KR102234622B1 - 마카 다당류를 포함하는 이중미세캡슐 및 이의 제조방법 - Google Patents

마카 다당류를 포함하는 이중미세캡슐 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프리바이오틱 특성을 가지는 마카 다당류를 이용한 이중미세캡슐, 이의 용도 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

마카 다당류를 포함하는 이중미세캡슐 및 이의 제조방법{DOUBLE MICROCAPSULES CONTAINING MACA POLYSACCHARIDE AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 프리바이오틱 특성을 가지는 마카 다당류를 이용한 이중미세캡슐, 이의 용도 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
마카(maca, Lepidium meyenii Walpers)는 페루의 안데스산맥 해발 4,000미터 이상의 고지를 원산으로 페루의 인삼(Peruvian Ginseng)이라고 알려져 있으며, 고지의 혹독한 기후 속에서 자생하는 식물로서 영양가가 높은 식품으로 안데스 고지에서 기원전 2000년 전부터 재배되고 있는 작물이다.
종래의 마카 추출방법은 마카를 그대로 건조한 이후 분쇄하는 방법, 에탄올을 기반으로 하는 유기용매를 이용한 추출방법, 초임계 유체를 이용하는 추출방법이 있으나, 이러한 추출방법은 마카마이드, 단백질, 다당류, 환원당, 플라보노이드, 페놀 화합물 및 기타 항산화물질을 포함하는 다양한 유효성분을 동시에 얻기 어렵고 추출효율이 낮다는 문제가 존재한다.
한편, 미세캡슐(microencapsulation) 기술은 O/W/O, W/O/W, W/O/W/O 등과 같은 복잡한 구조를 갖는 다중 에멀젼(multiple emulsion) 기술이 지속적으로 많이 사용되고 있으며, 이를 안정화키기 위하여 이용되는 유화제가 주로 계면활성제나 합성 물질의 세포독성 등 환경적인 문제를 야기함에 따라, 최근에는 기존 석유 유래 합성 계면활성제, 고분자들을 천연 유래 물질로 대체하려는 노력이 계속되고 있는 실정이다.
한국공개특허 제10-2019-0085792호
본 발명의 목적은 마카 추출물을 포함하는 중심물질; 및 상기 중심물질을 1차 피복물질 및 2차 피복물질로 순차적으로 피복한, 이중미세캡슐을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 이중미세캡슐을 포함하는 프로바이오틱스 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 프로바이오틱스 조성물을 포함하는 식품조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 이중미세캡슐의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 마카 추출물을 포함하는 중심물질 및 상기 중심물질을 1차 피복물질 및 2차 피복물질로 순차적으로 피복한, 이중미세캡슐에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 “마카(maca, Lepidium meyenii Walpers)”는 페루의 안데스산맥 해발 4,000미터 이상의 고지를 원산으로 페루의 인삼(Peruvian Ginseng)이라고 알려져 있으며, 고지의 혹독한 기후 속에서 자생하는 식물로서 영양가가 높은 식품으로 안데스 고지에서 기원전 2000년 전부터 재배되고 있는 작물이다.
종래의 마카 추출방법은 마카를 그대로 건조한 이후 분쇄하는 방법, 에탄올을 기반으로 하는 유기용매를 이용한 추출방법, 초임계 유체를 이용하는 추출방법이 있으나, 이러한 추출방법은 마카마이드, 단백질, 다당류, 환원당, 플라보노이드, 페놀 화합물 및 기타 항산화물질을 포함하는 다양한 유효성분을 동시에 얻기 어렵고 추출효율이 낮다는 문제가 존재했다.
본 발명에서는 마카 뿌리로부터 프리바이오틱 기능을 가지는 다당류를 추출하여 폴리페놀과 같은 기능성 물질을 이중미세캡슐화 하는 방법을 제공한다.
캡슐화(encapsulation) 기술은 특정 환경 조건하에서 일정속도로 방출하여 중심물질(core material)이 가지고 있는 기능성 또는 생리작용을 크게 향상시킬 수 있으며, 중심물질에 영향을 줄 수 있는 빛, 산소, 수분 등의 외부 환경으로부터 보호하는 기술이다. 캡슐화 기술은 식품산업에서 불완전한 외부환경으로부터의 고유기능성 유지, 산화방지 및 보존성 향상, 이취 차단, 액상 식품의 고형화 등의 목적으로 사용되고 있으며, 색소, 항산화물질, 산, 효소, 미생물, 향기성분, 비타민, 무기질, 유지 등에 적용되고 있다.
본 발명에서, 상기 “이중미세캡슐”은 1000 μm 이하의 크기를 갖는 미세한 크기의 캡슐인 미세캡슐에서 중심물질이 2 중의 피복물질로 보호되도록 한 것이다. 이러한 이중미세캡슐은 여러 방법으로 제조될 수 있는데, 그 중 하나로 분무건조법(spray drying)이 있다. 분무건조법은 캡슐의 재료가 되는 물질이 녹아 있는 용매의 미세 액적(droplet)을 열풍 중으로 분무하여 빠르게 건조시킴으로써 이중미세캡슐을 얻는 방법으로, 단시간 내에 많은 이중미세캡슐을 얻을 수 있으며, 에멀젼(emulsion)과 같은 현탁액을 분무 건조하여 이중미세캡슐을 제조할 수 있다. 이중미세캡슐을 제조하는 방법은 상기 분무건조법에 제한되지 않으며, 당해 분야의 기술자가 필요에 따라 적절한 방법을 이용하여 이중미세캡슐을 제조할 수 있다.
본 발명에서, 상기 “중심물질(core material)”은 마카로부터 추출한 폴리페놀 등 이로운 물질을 녹인 용액, 에멀젼, 오일, 분말 등을 말하며, 특정 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서는 마카로부터 추출한 폴리페놀을 중심물질로서 사용하였으나, 이에 제한되지 않고 필요에 따라 이를 적절히 변경하여 적용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 “피복물질(wall material)”은, 중심물질을 보호하기 위하여 얇은 층으로 덮어씌우는 물질을 말한다. 피복물질은 외부 환경에서 상당히 불안정한 비배당체 폴리페놀 등의 유효성분이 안정성을 유지하도록 하고, 효소, 산, 공기 중의 산소, 빛, 열 등에 의해 다른 화학물질, 유도체 등으로 변화되지 않도록 보호할 수 있는 물질이면 제한없이 사용될 수 있다. 또한 상기 피복물질은 1차 피복물질, 2차 피복물질 등으로 구분되어 적용될 수 있으며, 본 발명에서는 1차 피복물질 및 2차 피복물질을 포함하는 이중미세캡슐이 형성되도록 하였다.
구체적으로, 상기 마카 추출물은 마카 잎 추출물일 수 있으며, 상기 1차 피복물질은 중간사슬트리글리세리드(MCT, medium chain triglyceride) 오일 및 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(PGPR, polyglycerol polyricinoleate)을 포함할 수 있다.
또한 구체적으로, 상기 2차 피복물질은 마카 다당류를 포함하는 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로 상기 마카 다당류는 마카 뿌리에서 유래한 것일 수 있다.
상기 마카 다당류는 마카 추출물에 알파-아밀라아제(alpha-amylase), 글루코아밀라아제(glucoamylase) 및 프로타멕스(protamex) 효소를 처리하여 수득한 것일 수 있다.
상기 프로타멕스는 식품용 단백질의 가수분해용으로 개발된 바실러스(Bacillus)의 프로테아제 복합체(protease complex)로 이루어진 내열성 효소로 식품 내 단백질의 가수분해 및 새로운 식품 개발에 주로 이용되며, 35 ~ 60℃, pH 5.5 ~ 7.5에서 우수한 활성을 나타낸다. 프로타멕스는 단백질을 무작위로 분해하는 내부 단백분해효소(endoprotease)와 단백질 말단에서 아미노산 단위로 분해하는 외부 단백분해효소(exoprotease) 중에서 내부 단백분해효소의 비율이 더 높다.
본 발명 일 실시예에서는 중간사슬트리글리세리드(MCT, medium chain triglyceride) 오일 및 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(PGPR, polyglycerol polyricinoleate)을 포함하는 1차 피복물질을 중심물질인 마카 추출 폴리페놀과 혼합하여 W/O형의 1차 에멀젼을 제조하였으며, 상기 1차 에멀젼에 마카 다당류 및 말토덱스트린으로 형성된 복합체로 제조된 2차 피복물질을 혼합하여 W/O/W형의 2차 에멀젼을 제조함으로써 이중미세캡슐을 제조하였다.
특히, 상기 2차 피복물질에 있어서, 마카 다당류의 함유량이 많아질수록 이중미세캡슐이 높은 캡슐화 효율을 가지며(표 8), 저장 안정성이 우수하고(도 8), 향상된 소화안정성을 나타냄을 확인하였다(도 9).
본 발명에서 상기 W/O형은 유중수(Water in Oil)형태의 에멀젼을 의미하는 것으로, 오일상(O) 내부에 수상(W)이 입자상태로 분산된 형태를 의미하고, 상기 W/O/W형은 수중유중수((Water in Oil) in Water, W/O/W) 유형의 다중 에멀젼을 의미하는 것으로서, 상기 유중수 형태의 에멀젼이 다시 한번 수상의 내부에 입자상태로 분산된 이중캡슐 형태를 의미한다.
더욱 구체적으로, 상기 2차 피복물질은 말토덱스트린 및 마카 다당류의 복합체를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 2차 피복물질은 총 고형물(total solid) 기준 마카 다당류를 0.01 중량% 내지 1.0 중량%로 포함하는 것일 수 있으나, 마카 다당류의 함량은 필요에 따라 적절히 변경할 수 있다.
본 발명 일 실시예에서는 상기와 같은 마카 다당류를 2차 피복물질에 포함하는 이중미세캡슐의 경우 마카 다당류의 함유량이 높아질수록 캡슐화 효율이 유의하게 증가함을 확인하였다(표 9). 캡슐화 효율은 피복물질이 중심물질을 안정하게 보호하는 정도를 말하며, 본 발명에서는 마카 다당류를 포함하는 2차 피복물질의 중심물질 보호 효과가 우수함을 확인하였다.
또한, 본 발명 일 실시예에서는 4°C, 20°C 및 40°C 조건 모두에서 마카 다당류를 2차 피복물질에 포함하는 이중미세캡슐의 저장안정성이 현저하게 우수함을 확인하였다(도 8).
나아가, 본 발명 일 실시예에서는 마카 다당류를 2차 피복물질에 포함하는 이중미세캡슐의 경우 마카 다당류를 포함하지 않는 이중미세캡슐에 비해 산성의 위액에서의 중심물질의 방출을 억제함으로써 소화 안정성을 향상시키고 소장에서의 생체이용률이 증가될 수 있도록 하였음을 확인하였다(도 9).
본 발명의 다른 일 측면은 상기 이중미세캡슐을 포함하는, 프로바이오틱스 조성물에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 프로바이오틱스 조성물은 프리바이오틱 특성을 가지는 모든형태의 조성물을 말하며, “프리바이오틱(prebiotic)” 이란 프로바이오틱스 기능을 갖는 장내 유익한 박테리아의 생장을 돕는 난소화성 성분을 의미하는 것으로서, 프로바이오틱스의 영양원이 되어 장내 환경을 개선하는 데 도움을 주는 물질을 말한다. 대표적으로 이눌린 또는 이눌린을 이용하여 만든 프락토올리고당 등이 식이섬유 등이 풍부한 프로바이오틱스로 알려져 있다. 프로바이오틱스는 올리고당과 같이 탄수화물로 이루어져 있는 경우가 많고, 대부분이 식이섬유의 형태로 존재한다.
구체적으로, 본 발명의 상기 프로바이오틱스는 장내 균총을 개선시키는 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로 상기 균총은 비피도박테리움 롱검(Bifidobacterium longum) 또는 락토바실러스 람노서스(Lactobacillus rhamnosus)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명 일 실시예에서는 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중미세캡슐의 프리바이오틱 성장 효과를 확인하였고, 그 결과 마카 다당류의 함유량이 높을수록 장내 유익균인 비피도박테리움 롱검 및 락토바실러스 람노서스의 생장이 촉진되는 것을 확인하였다(도 10).
장내 유익균이 증가할수록 장내 염증에 대한 항염증 기능이 강화되어 장 질환에 대한 개선 효과를 나타낼 수 있는 바, 본 발명의 프로바이오틱스 조성물은 장 질환의 예방 또는 개선 용도로 활용될 수 있다.
구체적으로, 상기 장 질환은 염증성 장 질환일 수 있으며, 더욱 구체적으로 상기 장 질환은 크론병(Chron's disease), 궤양성 대장염(ulcerative colitis), 장형 베체트병(intestinal Behcet's disease), 장결핵(intestinal tuberculosis) 및 장염(enteritis)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 마카 다당류를 포함하는 프리바이오틱스 조성물은 장내 미생물의 활성 및 생장을 크게 촉진시킴으로써, 장내 미생물의 대사 산물임과 동시에 대장세포 대사에 중요한 영양소로 알려진 부티르산 등의 단쇄지방산의 생성량을 크게 증가시킬 수 있어 장 질환의 예방 및 치료에 중요한 역할을 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면은 상기 프로바이오틱스 조성물을 포함하는 식품 조성물에 관한 것이다.
구체적으로 상기 식품 조성물은 장내 균총을 개선시키는 것일 수 있으며, 또한 구체적으로, 상기 식품 조성물은 장 질환의 예방 또는 개선 용도인 것일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 장 질환은 크론병(Chron's disease), 궤양성 대장염(ulcerative colitis), 장형 베체트병(intestinal Behcet's disease), 장결핵(intestinal tuberculosis) 및 장염(enteritis)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 식품의 종류에는 특별한 제한은 없다. 본 발명의 이중미세캡슐을 포함할 수 있는 식품은 소세지, 육류, 빵, 초콜릿류, 스넥류, 캔디류, 과자류, 라면, 피자, 기타 면류, 껌류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알코올 음료 및 비타민 복합제 등이 있다. 음료수로 제형화할 경우에 본 발명의 이중미세캡슐 외에 첨가되는 액체 성분으로는 이에 한정되지는 않으나, 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상술한 천연 탄수화물은 모노사카라이드(예, 포도당, 과당 등), 디사카라이드(예, 말토오스, 수크로오스 등) 및 폴리사카라이드(예, 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당), 및 자일리톨, 소르비톨, 에리스리톨 등의 당 알코올일 수 있다.
상기 식품의 종류는 구체적으로 건강기능식품일 수 있다. 상기 건강기능 식품은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 증진제 (치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 점증제, pH 조절제, 안정화제, 보존제, 글리세린, 알코올, 탄산음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 또한, 본 발명의 건강기능 식품은 과일 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있으며, 이러한 첨가제의 비율은 조성물 전체 중량당 0.001 내지 50 중량부의 범위에서 선택될 수 있다.
상기 건강기능식품은 식품의 생체 조절 기능을 강조한 식품으로 물리적, 생화학적, 생물공학적인 방법을 이용하여 특정 목적에 작용 및 발현하도록 부가가치를 부여한 식품이다. 이러한 건강기능식품의 성분은 생체 방어와 신체 리듬의 조절, 질환의 방지 및 회복에 관계하는 신체 조절 기능을 생체에 대하여 충분히 발휘하도록 설계하여 가공하게 되며, 식품으로 허용 가능한 식품 보조 첨가제, 감미료 또는 기능성 원료를 함유할 수 있다.
본 발명의 이중미세캡슐을 건강기능식품(또는 건강기능 음료 첨가물)에 포함하여 사용할 경우, 상기 이중미세캡슐을 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 사용하고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용할 수 있다. 상기 이중미세캡슐의 혼합량은 그의 사용 목적(예방, 건강 또는 개선, 치료적 처치)에 따라 적합하게 결정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면은 (a) 마카 추출물을 포함하는 중심물질 및 1차 피복물질을 혼합하여 1차 에멀젼(emulsion)을 제조하는 단계; (b) 마카 다당류를 말토덱스트린과 혼합하여 2차 피복물질을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계의 1차 에멀젼 및 (b) 단계의 2차 피복물질을 혼합하는 단계를 포함하는, 이중미세캡슐 제조방법에 관한 것이다.
구체적으로, 상기 1차 피복물질은 중간사슬트리글리세리드(MCT, medium chain triglyceride) 오일 및 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(PGPR, polyglycerol polyricinoleate)를 혼합한 것일 수 있다.
또한 구체적으로, 상기 2차 피복물질은 말토덱스트린 및 마카 다당류 복합체를 포함하는 것일 수 있다.
마카 추출물, 1차 피복물질, 2차 피복물질, 이중미세캡슐 등은 상기 설명한 바와 같다.
본 발명의 이중미세캡슐은 우수한 캡슐화 효율, 저장안정성 및 소화안정성을 나타낼 뿐 아니라 장내 유익균의 생장을 증진함으로써 장 질환에 대한 예방 및 개선 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 마카 뿌리에서 수득한 다당류에서 주요 작용기를 FT-IR 분석하고 그 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 마카 뿌리에서 수득한 다당류에서의 X-선 회절도를 분석하여 결정 형태를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 1H NMR 및 13C NMR로 마카 다당류의 구조를 분석한 결과를 나타낸 것이다(A: 1H NMR, B: 13C NMR).
도 4는 NMR 분석 결과와 GC-MS의 결과를 종합하여 분석한 마카 다당류의 구조식을 나타낸 것이다.
도 5는 W/O/W 에멀젼의 형성을 확인하기 위하여 광학현미경을 이용한 W/O/W 에멀젼의 분석을 수행한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중미세캡슐의 전자현미경(SEM) 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중미세캡슐의 FTIR 결과를 나타낸 것이다(A: 중심물질인 폴리페놀의 FTIR 결과, B: 피복물질인 말토덱스트린(MD), 아라빅검(AG), 마카 다당류(MP) 각각의 FTIR 결과, C: 이중미세캡슐의 FTIR 결과).
도 8은 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중미세캡슐의 저장안정성 측정 결과를 나타낸 것이다(A: 4°C, B: 20°C, C: 40°C).
도 9는 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중미세캡슐의 인공위장 및 소장에서의 안정성 평가 결과를 나타낸 것이다(A: 인공 위액, B: 인공 소장액).
도 10은 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중미세캡슐의 프리바이오틱 효과를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
제조예 1. 마카 다당류 추출물의 제조 방법
마카 뿌리로부터 마카 다당류 추출물을 제조하기 위하여, 마카뿌리 분말 60g에 무게 기준 20배의 증류수를 가하고, 10% NaOH를 이용하여 pH 11.0으로 조절한 후, 80°C에서 12시간동안 진탕 항온 수조(shaking water bath)를 이용하여 추출한 후, 실온까지 냉각시켰다.
이후, 상기 과정에서 수득한 상등액을 95% 에탄올에 12시간 동안 침지시킨 후, 이를 여과시켜 열풍건조 시키고, 건조된 시료를 증류수에 분산(1:10)한 후, pH를 5.5로 적정하여 알파-아밀라아제(alpha-amylase)를 넣고 50°C에서 2시간 반응시키고, 글루코아밀라아제(glucoamylase)를 처리한 후 50°C에서 1시간동안 효소 반응을 진행하였다.
상기 효소반응이 모두 끝이 나면, 100°C에서 20분간 반응을 정지한 후, 원심 분리하여, 상층액을 95% 에탄올에 12시간 동안 침지시킨 후, 여과를 시켜 열풍건조 시켰다. 이후 상기 건조된 시료를 다시 증류수에 분산(1:10)하고, 프로타멕스(protamex) 효소를 처리하여 50°C에서 1시간 반응 후에 상등액을 95% 에탄올에 12시간 동안 침지시킨 후, 이를 여과시켜 에탄올로 3회 세척한 후에 열풍건조 시키고, 이를 분쇄하여 본 발명에 사용하였다.
제조예 2. 이중미세캡슐의 제조 과정
2-1. W/O/W 에멀젼 제조
수중유중수((Water in Oil) in Water, W/O/W) 유형의 다중 에멀젼을 다음과 같은 두 단계의 절차로 제조하였다.
우선 1차 피복물질인 중간사슬트리글리세리드(MCT, medium chain triglyceride)오일과 유화제 PGPR(폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트; polyglycerol polyricinoleate)의 혼합물을 교반하여 투명하게 만들었다. 그 다음 마카 잎에서 추출한 폴리페놀을 1차 중심물질로 하여 MCT오일과 PGPR의 비율을 각기 다르게 하여 균질화 하였으며, 구체적인 조성 비율은 표 1에 나타내었다.
구분 폴리페놀(중량%) MCT 오일(중량%) PGPR(중량%) 유화 안정도지수(%)
실시예 1 9.5 89.5 1.0 90.0
실시예 2 19.5 79.5 1.0 96.7
실시예 3 29.5 69.5 1.0 95.4
실시예 4 39.5 59.5 1.0 93.3
그 결과, 1차 에멀젼인 W1/O 에멀젼의 최적 조성비는 MCT오일, PGPR 및 폴리페놀이 79.5 : 1 : 19.5%(w:w:w)인 실시예 2인 것을 확인하였다.
W/O/W 에멀젼 제조를 위하여, 상기 W1/O 에멀젼을 피복하기 위한 2차 피복물질(W2)을 제조하였다. 구체적으로, 마카 다당류-말토덱스트린을 일정 비율에 따라 첨가한 후, 균질기를 이용하여 9,400 rpm에서 5분 동안 혼합하였다. 이 물질을 다시 균질기를 이용하여 14,000 rpm에서 5분동안 추가적으로 균질화 하였다.
아라빅검 및 말토덱스트린의 혼합, 말토덱스트린 단독 조성물을 각각 비교예 1, 비교예 2로 하였으며, 아라빅검은 종래 이중미세캡슐 사용시 대표적으로 사용되는 다당류임에 따라 비교예에 포함하였다.
구체적인 조성 비율은 하기 표 2에 나타난 바와 같다.
구분 2차 피복물질 마카 다당류
(MP)		 말토덱스트린(MD) 아라빅검
(AG)		 총 고형물(Total
Solid)
실시예 5 마카 다당류-말토덱스트린(MD-MP 0.5) 0.5 29.5 0.0 30.0
실시예 6 마카 다당류-말토덱스트린(MD-MP 1.0) 1.0 29.0 0.0 30.0
실시예 7 마카 다당류-말토덱스트린(MD-MP 1.5) 1.5 28.5 0.0 30.0
실시예 8 마카 다당류-말토덱스트린(MD-MP 2.0) 2.0 28.0 0.0 30.0
비교예 1 아라빅검-말토덱스트린(MD-AG) - 28.0 2.0 30.0
비교예 2 말토덱스트린(MD) - 30.0 - 30.0
그 다음 W1/O 에멀젼 25%(w/w)와 상기 제조예 2에서 제조한 2차 피복물질(W2) 75%(w/w)를 혼합하여 교반기에서 400rpm으로 5분간 교반 하였으며, 이를 균질기를 이용하여 균질화(5분, 20,000rpm)하여 W/O/W 에멀젼을 제조하였다.
2-2. 분무건조를 이용한 미세캡슐제조
상기 제조예 2-1에서 제조한 W/O/W 에멀젼을 분무건조기(Eyela spray-dryer SD-1000, Eyela, Tokyo, Japan)를 이용하여 분말형태의 미세캡슐로 제조하였다. 구체적인 주입 공기 온도 130±5℃, 배출 공기 온도 80±5℃, 회전 분무기 10×10 kPa, 송풍기 속도 0.80 m3/min 및 펌프 속도 1.0 mL/min로 조정하였다. 제조된 미세캡슐은 공기가 통하지 않는 어두운 병에 넣어 -20°C에서 냉동 보관하여 실험에 사용하였다.
실험예 1. 마카 다당류의 이화학적 성분 분석
제조예 1에서 제조한 마카 다당류 추출물의 이화학적 성분을 분석하기 위하여, 일반성분인 수분, 조단백, 조지방 및 조회분의 함량을 분석하였다.
구체적으로, 총당은 페놀-황산(phenol-sulfuric acid) 방법을 사용하여 분석하였으며, 우론산(Uronic acid) 함량은 D-갈락투론산(D-galacturonic acid)을 표준물질로 하여 m-하이드록시페닐 비색분석(m-hydroxyphenyl colorimetric)법으로 분석하였다. 에스테르화도는 적정(titration)법을 이용하여 분석하였다.
상기 마카 다당류의 단당류 조성 분석은 마카 다당류를 알디톨 아세테이트(alditol acetate)로 전환시켜 사용하고, GC column은 HP-5 (0.25 mm × 30 m × 0.25 μm)를, 디텍터(detector)는 Flame ionization detector(FID)를 사용하였으며 주입 온도 270℃, 디텍터 온도 270℃, 컬럼 온도는 140℃에서 240℃까지 4℃/min의 조건하에서 검출하였다.
상기한 조건하에서 진행한 마카 다당류의 일반성분 분석 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
이화학적 구성성분 비율
수분 (%) 6.20±0.62
조회분(ash) (%) 0.81±0.01
조단백질(Protein) (%) 비검출
조지방(Fat) (%) 비검출
총 전분 함량(Total starch content) (%) 비검출
총 당 함량(Total sugar) (% w/w) 82.73±0.76
총 폴리페놀 함량(Total polyphenol content) (%) 비검출
표 3에 나타난 바와 같이, 수분은 6.20%, 조회분은 0.81%, 조단백질은 0.00%, 조지방은 0.00%인 것을 확인하였고, 총 당함량은 82.73%로 구성된 것을 확인하였다.또한, 상기 단당류의 조성분석 결과 아라비노오스(arabinose), 갈락토오스(galactose), 람노오스(rhamnose) 및 글루코오스(glucose)로 구성된 것을 확인하였으며 구체적인 구성비는 하기 표 4에 나타내었다.
단당류 구성성분(Monosaccharide composition) 비율(mol %)
아라비노오스(Arabinose) 69.42±0.61
갈락토오스(Galactose) 15.22±0.24
람노오스(Rhamnose) 11.51±1.07
글루코오스(Glucose) 3.85±0.57
실험예 2. 마카 다당류의 구조적 특성 분석
상기 실험예 1에서 더 나아가, 마카 뿌리에서 수득한 다당류의 구조적 특성을 FT-IR, X-선 회절, GC-MS 및 NMR 분석을 이용하여 확인하였다.
실험예 2-1. 마카 다당류의 FTIR(fourier transform infrared) 분석
마카 뿌리에서 수득한 다당류에서 주요 작용기를 FT-IR(Spectrum One System, Perkin-Elemer, USA)을 통하여 분석하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
측정결과 도 1에 나타난 바와 같이, 3380 cm-1과 2933 cm-1에서 각각 O-H 신축진동과 C-H 신축진동에 상응하는 피크를 나타내었다. 또한 1603 cm-1에서 카보닐 그룹의 C=O 신축진동에 상응하는 피크를 확인하였으며, 1406 cm-1근처에서 C-O 신축진동에 기인하는 피크를 확인할 수 있었다. 1200-1000 cm-1의 범위 피크는 피라노오스(pyranose)형태의 C-O-C와 C-OH 신축진동에 상응하는 피크였다. 상기 피크들을 통하여 마카뿌리에서 추출한 물질은 다당류에 해당하는 것임을 확인하였다.
실험예 2-2. 마카 다당류의 X-선 회절 분석
마카 뿌리에서 수득한 다당류에서의 X-선 회절도를 분석하여 결정 형태를 확인하였다. 구체적으로, X-ray 회절도는 피크의 위치에 따라 전분의 결정형을 확인할 수 있으며, 피크 높이에 따라 결정형의 강도를 확인할 수 있다.
도 2에 나타난 바와 같이, 마카뿌리에서 추출된 다당류는 18° 부근에서 피크가 나타났으며, 이는 다른 다당류와 유사한 패턴을 보이는 것인 바 마카 뿌리에서 수득한 당류가 다당류임을 확인하였다.
실험예 2-3. GC-MS 및 NMR 분석을 통한 마카 다당류의 구조 파악
마카 뿌리로부터 수득한 다당류의 구조를 파악하기 위하여 GC-MS 및 NMR을 이용하여 결합구조 및 화학 구조식을 확인하였다.
구체적으로, GC-MS 분석을 통하여 다당류의 결합구조를 확인하였고, 그 결과 하기 표 5에 나타난 바와 같이 결합 패턴이 1,2,5-, 말단(terminal), 1,5-결합 Araf (1,5-linked Araf), 말단-결합-Rhap(terminal-linked-Rhap) 및 1,4-결합-Galp(1,4-linked-Galp)로 구성되어 있었고, 그 조성비는 각각 14.67, 4.95, 49.61, 8.12 및 15.47 mol%임을 확인하였다.
부분 O-메틸아디톨 아세테이트
(Partially O-methyladitol acetate)		 결합 패턴
(Linkage pattern)		 몰랄비(Molar ratio, %)
3-Me-Ara →2,5)-Araf -(1→ 14.67
2,3,5-Me3-Ara Araf-(1→ 4.95
2,3-Me2-Ara →5)-Araf-(1→ 49.61
2,3,4-Me3-Rha Rhap-(1→ 8.12
2,3,6-Me3-Gal →4)-Galp-(1→ 15.47
또한, 1H NMR 및 13C NMR로 마카 다당류의 구조를 분석한 결과를 도 3에 나타내었다.
상기 NMR 분석 결과와 GC-MS의 결과를 종합해 볼 때, 마카 다당류의 주사슬구조는 주로 α-L-1,5-결합된 아라비노푸라노오스(α-L-1,5-linked arabinofuranose)로 이루어져 있고, α-L-1,2,5-결합된 아라비노푸라노오스와 α-L-1-결합된 아라비노푸라노오스, β-D-1,4-결합된 갈락토파이로노오스(β-D-1,4-linked galactopyronose)와 β-D-1-결합된 람노파이로노오스(β-D-1-linked rhamnopyronose)가 잔기로 연결되어 있는 다당류임을 확인하였으며, 이 구조식을 도 4에 나타내었다.
실험예 3. 마카 다당류의 프리바이오틱 특성 평가
제조예 1에서 제조한 마카 다당류의 프리바이오틱 특성을 평가하기 위하여 비피도박테리움 롱검 ATCC 15705(Bifidobacterium longum ATCC 15705) 및 락토바실러스 람노서스 ATCC 7469(Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469)균을 마카 다당류에 접종을 하여 배양하고, 유산균의 생장 정도를 확인하였다.
이때 비피도박테리움 롱검 ATCC 15705(Bifidobacterium longum ATCC 15705)은 Reinforced Clostridial Medium(RCM) 배지를 사용하였고, 락토바실러스 람노서스 ATCC 7469(Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469) 균은 Man Rogosa Sharp(MRS) 배지를 사용하였다. 대조군으로는 시판 다당류인 이눌린을 사용하였다.
균의 종류 배지 Log CFU/mL
비피도박테리움 롱검 ATCC15705 RCM 배지 6.92 ± 0.21
RCM 배지 + 이눌린 7.72 ± 0.24
RCM 배지 + 마카 다당류 8.12 ± 0.72
락토바실러스 람노서스 ATCC 7469 MRS 배지 9.37 ± 0.52
MRS 배지 + 이눌린 10.19 ± 0.35
MRS 배지 + 마카 다당류 11.09 ± 0.07
그 결과, 상기 표 6에 나타난 바와 같이, 비피도박테리움 롱검 ATCC 15705(Bifidobacterium longum ATCC 15705) 균에서 마카 다당류는 12.65 CFU/mL로 시판 다당류인 이눌린보다 2.5배 정도 높은 총 균수를 나타냈으며, 락토바실러스 람노서스 ATCC 7469(Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469) 균에서도 마찬가지로 마카 다당류가 5.57 CFU/mL로 시판 다당류인 이눌린보다 5배 정도 높은 총 균수를 나타내었다. 따라서, 상기한 결과로부터 마카 다당류는 비피도박테리움 롱검 ATCC 15705(Bifidobacterium longum ATCC 15705) 및 락토바실러스 람노서스 ATCC 7469(Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469)균에서 시판 다당류인 이뉼린보다 현저히 우수한 프리바이오틱 효과를 나타냄을 확인하였다.
실험예 4. 마카 다당류의 단쇄지방산 함량 분석
장내 미생물들은 생체 내에서 식이섬유를 발효시켜 유기산과 단쇄지방산을 생성하며, 생성되는 유기산 및 단쇄지방산의 양이나 비율은 식이섬유를 구성하는 단당류의 종류, 결합의 종류, 중합도, 용해도 등의 영향을 받는 바, 본 발명의 마카 다당류에서 생성되는 단쇄지방산의 함량을 확인하였다.
구체적으로, 단쇄지방산의 함량은 상기 실험예 3에서 미생물에 의해 발효된 시료를 이용하여 GC로 분석하였고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다. 총 SCFAs 함량은 아세트산(acetic acid), 프로피온산(propionic acid) 및 부티르산(butyric acid)을 모두 합한 것이다.
균의 종류 배지 아세트산 (mM) 프로피온산 (Mm) 부티르산 (mM) 총 SCFAs 함량 (mM)
비피도
박테리움 롱검 ATCC15705		 RCM 배지 27.43 ± 0.96 10.11 ± 0.00 0.05 ± 0.00 37.58 ± 0.97
RCM 배지
+ 이눌린		 36.23 ± 0.96 10.10 ± 0.05 0.05 ± 0.00 47.38 ± 0.60
RCM 배지+마카 다당류 43.95 ± 0.38 12.55 ± 0.23 0.05 ± 0.00 56.54 ± 0.14
락토
바실러스 람노서스 ATCC 7469		 MRS 배지 19.23 ± 0.22 10.08 ± 0.00 0.06 ± 0.00 29.38 ± 0.22
MRS 배지
+ 이눌린		 26.32 ± 0.59 10.11 ± 0.05 0.06 ± 0.00 36.45 ± 0.58
MRS 배지+마카 다당류 30.29 ± 0.82 10.08 ± 0.00 0.07 ± 0.00 40.46 ± 0.82
상기 표 7에 나타난 바와 같이, 비피도박테리움 롱검 ATCC 15705 균에 의해 발효된 마카 다당류는 시판 다당류인 이눌린에 비하여 아세트산 및 프로피온산의 함량이 증가하였지만, 부티르산은 동일한 값을 보였다. 락토바실러스 람노서스 ATCC 7469 균에 의해 발효된 마카 다당류는 시판 다당류인 이눌린에 비하여 아세트산 및 부티르산의 값은 향상하였지만, 프로피온산의 함량은 동일한 값을 보이는 것을 확인하였다.
장내 미생물 발효에 의하여 생성되는 주요 단쇄지방산에는 아세트산, 프로피온산, 부티르산 등이 있으며, 상기 분석 결과에서도 아세트산, 프리피온산, 부티르산이 주요 단쇄지방산으로 확인되었다.
상기 단쇄지방산 중 부티르산은 효능적인 측면에서 대장세포 대사에서 가장 중요한 단쇄지방산으로 장질환의 예방 및 치료에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
따라서, 본 발명의 마카 다당류는 장내 미생물에 의하여 풍부한 단쇄지방산을 생성할 수 있어, 장질환의 예방을 위한 식이섬유로 활용이 가능한 것을 확인하였다.
실험예 5. W/O/W 에멀젼의 이화학적 특성 분석
상기 제조예 2에서 제조한 W/O/W 에멀젼의 이화학적 특성을 분석하고, 하기 표 8에 나타내었다.
구분 유화안정성 지수
ESI (%)		 입자 크기
Particle size (μm)		 제타 전위
Zeta-potential (mV)
실시예 5(MD-MP 0.5) 80.33 10.42±5.48 -13.46±0.82
실시예 6(MD-MP 1.0) 88.67 5.11±1.52 -21.63±0.62
실시예 7(MD-MP 1.5) 92.67 2.92±0.69 -33.67±0.06
실시예 8(MD-MP 2.0) 92.67 2.92±0.19 -36.11±0.73
비교예 1(MD-AG) 80.67 18.84±0.41 -12.89±0.92
비교예 2(MD) 75.33 23.17±1.09 -10.27±0.27
상기 표 8에 나타난 바와 같이, W/O/W 에멀젼의 유화안정성 지수는(ESI) 마카 다당류의 함량이 증가될수록 높아지는 것을 확인하였으며, 마카 다당류의 함량이 증가할수록 에멀젼의 사이즈가 증가하고, 제타전위의 수치가 감소하는 것을 확인하였다. 즉, 마카 다당류의 함유량이 높아질수록 안정적인 에멀젼을 제조할 수 있었다.
실험예 6. W/O/W 에멀젼의 광학현미경 분석
W/O/W 에멀젼의 형성을 확인하기 위하여 광학현미경을 이용한 W/O/W 에멀젼의 분석을 수행하였으며 그 결과를 도 5에 나타내었다.
실시예 5 내지 8의 모든 샘플은 둥근모양과 비교적 매끄러운 표면을 보였으며, 마카 다당류의 함량이 증가할수록 에멀젼의 사이즈가 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 상기 실험예 5의 사이즈 분석 결과와 동일한 것임을 확인하였다.
실험예 7. 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중미세캡슐의 캡슐화 효율 측정
캡슐화 효율이란 이중미세캡슐을 생성한 후 피복물질 내에 매립된 중심물질의 유지 및 보호 정도를 의미하는 것으로서, 이중미세캡슐에 사용된 중심물질의 백분율에 의해 측정하였다.
마카 다당류의 함량을 달리하여 제조한 실시예 5 내지 10을 대상으로 캡슐화 효율을 측정한 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
구분 캡슐화 효율 (%)
실시예 5(MD-MP 0.5) 88.51±0.01
실시예 6(MD-MP 1.0) 89.05±0.02
실시예 7(MD-MP 1.5) 90.34±0.01
실시예 8(MD-MP 2.0) 90.61±0.04
비교예 1(MD-AG) 85.38±0.01
비교예 2(MD) 79.23±0.09
상기 표 9에 나타난 바와 같이, 마카 다당류의 함량이 증가할수록 이중미세캡슐의 효율이 향상되었으며, 이러한 결과는 말토덱스트린과의 수소결합이 강해져 점성이 강해지기 때문인 것으로 분석되었다.
실험예 8. 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중미세캡슐의 전자현미경 분석
마카 다당류의 함량을 달리하여 제조한 실시예 5 내지 10의 입자 크기 및 입자 표면을 분석하기 위하여, 주사 전자 현미경(HR FE-SEM, MERLIN, Carl Zeiss, Jena, germany)을 이용하여 5 kV에서 관찰하였다.
그 결과, 실시예 5 내지 8의 입자 크기는 각각 11.90±0.06, 5.85±0.07, 3.11±0.04, 3.05±0.03, 18.97±0.07 및 24.46±0.05 μm로 측정되어 마카 다당류의 함량이 많을수록 사이즈가 감소하는 것을 확인하였다.
또한, 상기 전자현미경 분석 결과를 나타낸 도 6에 나타난 바와 같이, 실시예 5 내지 8에서는 마카 다당류의 농도가 증가하면 이중미세캡슐의 모양이 더욱 부드럽고 구형에 가까우며, 입자 크기가 작아지는 것을 확인하였다.
그러나, 말토덱스트린으로만 제조한 비교예 2에서는 이중미세캡슐은 분무건조 동안 고온에 의한 피복물질의 네트워크가 약하여 변성에 기인하여 수축 및 표면 함몰을 일으켰다. 반면, 마카 다당류와 말토덱스트린 혼합체로 제조한 이중미세캡슐의 표면이 매끄럽고 균열이 없고, 움푹 들어간 곳이 없었다. 따라서, 다당류와 다당류의 혼합물은 수소 결합이 형성이 되어 안정적인 미세캡슐을 제조할 수 있음을 확인하였다.
실험예 9. 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중 미세캡슐의 제타전위 측정
미세캡슐의 제타전위는 그 전위 값이 높을수록 응집력에 대한 분산 안정성이 향상되는 중요한 요소이므로, 마카 다당류의 함량을 달리하여 제조한 실시예 5 내지 8, 비교예 1 및 비교에 2의 제타전위를 측정하였다.
구체적으로, 미세캡슐의 제타전위는 ELSZ-1000 type zeta potential & particle size analyzer(Phota Otsuka Electronics, Osaka, Japan)을 이용하여 측정하였으며, 미세캡슐의 제타전위를 측정하기 위해 각각의 미세캡슐은 최종농도가 1 mg/mL로 되도록 희석하여 사용하였고, 측정결과는 하기 표 10에 나타내었다.
구분 제타전위(mV)
실시예 5(MD-MP 0.5) -30.30±0.19
실시예 6(MD-MP 1.0) -38.27±0.26
실시예 7(MD-MP 1.5) -41.59±0.44
실시예 8(MD-MP 2.0) -41.57±0.28
비교예 1(MD-AG) -27.09±0.18
비교예 2(MD) -13.95±0.39
그 결과, 말토덱스트린만 사용하여 제조한 비교예 2보다 아라빅검과 말토덱스트린의 혼합물인 비교예 1의 제타전위의 값이 감소한 것을 확인하였으며, 마카 다당류와 말토덱스트린의 혼합물의 제타전위 값은 상기 비교예 1 및 2보다 낮은 제타전위 값을 가지고, 마카 다당류의 함량이 증가할수록 제타 전위가 더욱 감소하는 경향을 확인하였다.일반적으로 제타 전위가 ± 30 mV보다 높을 때, 유제는 정전 기적 반발력으로 인해 안정한 것으로 간주할 수 있는 바, 마카 다당류의 함량이 증가할수록 정전기적으로 안정도가 높아지는 것을 확인하였다.
실험예 10. 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중미세캡슐의 FTIR(fourier transform infrared) 분석
중심물질인 폴리페놀이 다양한 피복물질에 정확하게 미세캡슐이 형성되었는지 확인하기 위해 FTIR 분광법을 이용한 분석을 실시하였다.
구체적으로, 미세캡슐의 FTIR-ATR(fourier transform infrared-attenuated total reflectance) 스펙트럼을 Perkin-Elmer SpectrumgX FT-IR spectrometer(Perkin-Elmer, Beaconsfield, UK)를 이용하여, DTGS(deuterated triglycine sulfate) 검출기로 4,000-400 ㎝-1 범위에서 분석하였다.
중심물질인 폴리페놀의 FT-IR의 결과는 도 7A에 나타내었고, 피복물질들인 말토덱스트린, 아라빅검, 마카 다당류의 결과는 도 7B에 나타내었다. 또한, 말토덱스트린, 아라빅검과 말토덱스트린의 혼합체, 마카 다당류와 말토덱스트린의 혼합체로 피복된 이중미세캡슐의 FT-IR의 결과는 도 7C에 나타내었다.
이중미세캡슐의 FT-IR의 결과인 도 7C에서는 피복물질들의 피크를 나타낸 도 7B에서 발견되지 않은 2853 cm-1의 새로운 피크가 발견되었으므로, 중심물질인 폴리페놀이 피복물질들에 의하여 피복되어 전체적으로 이중미세캡슐이 형성되었음을 확인하였다.
실험예 11. 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중미세캡슐의 저장안정성 측정
미세캡슐의 저장안정성 측정(storage stability)을 위해 마카 다당류의 함량을 달리하여 제조한 실시예 5 내지 8, 비교예 1 및 비교예 2 각각의 미세캡슐 2g을 테스트 튜브에 옮겨 담은 후, 30일동안 4°C, 20°C 및 40°C에서의 안정성을 평가하고, 그 결과를 도 8에 나타내었다.
그 결과, 상기 실시예 5 내지 8의 이중미세캡슐이 상기 모든 온도 범위에서 비교적 높은 저장 안정성을 유지하는 것을 확인하였다. 또한, 마카 다당류 2.0%를 함유한 실시예 8이 가장 높은 저장 안정성을 보이는 것을 확인하였으며, 전반적으로 마카 다당류의 함량이 증가할수록 저장안정성이 향상되었다. 따라서, 마카 다당류와 말토덱스트린 혼합체로 피복된 이중미세캡슐이 말토덱스트린만으로 피복한 이중미세캡슐 보다 중심물질의 생체화합물의 방출을 지연시켜 안정성을 상승시키는 것을 확인하였다.
실험예 12. 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중미세캡슐의 인공위장 및 소장에서의 안정성 평가
체내 소화과정에서의 미세캡슐의 안정성 평가는 실시예 5 내지 8, 비교예 1 및 비교예 2 각각의 이중미세캡슐을 대상으로 인공 위액(simulatedgastric fluid, SGF) 및 인공 소장액(simulated intestinal fluid, SIF) 조건에서 코팅물질로부터 중심 물질인 폴리페놀의 방출율을 측정하여 평가하였고, 그 결과를 도 9에 나타내었다.
구체적으로, 인공 위액 및 장액은 다음과 같은 방법으로 제조하였다. 인공위액(simulatedgastric fluid, SGF)은 3g/L의 펩신을 NaCl 용액(9g/L)에 용해시켜 제조하였으며, 1 M HCl을 이용하여 pH를 1.2로 조정하였다. 인공장액(simulated intestinal fluid, SIF)은 3g/L의 bile salts과 10g/L의 판크레아틴(pancreatin from porcine pancreas)을 PBS 용액에 용해시켜 제조하였으며, 0.1 M NaOH를 이용하여 pH 8.0로 조정하였다.
이후, 실시예 5 내지 8, 비교예 1 및 비교예 2 각각의 미세캡슐 3.6g을 마개가 덮인 삼각플라스크에 옮겨 담고 37°C 로 설정된 항온수조에서 150rpm으로 교반 하면서 다음과 같이 순차적으로 진행하였다. 위장-인공위액(SGF) 12mL를 첨가하여 2시간 동안 교반하고; 소장-인공장액(SIF) 12mL를 첨가하여 8 시간 동안 교반하면서 반응시켰다. 소화과정 동안 일정한 간격으로 시료를 취해 0.1% HCl 용액과 1:1로 혼합하고 3,500rpm에서 10 분간 원심 분리하였으며, 원심분리후 상등액을 취해 0.45 ㎛ 필터로 여과하여 용액 중에 방출된 페놀함량(phenolic content)을 측정하였다.
도 9에 나타난 바와 같이, 인공 위액에서 마카 다당류를 이용하여 제조한 미세캡슐로부터 방출된 폴리페놀의 함량은 마카 다당류의 함량이 증가함에 따라 낮아 지는 것을 확인하였다. 이는 마카 다당류가 함유될수록 말토덱스트린과의 수소결합을 형성하여 안정성인 폴리머를 형성하기 때문에 산성의 조건에서도 안정적으로 중심물질을 보호할 수 있기 때문인 것으로 보인다.
실험예 13. 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중미세캡슐의 프리바이오틱 효과
소화안정성을 확인한 이중미세캡슐이 대장 환경에서 유익균의 증진에 얼마나 영향을 끼치는지 확인하기 위하여 비피도박테리움 롱검(Bifidobacterium longum) ATCC 15705균을 인공 소장까지 소화가 된 이중미세캡슐에 접종하여 배양하였다.
이때, 비피도박테리움 롱검(Bifidobacterium longum) ATCC 15705은 Reinforced Clostridial Medium (RCM) 배지를 사용하였고, 대조군으로는 시판 다당류인 이눌린을 사용하였다.
그 결과, 도 10에 나타난 바와 같이 마카 다당류의 함유량이 높은 미세캡슐일수록 장내 유익균인 비피도박테리움 롱검 ATCC 15705의 함량이 증가하는 것을 확인하였다.
이러한 결과는 인공 위장 및 소장 내에서 중심물질인 폴리페놀의 방출량이 적었을 뿐만 아니라, 실험예 3에서 확인한 바와 같이, 마카 다당류 자체로도 유익균을 발효시킬 수 있는 프리바이오틱 효과를 가지기 때문인 것으로 보인다.
따라서, 마카 다당류를 이용하여 제조한 이중미세캡슐은 프리바이오틱의 향상을 위한 새로운 다당류 소재로 활용이 가능할 뿐만 아니라, 기능성 물질을 대장까지 보호하여 생체전달시스템 물질로 활용이 가능함을 시사한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 마카 추출물을 포함하는 중심물질; 및
    상기 중심물질을 1차 피복물질 및 2차 피복물질로 순차적으로 피복한, 이중미세캡슐로서,
    상기 1차 피복물질은 중간사슬트리글리세리드(MCT, medium chain triglyceride) 오일 및 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(PGPR, polyglycerol polyricinoleate)를 포함하며,
    상기 2차 피복물질은 말토덱스트린 및 마카 다당류의 복합체를 포함하는 것인, 이중 미세캡슐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마카 추출물은 마카 잎 추출물인 것인, 이중미세캡슐.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마카 다당류는 마카 뿌리에서 유래한 것인, 이중미세캡슐.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마카 다당류는 마카 추출물에 알파-아밀라아제(alpha-amylase), 글루코아밀라아제(glucoamylase) 및 프로타멕스(protamex) 효소를 처리하여 수득한 것인, 이중미세캡슐.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 2차 피복물질은 총 고형물(total solid) 기준 마카 다당류를 0.01 중량% 내지 1.0 중량%로 포함하는 것인, 이중미세캡슐.
  9. 제1항의 이중미세캡슐을 포함하는, 프로바이오틱스 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로바이오틱스는 장내 균총을 개선시키는 것인, 프로바이오틱스 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 균총은 비피도박테리움 롱검(Bifidobacterium longum) 또는 락토바실러스 람노서스(Lactobacillus rhamnosus)인 것인, 프로바이오틱스 조성물.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 프로바이오틱스는 장 질환의 예방 또는 개선 용도인 것인, 프로바이오틱스 조성물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 장 질환은 크론병(Chron's disease), 궤양성 대장염(ulcerative colitis), 장형 베체트병(intestinal Behcet's disease), 장결핵(intestinal tuberculosis) 및 장염(enteritis)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것인, 프로바이오틱스 조성물.
  14. 제9항의 프로바이오틱스 조성물을 포함하는, 식품 조성물.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 식품 조성물은 장 질환의 예방 또는 개선 용도인 것인, 식품 조성물.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 장 질환은 크론병(Chron's disease), 궤양성 대장염(ulcerative colitis), 장형 베체트병(intestinal Behcet's disease), 장결핵(intestinal tuberculosis) 및 장염(enteritis)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것인, 식품 조성물.
  17. (a) 마카 추출물을 포함하는 중심물질 및 1차 피복물질을 혼합하여 1차 에멀젼(emulsion)을 제조하는 단계;
    (b) 마카 다당류를 말토덱스트린과 혼합하여 2차 피복물질을 제조하는 단계; 및
    (c) 상기 (a) 단계의 1차 에멀젼 및 (b) 단계의 2차 피복물질을 혼합하는 단계를 포함하는, 이중미세캡슐 제조방법으로서,
    상기 1차 피복물질은 중간사슬트리글리세리드(MCT, medium chain triglyceride) 오일 및 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(PGPR, polyglycerol polyricinoleate)를 혼합한 것인, 이중 미세캡슐 제조방법.
  18. 삭제
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