KR101967073B1 - Bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 유효성분으로 포함하는 면역 증강용 조성물 - Google Patents
Bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 유효성분으로 포함하는 면역 증강용 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 함유하는 면역 증강용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 bacillus subtilis를 종균으로 하여 20 내지 40℃의 온도에서 60시간 동안 발효하는 것을 특징으로 하는 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 50:50 중량비로 혼합한 것을 유효성분으로 함유하는 식품 조성물을 포함한다. 본 발명의 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 함유하는 면역 증강용 조성물은 구성 원료 2종의 탁월한 시너지 효과로 활동성을 증가시키고, 면역관련 사이토카인의 분비를 증가시켜 면역 증강 효과가 뛰어나 면역 증강용 기능성 식품 제조에 효과적이다.
Description
본 발명은 면역 증강 효과를 나타내는 식품 조성물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 본 발명은 면역력 증강의 효율을 높일 수 있도록 Bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 유효성분으로 포함하는 식품 조성물에 관한 것이다.
생강(Zingiber officinale Roscoe)은 생강과(Zingiberaceae) 식물에 속하는 진지버(Zingiber)속 식물로서, 동남아시아 등지에 광범위하게 분포되어 있으며 민간요법에 따른 약재로 이용되어 왔다. 생강의 성분으로는 전분이 전체의 40~60%를 차지하고, 방향 신미 성분, 수지 단백질, 섬유소, 펜토산, 무기질 등이 있으며, 생강의 매운맛은 진저론(zingeron), 진저롤(gingerol), 쇼가올(shogaol), 디히드로진저롤(dihydrogingerol), 방향성분은 시트랄(citral), 캄펜(camphene) 등 40여 종이 알려져 있다. 생강의 활성에 관한 연구로서는 항산화 작용, 항염증 작용, 살충 작용 및 자궁 이완 작용 등이 보고된 바 있다.
생강의 매운맛을 내는 성분 중 쇼가올은 화학식이 C17H24O3로서 항암·항산화 작용이 있어 신경계 종양세포의 성장을 억제한다고 보고된바 있다. 특히 진저롤과 쇼가올 두 성분은 유전자가 활성 산소에 의해 손상 받기 전 단계에서 활성산소를 제거한다. 즉, 생강은 활성 산소를 제거하는 항산화 효과가 우수하고 활성 산소에 의한 유전자 손상을 차단함으로써 항암효과를 나타내며 해열과 진통 및 강력한 항염증 효과가 있다. 또한, 진저롤과 쇼가올은 중추신경계를 진정시키고 위 점막을 자극하여 위액 분비를 증가시키고 소화 작용을 촉진하며 구토를 억제하는 기능이 있다. 쇼가올은 진저롤 보다 좀 더 강력한 항염증과 진통 효과가 있어 관절염에 효과적이며, 특히 6-쇼가올의 경우 위장에서 CGRP를 생산시켜 복부 혈행을 촉진시키며 체온조절에 도움을 줄 수 있는 것으로 알려져 있다. 또한 진저롤과 쇼가올 등의 생강 성분은 강력한 살균 작용을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 쇼가올은 생강의 증숙 및 요리 등의 열처리 동안 진저롤의 탈수(dehydration) 반응으로 생성될 수 있으며, 다양한 효능을 나타내는 쇼가올의 함량을 극대화시킨 생강의 가공기술이 요구되고 있는 실정이다.
인삼은 오랜 세월 동안 극동에서 가장 고귀한 생약재료로 사용되어 왔다. 인삼의 화학성분과 약리효능은 현대 과학적인 연구를 통해 사포닌(Saponin)이 주요 유효성분으로 밝혀졌다. 인삼의 사포닌 성분은 다른 식물의 사포닌과는 달리 담마란(Dammarane) 골격에 1-4개의 당이 결합되어 있으며, 진세노사이드(ginsenoside)로 불린다. 특히 고려인삼에는 30여종의 사포닌 성분이 알려져 있는데 이 중 함량이 높은 것은 진세노사이드 Rb1, Rb2, Rc, Rd, Rg1, Re 등이다. 이러한 사포닌 성분들은 다양한 약효를 나타내는데 그 구조에 따라 약효의 종류와 강도가 매우 다르다. 인삼의 주된 지표성분인 담마란(dammarane)계 사포닌은 다시 그 화학 구조에 따라 크게 3 종의 그룹으로 나뉘는데, Protopanaxadiol(PPD), Protopanaxatriol(PPT), Oleanolic acid가 그것이다. 진세노사이드는 지금까지 약 40여 종이 발견되고 있으며 중추신계를 비롯하여 내분비계, 면역계, 대사계 등에 광범위한 영향을 미쳐 신체기능 조절, 즉 생리기능 정상화에 탁월한 효과를 나타내는 것으로 확인되고 있다. 이들 진세노사이드는 서로 비슷한 작용을 하거나 또는 서로 반대되는 작용을 나타내기도 하는데, 특정 성분이 단독으로 또는 여러 종류가 상호작용을 통해서 다양한 효능(건강기능성)을 발휘하는 것으로 알려지고 있다.
면역이란 인체 내의 자기(Self)와 비자기(Non-self)를 구별하여 인체 내에서 자연적으로 발생하거나 외부에서 들어온 유해 물질을 인지한 후 제거하여 신체의 항상성(Homeostasis)을 유지시키는 반응을 뜻한다(Cannon., 2000. News Physiol Sci, 15, 298-303). 이 반응은 외부로부터 인체에 침입한 바이러스, 박테리아 및 기생충과 같은 유해균에 저항하고, 내부에 생긴 암세포에 저항하거나 제거하는데 있어서 매우 중요한 역할을 한다. 최근에는 식생활변화, 노화, 스트레스, 흡연과 음주, 환경오염의 노출 등 여러 가지 요인들에 의해 암, 면역부전, 아토피, 자가 면역 등과 같은 면역계와 관련된 질환이 늘어남에 따라 이들의 치료 또는 예방을 위해 식품을 소재로 한 면역 관련 연구가 계속 증가하고 있는 추세이다.
이에, 본 발명자들은 안전하면서도 면역력을 증강시킬 수 있는 천연물 가공제품을 개발하고자 예의 연구 노력한 결과, 종래로부터 사용되어 안전성이 입증된 생강을 bacillus subtilis로 발효하여 유효성분의 함량을 극대화시키고, 이를 이용한 추출물을 진공건조 홍삼농축액과 혼합할 경우 면역력 측정 지표를 개선시켜 면역 증강에 탁월한 효과를 나타냄을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 함유하는 것을 특징으로 한다. 본 과제는 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액의 혼합물을 실험동물에 투여하였을 때 면역력 측정 지표를 현저히 개선시켜 면역 증강 효과가 우수하다는 사실을 밝힘으로써, 이상의 혼합물을 활용하여 면역 증강에 도움을 주는 식품 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 포함하는 면역 증강용 식품 조성물을 제공한다. 본 발명의 면역 증강용 조성물은 안전할 뿐만 아니라, 면역력 측정 지표를 개선시켜 면역 증강 효과가 뛰어나므로, 면역 저하로 야기되는 각종 질병의 예방 및 개선에 효과적일 것으로 예상한다. 또한 기능성 생강 및 홍삼 음료의 상품화가 가능하여 생강 및 홍삼의 소비층을 확장시킬 수 있을 것으로 기대한다.
도 1은 bacillus subtilis를 이용한 생강의 발효시간별 6-gingerol과 6-shogaol의 합을 측정한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 포함하는 조성물의 면역 증강 효과를 검증하기 위하여 강제수영부하 실험을 통해 마우스의 부동시간을 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 포함하는 조성물의 면역 증강 효과를 검증하기 위하여 강제수영 후 면역력 지표물질인 IFN-γ(interferon-gamma)와 IL-6(interleukin-6)를 측정한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 포함하는 조성물의 면역 증강 효과를 검증하기 위하여 강제수영부하 실험을 통해 마우스의 부동시간을 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 포함하는 조성물의 면역 증강 효과를 검증하기 위하여 강제수영 후 면역력 지표물질인 IFN-γ(interferon-gamma)와 IL-6(interleukin-6)를 측정한 그래프이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액 혼합조성물 제조
본 발명의 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물의 제조는 아미코젠(주)에서 수행되었다.
서산산 생강 30kg을 준비하여 침지탱크에 담아 2배 중량의 정제수를 투입하고 15시간 상온 침지하였다. 침지 후 남은 물을 모두 배수하고 생강을 1~3cm 크기로 절단한 뒤, 증자용 고압 멸균기(auto clave)에 담아 121℃에서 40분간 증자하였다. 이를 40 내지 50℃까지 냉각하여 발효트레이에 담고, 오염에 주의하며 고초균(Bacillus subtilis) 또는 황국균(Aspergillus oryzae)을 생물생강 대비 2 중량%로 접종하였다. 이때 멸균된 주걱을 이용하여 골고루 섞이도록 혼합하였다. 30±10℃, 상대습도 65±15%를 유지하며 36 내지 72시간 동안 발효하였다. 발효가 종료된 후 45±5℃의 열풍대류건조기에서 24 내지 48시간 동안 건조하여 수분함량을 10% 이하로 조정하였다. 건조한 발효생강을 중량 대비 10배(w/v)의 95% 발효주정으로 30℃에서 180rpm 조건으로 24시간동안 추출하고, 이를 여과하여 60℃에서 감압회전농축하여 최종 50brix로 조정하였다.
본 발명에서 용어, "발효"는 미생물이 자신이 가지고 있는 효소를 이용해 유기물을 분해시키는 과정을 말한다. 발효반응과 부패반응은 비슷한 과정에 의해 진행되지만 분해 결과 인간에게 유용한 물질이 만들어지면 발효라 하고 악취가 나거나 유해한 물질이 만들어지면 부패라고 한다.
본 발명에서 발효생강의 유효성분을 최대로 증가시키기 위해 고초균(Bacillus subtilis)과 황국균(Aspergillus oryzae)을 각각 이용하여 발효하였으며, 상기 발효생강의 유효성분은 6-gingerol과 6-shogaol의 합으로 선정하였다.
6-gingerol, 6-shogaol 함량 분석은 HPLC(Jasco, Tokyo, Japan)를 이용하였다. 이때 사용한 컬럼은 Eclipse XDB-C18(4.6×250 mm)이고 시료의 검출은 UV detector를 사용하여 230 nm 파장에서 생성되는 크로마토그램을 이용하여 정량하였다. 시료는 20 μL 주입하였고 이동상은 HPLC용 증류수와 acetonitrile을 이용하여 1.0 mL/min의 유속으로 30분간 전개하였는데, 최초 acetonitrile 함량은 45%에서 12분에 65%, 18분에 80%로 올린 후 25분까지 유지하고 27분에 45%로 내린 후 30분까지 유지하였다. 정량분석을 위하여 6-gingerol, 6-shogaol을 각각 10, 25, 50, 100, 250 μM 농도로 희석하여 표준곡선을 작성하였다.
그 결과 [표 1]에서 보는 바와 같이 bacillus subtilis로 발효하였을 때 aspergillus oryzae 처리구에 비해 6-gingerol과 6-shogaol의 합이 약 30% 높은 것을 확인할 수 있었으므로 bacillus subtilis를 생강 발효를 위한 최적 종균으로 선정하였다.
구분 | Bacillus subtilis 발효 | Aspergillus oryzae 발효 |
6-gingerol과 6-shogaol 합 (mg/kg) |
4729 | 3632 |
본 발명에서 발효시간은 36 내지 72시간 동안 발효할 수 있으나 바람직하게 60 내지 72시간 동안 발효할 수 있고, 가장 바람직하게 60시간 동안 발효할 수 있다.
[도 1]에서 보는 바와 같이 60시간 발효시 6-gingerol과 6-shogaol의 합이 가장 높은 것을 확인할 수 있었고, 72시간 발효시 6-gingerol과 6-shogaol의 합은 60시간 발효에 비해 약간 감소하는 수준이나 공정시간의 효율성 등을 고려할 때 60시간 동안 발효하는 것이 가장 효과적인 것으로 판단되었다.
본 발명에서 추출 방법은 특별히 제한되지 않고, 유효성분이 파괴되지 않거나 최소화된 조건에서 실온 또는 가온하여 추출할 수 있다. 이 때 상기 발효생강 건조시료 중량의 1 내지 30배, 보다 바람직하게는 10배의 추출용매를 첨가하고 진탕추출, 열수추출, 감압추출, 냉침추출, 환류냉각추출, 초음파추출 등의 추출방법을 이용하여 추출할 수 있다.
본 발명에서 추출용매는 다양한 추출용매가 이용될 수 있다. 예컨대, 물, 탄소수 1 내지 4의 무수 또는 함수 저급 알코올(메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등), 상기 저급 알코올과 물의 혼합용매, 아세톤, 에틸 아세테이트, 클로로포름, 부틸아세테이트 또는 1,3-부틸렌글라이콜로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 용매로 추출된 것이 바람직하다. 본 발명의 발효생강 추출물은 물, 에탄올 또는 에탄올과 물의 혼합용매로 추출된 추출물이며, 보다 바람직하게는 에탄올(주정)을 추출용매로 이용하여 추출물을 얻은 것이다. 상기 본 발명의 발효생강추출물은 추출 후, 감압 증류, 동결 건조 또는 분무 건조 등의 과정에 의해 분말 또는 농축액 상태로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 상기 95% 주정으로 추출된 발효생강추출물을 감압회전농축하여 50brix로 조정한 것이다.
본 발명의 진공건조 홍삼농축액의 제조는 대동고려삼(주)에서 수행되었다.
홍삼은 1) 수삼을 수세하여 세척하는 단계, 2) 홍삼원료를 35 내지 55℃, -300 내지 760mmHg의 압력으로 6시간 내지 48시간 동안 진공건조하는 단계를 포함하여 제조하였다. 진공건조 홍삼농축액은 1) 진공건조 홍삼 10kg을 에탄올 50L에 넣고 80℃에서 18시간 동안 추출하는 단계, 2) 추출액을 40 내지 50℃에서 고형분 65브릭스까지 감압농축하는 단계, 3) 65℃에서 2~3일간 숙성하는 단계, 4) 80℃에서 1시간 이상 고온살균하는 단계를 거쳐 제조하였다.
상기 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액의 혼합조성물은 두 원료를 50:50 중량비로 교반 혼합하여 제조하였다.
면역 증강 효과 검증
<실시예 1>에서의 방법으로 제조된 혼합조성물의 면역 증강 효과를 검증하기 위하여 일정기간 시험시료를 투여하고 강제수영부하실험(forced swimming test, FST)을 통해 부동시간 측정 및 면역력 지표물질 IFN-γ, IL-6를 측정하였다. 이에 6주령 수컷 ICR mouse를 ㈜오리엔트바이오에서 구입하여 일정한 온도(23±1℃)와 습도(50±5%)하에서 흰쥐용 일반 고형사료(AIN-93G)로 1주간 적응시킨 후 실험군당 8마리씩 임의배치하여 실험에 사용하였다. 실험군은 Control(대조군), 발효생강추출물 투여군, 홍삼농축액 투여군, 발효생강추출물+홍삼농축액 투여군의 네 처리군으로 하여 각각의 시험물질을 300 mg/kg b.w. 용량으로 1일 1회, 4주간 경구투여 하였다. 투여기간 종료 후 강제수영부하실험(forced swimming test, FST)을 수행하였다. 이는 실험동물을 강제로 수영부하할 경우, 물에서 움직임이 없이 부동상태로 유지된 시간을 측정하여 비교하는 실험으로, 부동시간이 감소하였다는 것은 외부 자극(강제수영부하)에 의한 체력 및 활동성(면역)이 증가하였음을 의미한다. 또한 혈청 중 면역 관련 사이토카인 IFN-γ, IL-6를 측정하여 실제 외부자극 후 면역 지표물질이 얼만큼 생성되었는가를 측정하였다. 본 측정은 Griess reaction 법을 이용하여 ELISA 리더로 540 ㎚에서 흡광도를 측정하여 계산하였다. 실험군 간 유의성 검정은 ANOVA test 후 Duncan’s multiple range test로 p<0.05 수준에서 검정하였다.
그 결과 [도 2]에서 보는 바와 같이 발효생강추출물과 홍삼농축액을 단독 투여하였을 때 보다, 본 발명의 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액의 50:50 혼합조성물을 투여하였을 때 강제수영부하 중 부동시간이 가장 감소한 결과를 보였으며(p<0.05), 특히 홍삼농축액을 단독 투여한 처리군에 비해 약 34% 부동시간이 감소한 결과가 나타나(p<0.05) 두 소재의 복합 섭취에 의한 시너지 효과가 상당히 발생한 것으로 판단된다.
또한 [도 3]에서 보는 바와 같이 발효생강추출물과 홍삼농축액을 단독 투여하였을 때 보다, 본 발명의 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액의 혼합조성물을 투여하였을 때 면역력 지표물질인 IFN-γ와 IL-6가 모두 유의적으로 크게 상승하는 결과를 나타내었다(p<0.05). IFN-γ는 면역반응을 조절하거나 유도하는 인자로서, T 세포, B 세포, NK 세포 등을 활성화시키는 것으로 알려져 있고, 면역력이 상승할수록 IFN-γ의 발현도 증가하게 된다. IL-6는 T 세포, B 세포 등을 활성화시키며, 염증반응을 유도하는 것으로 알려져 있는데, 면역력이 상승할 경우 IL-6의 발현도 증가하게 된다. 따라서 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액의 복합 섭취는 면역 증강을 위한 시너지 효과를 발생시키는 것으로 판단되며, 이는 발효생강에서 기인한 6-gingerol과 6-shogaol이 홍삼에서 기인한 진세노사이드의 면역작용을 돕는 바이오인헨서(bioenhancer)의 역할을 하기 때문인 것으로 추측된다.
결국, 본 발명의 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 포함하는 면역 증강용 조성물은 발효생강에서 극대화된 6-gingerol과 6-shogaol이 홍삼의 진세노사이드의 면역작용을 돕는 바이오인헨서(bioenhancer)의 역할로 시너지 효과를 발생시켜 활동성을 증가시키고, 면역관련 사이토카인의 분비를 증가시켜 면역 증강에 탁월한 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명은 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 함유하는 식품 조성물을 제공한다. 본 발명의 bacillus subtilis를 이용한 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 포함하는 면역 증강용 조성물은 구성 원료 2종의 탁월한 시너지 효과로 활동성을 증가시키고, 면역관련 사이토카인의 분비를 증가시켜 면역 증강용 기능성 식품 제조에 효과적이어서 산업상 이용가능성이 높다.
Claims (3)
- Bacillus subtilis를 종균으로 하여 20 내지 40℃의 온도에서 60시간 동안 발효시킨 발효생강추출물과 진공건조 홍삼농축액을 혼합하여 제조된, 면역 증강용 조성물.
- 제1항의 혼합조성물을 유효성분으로 포함하는 식품 조성물.
- 삭제
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20220080493A (ko) | 2020-12-07 | 2022-06-14 | 대한민국(농촌진흥청장) | 신규한 바실러스 서브틸리스 균주 및 이를 이용하여 발효한 생강의 기능성 |
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KR20110013685A (ko) * | 2009-08-03 | 2011-02-10 | 김원규 | 해양심층수, 발효흑생강 추출물 및 대추농축액을 주성분으로 하는 기능성 음료조성물 |
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KR20150069663A (ko) * | 2013-12-16 | 2015-06-24 | 주식회사 풀무원 | 고미 개선된 홍삼농축액의 제조방법 |
-
2017
- 2017-12-27 KR KR1020170181497A patent/KR101967073B1/ko active IP Right Grant
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KR102445675B1 (ko) | 2020-12-07 | 2022-09-22 | 대한민국 | 신규한 바실러스 서브틸리스 균주 및 이를 이용하여 발효한 생강의 기능성 |
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