KR101687985B1 - 아임계추출법을 이용한 버섯의 베타 글루칸 추출방법 - Google Patents
아임계추출법을 이용한 버섯의 베타 글루칸 추출방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 약용버섯의 균사체 및/또는 자실체를 분쇄하는 분쇄단계; 상기 분쇄단계에서 얻은 분쇄물과 증류수를 혼합하는 혼합단계; 상기 혼합단계에서 얻은 혼합물에 풀빅산과 효소를 첨가하여 효소반응을 일으키는 효소반응단계; 상기 효소반응단계를 통해 반응된 반응물을 아임계추출법을 이용하여 베타 글루칸을 추출하는 아임계추출단계; 상기 아임계추출단계에서 추출된 베타 글루칸을 가수분해하는 가수분해단계; 상기 가수분해단계에서 분해된 베타 글루칸을 냉각하는 냉각단계; 상기 냉각단계에서 냉각된 베타 글루칸을 원심분리하는 원심분리단계; 및 상기 분리단계에서 분리된 베타 글루칸을 건조하는 건조단계로 이루어지는 버섯의 베타 글루칸의 추출방법에 관한 것이다. 또한 곡물배지를 사용하여 베타 글루칸을 추출하고 남은 배지를 신규의 배지와 혼합하여 재사용할 수 있다.
Description
본 발명은 약용버섯 균사체 및 자실체에서 베타 글루칸을 추출하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 아임계 추출법을 이용해 흡수력이 좋은 수용성의 1,3-베타클루칸을 고순도로 추출하는 방법에 관한 것이다.
다당류(polysaccharides)는 식품, 의료, 사료 등 다양한 산업 분야에 널리 사용되는 생체고분자(biopolymer) 화합물로써 자연계 및 생물체 내에서 작용하는 다당류를 관찰해 보면 매우 특이한 물리, 화학, 생물학적 기능을 하고 있음을 알 수 있다. 이러한 특이한 기능성은 대부분 다당류의 물리적 성질에서 기인한 것으로서 분자구조 혹은 분자간 결합의 유무 및 종류에 따라 많은 차이를 나타낸다.
베타 글루칸은 50여 년 전부터 면역증강능, 항산화효과 및 항암기능, 피부보호제 등 매우 다양한 생리활성을 보이는 것으로 알려져 있으며, 광범위하게 사용되어 오고 있다(Industrial Gums and Their Derivatives, R.L. Whistler, J.N. BeMiller (Eds.), Academic Press, San Diego, New York, Boston (1993), p. 537).
버섯중의 베타 글루칸은 단백결합상태로 세포벽에 존재하며 다량의 비수용성 섬유질로 둘러싸여 있다.
버섯의 세포벽으로부터 베타 글루칸을 추출하는 방법은 물리, 화학, 생화학적 방법으로 구분하여 고려할 수 있다. 우선 물리적 방법으로는 기계적 분쇄, 볼밀을 이용한 분쇄 및 초음파 파쇄기를 이용한 분쇄가 있다. 화학적 방법으로는 산과 알카리 용액을 이용한 분해 반응에 의한 추출법이 대표적이며 유기용매를 사용한 가용화법도 이용될 수 있다. 베타 글루칸을 가용화시킬 수 있는 대표적인 유기용매는 디메칠설폭사이드 (dimethylsulfoxide; DMSO)로써 알카리에 녹는 글루칸은 디메칠설폭사이드에도 녹는 것으로 알려져 있다. 생화학적 방법은 효소를 이용한 세포벽의 선택적 분리 및 유전자 조작을 통한 베타 글루칸의 선택적 다량 생산이 대표적이다. 또한 키티네이즈(chitinase) 혹은 글루카네이즈 (glucanase) 등이 베타 글루칸의 순수 분리에 흔히 사용된다.
한국 공개특허공보 10-2003-0030636 호에는 버섯자실체에 무기물과 유기영양소를 첨가하여 발효혼합물을 제조한후 담자균 균사체 또는 효모를 접종하여 발효시킨후 열수로 추출하여 투석 및 원심분리하고 동결건조하여 단백다당체를 얻는 것이 알려져 있다. 그러나 용해도가 적기 때문에 세포벽에 존재하는 베타 글루칸을 대량 회수하기에는 부적당하고, 베타 글루칸 이외에 다른 이물질이 많이 포함되어 있었다.
한국등록특허공보 제308392호에는 자연산 상황버섯추출물의 추출방법이 개시 되어 있는데, 파쇄한 상황버섯을 추출용매와 혼합하고 감압중탕하는 추출공정을 거치는데 이때 추출효율을 높이기 위하여 24시간동안 초고주파처리하는 것을 특징으로 하고 있다. 이는 추출공정이 장시간 소요될 뿐아니라, 추출용매로서 물이외에, 1,3-부틸렌클로라이드, 프로필렌글리콜 또는 이소프로파놀과 같은 유기용매를 사용하므로 세포벽에 포함되어 있는 극성이 높은 베타 글루칸의 대량분리 및 본래의 성분을 그대로 추출하기에는 바람직하지 못하였다.
한국 공개특허공보 10-2004-0096000호에서는 초음파로 자실체를 분해하여 고압열수로 세포벽을 분쇄하고 효소발효법을 이용하여 버섯에 포함되어 있는 베타 글루칸의 추출률을 높이는 방법을 게시하고 있으나, 여전히 그 수율은 높지 않았다.
또, 한국 공개특허공보 10-2002-0083538호에서는 추출 효율을 높이기 위해 초임계 유체 추출법을 이용하였다. 그러나, 초임계 유체 추출법을 사용하려면 고가의 장비가 필요하다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 인체에 무해하며, 환경친화적이고, 베타 글루칸을 고순도로 경제적으로 추출할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 약용버섯의 균사체 및/또는 자실체를 분쇄하는 분쇄단계; 상기 분쇄단계에서 얻은 분쇄물과 증류수를 혼합하는 혼합단계; 상기 혼합단계에서 얻은 혼합물에 풀빅산과 효소를 첨가하여 효소반응을 일으키는 효소반응단계; 상기 효소반응단계를 통해 반응된 반응물을 아임계추출법을 이용하여 베타 글루칸을 추출하는 아임계추출단계; 상기 아임계추출단계에서 추출된 베타 글루칸을 가수분해하는 가수분해단계; 상기 가수분해단계에서 분해된 베타 글루칸을 냉각하는 냉각단계; 상기 냉각단계에서 냉각된 베타 글루칸을 원심분리하는 원심분리단계; 및 상기 분리단계에서 분리된 베타 글루칸을 건조하는 건조단계로 이루어지는 버섯의 베타 글루칸의 추출방법에 의해 달성된다.
종래 유기 용매에 의한 가용화 추출 방법에 비해, 독성이 없으며, 경제적으로 베타 글루칸을 제조할 수 있다. 또한, 베타 글루칸 유효성분을 고순도로 추출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 제조공정의 개략적인 순서를 나타내는 플로우 챠트
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 베타 글루칸 추출공정은 분쇄단계(101); 혼합단계(103); 효소반응단계(105); 아임계추출단계(107); 가수분해단계(109); 냉각단계(111); 원심분리단계(113); 및 건조단계(115)를 포함한다.
이하 각 공정을 상세하게 설명한다.
분쇄단계(101):
곡물배지 버섯의 자실체 또는 균사체, 또는 이들의 혼합물을 분쇄하는 단계이다. 버섯의 자실체 또는 균사체, 또는 이들의 혼합물을 수분함량 5% 미만으로 건조한 후 예를 들어, 200 메쉬 사이즈로 분쇄한다.
혼합단계(103):
증류수와 버섯종균(자실체 또는 균사체)를 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계이다. 교반기를 사용하여 500rpm의 속도로 10 내지 30분동안 교반한다. 균사체 또는 자실체에 대한 증류수의 혼합비율은 1:1~5배이다.
효소반응단계(105):
상기 혼합단계를 통해 혼합된 혼합액에 효소와 풀빅산을 첨가하여 효소반응을 일으키는 단계이다. 풀빅산과 효소의 첨가량은 풀빅산 0.5~5중량%, 효소 1~20중량%이다. 풀빅산은 아미노기 전이효소 및 자당 분해효소 등의 효소의 활동을 증가시키고, 특별한 세포 유연제로서 세포막의 침투력을 향상시키고 각종 영양소와 미네랄의 이동을 돕는다. 효소는 아밀라아제, 세룰라아제, 글루키나아제, 라이소자임, 키티나아제, 주정, 질금 등을 사용할 수 있으며, 세포벽 파쇄 효과와 단백질 및 탄수화물의 분해효과를 가지는 한 효소의 종류에 제한은 없다. 유산균, 바실러스균, 누룩균 중 하나를 사용하는 것이 바람직하고 반응온도는 25도~35도 반응시간은 24~72시간이 바람직하다.
아임계추출단계(107):
상기 효소반응단계를 통해 반응된 반응물을 아임계추출법을 이용하여 베타 글루칸을 추출하는 단계이다. 아임계 추출 조건은 100-180℃, 10-150bar이고, 10-30분간 추출한다. 아임계 추출에 사용되는 정제수는 1~15배의 양으로 부가하여 추출한다. 추출 후 잔여물을 분리한다.
가수분해단계(109):
상기 아임계추출단계를 통해 추출된 베타 글루칸을 저분자 형태의 흡수력이 좋은 수용성 베타 글루칸으로 가수분해하는 단계이다. 가수분해 조건은 120~180℃, 5~70bar에서 10~30분 진행한다.
냉각단계(111):
상기 가수분해단계를 통해 분해된 베타 글루칸을 냉각하는 단계이다. 저온 냉장시설에서 4시간이상 25도 이하로 냉각시킨다.
원심분리단계(113):
원심분리기로 100~2000rpm의 속도로 베타 글루칸, 폴리페놀, 플라보노이드, 항산화 물질 분리한다. 약 30~60분 사이가 바람직하다.
건조단계(115):
건조는 분무건조가 바람직하다. 일반건조에 비해 건조시간이 단축되며 재분쇄 및 2차가공의 공정이 줄어들고, 불순물과 오염의 위험성을 줄여 고순도의 제품 생산이 용이하다.
또, 본 발명의 아임계 추출법을 사용하여 베타 글루칸을 추출하고 남은 배지를 재사용할 수 있다. 곡물 배지에 버섯 균을 접종하여 배양 후 탈병하고 곡물배지에서 베타 글루칸을 추출 후 남은 배지를 기존 배지와 혼합하면, 원가를 절감할 수 있고 베타 글루칸 함량이 높은 기능성 버섯으로 재배가 가능하다. 예를 들어, 보리, 밀, 대두 등 사람이 직접적으로 섭취할 수 있는 원재료를 이용하여 추출 후 남은배지와 중량비로 9~7:1~3의 비로, 수분 63-67%가 되도록 혼합하고, 내열성 폴리프로필렌 병에 500-600g 넣고 타공처리한 후 필터가 내장된 뚜껑을 닫아 입병한다. 추출 후 재사용하는 배지의 양이 30% 이상이 되면 수율이나 상품성이 낮아질 우려가 있다. 온도 118-121℃, 0.9-1.2기압에서, 60-90 분 살균하고, 살균된 배지를 크린룸에서 급냉한다. 접종 적정온도(15-18℃)의 배지를 크린부스에서 20-30cc 접종하고, 온도 23-25℃, 습도 60-70%, CO2 2000-3000ppm 에서 25-35일 배양한다. 배양완료 후 곡물배지를 털어내고 곡물배지를 아임계 또는 초임계 추출한다. 추출 후 남은 배지를 건조시킨다.
실시예 1-8
하기 표1에 기재된 6종의 버섯을 각각 분쇄하여(시료 1-6) 시료 1은 2개, 시료 2는 2개, 시료 3,4,5,6은 각각 하나씩 8개의 10.2g의 건조 버섯 분말을 준비하였다(실시예료 1-8). 8개의 건조버섯 분말 각각에 대해 165mL 증류수를 혼합하고 효소와 풀빅산 유산균을 각각 1중량%의 농도로 혼합하여 24시간동안 효소반응시킨 다음 200ml의 회분식 반응기(276 Hastelloy, Continuous type supercritical water system, Phosentech, South Korea)에 충진하여 혼합하고 각각 하기 표1에 게시된 추출 조건에서 아임계 추출을 시행하였다. Whatman No. 41 filter circle을 사용하여 여과하여 잔류물을 분리하고 150℃, 30bar에서 30분간 가수분해하여 냉장고에서 4시간 냉각한다. 효소키트 방법을 사용하여 베타 글루칸을 정량하여 하기 표 1에 게시하였다. 키트는 Megazyme® International Ltd., Ireland 제품을 사용하였다.
| 실시예 | 시료 번호 |
추출
조건 |
β. glucan
(g/ 100 ml ) |
Antioxidant
ABTS % |
TPC
(mg/100g) |
TFC
(mg/100g) |
Water content
( % ) |
| 실시예1 | 1(영지버섯) | 150℃/ 80bar |
11.04 | 82.51 | 12.22 | 6.18 | 73.31 |
| 실시예2 | 1(영지버섯) | 180℃/ 60bar |
4.83 | 93.78 | 17.18 | 6.65 | 84.05 |
| 실시예3 | 2(상황 버섯) | 150℃/ 90bar |
7.18 | 75.65 | 13.34 | 6.04 | 65.89 |
| 실시예4 | 2(상황 버섯) | 100℃/ 100bar |
1.51 | 93.01 | 17. 90 | 6.18 | 82.98 |
| 실시예3 | 3(잎새버섯) | 170℃/ 80bar |
17.56 | 75.66 | 17.80 | 6.68 | 77.78 |
| 실시예4 | 4(꽃송이 버섯) | 150℃/ 50bar |
36.91 | 87.05 | 20.30 | 6.32 | 68.00 |
| 실시예5 | 차가버섯 | 160℃/ 60bar |
31.05 | 72.33 | 18.71 | 6.50 | 89.87 |
| 실시예6 | 균사체 | 155℃/ 50bar |
37.95 | 83.29 | 15. 36 | 5.87 | 92.73 |
101 : 분쇄단계
103: 혼합단계
105: 효소반응단계
107: 아임계추출단계
109: 가수분해단계
111: 냉각단계
113: 원심분리단계
115: 건조단계
103: 혼합단계
105: 효소반응단계
107: 아임계추출단계
109: 가수분해단계
111: 냉각단계
113: 원심분리단계
115: 건조단계
Claims (5)
- 약용버섯의 균사체, 자실체, 및 상기 균사체 및 자실체를 배양한 곡물 배지로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 이상의 추출 원료를 분쇄하는 분쇄단계; 상기 분쇄단계에서 얻은 분쇄물과 증류수를 혼합하는 혼합단계; 상기 혼합단계에서 얻은 혼합물에 효소를 첨가하여 효소반응을 일으키는 효소반응단계; 상기 효소반응단계를 통해 반응된 반응물을 아임계추출법을 이용하여 베타 글루칸을 추출하는 아임계추출단계; 상기 아임계추출단계에서 추출된 베타 글루칸을 가수분해하는 가수분해단계; 상기 가수분해단계에서 분해된 베타 글루칸을 냉각하는 냉각단계; 상기 냉각단계에서 냉각된 베타 글루칸을 원심분리하는 원심분리단계; 및 상기 분리단계에서 분리된 베타 글루칸을 건조하는 건조단계로 이루어지며,
상기 효소반응단계에서 풀빅산이 첨가되는 것을 특징으로 하는 버섯의 베타 글루칸의 추출방법. - 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 아임계 추출은 1~15배의 정제수를 부가하여 100-180℃, 10-150bar에서, 10-30분간 행해지는 것을 특징으로 하는 버섯의 베타 글루칸의 추출방법.
- 제 1항의 상기 곡물 배지에서 베타 글루칸을 추출 후 남은 배지는 신규 배지와 혼합하여 버섯의 배양에 재사용하는 것을 특징으로 하는 버섯 배양방법.
- 제 4항에 있어서, 추출 후 남은 배지와 신규 배지의 혼합비는 중량비로 1~3:9~7인 것을 특징으로 하는 버섯 배양방법.
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