KR101868225B1 - 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아임계 수를 이용하여 아임계 추출과정을 수행함으로써, 높은 수율로 쇼가올을 추출하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 추출방법은 생강으로부터 항산화 활성이 현저하게 우수한 쇼가올을 고효율 및 고순도로 분리할 수 있으므로, 쇼가올이 사용되는 의약 및 기능성식품이나 화장품과 관련된 다양한 산업에 폭 넓게 이용될 수 있다.

Description

생강으로부터 쇼가올을 추출하는 방법{A METHOD OF EXTRACTING SHOGAOL FROM GINGER}
본 발명은 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 방법에 관한 것에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생강으로부터 고수율로 쇼가올을 추출하는 방법에 관한 것이다.
의학의 발달과 더불어 평균수명이 증가하고 노령인구가 증가하여 최근 통계청이 발표한 자료에 의하면, 2005년 총인구 중에서 65세 이상 노령인구의 비율은 9.1%를 차지하고 있고, 2020년에는 평균수면이 78.1세에 달하며, 2020년에는 전체인구의 13.2%까지 증가할 것으로 추산되고 있어 노화로 인한 문제도 심각한 실정이다. 또한, 우리나라는 경제성장에 힘입어 최근 통계청이 발표한 자료에 의하면 우리나라 1인당 GNP는 2004년 14,162 달러였으며, 매년 10% 정도 증가하여 국민들의 생활수준이 향상됨에 따라 식생활이 변화하여 곡류와 채소류의 섭취가 감소하고 육류 등 지방이 풍부한 음식의 섭취가 증가하는 경향을 보이고 있다. 이러한 식생활의 변화를 포함한 사회적 조건의 변화로 인해, 질병의 양상도 변화하여 과거 주요한 사망원인인 전염성 질병이나 급성 질병에 의한 사망자 수는 급격하게 줄어 들고 있는 반면에 암, 비만이나 당뇨 등의 대사증후군이나 성인병, 뇌혈관 질환 또는 관상동맥질환 등의 심혈관계 질환 등과 같은 만성 질병과 퇴행성 질환에 의한 사망자 수는 꾸준히 증가하고 있다.
노화, 암, 뇌혈관 질환, 심혈관계 질환 등과 같은 질환의 원인이 자유라디칼(free radical) 또는 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)인 것으로 인식되고 있다.
상기 활성산소종은 생물체에 침입된 병균 등에 의한 생물학적 스트레스나 지구 환경 악화에 따른 각종 환경 스트레스 등의 스트레스로 인하여 생물 유지에 필수적으로 요구되는 산소의 반응성이 높아진 산소를 의미할 수 있으며, 상기 반응성이 높은 산소는 심각한 생리적 장애 등을 유발할 수 있게 된다. 일 예로, 슈퍼옥사이드 라디칼(superoxide radical), 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical), 과산화수소 또는 일중항산소 등이 있다.
구체적으로, 상기 자유라디칼 또는 활성산소종은 세포를 파괴하거나 피부 진피층의 결합조직을 절단하거나 교차 결합을 일으키므로 주름형성, 아토피성 피부염, 여드름 또는 피부암과 같은 피부 관련 질병뿐만 아니라 암, 심근경색증(myocardial infarction), 뇌졸증(stroke), 죽상동맹경화증(atherosclerosis) 등을 포함하는 심혈관계질환, 근위축측삭경화증(amyotrophic laternal sclerosis)이나 파킨스씨 병(Parkinsion's disease, PD)과 같은 퇴행성 신경질환(chronic neurodegenerative disease)의 원인이 되는 것으로 보고되어 있다. 또한, 자유라디칼 또는 활성산소종은 인체 내에서 지질을 과산화시켜 과산화지질이라고 하는 해로운 물질을 생성할 수 있고, 상기 과산화지질은 혈관에 작용하여 동맥경화나 혈정과 같은 각종 성인병의 원인이 되는 것으로 보고되어 있다.
상기한 바와 같이, 평균수명이 증가하고 사회의 노령화가 진행되면서 노화 및 퇴행성 질환과 같은 노화와 관련된 질병에 대한 관심이 증대되고 있고, 경제성장 및 식생활의 변화 등에 따라 대사증후군이나 성인병 등에 대한 관심이 증대되고 있다. 이러한 질병에 대한 관심의 증가와 함께 상기 질병의 원인으로 보고된 자유라디칼 또는 활성산소종에 대한 관심도 증대되면서, 항산화효과를 갖는 물질에 대한 관심이 증대되고 있다.
생체 내에는 이러한 자유라디칼 또는 활성산소종을 제거하는 항산화체계로 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(superoxide dismutase, SOD), 퍼옥시다제(peroxidase, POD) 또는 카탈라제(catalase, CAT) 등의 고분자 항산화 효소와 비타민 C, 비타민 E 또는 글루타치온(glutathione) 등의 항산화 물질 등이 존재한다.
그러나, 공해나 자외선 또는 상기 생물학적 스트레스를 포함하는 여러 원인 및 노화에 의해서 점차적으로 인체의 항산화 체계는 정상 작동을 하지 못하게 되며, 이러한 경우 항산화 물질을 섭취함으로써 방어할 수 있도록, 활성산소종을 제거할 수 있는 물질 즉, 항산화제의 체내 공급이 요구되고 있다.
이러한 항산화제의 체내 공급 요구에 따라 항산화제 또는 항산화 효과를 갖는 식품 등을 섭취하여 상기 질병을 예방 또는 치료하거나 노화를 지연시키고자 하는 노력이 증가하고 있는 실정이다.
종래에 뛰어난 항산화력을 지닌 합성 항산화제로는 BHA(butylated hydroxyanisole), BHT(butylated hydroxytoluene) 또는 TBHQ(tertiary butylhydropuinone) 등이 보고 되어 있다.
그러나, 상기 합성 항산화제는 체내 흡수 물질의 일부가 독성을 지니고 있어, 기형발생인자 및 발암 물질화 될 수 있고, 간 비대증을 유발하거나 간장 중 마이크로소말 효소활성(microsomal enzyme activity)을 증가시킬 수 있어, 폐나 신장 등의 장기 조직의 병리적인 해를 유발시키는 등의 안정성 문제가 제기되고 있다.
따라서, 근래에는 보다 인체에 안정하고, 항산화력이 뛰어난 항산화제를 개발하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구의 일환으로 천연 항산화제 즉, 천연물질로부터 수득한 항산화제에 대한 만은 연구가 진행되고 있다.
현재까지 천연물질 특히, 천연 식물을 대상으로 항산화 효과를 탐색한 결과 보고된 천연 항산화성분들로는 토코페롤(tocopherol) 류, 플라보노이드(flavonoid) 류, 세사몰(sesamol), 고시폴(gossypol), 페놀릭산(phenolic acids), 부틱산(phytic acid), 사포닌(saponin), 트립신 저해제(trypsin inhibitor) 등이 있다. 이 중, 상기 플라보노이드 류는 플라본(flavone) 유도체, 플라보놀 (flavonol), 플라바논(flavanone) 및 디하이드로프라보놀(Pinobanksin) 등이 있다.
한편, 국내 농산물 중의 약 10 내지 20%는 상품성이 없어 폐기되고 있고, 식품제조 및 가공분야에 사용되는 생강, 대추, 단호박, 감귤류 등 농산물의 경우 10 내지 30%의 부산물이 발생되고 있는 실정이다.
따라서, 이들 폐자원에 해당하는 농산물들은 매우 좋은 플라보노이드류의 원료로 활용될 수 있으며, 상기 폐기되는 농산물이나 농산물의 부산물로부터 고부가가치 기능성 소재를 생산하여 사업화하는 경우에는 농가소득증대에 따른 농촌경제 활성화와 더불어 식품제조 및 수출산업에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.
일반적으로, 과채류와 같은 농산물에 다량 함유된 플라보노이드류는 폴리페놀화합물이므로, 물에 잘 녹지 않고 유기용매에 잘 녹는 특징이 있다. 그러므로, 기존에는 농산물로부터 플라보노이드를 생산하기 위하여 대부분 유기용매를 이용한 추출법을 수행하였다. 일 예로, Liquid-liquid extraction(LLE) 법, Soxhlet extraction 법 또는 sonication 법 등과 같은 전통적인 추출기술은 많은 양의 해로운 유기용매를 사용하게 되므로, 공업용이 아닌 식용이나 화장품 또는 의약품 재료에 사용할 수 없으므로 그 목적이 제한되며, 이러한 사용을 위해서는 유기용매의 제거를 위해 과도한 비용과 시간이 소요된다는 단점 등의 문제점이 제기되고 있는 실정이다.
또한, 현재 전세계적으로 가장 대표적인 대중음료는 커피이고, 우리나라의 경우에도 전통 다류의 소비 비율은 커피류에 비해 10분의 1 이하로 여전히 비주류 음료로 구분되기는 하나, 커피와 달리 다양한 소재를 이용한 차의 개발이 가능하고, 여러 기능성 성분의 섭취도 가능하다는 점에서, 건강을 중요시하는 웰빙(well-being) 소비문화와 함께 가까운 미래에 차 전문시장이 확대될 수 있음을 확인해주는 지표가 계속 발표되고 있다.
일 예로, 최근에는 미국을 중심으로 에너지드링크의 반대격인 릴렉션드링크(Relaxation drink) 시장이 각광 받고 있으며, 웰빙 소비문화와 함께 심신을 안정화시켜 주고, 수면과 휴식의 효과를 극대화시켜 주는 데에 목적이 있는 음료로서 차 음료는 에너지드링크의 사례와 같이 새로운 시장을 형성할 수 있을 것으로 예상되고 있다.
이러한 흐름에 따라, 미국 차 협회(Tea Associtation of USA, TAU)에 따르면 1990년데 20억 달러 규모였던 미국 차 시장의 총 도매 물량은 현재 약 100억 달러로 성장하였으며, 2014년 차 수입량은 2012년 대비 약 10% 상승하여, 시장의 성장속도도 높은 것으로 확인되었다. 상기 미국 차 협회는 2017년까지 미국 내 차시장이 약 30% 가량 추가 성장할 것이라고 전망하고 있다.
이와 관련, 한국 녹차의 해외시장 진출 단계는 아직 초기 단계로, 미국 시장을 기준으로 차 시장에서 한국 녹차의 점유율은 1% 미만에 불과한 것으로 확인되고 있다. 또한, 2013년 기준 커피를 제외한 일반차 매출은 240 억원 규모로 오히려 2012년 보다 11.9%가 줄어든 것으로 확인되었다. 다만, 기존 녹차와 달리 오미자, 산수유, 대추, 황기 등 한방차의 원료가 되는 관련 제품의 매출은 3.4% 증가하였고, 차가버섯, 겨우살이, 헛개열매 등 약선 재료 위주의 제품은 5.7%의 매출 상승을 이어가고 있는 것으로 확인되었다.
이러한 소비경향은 해외에서도 동일한데, 해외 액상차 시장은 1가지 원료가 아닌 여러 원료를 혼합한 형태의 제품이 많이 출시되고 있으며, 우리나라와 달리 탄산이 들어간 제품도 많이 유통되고 있다. 또한, 해외 액상차 시장에서는 유기농 제품이나 항산화 제품 등에 대한 선호도가 높아지고 있는 것으로 보고되고 있다.
우리나라 차 시장의 매출 비율은 녹차 음료나 보리차 등의 전통 차 음료가 주된 부분을 차지하고 있으며, 상기한 바와 같이 녹차 등의 전통 차 음료만으로는 매출 성장과 시장 확대의 동력이 제한되는 것으로 확인되었다.
따라서, 열량이 낮으면서 기능성 및 다이어트에 효과가 있는 차음료의 개발이나 건강과 미용을 위한 음료에 대한 개발 수요가 증대되고 있으며, 이러한 차원에서 차 재료들에 포함된 폴리페놀 등 항산화효과가 우수한 물질을 통해 기능성을 강화할 수 있는 차 제품의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
KR 100818175 B KR 101582197 B KR 2011-0107339 A
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여, 본 발명은 다양한 목적에 사용할 수 있는 용매를 이용하여 고순도의 쇼가올을 고효율로 추출할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 방법을 제공한다. 보다 상세하게는, 아임계 수를 이용하여 아임계 추출법으로 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 단계를 포함하는 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 추출방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명은 생강을 세척하는 과정 및 상기 세척된 생강을 건조한 후, 분쇄하여 생강 분말을 제조하는 생강 시료를 제조하는 생강 시료 제조 과정을 포함하는 생강 시료 제조 단계; 및 상기 제조된 생강 시료에 물을 첨가하고, 1,500 psi 내지 1,900 psi의 압력 조건 및 185℃ 내지 195℃의 온도 조건에서 10분 내지 15분 동안 아임계 추출을 수행하는 생강으로부터 쇼가올(shogaol)을 추출하는 추출 단계를 포함하는 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 방법을 제공한다.
상기 생강 시료 제조 과정은 상기 세척된 생강을 60℃의 온도 조건에서 24시간 동안 감압건조시킨 후, 분쇄기로 분쇄하여 분말을 제조하는 방법으로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 생강시료를 아임계 조건에서 처리하여 생강으로부터 쇼가올(shogaol)을 제조하는 방법에 있어서, 상기 생강을 아임계 조건에서 처리하는 방법은 세척된 생강을 60℃의 온도 조건에서 24시간 동안 감압건조시킨 후, 분쇄기로 분쇄하여 제조된 생강시료를 물을 이용하여 1,500 psi 내지 1,900 psi의 압력 조건 및 190℃의 온도 조건에서 10분 내지 15분 동안 아임계 추출법으로 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것인 생강으로부터 쇼가올(shogaol)을 제조하는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 생강으로부터 기존 생강의 쏘는 맛을 나타내는 주요 성분(major pungent compounds)인 진저롤(6-gingerol) 보다 항산화 활성이 현저하게 우수한 것으로 확인된 쇼가올(6-shogaol)을 추출하기 위한 방법을 연구하던 중, 유기용매를 이용하는 종래의 추출방법은 유기용매의 회수 및 제거를 위한 추가 공정이 요구되지 않고, 무독성 및 친환경 용매인 물을 이용하는 아임계 수를 이용하여 아임계 추출법에 착안하여, 그 수율이 개선될 수 있도록 연구를 진행하였고, 상기 아임계 수를 이용하여 쇼가올을 추출하는 경우, 온도와 시간 등과 관련된 특정 조건에서 다른 조건에 비하여 현저하게 우수한 수율로 고순도의 쇼가올을 추출할 수 있다는 점을 확인하였으며, 추가로 아임계 추출이 수행할 생강 시료 제조 과정에서 건조 방법에 따라 쇼가올 성분 함량이 차이가 있음을 확인하여, 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명에 있어서, 초임계 유체(supercritical fluid)란 물질이 액체와 기체의 두 상태가 서로 분간할 수 없게 되는 임계상태에서의 온도와 이때의 증기압 즉, 그의 임계점보다 높은 온도와 압력하에 있을 때 즉, 초임계점 이상의 상태에 있는 유체를 의미한다. 또한, 아임계 유체(sub-supercritical fluid)란 압력-온도 상태도에서 임계점 앞쪽 근방의 영역에 있는 유체로, 압축액체와 압축기체의 병존 상태에 있다는 점에서 초임계 액체와 구별되나, 대체적으로 초임계 유체와 비슷한 성격을 가진다.
또한, 아임계 추출법이란 아임계 유체를 이용한 추출법을 의미한다.
생강(Zingiber officinale)은 생강과 진지버 속(Zingiber sp.) 식물로서, 동남아시아를 비롯한 아시아 지역에 광범위하게 분포되어 있으며, 우리나라에서는 식용은 물론 민간요법에 따른 약재로 이용되어 왔다. 상기 생강의 성분으로는 주로 전분이 전체의 40 내지 60%를 차지하고, 이 외에 단백질, 방향 성분, 무기질, 섬유소 등이 있다. 생강의 매운맛은 주로 진저론(zingeron), 진저롤(gingerol), 쇼가올(shogaol), 디히드로진저롤(dihydrogingerol) 등에 의한 것으로 알려져 있고, 생강의 방향 성분으로는 시트랄(citral), 캄펜(camphene) 등 40여 종이 알려져 있다.
상기 생강은 항산화 효과, 항염 효과, 살균 효과 및 살충 효과 등이 있는 것으로 알려져 있으며, 특히 생강의 매운 맛을 나타내는 주요 성분인 진저롤에 대해 주된 연구가 진행되어 왔다.
상기 생강이 성분 중 쇼가올은 도 1에 나타낸 바와 같이, 화학식이 C17H24O3인 화합물로, 최근 항암 활성이 있어 신경계 종양세포의 성장을 억제한다고 보고된 바 있으며, 활성산소 제거능 즉, 항산화 효과와 관련하여 진저롤에 비하여 현저하게 우수한 효과를 가지는 것으로 알려져 있다. 또한, 최근 보고에 의하면, 쇼가올은 진저롤 보다 강력한 항염 효과와 진통 효과 및 살균 효과를 가지는 것으로 보고되고 있다. 상기 쇼가올은 바람직하게는 6-쇼가올(6-shogaol)일 수 있다.
본 발명은 아임계 유체를 이용하여 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 단계를 포함하는 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 추출방법에 관한 것이다.
상기 아임계 유체는 물, 이산화탄소(CO2), 에틸렌, 에탄, 프로판, 아세틸렌 또는 암모니아 등일 수 있고, 바람직하게는 경제적이고, 유해성분이 없으며, 안전하게 폐기할 수 있어 친환경적일 뿐만 아니라, 추출효율의 극대화를 위하여 간단하게 속성을 조절할 수 있다는 점에서 본 발명에 의하여 추출효율를 극대화할 수 있는 조건을 확인한 물, 더욱 바람직하게는 아임계 수일 수 있다. 상기 아임계 수란 아임계 조건의 물을 의미한다.
상기 아임계 유체를 이용하여 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 단계는 아임계 수를 이용하여 아임계 추출법으로 수행할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 아임계 수를 이용하여 아임계 추출법으로 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 단계를 포함하는 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 쇼가올 추출법일 수 있다.
더욱 구체적으로, 본 발명은 생강 시료 제조 단계; 및 아임계 추출을 수행하여 생강으로부터 쇼가올(shogaol)을 추출하는 추출 단계를 포함하는 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 방법일 수 있다.
상기 생강 시료 제조 단계는 생강을 세척하는 과정 및 생강 시료 제조 과정을 포함하는 방법, 구체적으로 생강을 세척하는 과정 및 생강 시료 제조 과정으로 이루어진 방법으로 수행할 수 있다.
상기 생강을 세척하는 과정은 식물, 구체적으로 식물 뿌리 열매 부위를 세척하는 통상적인 방법으로 수행할 수 있으며, 일 예로 유수에서 세척하거나 세척기를 이용하여 흙이나 이물질을 제거하는 방법으로 세척할 수 있다.
상기 생강 시료 제조 과정은 세척된 생강을 건조한 후, 분쇄하여 생강 분말을 제조하는 방법으로 수행할 수 있다.
상기 생강을 건조하는 방법은 쇼가올 추출 수율 향상을 위하여, 생강 내 쇼가올의 함량이 증가되는 방법으로 수행할 수 있으며, 이러한 차원에서 상기 세척된 생강을 60℃의 온도 조건에서 24시간 동안 감압건조시키는 방법으로 수행할 수 있다. 상기 조건에서 감압건조시키는 경우, 다른 건조 법에 비하여 약 100% 내지 500%가 향상된 쇼가올 함량이 확인되어, 쇼가올 추출 수율의 현저한 향상이 가능한 것으로 평가되었다.
상기 건조 생강을 분쇄하는 방법은 통상의 식물을 분쇄하는 방법으로 수행할 수 있으며, 일 예로 분쇄기나 마쇄기를 이용하여 수행할 수 있다.
이러한 차원에서 상기 생강 시료 제조 과정은 상기 세척된 생강을 60℃의 온도 조건에서 24시간 동안 감압건조시킨 후, 분쇄기로 분쇄하여 분말을 제조하는 방법으로 수행할 수 있다.
상기 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 추출 단계는 상기 제조된 생강 시료에 물을 첨가하고 아임계 조건에서 쇼가올을 추출하는 방법 또는 상기 제조된 생강 시료로부터 아임계 수를 이용하여 쇼가올을 추출하는 방법으로 수행할 수 있다.
상기 아임계 조건은 상기 아임계 수의 압력이 900 내지 2,100 psi 또는 1,200 psi 내지 2,000 psi, 바람직하게 1,400 psi 내지 1950 psi, 더욱 바람직하게는 1,500 psi 내지 1900 psi, 더더욱 바람직하게는 1,700 psi 내지 1900 psi이고, 상기 아임계 수의 온도는 105℃ 내지 200℃, 바람직하게는 185℃ 내지 195℃, 더욱 바람직하게는 187℃ 내지 192℃일 수 있으며, 더더욱 바람직하게는 190℃일 수 있다. 또한, 상기 추출법은 5분 내지 20분, 바람직하게는 10분 내지 15분 동안 수행할 수 있다.
이러한 측면에서, 상기 아임계 추출법은 상기 아임계 수의 압력이 1,500 psi 내지 1,900 psi, 바람직하게는 1,700 psi 내지 1,900 psi 이고, 상기 아임계 수의 온도는 185℃ 내지 195℃, 바람직하게는 187℃ 내지 192℃일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 190℃일 수 있다. 또한, 상기 추출법은 10분 내지 15분 동안 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 추출 단계는 상기 생강 분말에 물을 첨가하고, 1,500 psi 내지 1,900 psi의 압력 조건 및 185℃ 내지 195℃의 온도 조건, 바람직하게는 1,500 psi 내지 1,900 psi의 압력 조건 및 190℃의 온도 조건에서 10분 내지 15분 동안 아임계 추출하는 방법으로 수행할 수 있다.
상기 아임계 추출법에 있어서, 운반체(carrier)는 질소가스(nitrogen gas)일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 아임계 추출법은 아임계 유체로 아임계 수를 이용하고, 운반체로 질소가스를 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 생강으로부터 쇼가올(shogaol)을 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 생강으로부터 쇼가올을 제조하는 방법은 생강시료를 아임계 조건에서 처리하여 생강으로부터 쇼가올을 제조하는 방법일 수 있다.
구체적으로, 상기 생강으로부터 쇼가올을 제조하는 방법은 세척된 생강을 60℃의 온도 조건에서 24시간 동안 감압건조시킨 후, 분쇄기로 분쇄하여 제조된 생강시료를 물을 이용하여 1,500 psi 내지 1,900 psi의 압력 조건 및 190℃의 온도 조건에서 10분 내지 15분, 바람직하게는 15분 동안 아임계 추출법으로 추출하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 아임계 수를 이용한 아임계 추출법에 의한 경우, 기존 추출법이 가지는 유기용매의 제거를 위한 과도한 비용 및 공정이 요구된다는 점과 환경문제를 유발할 수 있다는 문제점을 해결하였을 뿐만 아니라, 본 발명의 최적 조건에 의해 추출을 수행하는 경우, 기존 추출법에 비하여 약 1,100% 내지 2,700%의 추출효율의 상승이 확인되어, 현저하게 향상된 수율을 얻을 수 있는 것으로 평가되었다.
또한, 생강에 다량 포함되어 있는 화합물(major compound)인 진저롤이 130℃에서 20분 동안 추출하는 것이 가장 추출 수율이 우수한 것으로 확인된 것과 달리, 쇼가올의 경우, 190℃에서 추출 수율이 가장 뛰어났으며, 이는 이산화탄소를 추출용매로 이용하여, 100℃ 내지 130℃에서 추출하는 것이 추출수율이 가장 우수하다는 기존 연구가 차별화되는 것임이 확인되었다. 또한, 추출시간의 경우에도 통상적으로 오랜 시간 동안 추출하는 것이 추출 수율이 우수한 것으로 알려진 통상의 추출법과 달리 아임계 수를 이용하는 경우, 오히려 15분에서 추출 수율이 가장 우수하였으며, 이를 초과한 20분의 경우 추출수율이 감소하여서, 10분 내지 15분, 바람직하게는 15분 동안 추출하는 경우, 단시간의 추출을 통해 추출 과정에 소요되는 비용을 줄이면서도 추출 수율은 최대치로 향상시켜, 경제적이면서도 효과적인 추출법을 제안할 수 있는 것으로 평가되었다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 아임계 수를 이용하여 쇼가올을 추출 또는 제조하는 방법은 기존 방법에 비하여, 안전성 및 친환경성이 인정되고, 비교적 간단한 공정으로 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 현저하게 상승된 수율로 수득할 수 있는 장점이 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 기존 방법에 비하여, 현저하게 향상된 수율로 생강으로부터 쇼가올을 수득할 수 있는 방법으로, 인체에 안전하고, 항산화력이 뛰어나며, 다양한 기능성을 갖는 항산화 물질인 쇼가올을 우리나라 전역에서 생산되는 저가의 생강으로부터 우수한 효율로 수득할 수 있는 방법을 제공하는 것이어서, 기능성 소재인 쇼가올이나 항산화제와 관련된 건강기능식품, 의약품 또는 화장품 등 다양한 산업분야에 폭 넓게 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 쇼가올의 화학구조를 나타낸 그림이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추출방법에 따른 쇼가올의 추출수율을 나타낸 것으로, 가로축은 추출방법에 따른 구분이고, 세로축은 쇼가올 함량을 측정한 값이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아임계 추출법에서 추출온도 및 추출시간에 따른 쇼가올의 추출수율을 비교한 그래프로, 가로축은 추출시간을 의미하고, 세로축은 쇼가올 함량을 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아임계 추출법에서 추출온도 및 추출시간에 따른 진저롤의 추출수율을 비교한 그래프로, 가로축은 추출시간을 의미하고, 세로축은 진저롤 함량을 의미한다.
이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 제조예 및 실시예를 제시한다.　 그러나, 하기 제조예 및 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시한 것을 뿐, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실험은 동일한 조건에서 3회 이상 반복 실험하여, 평균값을 최종 값으로 사용하여, 유효성을 검증하였고, 분석 기기 사용 전 calibration을 통해 매 실험간 재현성을 높이도록 실험을 진행하였다.
실험예 1: 생강 추출물의 제조
본 실험에 사용한 생강은 2015년에 경상북도 안동 지역에서 재배된 생강을 구입하여 사용하였다. 상기 생강은 유수에서 세척하여 표면의 흙 및 불순물을 제거한 후, 건조하여 사용하였다. 생강 전체, 생강 과육 및 생강 껍질 부위 별로 추출한 추출물에 대한 쇼가올(6-shogaol) 함량을 분석한 결과, 과육과 껍질의 쇼가올 함량의 차이가 거의 없어, 추출물 제조 공정의 용이성 확보를 위해 생강의 껍질을 분리하지 않고, 생강 전체를 시료 제조에 사용하였다.
상기 생강 세척물의 건조는 여러 종류의 방법으로 수행하였다. 우선, 감압건조법으로 60℃에서 24 시간 동안 감압건조하는 방법, 건조 오븐(dry oven)을 이용하여, 50℃에서 24 시간 동안 건조하는 방법, 동결건조법으로 -80℃에서 24 시간 동안 건조하는 방법 및 상온건조법으로 15℃ 내지 20℃에서 24 시간 동안 건조하는 방법으로 수행하였다.
상기 건조법에 의해 제조된 생강 건조물을 분쇄기를 이용하여 분쇄하여 생강 분말을 제조하였다.
상기 생강 분말에 대해 여러 추출법을 이용하여 추출물을 제조하였다.
우선, 본 발명의 실시예인 생강 아임계 추출물은 상기 생강 분말 1g과 추출용매인 증류수 22 ml를 34 ml size의 셀(cell)에 넣고 상기 셀을 아임계 추출기(DIONEX Accelerated Solvent Extractor(ASE) 100, DIONEX co., USA)에 장착한 후, 110℃ 내지 190℃의 온도 범위, 구체적으로 110℃, 130℃, 150℃, 170℃ 및 190℃의 온도 조건에서 5분 내지 20분의 시간범위에서 5분 간격으로 구간을 정하여, 각각의 추출온도와 추출시간의 조건에서 아임계 추출을 수행하였다. 상기 시료에 압력을 가하여 1,500 내지 1,900 psi의 압력조건 및 상기 각 추출온도 조건에서 추출을 수행하였고, 운반체로 질소가스(nitrogen gas)를 사용하였다.
비교예인 생강 용매 추출물은 상기 생강분말 1g에 물, 메탄올 또는 에탄올을 22 ml를 첨가하고, 각각의 온도에서 2시간 동안 용매 추출과정을 수행하였다. 구체적으로, 비교예 1은 메탄올을 추출용매로 15℃ 내지 20℃에서 2시간 동안 추출하였고, 비교예 2는 메탄올을 추출용매로 60℃에서 2시간 동안 추출하였으며, 비교예 3은 에탄올을 추출용매로 15℃ 내지 20℃에서 2시간 동안 추출하였고, 비교예 4는 에탄올을 추출용매로 60℃에서 2시간 동안 추출하였으며, 비교예 5는 열수 추출법으로 물을 추출용매로 90℃에서 2시간 동안 추출하였다.
실험예 2: 쇼가올 및 진저롤의 함량 분석
본 실험에서 상기 실시예 1에서 제조된 각각의 추출물에 포함되어 있는 쇼가올(6-shogaol) 또는 진저롤(6-gingerol)의 농도의 측정은 HPLC법(High Performance Liquid Chromatography method)을 이용하여 측정하였다.
상기 쇼가올 또는 진저롤의 농도 측정을 위한 HPLC system(YOUNGLIN INSTRUMENT, 대한민국)은 Solvent Delivery Pump(Model M930D); Absorbance Detector(Model M730D); Column Oven(Model CTS30) 및 Solvent Degassor & Valve Module(Model SDB30 plus)으로 구성되어 있으며, 상기 HPLC 시스템에 의해 분리된 쇼가올의 검출은 자외부흡광광도계를 이용하여 측정파장 370 nm에서 수행하였다. 또한, 상기 HPLC를 이용한 분석을 위해, 분석컬럼은 ODSHYPERSIL(Thermo ELECTRON CO., Model 30105-154630)을 사용하였고, 구체적인 사양으로 분석 안지름 약 5 mm, 길이 약 15cm인 스테인레스 강관에 5㎛ 의 C18로 충전하였으며, 컬럼의 온도는 상온으로 설정하였고, 이동상은 증류수(Milli-Q water)와 메탄올 혼합액(60:40)에 TFA (trifloroacetic acid)를 0.04% 농도로 첨가한 용액을 사용하였으며, 이동상의 solvent flow rate는 1 mL/min이고, 이동시간은 30분으로 설정하였다. 또한, 상기 HPLC를 수행하기 위한 시료(sample)의 injection volumn은 10㎕이었다. 상기 쇼가올 농도 측정을 위한 표준 물질(SHOGAOL standard)은 SIGMA(USA)에서 구입하여 사용하였다.
상기 HPLC를 이용한 분석은 표준물질과의 머무름 시간(retention time)을 비교한 후, 외부표준법(external standard method)을 사용하여 정량분석을 수행하였고, spiking method를 통해 하여 추가적으로 확인하였다. 상기 방법에 의해 측정된 쇼가올 또는 진저롤의 함량 즉, HPLC 분석결과는 도 2 내지 도 4에 나타내었다.
실험예 3: 추출법에 따른 쇼가올 농도의 측정
실험예 3-1. 생강 건조법에 따른 쇼가올 농도의 측정
최적 생강 건조 방법 선택을 위해, 생강 건조법에 따른 쇼가올과 진저롤의 농도를 각각의 생강 건조법으로 제조된 생강 시료에 대해 상기 실험예 1 중 110℃의 온도 조건 및 1,500 내지 1,900 psi의 압력조건에서 5분 동안 아임계 추출을 수행하여 추출물을 제조하고, 상기 제조물에 대해 상기 실험예 2의 방법으로 추출물 내 쇼가올 농도를 HPLC 분석법으로 분석하여 확인하였다. 상기 분석결과를 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1의 추출물의 함량 단위는 최초 시료 제조에 사용된 생강의 생중량(Fresh Weight, FW)추출물 1g 당 확인된 유효성분의 함량(mg)이었다(mg/g FW).
구분 감압건조 Dry oven 동결건조 상온건조 무처리
Shogaol(mg/g FW) 0.1708 0.0824 0.0373 0.0579 0.0585
Gingerol(mg/g FW) 0.5928 0.7029 0.4904 0.6816 0.8185
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 감압건조 조건에서 쇼가올이 가장 높은 함량으로 추출되는 것으로 확인되었다. 추가로, 진저롤이 높은 함량으로 추출되는 조건인 무처리 군 즉, 건조 및 분말화 과정을 진행하지 않은 경우와 Dry oven을 이용하여 건조하는 경우 보다 감압건조 조건에서 쇼가올이 높은 함량으로 추출되어, 생강으로부터 폴리페놀을 추출하기 위한 전처리 과정으로서 건조 과정은 폴리페놀의 종류에 따라 상이한 것으로 확인되었다. 이러한 측면에서, 다른 폴리페놀이 아닌 쇼가올을 추출하는 방법에 있어서, 감압건조 방법이 가장 우수한 것으로 평가되었다.
실험예 3-2. 추출법에 따른 쇼가올 농도의 측정
최적 추출 방법 선택을 위해, 생강 시료의 추출법에 따른 쇼가올의 농도를 상기 실험예 3-1에서 최적의 각각의 생강 건조법으로 제조된 생강 시료에 대해 상기 실험예 1에서 최적의 건조법으로 확인된 60℃의 온도 조건에서 24시간 동안 수행한 감압건조법으로 건조한 후 분쇄한 생강 시료를 이용하여 실험예 1의 추출방법으로 추출물을 제조하였다. 추출방법은 생강 추출물 또는 시제품 제조에 주로 사용되는 물, 에탄올 또는 메탄올을 이용한 용매 추출법으로 제조하였다(비교예 1 내지 비교예 5). 실시예로는 본 발명의 아임계 수를 이용한 추출법으로 제조하였고, 아임계 추출은 130℃의 온도 조건 및 1,500 내지 1,900 psi의 압력조건에서 20분 동안 아임계 추출하는 것으로 수행하였다. 상기 추출물에 대해 6-쇼가올(6-shogaol)의 성분 함량을 확인하기 위한 HPLC 결과를 도 2 및 하기 표 2에 기재하였다. 하기 표 2의 추출물의 함량 단위는 최초 시료 제조에 사용된 생강의 생중량(Fresh Weight, FW) 추출물 1g 당 확인된 유효성분의 함량(mg)이었다(mg/g FW).
추출조건 6-shogaol 함량 (mg/g FW)
비교예 1(메탄올, 상온, 2시간) ND
비교예 2(메탄올, 60°C, 2시간) 0.0350
비교예 3(에탄올, 상온, 2시간) ND
비교예 4(에탄올, 60°C, 2시간) 0.0144
비교예 5(열수, 90°C, 2시간) ND
실시예(아임계, 130°C, 20분) 0.3886
상기 도 2 및 표 2에서 나타낸 바와 같이, 아임계 추출법으로 추출한 추출물의 경우에는 현저하게 높은 6-쇼가올이 추출되는 것이 확인되었다. 구체적으로, 용매의 종류에 관계없이 상온 즉, 15℃ 내지 20℃에서 추출하는 경우에는 6-쇼가올이 전혀 추출되지 아니하였고, 열수 추출로 진행한 경우에도 6-쇼가올이 전혀 추출되지 아니한 것으로 확인되었다. 또한, 본 발명의 아임계 추출법으로 추출한 실시예의 경우, 에탄올 60℃로 처리한 비교예 4에 비해서는 약 2,700%, 메탄올 60℃로 처리한 비교예 2에 비해서는 약 1,100% 높은 함량의 6-쇼가올이 추출된 것으로 확인되어, 본 발명의 실시예의 경우 기존 용매 추출법에 비해 아임계 추출법은 6-쇼가올 추출에 있어서 현저하게 우수한 수율 향상 효과를 발휘하는 것으로 확인되었다. 참고로, 진저롤의 경우에는 열수 추출법이나 메탄올을 이용한 추출법에서 아임계 추출법 보다 우수한 추출 효과를 갖는 것으로 확인되었다.
실험예 3-3. 추출조건에 따른 쇼가올 농도의 측정
최적 추출 방법으로 선택된 아임계 추출법의 최적 추출조건을 선택하기 위해, 추출조건에 따른 쇼가올의 농도를 상기 실험예 3-1에서 최적의 건조법으로 확인된 60℃의 온도 조건에서 24시간 동안 수행한 감압건조법으로 건조된 생강 시료에 대해 상기 실험예 3-2에서 최적의 추출법으로 확인된 아임계구 추출법으로 추출하면서, 추출온도 조건 및 추출시간을 달리하여 쇼가놀의 함량을 측정하였다. 구체적으로, 추출시간을 5분에서 20분까지 5분씩 증가하고, 온도조건을 110 내지 190℃의 온도구간에서 20℃씩 상승시키면서 온도조건을 변화시키며, 아임계 추출법으로 추출한 추출물에 대해 실험예 2의 방법으로 쇼가올 함량을 측정하였으며, 그 결과를 도 3 및 하기 표 3에 나타내었다.
구분 110°C 130°C 150°C 170°C 190°C
5 분 ND ND ND 0.061 0.135
10 분 ND ND 0.086 0.173 0.376
15 분 ND 0.016 0.136 0.225 0.389
20 분 ND 0.067 0.160 0.270 0.361
상기 표 3 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 온도 구간에서 190℃의 온도에서 가장 우수한 쇼가올 추출 수율이 확인되었으며, 시간의 경우에는 15분이 가장 우수한 것으로 확인되었다. 일반적인 경향과 차이가 있는 것으로, 15분까지는 추출시간이 증가함에 따라 추출 수율이 증가하였으나, 20분에서는 추출수율이 오히려 약 6% 이상 감소하였으며, 이로부터 비용적 측면 및 추출 수율의 측면을 모두 고려한 산업적 측면에서, 15분 동안 추출하는 것이 가장 바람직한 것으로 확인되었다.
아임계 추출법의 최적 추출조건의 범용성을 확인하기 위해, 생강의 주요 폴리페놀인 진저롤에 대해서도 추출조건에 따른 추출 농도를 상기와 같이 동일한 방법으로 확인하였으며, 그 결과를 도 4 및 하기 표 4에 나타내었다.
구분 110°C 130°C 150°C 170°C 190°C
5 분 0.181 0.237 0.406 0.418 0.476
10 분 0.362 0.376 0.509 0.463 0.285
15 분 0.395 0.430 0.499 0.311 0.172
20 분 0.161 0.522 0.455 0.240 0.145
상기 표 4 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 상대적으로 저온인 110℃와 130℃의 온도에서 우수한 진저롤 추출 수율이 확인되었고, 각 온도 별로 추출시간에 따른 진저롤 추출 수율이 상이한 경향을 나타내는 것으로 확인되었다. 따라서, 상기 결과로부터 쇼가올 추출을 위한 최적 추출 조건은 생강으로부터 쇼가올을 추출하기에 적합한 조건이고, 다른 폴리페놀을 추출하기에는 적합하지 않은 것으로 확인되었다.
상기한 바와 같이, 본 발명인 감압건조하여 제조된 생강 시료에 대해 190℃의 온도에서 15분 동안 아임계 수를 이용한 아임계 추출법을 수행하는 경우, 가올 추출 수율이 현저하게 우수할 뿐만 아니라, 기계에 무리가 가거나, 비용 및 기간이 과도하게 드는 문제점도 발생되지 아니하고, 친환경 및 무독성 용매를 사용하므로 용매 제거를 위한 추가공정이 발생되지 아니하고, 환경문제도 발생되지 아니하여 경제적으로도 효과적인 것으로 확인되었다. 또한, 상기 본 발명의 방법은 우리나라 전역에 분포되어 있는 생강으로부터 수득한 생강을 이용하여 항산화 활성을 비롯한 여러 기능성이 우수한 물질인 쇼가올을 효율적으로 수득할 수 있는 방법이므로, 생강을 이용한 기능성 식품의 개발, 식품 소재의 개발, 화장품 소재의 개발 등 다양한 산업분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (3)

  1. 생강을 세척하는 과정 및 상기 세척된 생강을 60℃의 온도 조건에서 24시간 동안 감압건조시킨 후, 분쇄기로 생강 분말을 제조하는 생강 시료를 제조하는 생강 시료 제조 과정을 포함하는 생강 시료 제조 단계; 및
    상기 제조된 생강 시료에 물을 첨가하고, 1,500 psi 내지 1,900 psi의 압력 조건 및 190℃의 온도 조건에서 15분 동안 아임계 추출을 수행하는 생강으로부터 쇼가올(shogaol)을 추출하는 추출 단계
    를 포함하는 생강으로부터 쇼가올을 추출하는 방법.
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  3. 삭제
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