KR101781365B1

KR101781365B1 - 반응표면분석법을 이용하여 가르시니아 캄보지아로부터 하이드록시 시트르산을 고수율로 추출하는 방법

Info

Publication number: KR101781365B1
Application number: KR1020160111373A
Authority: KR
Inventors: 박성민; 이정노; 김재문; 정지연; 윤미영
Original assignee: 주식회사 코씨드바이오팜
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2017-09-25

Abstract

본 발명은 가르시니아 캄보지아 (Garcinia cambogia)로부터 하이드록시 시트르산 (hydroxycitric acid, HCA)을 추출하는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 추출방법에 의할 경우, 가르시니아 캄보지아로부터 우수한 피부미백기능을 갖는 하이드록시 시트르산(HCA)을 고수율로 추출할 수 있다.

Description

반응표면분석법을 이용하여 가르시니아 캄보지아로부터 하이드록시 시트르산을 고수율로 추출하는 방법 {Method for High Yield Extraction of Hydroxycitric Acid from Garcinia cambogia with Response Surface Methodology}

본 발명은 가르시니아 캄보지아 (Garcinia cambogia)로부터 하이드록시 시트르산 (hydroxycitric acid, HCA)을 추출하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응표면분석법을 이용하여 가르시니아 캄보지아 (Garcinia cambogia)로부터 하이드록시 시트르산 (hydroxycitric acid, HCA)을 고수율로 추출하는 방법에 관한 것이다.

가르시니아 캄보지아 (Garcinia cambogia)는 인도와 남부 아시아 지역에서 향신료로써 사용되어 왔다. 국내에서는 가르시니아 캄보지아 추출물을 ‘식품공전’에 따라 체중조절용 조제식품에 부원료(최소량 5% 이하를 사용하여야 하나, 1일 섭취량 6 g을 초과할 수 없음)로 사용하고 있다. 또한, 미국 등 외국에서는 500~4500 mg/일의 섭취량 수준에서 식이보충제 또는 식품 원료 등으로 판매되고 있다.

가르시니아 캄보지아 추출물에 함유된 HCA(hydroxycitric acid)는 비만억제효능에 대해 가장 많이 알려져 있으나, 대한민국 등록특허 제10-1449577호 (발명의 명칭 : 가르시니아 캄보지아 추출물을 유효성분으로 함유하는 피부미백용 화장료 조성물)에는 피부미백에 관한 효능도 기재되어 있다.

피부의 흑화는 내적·외적 요인에 대한 피부세포의 반응에 의하여 발생하는 것으로 멜라닌이라는 중합체가 합성되어 발생한다. 멜라닌 생성의 대표적인 요인은 자외선인데, 멜라닌 생성은 우리 인체에 없어서는 안 되는 자외선 방어제이다. 하지만, 멜라닌이 국소적으로 과도하게 합성되거나, 노화 및 피부병변에 따른 피부의 생리기능이 떨어지면, 멜라닌이 피부 표면에 침착되어, 기미, 주근깨 등 다양한 색소침착을 유발하게 된다.

그런데, 가르시니아 캄보지아 추출물의 피부미백 기능을 이용한 기능성 화장품 개발을 위해서는 우선 가르시니아 캄보지아로부터 HCA를 고수율로 추출하는 추출방법에 관한 연구가 필요하다.

대한민국 특허등록번호 제10-1449577호 (등록일자: 2014.10.02)에는, 가르시니아 캄보지아 (Garcinia cambogia) 추출물을 유효 성분으로 함유하는 피부미백용 화장료 조성물이 기재되어 있다.

본 발명은 가르시니아 캄보지아로부터 하이드록시 시트르산(HCA)를 고수율로 추출하는 방법을 개발하여 제공하는 것이다.

본 발명은 가르시나아 캄보지아 (Garcinia cambogia)로부터 하이드록시 시트르산 (hydroxycitric acid)을 추출하는 방법에 있어서, 추출용매로, 에탄올 함량 0.96%의 에탄올 수용액을 사용하고, 추출온도로, 80℃를 사용하고, 가르시니아 캄보지아 1 중량부에 대해 추출용매가 4.65 중량부의 비율로 추출용매를 첨가하는 것을 특징으로 하는 가르시니아 캄보지아 (Garcinia cambogia)로부터 하이드록시 시트르산 (hydroxycitric acid)을 추출하는 방법을 제공한다.

본 발명에서는 가르시니아 캄보지아로부터 HCA를 최대로 함유하는 추출방법을 개발하기 위해 추출공정의 적정화를 도출하는 통계적 실험법으로서 반응표면분석(Response Surface methodology, RSM)과 같은 최적화기법을 적용하였다. 즉, 본 발명에서는 가르시니아 캄보지아에 함유된 피부미백효능을 갖는 HCA를 효율적으로 추출하기 위한 조건을 확립하기 위하여 반응표면분석법을 이용하였고, 추출공정에서 에탄올의 농도, 추출온도, 추재(추출대상 원료)와 추출용매의 비율이 HCA 함량에 미치는 영향을 규명하고, 최적의 추출조건을 확립함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명에서는, 본 발명에서 확인한 '추출용매', '추출온도' 및 '원료(가르시나아 캄보지아)와 추출용매의 비율'의 조건 외에 추출을 위해 필요한 다른 조건은 당업계에서 통상적으로 사용되는 기술을 이용할 수 있다.

한편, 본 발명의 하이드록시 시트르산 추출방법에 있어서, 상기 가르시니아 캄보지아는, 바람직하게 가르시니아 캄보지아의 열매인 것이 좋다.

본 발명의 추출방법에 의할 경우, 가르시니아 캄보지아로부터 우수한 피부미백기능을 갖는 하이드록시 시트르산(HCA)을 고수율로 추출할 수 있다.

도 1은 추출조건 (용매종류, 추재와 용매의 비율, 추출온도)에 따른 반응표면분석 결과이다. 도 1에서 (A)는 용매 종류 (에탄올 및 정제수 함량)와 온도에 따른 반응표면분석 결과이고, (B)는 용매 종류 (에탄올 및 정제수 함량)와 용매와 추재(재료)의 비율에 따른 반응표면분석 결과이고, (C)는 온도와 용매와 추재(재료)의 비율에 따른 반응표면분석결과이다.

이하, 본 발명의 내용을 하기 실시예에서 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 그와 등가의 기술적 사상의 변형까지를 포함한다.

[실시예 1: 추출공정의 최적화 실험계획]

가르시니아 캄보지아로부터 최대 함량의 HCA를 추출하는 공정의 모델링과 최적화를 위해 3-level-3-factor 실험계획인 Box-Behnken design과 반응표면분석법을 이용하였다.

추출공정에 중요한 독립변수(X_n)로 고려되는 인자 즉, 에탄올 농도(ethanol concentration(%) : X₁), 추출 온도(temperature : X₂), 원물과 추출 용매의 비율(ratio : X₃)을 요인변수로 하여, 3단계(-1, 0, 1)로 부호화 하였으며, Box-behnken design에 따라, 하기 표 1과 같이 15구간으로 설정하여 추출실험을 실시하였다. 또한, 상기의 독립변수에 영향을 받는 종속변수는 HAC의 함량(Y₁)으로 측정하여 회귀분석을 실시하였다.

반응표면분석에서 독립변수의 종속변수에 대한 2차 회귀식은 다음과 같았다.

Y = b₀+ b₁X₁ + b₂X₂ + b₃X₃ +b₁₁X₁ ² +b₂₁X₂X₁ +b₂₂X₂ ² +b₃₁X₃X₁ +b₃₂X₃X₂ + b₃₃X₃ ²

여기서, Y는 종속변수, X₁, X₂, X₃은 독립변수, b₀는 절편, b_n은 회귀계수이다.

추출특성의 모니터링과 최적조건범위 예측은 각 종속변수의 response surfaces를 이용하여 분석하였다.

[실시예 2: 추출공정]

건조된 가르시니아 캄보지아를 분쇄하여 추출플라스크에 넣고 각 용매, 온도, 비율 조건에 맞게 15 실험군을 3시간 동안 추출하였다. 여과지(Whatman No. 2)로 여과한 후 0.45 μm 필터를 거쳐 추출물로 사용하였다.

HCA의 함량은 0.45μm 필터를 거친 추출물을 HPLC (Waters 2695)를 이용하여 분석하였다. 이때, 분석조건으로 컬럼은 Mightysil RP-18 GP 250 - 4.6 μm, 이동상은 10 mM 황산, 유속은 0.7 ml/min, 검출기는 UV(214 nm)를 각각 사용하였다. 정량은 외부표준법으로 검량선을 작성하여 실시하였다. 즉, 표준물질 HCA를 정제수에 녹여 1000 ppm으로 한 후, 이 액을 희석하여 500, 250, 125 ppm별로 표준용액을 조제하고, HPLC로 분석한 후, 검량선을 작성하여 정량하였다.

[실험예 1: 모델 구축 및 통계분석]

가르시니아 캄보지아로부터 HCA의 최적 추출조건을 설정하기 위해 용매조건, 추출온도, 원물과 추출용매의 비율을 독립변수로 하여 Box-behnken design에 의해 설계된 15구간의 추출조건을 표 1에 나타내었다. 또한, 각 추출물로부터 얻어진 HCA 함량 즉, 종속변수의 결과는 표 2에 나타내었다. 이러한 실험결과를 이용하여 반응표면 회귀분석을 실시하고 종속변수에 대한 회귀식을 얻었다. 또한, 종속변수에 대한 최적 추출조건과 이에 따른 HCA 함량을 예측하여 표 3에 나타내었다. 그리고 추출조건인 정제수 농도, 추출온도, 원물과 추출용매의 비율이 HCA 함량에 미치는 영향을 확인하기 위해, 도 1에 반응표면 곡선으로 나타내었다.

[실험예 2: HCA 함량의 변화 및 최적화]

Box-behnken design에 의한 추출 조건별 HCA 함량은 표 2에 나타낸 바와 같았고, 결과에 대한 반응표면 회귀식은 아래와 같다.

Y₁ = 2510+ 842X₁ + 647.5X₂ - 3845.25X₃ +732.25X₁ ² +257X₂X₁ +427.25X₂ ² - 889X₃X₁ - 97X₃X₂ + 2400.75X₃ ²

HCA 함량에 대한 회귀식은 R²은 0.998로 높은 상관관계를 보였고, 5% 이내에서 유의성이 인정되었다 (표 3).

도 1에 나타낸 반응표면 그래프를 보면, 추출조건 중 추출용매 (정제수 농도)가 HCA 함량에 가장 큰 영향을 주었으며, 정제수 농도가 높아질수록 (즉, 에탄올 함량이 낮아질수록) HCA의 함량이 증가하는 경향을 나타내었다. 또한, 원물과 추출용매 비율 역시 HCA 함량에 영향을 주었으며, '원물:추출용매'의 비율이 낮을수록 HCA의 함량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 다만, HCA의 함량에 추출온도의 영향은 크지 않은 것으로 나타났다.

반응표면분석에 따라 예측된 HCA의 최대값은 10010.8 ppm으로 예측되었고, 이때의 추출조건은 시료에 대한 에탄올 농도 0.96%, 추출온도 80℃, 원물과 추출용매의 비율 1:4.65로 각각 결정되었다. 즉, 100% 정제수에 가까운 용매에 원물:추출용매=1:5 비율로 80℃에서 추출할 경우 가장 높은 수율의 HCA를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

이상의 결과로써, 가르시니아 캄보지아로부터 최대 HCA 함량을 갖는 추출공정은 추출조건 즉, 에탄올 농도, 추출온도, 추출용매 비율에 영향을 받은 것으로 확인되었고, 특히 추출용매인 정제수의 농도에 영향을 크게 받는 것으로 확인되었다. 또한, 추출조건에 따른 HCA 함량을 설명하는 유의성을 가진 회귀식이 수립되었고, HCA 추출에 최적인 추출조건을 결정할 수 있었다.

[표 1]

가르시니아 캄보지아로부터 HCA 함유 추출물을 수득하기 위한 Box-behnken 실험 디자인

[표 2]

가르시니아 캄보지아추출물의 반응 파라미터

[표 3]

반응표면분석에 따른 최적추출조건과 그에 따른 예상값과 실측정값

본 발명에서는 상기 결과로부터 본 발명의 가르시니아 캄보지아로부터 피부미백기능을 갖는 HCA를 최대로 함유하는 최적화된 추출공정을 얻을 수 있었다.

Claims

가르시니아 캄보지아 (Garcinia cambogia) 열매로부터 하이드록시 시트르산 (hydroxycitric acid)을 추출하며,
가르시니아 캄보지아 열매 1 중량부에 대해 추출용매로 에탄올 함량 0.96%(v/v)인 에탄올 수용액을 4.65 중량부의 비율로 첨가하여 80℃에서 추출하는 것을 특징으로 하는 가르시니아 캄보지아 (Garcinia cambogia)로부터 피부미백효능이 있는 하이드록시 시트르산 (hydroxycitric acid)을 고수율로 추출하는 방법.
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