을 대상으로 일정기간 바나듐 이온수의 음용에 의한 효과를 검증해, 이들의 치료 결과에 근거하고, 성인병 질환에 대한 신뢰 생기는 바나듐 이온수의 용도를 제공하는 기술로, 바나듐 이온(V)을 적어도 80㎍／L의 농도로 함유하는 수용액의 형태에 있어, 포유동물에서 고혈압의 예방 또는 치료에 이용하는 고혈압 개선제 등 당뇨병의 예방 또는 치료에 이용하는 혈당 강하제를 제공하는 것을 특징으로 하고 있는 것,
METHOD FOR PRODUCING VANADIUM-CONTAINING MYCELIUM OF AGARICUS AND FOOD HAVING AGARICUS FUNCTION((JP) 특허공개번호 : 2006-180716)는 항종양 작용 등을 가지는 버섯으로서 알려져 있는 아가리쿠스버섯에, 당뇨병의 예방 등에 효과적인 원소이라고 되고 있는 바나듐을 함유시킨 기능성 식품과, 그 기능성 식품을 효율 좋고 생산하는 생산 방법을 제공하는 것으로, 탄소원, 질소원, 미네랄원, 물 등의 배양 성분과 함께 수용성 바나듐 화합물을 포함한 배양지에 아가리쿠스버섯 균사체의 종 배양액을 접종 해 육성해, 바나듐을 함유하는 아가리쿠스버섯 균사체를 얻는 기술로, 이 아가리쿠스버섯 균사체를 원심분리기 등의 분리 장치를 이용해 액체와 분리해, 건조기로 건조한 후, 분쇄 장치로 분쇄하고, 바나듐 함유 균사체 분말으로 구성되는 기능성 식품을 얻는 것을 특징으로 하는 기술과,
VANADIUM-CONTAINING RADISH SPROUT AND METHOD FOR CULTURING THE SAME((JP) 특허공개번호 : 2006-166833)는 당뇨병의 예방 등에 효과적인 원소이라고 되고 있는 바나듐을 함유해, 일상적으로 간편하게 음식 할 수 있는 식품으로서 바나듐을 함유하는 어린 떡잎 무를 제공하는 것으로, 발아한 어린 떡잎 무의 종자를 수경재배 용수조에 넣어 그 수조 내에 물에 가용성의 칼리, 인, 질소 등을 포함한 소정 온도의 액체 비료를 공급하면서 육성하는 어린 떡잎 무의 재배 방법이며, 상기 액체 비료에 바나듐의 가용성 화합물을 첨가하고 육성을 실시하는 것으로, 이 어린 떡잎 무의 재배 방법에 있어서, 액체 비료 중의 바나듐 농도를 0.05 ~ 10㎎/ℓ로 하는 것이 바람직하고, 이 방법에 따라 생산되는 어린 떡잎 무의 바나듐 함유량은, 10~100 ppm 정도로 하는 것이 바람직하게 수행하는 기술을 들 수 있다.
상기한 바와 같이, 바나듐을 이용한 소재 및 제품생산에 대한 연구가 이루어지고 있으나 체계적인 연구는 아직까지 미미한 수준으로 본 기술도 당뇨병을 포함한 질병 예방을 통한 발병률을 감소시켜주는 동시에 치료보조역할이 가능한 기능성 소재(또는 원료) 생산에 관한 기술이다.
(KR) 특허등록 제301790호(2001. 06. 28. 등록) (JP) 특허공개번호 제2007-031282호 (JP) 특허공개번호 제2006-232679호 (JP) 특허공개번호 제2006-180716호 (JP) 특허공개번호 제2006-166833호
제주송이를 이용한 방울토마토 양액재배에서 양액성분의 변화(발표년도 : 1994. 발행처 : 한국생물환경조절학회)
본 발명은 바나듐(vanadium), 셀레늄(selenium), 아연 등 다양한 성분을 함유하고 있는 제주송이를 이용한 기능성 소재를 제공하고자 하는 것으로, 미생물발효를 통하여 제주송이에 함유되어 있는 다양한 유용성분인 바나듐(vanadium), 셀레늄(selenium), 아연 등을 추출하고, 이를 양액재배에 활용가능한 제주송이 발효배양액을 제공하여 항 당뇨를 가지는 기능성 식물의 재배방법을 제공하고자 하며,
삭제
또한, 제주송이 발효배양액을 이용하여 양액재배된 항 당뇨를 위한 기능성 식물을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 제주송이 발효배양액은, 미생물을 이용하여 제주송이를 발효시켜 제주송이의 유용한 성분을 추출하여 획득하는 것으로, 상기 발효에 사용되는 미생물은 Bacillus sp.와 Streptomyces sp.를 각각 단독 또는 혼합된 것을 사용한다.
이와 같이 미생물 발효로 추출되는 제주송이 발효배양액을 이용하여 기능성 식물 재배를 위한 양액재배방법은, 제주송이를 미생물로 발효시켜 제주송이 발효배양액을 준비하는 준비단계(S10)와; 상기 단계(S10)에서 준비된 제주송이 발효배양액에 식물 종자를 불림하는 불림단계(S20)와; 상기 단계(S20)에서 불림된 식물 종자를 상기 단계(S10)에서 준비된 제주송이 발효배양액을 이용하여 재배하는 양액재배단계(S30)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제주송이 양액 준비단계(S10)에서 사용하는 미생물은 Bacillus sp .와 Streptomyces sp .를 각각 단독 또는 혼합된 것을 사용한다.
상기 불림단계(S20)에서 식물 종자는 상기 단계(S10)에서 준비된 제주송이 발효배양액에 3~5시간 침지하여 불림 한다.
상기 미생물 발효로 추출되는 제주송이 발효배양액을 이용한 기능성 식물의 양액재배방법으로 재배된 기능성 식물 중에 바나듐 또는 셀레늄 또는 아연 또는 망간을 함유하는 각각의 기능성 식물을 유효성분으로 하는 질병 예방과 그 치료용 기능성 소재로 할 수 있다.
상기와 같이 본 발명인 미생물 발효로 추출되어 양액배재시 사용되는 양액으로 이용하는 제주송이 발효배양액은 미생물로 제주송이를 발효시켜 제주송이에 함유되어 있는 바나듐, 셀레늄, 아연, 망간 등의 성분을 추출하고, 이를 이용하여 양액재배에 사용되는 양액재배용 양액을 제조함으로써 기능성 식물을 재배할 수 있는 바나듐, 셀레늄, 아연 등을 함유하는 제주송이 발효배양액(양액)을 제공할 수 있다.
또한, 상기와 같이 미생물 발효로 추출되는 제주송이 발효배양액을 사용한 양액재배방법에 의하여 얻어지는 기능성 식물은 국민건강을 도모할 수 있다.
또한, 상기와 같이 미생물 발효로 추출되는 제주송이 발효배양액을 사용한 양액재배 방법으로 재배되는 기능성 식물은 다량의 바나듐, 셀레늄, 아연, 망간 등을 함유함으로써 당뇨등과 같은 다양한 질병의 예방과 그 치료용 기능성 소재로 사용될 수 있다.
즉, 본 발명은, 제주송이 발효배양액을 이용하여 양액 재배되는 식물 내에 당뇨예방 및 치료효능을 갖는 바나듐이 축적되는 것을 확인하였으며, 또한 셀레늄, 아연, 망간 등도 축적되는 것을 확인하였다.
도 1은 본 발명의 실시예를 도시한 미생물 발효로 추출되는 제주송이 발효배양액을 획득하고 이를 이용하여 식물을 양액재배하는 단계구성도.
도 2는 제주송이를 미생물로 발효시켜 획득한 제주송이 발효배양액인 양액을 단독으로 또는 제주송이 또는 옥돌 등을 넣어 재배하는 것을 도시한 개략도.
도 3은 제주송이를 미생물로 발효시켜 획득한 제주송이 발효배양액으로 단기작물(식물)을 양액재배 한 새싹유채 사진.
도 4는 제주송이를 미생물로 발효시켜 획득한 제주송이 발효배양액으로 단기작물(식물)을 양액재배 한 새싹보리 사진.
도 5는 제주송이를 미생물로 발효시켜 획득한 제주송이 발효배양액으로 단기작물(식물)을 양액재배 한 배추싹 사진.
도 6은 제주송이 발효배양액(FMJS)의 HepG2 간세포(혈청포함배지)에서 안정성 및 외부요인으로부터 세포보호 효과를 검토한 그래프.
도 7은 제주송이 발효배양액(FMJS)의 HepG2 간세포(혈청결핍배지)에서 안정성 및 외부요인으로부터 세포보호 효과를 검토한 그래프.
도 8은 제주송이 발효배양액(FMJS)의 L6 골격근세포에서의 세포보호효과를 검토한 그래프.
도 9는 제주송이 발효배양액(FMJS)의 산화적스트레스로 유발되는 간세포손상의 보호효과를 검토한 그래프.
도 10은 Acetaminophen으로 유도된 간세포독성에 대한 제주송이 발효배양액(FMJS)의 세포보호 효과를 검토한 그래프.
도 11은 L6 골격근세포에서 제주송이 발효배양액(FMJS)이 포도당흡수에 미치는 효과를 검토한 그래프.
도 12는 제주송이 발효배양액(FMJS)이 간세포(HepG2) 내 지질축적에 미치는 영향을 검토한 그래프.
도 13은 제주송이 발효배양액(FMJS)으로 양액재배 한 식물(a)이 근육세포(L6)에서 LDT, MTT분석 및 형광염색을 통한 세포(핵)의 변화를 검토한 그래프.
도 14는 제주송이 발효배양액(FMJS)으로 양액재배 한 식물(d)이 근육세포(L6)에서 LDT, MTT분석 및 형광염색을 통한 세포(핵)의 변화를 검토한 그래프.
도 15는 제주송이 발효배양액(FMJS)으로 양액재배한 식물이 L6 골격근세포에서 포도당흡수에 미치는 효과를 검토한 그래프.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 바나듐(vanadium), 셀레늄(selenium), 망간, 아연 등 많은 유용한 성분을 함유하고 있는 제주송이(스코리아)를 미생물로 발효시켜 제주송이 발효배양액을 획득하고, 이 발효배양액을 이용하여 식물을 양액재배함으로서 바나듐. 셀레늄, 아연, 망간 등이 함유된 기능성 식물을 얻어지며, 이 식물을 유효성분으로 다양한 기능성 소재를 제공한다. 특히 바나듐을 함유하고 있는 식물의 경우 당뇨질환의 예방 및 치료용 기능성 소재를 제공하게 된다.
상기 기능성 소재는 식품 및 의약품을 포함한다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 바나듐, 아연, 망간 등을 함유한 제주송이 발효배양액과 이를 이용한 식물의 재배는 하기와 같은 방법으로 제조된다.
도 1을 참조하면,
1. 준비단계( S10 )
제주송이를 이용하여 바나듐, 셀레늄, 아연, 망간 등 다양한 유용한 성분을 함유하면서 식물이 발아 및 생육성장에 도움이 되는 제주송이 발효배양액을 제조한다.
상기 제주송이 발효배양액을 제조하는 준비단계(S10)는, 미생물(Bacillus sp.와 Streptomyces sp .를 각각 단독 또는 혼합된 것을 사용)을 이용하여 제주송이를 발효시켜 제주송이가 함유하고 있는 바나듐, 셀레늄, 아연 등 다양한 유용한 성분을 추출하여 양액재배 시 사용되는 발효배양액을 준비하는 것으로,
발효조에 제주송이와 당류와 물을 넣은 후 미생물(Bacillus sp .와 Streptomyces sp .를 각각 단독 또는 혼합된 것을 사용하되, 본 연구에서는 Bacillus sp. : Streptomyces sp. = 2:8로 혼합된 것을 사용)을 넣고 4~15일 동안 상온(30±5℃)에서 발효시킨다.
상기 미생물 사용에 있어서 Bacillus sp .와 Streptomyces sp .를 각각 단독 사용이 가능하며, 또는 일정비율로 혼합하여도 사용이 가능하다.
Bacillus sp .를 단독으로 사용하였을 경우 바나듐 함량이 2.5 ㎎/L으로 측정되었으며, Bacillus sp .와 Streptomyces sp .를 각각 혼합(2:8)하여 사용하였을 경우 바나듐함량이 최고 3.8mg/L로 측정되어 혼합하여 사용하는 것이 바람직한 것으로 조사되었다.
발효조에서 발효된 제주송이 발효배양물을 분석해본 결과, 3~4일째부터 양액재배로 사용할 수 있는 (0.230~0.310)㎎/L의 바나듐을 함유하였으며, 10~15일째는 바나듐 함량이 (2.90 ~ 3.80) ㎎/L를 나타내었으며, 그 후에는 바나듐 함량의 함량변화가 거의 없었다.
그러나 제주송이 및 균상태에 따라 발효일 수는 달라질 수도 있다.
2. 불림단계( S20 )
상기 제조된 제주송이 발효배양액(양액)을 이용하여 식물 종자를 3~5시간 동안 침지시켜 불림을 한다.
상기 식물 종자는 씨앗번식식물인 경우에는 씨앗이며, 줄기번식식물인 경우에는 줄기, 뿌리번식식물인 경우에는 뿌리로 식물의 번식을 위한 근원(매개체)이다.
상기와 같이 식물 종자를 제주송이 발효배양액에 침지시켜 불림시 일부는 발아를 될 수 있으며, 이와 같이 하여 식물 종자가 제주송이 발효배양액에 내에서 불림함으로써 재배되는 식물의 경우, 제주송이 발효배양액 내에 함유되어 있는 다량의 유용한 성분을 식물이 함유하게 된다.
이때, 불림액으로 사용되는 제주송이 발효배양액의 pH는 6.4±0.3으로 조절하여 사용함이 바람직하다.
3. 양액재배단계( S30 )
상기 불림시킨 식물 종자를 제주송이 발효배양액(양액)을 이용하여 양액재배를 실시하여 바나듐, 셀레늄, 아연, 망간 등을 함유한 식물을 수득하였다.
양액재배단계(S30)에서는 불림된 식물 종자를 사용하는 것아 바람직하나, 불림하지 않은 식물 종자를 사용할 수도 있다.
이때, 재배되는 식물 위로 상기 제주송이 발효배양액을 1일 2~12회 정도 일정간격으로 분무기로 분무해줄 수도 있다(1회 분무량은 4~11㎖/100㎠).
이때, 새싹채소류와 같은 단기작물의 경우 양액재배기간이 4~9일 정도가 소요되며, 중기이상의 작물의 경우 양액재배기간이 10일 이상이 소요된다.
단기 및 중장기 작물을 양액 재배하는 경우 제주송이 발효배양액을 단독으로 사용가능하며, 또한 제주송이 발효배양액과 기타 양액과 혼합하여 사용이 가능하다.
도 2는 본 발명인 제주송이 발효배양액을 이용하여 양액재배를 하는 실시 예를 도시한 것으로, 도 2의 (a) 내지 (c)와 같은 다양한 방법으로 양액재배 할 수 있다.
즉, 도 2의 (a)와 같이 제주송이 발효배양액(3)이 담긴 양액재배용 용기(1)에 불림된 식물 종자(2)를 재배할 수 있으며, (b)와 같이 제주송이 발효배양액(3)과 제주송이(4)가 담긴 양액재배용 용기(1)에 불림된 식물 종자(2)를 재배할 수 있으며, (c)와 같이 제주송이 발효배양액(3)과 옥돌 또는 일반돌(5)가 담긴 양액재배용 용기(1)에 불림된 식물 종자(2)를 재배할 수 있다.
상기 사용된 식물은 (새싹)유채, (새싹)메밀, (새싹)보리, 다채싹, (새싹)브로콜리, (새싹)청경채, 스테비아, 적무싹, 순무싹, (새싹)완두, (새싹)배추, (새싹)새론무, (새싹)무순, 미나리, 콩나물, 스테비아 등이 사용될 수 있다.
4. 식물 수득단계( S40 )
이와 같이 제주송이 발효배양액(양액)을 이용하여 양액재배하여 얻어진 제주송이가 함유하고 있는 바나듐, 아연을 함유된 식물의 경우, 착즙, 추출, 효소처리 등을 통하여 건강음료를 포함한 다양한 제형으로 제품화가 가능하며, 또한 가공하지 않고 직접섭취가 가능하다.
또한, 상기 양액재배된 식물의 성분을 분석하여 다량의 바나듐을 함유한 식물은 당뇨예방 및 당뇨질환의 개선을 목적으로 하는 예방과 그 치료용 기능성 소재 또는 건강(기능)식품에 첨가될 수 있고, 다량의 아연을 함유한 식물은 경우 탈모 및 미각둔화방지를 목적으로 하는 예방과 그 치료용 기능성 소재 또는 건강(기능)식품에 첨가될 수 있다.
본 발명의 식물이 식품 첨가물로 사용할 경우, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용할 수 있다. 유효 성분의 혼합양은 사용 목적(예방, 건강 또는 치료적 처치)에 따라 적합하게 결정될 수 있다.
본 발명의 건강음료 조성물은 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상술한 천연 탄수화물은 포도당 및 과당과 같은 모노사카라이드, 말토오스 및 수크로오스와 같은 디사카라이드, 덱스트린 및 시클로덱스트린과 같은 폴리사카라이드, 및 자일리톨, 소르비톨 및 에리트리톨 등의 당알콜이다. 감미제로서는 타우마틴, 스테비아 추출물과 같은 천연 감미제나, 사카린, 아스파르탐과 같은 합성 감미제 등을 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시 예를 제시한다. 전술한 바와 같이 실시 예는 본 발명을 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시 예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
1. 실시예 : 제주송이를 미생물로 발효시켜 제주송이 발효배양물 제조
제주송이(scoria)를 크기별로 구분하여, 4~6 mesh의 송이 2㎏, 당류 1㎏, 물 20L을 각각 발효조에 넣은 다음 미생물(본 연구에서는 Bacillus sp .:Streptomyces sp .=2:8 로 혼합하여 사용)을 넣고 상온(30℃)에서 6일간 발효시킨다. 그러나 미생물은 Bacillus sp .와 Streptomyces sp .를 각각 단독으로 사용이 가능하며, 두 균을 혼합(Bacillus sp .:Streptomyces sp .=(1~9):(9~1))하여도 사용이 가능하다. 또한 발효일수 조정 및 조절도 가능하다.
이와 같이 미생물 발효되어 얻어진 발효물을 여과하여 제주송이 발효배양액을 제조한다.
상기와 같은 방법으로 제조된 제주송이 발효배양액의 주요성분을 분석한 결과 표 1과 같이 제주송이(scoria)에서 추출된 유용한 성분에 의하여 바나듐 0.834 ppm, 아연 68ppm, 망간 384ppm, 셀레늄 0.085ppm 등을 함유하는 것으로 분석되었다.
제주송이 발효배양액(양액)의 주요 성분 함량(단위 : ㎎/ℓ)
구분 Mn Fe Co Ni Zn Pb Cd Se V
제주송이 양액재배용
발효배양액		 384 118 - - 68 - - 0.085 0.834
2. 제주송이를 미생물로 발효시켜 획득한 제주송이 발효배양액을 이용한 다양한 식물재배
제주송이를 이용하여 양액재배에 필요한 양액(제주송이 발효배양액)을 준비하는 양액준비단계(S10)와; 상기 단계(S10)에서 준비한 양액(제주송이 발효배양액)을 이용하여 식물 종자를 불림하는 불림단계(S20)와; 상기 단계(S20)에서 불림을 마친 식물 종자를 양액준비단계(S10)에서 준비한 제주송이 발효배양액을 이용하여 재배하는 양액재배단계(S30)와; 상기 단계(S30) 과정의 재배를 마친 식물을 수득하여 제주송이양액 유래의 주요성분을 분석하여 품질을 확보하여 수득하는 식물수득단계(S40)로 식물을 양액재배를 한다.
보다 세부적인 구성으로는 다음과 같다.
제주송이를 이용하여 양액재배에 필요한 제주송이 발효배양액( 양액 )을 준비
상기 실시예에서와 같이 제주송이(scoria)를 크기별로 구분하여, 4~6 mesh의 송이 2㎏, 당류 1㎏, 물 20L을 각각 발효조에 넣은 다음 미생물을 넣고 상온(30℃)에서 6일간 발효시킨다. 본 실시예에서는 미생물을 혼합(Bacillus sp.:Streptomyces sp .=2:8)하여 사용하였으나, 일반적으로 미생물은 Bacillus sp.와 Streptomyces sp .를 각각 단독으로 사용이 가능하며, 두 균을 혼합(Bacillus sp .:Streptomyces sp .=(1~9):(9~1))하여도 사용이 가능하다. 또한 발효일수 조정 및 조절도 가능하다.
이와 같이 발효되어 얻어진 제주송이 발효배양액은 바나듐함량이 0.834 ㎎/ℓ이고, 아연의 함량은 68.0 ㎎/ℓ, 망간의 함량은 384 ㎎/ℓ이며, 셀레늄의 함량은 0.1 ㎎/ℓ미만이나 0.085 ㎎/ℓ로 분석되었다. 이 발효물을 여과하여 pH를 6.4±0.3으로 조절하여 제주송이 발효배양액(양액)을 준비한다.
제주송이 발효배양액( 양액 )을 이용하여 식물 종자를 불림
상기 준비한 제주송이 발효배양액(양액)을 이용하여 식물을 4시간 동안 불림한다.
불림한 식물 종자를 제주송이 발효배양액(양액)로 양액재배
상기 불림한 식물 종자를 상기 제주송이 발효배양액(양액)을 이용하여 양액재배를 한다.
이때, 재배되는 식물 위로 상기 제주송이 발효배양액(양액)을 1일 4회 일정간격으로 분무기로 1회 6㎖/100㎠ 양으로 분무한다.
재배기간은 단기작물(새싹채소 등)의 경우 3~9일이 소요되고, 중장기 작물의 경우 10일 이상 소요된다.
제주송이 발효배양액( 양액 )을 이용하여 양액재배한 식물
단기작물의 경우 3일~9일, 중장기 작물의 경우 10일 이상 재배하여 식물을 수확한다.
수확한 식물은 건조 후 식물의 이용성 등 품질을 확보하기 위하여 식물 내의 바나듐, 아연, 셀레늄 등의 함량을 분석한다.
3. 제주송이 발효배양액( 양액 )으로 양액재배한 식물의 주요성분 함량분석
제주송이 발효배양액(양액)으로 양액재배 한 식물을 건조하여 다음과 같은 방법으로 전처리한 다음 ICP-AES으로 바나듐함량을 분석하여 표 2과 같은 결과를 얻었다.
상기 전처리과정은 삼각플라스크나 비커에 시료 약 0.2500 ~ 2.000g을 취한 후 HNO3 용액 10mL를 첨가하여 가열/교반하고, 시료가 완전히 분해되면 가열하여 HNO3를 날려보낸 다음 다시 삼각플라스크에 HNO3 3mL를 첨가 후 가열하면서 H2O2를 거품이 발생하지 않을 때까지 첨가하고(유기물과 반응하여 CO2발생), 반응이 끝나면 투명한 색이 되며, 거의 증발시킨 후 식혀 일정 부피까지 증류수로 채우고(희석배수가 50배가 넘지 않도록 한다), ICP-AES으로 바나듐 등 주요성분의 함량을 분석하였다.
아래 표 2에서 보는 바와 같이 식물자원의 유채의 경우 건조물을 기준으로 바나듐이 3.68ppm, 망간이 91ppm, 아연이 54ppm으로 분석되었으며, 새싹배추의 경우 건조물을 기준으로 바나듐이 2.04ppm, 망간이 71.82ppm, 아연이 76.26ppm, 셀레늄이 2.65ppm으로 분석되었고, 비빔용새싹의 경우 건조물을 기준으로 바나듐이 1.96ppm, 망간이 48.36ppm, 아연이 28.36ppm, 셀레늄이 2.01ppm으로 분석되었다. 그 이외에도 새싹메밀, 새싹보리, 적무싹 등이 바나듐을 축적하고 있는 것으로 분석되었다.
제주송이 발효배양액(양액)으로 양액재배 한 식물의 주요성분의 함량(단위 : ㎎/㎏)
구분 Cr Mn Fe Co Zn As Pb Cd Se V
새싹유채 - 91.23 77.34 - 54.38 - - - - 3.68
새싹배추 - 71.82 58.64 - 76.26 - - - 2.65 2.04
비빔용새싹 - 48.36 58.34 - 28.36 - - - 2.01 1.96
새싹메밀 - 28.45 48.68 - 29.24 - - - - 1.68
새싹보리 - 22.02 34.26 - 30.84 - - - - 1.86
적무싹 - 18.8 28.2 - 26.34 - - - - 1.78
4. 제주송이 발효배양액( 양액 )의 효능확인
제주송이 발효배양액의 세포에 대한 안전성(safety) 및 외부 상해요인으로부터의 세포보호효과 (HepG2 간세포 및 L6 골격근세포) :
제주송이 발효배양액(Fermented Media of Jeju Scoria, FMJS)이 간 조직 세포주인 HepG2세포를 각각 혈청을 포함, 또는 비 포함하는 배지에서 배양하고 제주송이 발효배양액을 배양액에 함유(0-5%, v/v)하여 일정기간(48시간)동안 배양하여 세포독성 지표인 LDH 및 세포생존지표인 MTT활성을 측정하였다.
10%의 혈청(FBS)이 포함된 배지에 제주송이 발효배양액을 최대 5%까지 첨가하여 48시간동안 세포배양 시 MTT(도 6의 A), LDH(도 6의 B) 지표상 인지할 만한 세포에 대한 독성은 관찰되지 않았으며 세포형광염색 결과(도 6의 C)로부터도 세포사멸의 징후는 관찰되지 않았다.
혈청결핍배양액에서 HepG2 세포를 48시간 배양하여 영양결핍성 세포사멸을 유도하고 이 경우에 제주송이 발효배양액의 첨가가 영양결핍성 세포사멸을 억제하는 지를 조사하였다(도 7 참조).
혈청이 포함되지 않은 영양결핍배양액에서 48시간 HepG2 세포를 배양했을 때 세포의 생존(MTT, 도 7의 A)은 감소하고 세포상해지표인 배양액내 LDH의 함량(도 7의 B)은 증가해 있으며 영양결핍성 세포사멸의 지표 중 하나인 세포핵의 응축(도 7의 C) 현상이 관찰되었다.
그러나, 제주송이 발효배양액의 배지 내 첨가는 이러한 세포손상을 억제하는 보호활성을 보여주고 있었다. 이러한 결과들은 제주송이 발효배양액가 정상배양중인 간세포(HepG2)에 독성을 일으키지 않는 반면, 영양결핍성 세포손상은 반대로 억제하는 세포보호효과가 있음을 보여주는 결과이다.
간세포에서의 세포보호효과가 항 당뇨관련 주요 표적세포인 골격근세포에서도 동일하게 재현되는지를 L6 골격근세포에서 재현하였으며, 그 결과 간세포에서와 동일하게 제주송이 발효배양액은 골격근세포에서도 영양결핍성 세포손상을 억제하는 세포보호효과가 관찰되었다(도 8 참조).
간세포에서와 동일하게 제주송이 발효배양액은 골격근세포에서도 영양결핍성 세포손상을 억제하는 세포보호효과가 관찰되었다.
제주송이 발효배양액이 영양결핍성 세포손상 외에 과도한 산화스트레스에 의해 유발되는 세포손상으로부터 간세포를 보호하는 효과가 있는지를 확인하였다.
산화스트레스를 일으키기 위해 활성산소종(reactive oxygen speies, ROS)인 과산화수소(H2O2)를 과량(2mM) 처리하여 HepG2세포에 간독성을 유도하고 여기에 제주송이 발효배양액(FMJS)를 병행처리 하였다. 그 결과 산화스트레스에 의한 세포손상(LDH증가, MTT감소, 세포핵응축 및 조각화 현상들이 제주송이 발효배양액의 병행처리로 유의하게 억제되었음을 확인할 수 있었다(도 9 참조).
간세포에서 약제에 의해 유발되는 세포독성에 대해 제주송이 발효배양액(FMJS)가 세포보호효과를 가지고 있는 지를 조사하였다. 이를 위하여 고농도에서 간독성을 유발하는 acetaminophen을 HepG2 세포에 처리하고 FMJS를 병행처리 하였다(도 10 참조). 그 결과 고농도(20 mM)의 acetaminophen 처리는 광범위한 세포의 손상을 유도하였는데 여기에 제주송이 발효배양액(FMJS)을 병행처리 할 경우 이러한 세포손상의 지표가 감소하는 결과를 얻었다.
이와 같은 결과로 제주송이를 이용하여 제조한 양액재배용 제주송이 발효배양액(Fermented Media of Jeju Scoria, FMJS)은 그 자체로 세포에 대한 독성은 관찰할 수 없는 반면 여러 가지 세포손상요인에 대해서는 세포보호 효과를 가지고 있음이 확인되었다. 이러한 결과는 제주송이 발효배양액(FMJS)을 여러 가지 작물재배를 위한 양액으로 사용하고, 이 양액을 이용하여 재배한 작물이 항 당뇨 효과를 도출하기 위한 세포수준에서의 안정성과 세포보호효과를 증명한 것이다.
6. 제주송이 발효배양액( Fermented Media of Jeju Scoria : FMJS )이 골격근 세포에서 포도당흡수에 미치는 효과
인슐린비의존형 당뇨병은 골격근을 포함한 인슐린 표적기관에서 혈액에 과량으로 존재하는 포도당을 적절히 흡수하지 못하는 데에서 기인하며 결과적으로 인슐린 표적기관에서의 포도당흡수를 증가시키는 소재의 발굴은 항 당뇨 소재 연구의 중요한 축이다.
본 실험에서는 L6 골격근세포에서 제주송이 발효배양액(FMJS)가 포도당흡수에 미치는 효과를 조사하였다(도 11 참조).
그 결과 제주송이를 이용하여 제조한 양액재배용 제주송이 발효배양액( FMJS)은 인슐린의 도움이 없이도 단독으로 포도당을 골격근세포로 하여금 흡수를 촉진하도록 하는 효과가 있는 것으로 나타났다.
특히 저농도(1,2%, v/v)에서 그 효과가 최대로 나타났고 오히려 그보다 높은 농도에서는 다시 저하되는 경향을 나타내었음. 이러한 결과로 미루어 제주송이 발효배양액(FMJS)는 인슐린 비 의존적으로 골격근에서의 포도당흡수 촉진 효과를 가지고 있는 것으로 나타났다.
7. 제주송이 발효배양액( Fermented Media of Jeju Scoria : FMJS )이 간 세포내 지질축적에 미치는 영향
당뇨병을 포함하는 대사증후군의 병인중 하나인 인슐린저항성은 골격근세포에서의 포도당흡수능 저하와 함께 간 조직에서의 과도한 지질축적(지방간)을 유도하는 것으로 알려져 있다. 본 실험에서는 간세포(HepG2)에서 유리지방산(free fatty acid, FFA)의 처리로 세포내 지질축적을 유도한 상황에서 FMJS의 병행처리 효과를 조사하였다(도 12 참조).
배양중인 HepG2 세포에 0.1mM의 FFA를 처리하면 세포내 지질과립의 축적이 증가한다. 그러나 제주송이 발효배양액(FMJS)를 병행처리 할 경우 이러한 지질의 축적이 감소되는데, 유효한 제주송이 발효배양액(FMJS)의 농도 구간은 0.6-1.2%로 확인되었다.
8. 제주송이 발효배양액(Fermented Media of Jeju Scoria : FMJS)으로 양액재배 된 작물의 세포에 대한 안전성(safety), 세포보호효과 및 포도당 수송증진(항당뇨)활성 (L6 골격근세포)
제주송이 발효배양액(FMJS)을 양액으로 사용한 재배작물의 시료로 실험을 수행하였다(표 3 참조).
제주송이 발효배양액(양액)으로 양액재배 생물자원
Hurum No. Sample No. 비 고
HR-V-01-20 a
새싹유채, 새싹배추, 새싹메밀, 새싹보리, 비빔용새싹, 적무싹
HR-V-03-20 b
HR-V-04-20 c
HR-V-05-20 d
HR-V-06-10 e
HR-V-06-20 f
각각의 시료를 0-1,000ug/ml의 농도범위에서 순차적으로 희석하여 세포배양액(혈청이 첨가되지 않은)에 첨가한 후 L6 근육세포를 72시간까지 배양하고 LDH, MTT 분석 및 H33342 형광염색을 통해 세포핵 응축의 변화를 조사하였다.
6개의 시료에서는 저농도-고농도 전 구간에서 세포독성이 관찰되지 않았으며(도 13, 도 14 참조), 이중 4개의 시료(a, b, c, e)는 반대로 영양결핍배지에서 장시간(72시간) 배양할 때 나타나는 세포독성으로부터 세포를 보호할 수 있는 효과를 보여주었다.
총 6개 시료에서 공통적으로 세포독성을 나타내지 않는 농도(300 ug/ml)를 선택하여 이들 추출물이 L6 골격근세포에서 포도당수송을 증진하는 지를 조사하였다. 6개의 시료 처리군에서 근육세포에 의한 포도당수송이 증진되었으며, 이중 양액재배 식물 a와 d가 가장 높은 효능을 나타내었다(도 15 참조).
결과를 종합하면, 제주송이 발효액으로 양액재배 된 작물시료(총 6개) 추출물은 세포에 대한 독성을 나타내지 않은 반면, 4개의 시료가 영양결핍성 세포손상으로부터의 세포보호효과를 보였다. 특히 6개의 시료 추출물 모두 포도당수송 증진효과를 나타내었으며 그 중 a, d의 활성이 상대적으로 높았다.
본 발명의 미생물을 이용한 제주송이의 유용한 성분의 발효추출기술을 통하여 많은 유용한 물질을 함유한 제주송이 발효배양액을 제조하여, 이 제주송이 양액을 이용하여 식물을 양액재배 하였을 경우 식물 내 바나듐, 셀레늄, 아연 등의 유용한 성분을 함유하고 있어 이 식물을 산업적으로 다양하게 이용할 수 있다.
특히 바나듐이 많이 함유된 식물의 경우에는 당뇨예방 및 치료효과가 우수하여 유용하게 사용할 수 있으며, 셀레늄이 많이 함유된 식물의 경우에는 항암효과, 피부건강 및 피부노화, 혈액순환과 관련된 소재로 유용하게 사용될 수 있고, 아연이 많이 함유된 식물의 경우 탈모 및 미각둔화방지와 관련된 소재로 유용하게 사용될 수 있다.
1 : 양액재배용 용기 2 : 불림된 식물 종자
3 : 제주송이 발효배양액 4 : 제주송이
5 : 일반돌

Claims (9)

  1. 중량대비 제주송이 2중량, 당류 1중량, 물 20중량 담긴 발효조 내에 Bacillus sp.와 Streptomyces sp.를 단독 또는 혼합된 미생물을 넣고 상온에서 6일간 발효시킨 발효물을 여과한 후 pH 6.4 ±0.3으로 조절하여 식물 양액재배용 조성물인 제주송이 발효액을 준비하는 준비단계(S10)와;
    상기 단계(S10)에서 준비된 제주송이 발효액에 식물 종자를 3~5시간 침지시켜 불림하는 불림단계(S20)와;
    상기 단계(S20)에서 불림된 식물 종자를 상기 단계(S10)에서 준비된 제주송이 발효액을 이용하여 재배하는 양액재배단계(S30);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 발효로 추출되는 제주송이 발효액을 이용한 항 당뇨를 가지는 기능성 식물의 양액재배방법.
  2. 제1항에 기재된 미생물 발효로 추출되는 제주송이 발효배양액을 이용한 항 당뇨를 가지는 기능성 식물의 양액재배방법으로 재배된 항 당뇨를 위한 기능성 식물.
  3. 제2항에 기재된 미생물 발효로 추출되는 제주송이 발효배양액을 이용하여 양액재배되는 기능성 식물을 이용한 항 당뇨를 위한 기능성 소재.
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