KR20080067747A - 홍삼 박으로부터 산성 다당체를 추출하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 홍삼박으로부터 산성 다당체를 추출하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 홍삼에서 추출물을 제조하고 부산물로 배출되는 홍삼박으로부터 산성 다당체를 추출하는 방법과 상기 방법으로 제조된 산성 다당체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법은, 종래 인삼 또는 알코올 추출 인삼박으로부터 산성 다당체를 추출하는 방법보다 산성 다당체의 함량을 증가시키고 그 이용율을 최대화 할 수 있는 우수한 효과를 가지므로 산업적·경제적인 면을 고려해 볼 때 유용하게 사용될 수 있다.
홍삼박, 산성 다당체, 추출 방법, 알코올 추출

Description

홍삼 박으로부터 산성 다당체를 추출하는 방법 {Method of the extraction of acidic polysaccharide from red ginseng marc}
도 1a는 본 발명에 따른 추출 온도별 홍삼박 다당체 추출물의 전분 함량을 나타낸 것이다.
도 1b는 본 발명에 따른 추출 온도별 홍삼박 다당체 추출물의 산성 다당체 함량을 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 추출 시간별 홍삼박 다당체 추출물의 전분 함량을 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명에 따른 추출 시간별 홍삼박 다당체 추출물의 산성 다당체 함량을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 추출 시간별 홍삼박 다당체의 수율(함량)을 나타낸 것이다.
도 4a는 본 발명에 따른 추출 온도별 홍삼박 다당체의 전분 함량을 나타낸 것이다.
도 4b는 본 발명에 따른 추출 온도별 홍삼박 다당체의 산성 다당체 재 용해율을 나타낸 것이다.
도 5a는 본 발명에 따른 추출 시간별 홍삼박 다당체의 전분 함량을 나타낸 것이다.
도 5b는 본 발명에 따른 추출 시간별 홍삼박 다당체의 산성 다당체 재 용해율을 나타낸 것이다.
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본 발명은 홍삼 박으로부터 산성 다당체를 추출하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 홍삼에서 추출물을 제조하고 부산물로 배출되는 홍삼 박으로부터 산성 다당체를 추출하는 방법과 상기 방법으로 제조된 산성 다당체에 관한 것이다.
인삼 (Panax ginseng C.A. Meyer)은 동양에서 일찍부터 약리 효능이 인정되어 한방, 민간 의약 및 식품으로 광범위하게 이용되어져 왔다.
특히, 인삼의 사포닌 및 다당체를 면역조절작용에 관한 연구가 활발하게 이루어져 인삼의 다당체는 약 20 ~ 30%를 차지하는 전분 외에 혈당강하성분인 파나산 (panaxan) A-U 등의 21종이 알려져 있고, 생체방어기능 활성 물질인 PG 5-1 (단백질 함유 다당체)이 있으며, 그밖에 항보체 활성 다당체 등이 있는 것으로 밝혀졌다.
인삼에 함유되어 있는 산성 다당체는 유사 펙틴 α-1,4-폴리갈락투로난 (pectin-like α-1,4-polygalacturonan) 골격을 갖는 분자량이 약 34,600인 물질로 혈당강하작용, 면역조절작용 및 항암작용을 하는 것으로 보고되고 있다 .
또한, 세포분열 촉진작용과 항보체 활성이 있는 것으로 밝혀졌고, 독소 호르몬 (toxohormone)-L에 의해 유도되는 지질분해를 저해하는 성분으로 분리된 바가 있다.
또한, 홍삼에서 추출된 산성 다당체를 알코올대사 효소계 및 지질대사계를 활성화하여 알코올성 고지혈증을 개선하는 것으로 밝혀졌다.
한편, 홍삼 제품을 제조하기 위해 알코올로 추출하고 배출되는 부산물인 홍 삼 잔사물, 즉 홍삼박은 산업적으로 동물 사료 또는 퇴비로 이용되거나 대부분은 폐기되고 있는 실정이다.
이러한 알코올 추출 잔사물은 홍삼에 대하여 약 65%가 얻어지는데, 상당량의 다당체가 용출되지 않고 함유되어 있을 뿐만 아니라 알코올 추출 잔사물의 산성 다당체는 항암 및 면역 활성이 높은 것으로 보고된 바가 있다.
따라서, 상기와 같이 폐기되는 홍삼박은 자원의 재활용 측면에서 그 속에 함유되어 있는 산성 다당체를 추출하여 기존의 홍삼 추출액보다 효능이 우수한 새로운 기능성 소재 개발이 요구되고 있다.
그러나, 종래 홍삼박에서 산성 다당체를 추출하는 방법(대한민국 등록특허 제10-0127387호 "인삼 또는 알콜추출 인삼박으로부터 산성 다당체를 분리하는 방법")은 고온에서 추출하기 때문에 산성 다당체에 비해 상대적으로 전분 함량이 높아 산성 다당체의 추출 효율이 낮은 문제가 있었다.
다시 말해, 다당체를 추출하는 온도가 55℃ 이상이 되면, 다당체 입자의 결정성 구조가 비가역적으로 붕괴되는 호화가 일어나며, 가온 상태에서 추출된 다당체는 다당체를 침전시키기 위해 첨가된 알코올(즉, 에탄올)에 의한 탈수현상으로 노화가 일어나고, 노화된 다당체는 불용성으로 변하여 미세결정 상태가 되는데(Belitz, H. D. and Grosch, W. (Eds) (1999) Food chemistry. 301. Apringer-Verlag, Berlin), 그 결과, 가온상태에서 추출하여 에탄올로 침전시킨 다당체를 물로 용해시켰을 경우, 물에 재 용해되는 다당체의 상대적인 양이 감소해 이용에 제한이 있었다.
이에 본 발명자들은 홍삼으로부터 추출물을 제조하고 부산물로 배출되는 홍삼박을 산업적으로 활용하고자 예의 노력한 결과, 상기와 같은 문제점을 해소함과 동시에 홍삼박에서 산성 다당체를 효율적으로 추출하기 위한 조건을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
결국, 본 발명의 주된 목적은 홍삼 제품을 제조하기 위해 알코올로 추출하고 배출되는 홍삼박에서 산성 다당체를 추출하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 산성 다당체를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 홍삼박으로부터 산성 다당체를 추출하는 방법을 제공한다.
구체적으로 본 발명은, (1) 홍삼 또는 알코올 추출 홍삼박을 실온 이하의 온도에서 온수 추출한 다음, 원심 분리하여 그 추출액만을 수거하고; 및 (2) 상기 추출액에 알코올을 가하여 침전된 산성 다당체를 분리하는; 과정으로 이루어진 홍삼박으로부터 산성 다당체를 추출하는 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기의 추출 온도는 5 내지 25℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 8℃인 것을 특징으로 할 수 있고, 이때 추출 시간은 24시간 이내, 바람직하게는 6시간 추출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 홍삼박으로부터 추출된 산성 다당체 를 제공한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1. 홍삼박의 제조
서울시 소재의 경동시장에서 상품(上品)의 홍삼을 구입하여, 분쇄기로 갈아 분말로 만든 후 100 g 을 취하여 70% 에탄올 1 ℓ를 가해 일주일 간격으로 3회 냉침 추출을 하고, 각 추출물을 여과하여 남은 잔사를 홍삼박 시료로 사용하였다.
실시예 2. 홍삼 다당체의 추출물 제조
상기 실시예 1에서 제조한 홍삼박 5 g을 100 ㎖의 물을 가하고, 교반하면서 추출 온도와 추출 시간을 달리하여 추출한 후 원심분리한 다음, 그 추출액만 얻었다.
실시예 3. 홍삼 다당체 제조
상기 실시예 2에서 제조한 홍삼 다당체 추출액을 2 ㎖씩 취해 8 ㎖의 에탄올을 가하여 다당체를 침전시킨 후 3,000 rpm에서 20분간 원심 분리하여 상등액을 제 거하고, 침전된 다당체를 실온에서 건조하여 홍삼 다당체를 얻었다.
실시예 4. 전분 함량 분석
상기 실시예 2에서 제조한 홍삼 다당체 추출물에 25% HCl를 가하여 수욕 상에서 3시간 가열하여 가수분해하고, 상기 가수분해 액은 10 N NaOH로 중화하여 전분 함량을 측정하였다.
전분 함량은 DNS법(Miller, G. L. (1972) Use of dinitro salycylic acid reagent for determination of reducing sugar. Anal. Chem. 31: 426-428)으로 포도당(glucose)을 정량하여 전분과 포도당과의 분자량의 비, 즉 0.9를 곱하여 에탄올 침전물에 함유되어 있는 전분 함량을 백분율로 나타내었다.
실시예 5. 산성 다당체 함량 분석
상기 실시예 2에서 제조한 홍삼 다당체 추출물 시료 중 산성 다당체 함량은 카르바졸-황산 방법(Bitter, T. and Muir, H. M. (1962) A modified uronic acid carbazole reaction. Anal. Biochem. 4: 330-334)으로 측정하였다.
구체적으로, 시료 5㎖를 붕산나트륨/진한 황산(sodium borate/c-H2SO4) 시약 2.5 ㎖에 중층시켜 잘 혼합하여 10분간 끓는 물로 가열한 후 식힌 다음 카르바졸/에탄올(carbazole/ethanol) 시약 0.2 ㎖를 가해 15분간 끓는 물에 가열 발색시킨 것을 530 ㎚에서 흡광도를 측정하였다.
이때 글루쿠론산(glucuronic acid)을 표준용액으로 사용하여 표준곡선을 작성하고, 이 값으로부터 에탄올 침전물에 함유된 글루쿠론산의 함량을 백분율로 환산하였다.
실험예 1. 추출 온도에 따른 홍삼 다당체 추출물의 전분 및 산성 다당체 함량 분석
상기 실시예 2의 제조 방법에 따라 홍삼 다당체 추출물을 제조하되, 추출 온도에 따른 전분 함량을 조사하기 위하여 각각 8℃에서 24시간, 25℃에서 24시간, 55℃에서 3시간 및 100℃에서 1시간 동안 1회 추출한 후 3,000 rpm에서 20분간 원심분리하여 상등액을 얻었다.
상기의 상등액은 상기 실시예 4 및 실시예 5의 방법으로 전분과 산성 다당체의 함량을 조사하고, 그 결과를 도 1a 및 도 1b에 나타내었다.
도 1a에서 보는 바와 같이, 추출온도가 높을수록 전분 함량이 증가하는 경향을 나타내었다. 8℃에서 24시간 추출했을 때의 전분 함량은 5.90%였으나, 25℃에서 24시간 추출했을 경우에는 7.58%, 55℃에서 3시간 추출했을 경우에는 7.74%였으며, 100℃에서 1시간 추출했을 경우에는 15.68%로 추출 효율이 8℃에서보다 약 2배 가까이 높았다.
다만, 25℃에서 24시간 추출했을 때와 55℃에서 3시간 추출했을 때의 전분 함량 차이는 없었다.
상기 결과로부터 온도가 증가함에 따라 짧은 시간 내에 추출량이 증가하는 것을 알 수 있었으며, 전분의 추출 함량을 온도와 시간을 조절함에 따라 조절할 수 있음을 확인하였다(p<0.01).
한편, 산성 다당체의 함량은 8℃에서 3.39%, 25℃에서 4.01%, 55℃에서 4.64% 및 100℃에서 6.15%로, 추출온도가 증가함에 따라 산성 다당체 함량이 증가하였다(도 1b 참조).
즉, 100℃에서 1시간 추출했을 때의 산성 다당체 함량은 8℃에서 24시간 추출한 것보다 약 2배 높았으며, 이는 저온에서 장시간 추출하는 것보다 고온에서 단시간 추출하는 것이 산성 다당체의 추출 효율을 높일 수 있다는 도 등(Do, J. H., Lee, H. O., Lee, S. K., Noh, K. B., Lee, S. D. and Lee, K. S. (1993) Comparisons of acidic polysaccharide content in various ginseng species and parts. Korea J. Ginseng Sci. 17: 145-147; Lee, J. W. and Do, J. H. (2002) Extraction condition of acidic polysaccharide from korean red ginseng marc. J. Ginseng Res. 26: 202-205; Do, J. H., Lee, H. O., Lee, S. K., Jang, J. K., Lee, S. D. and Sung, H. S. (1993) Colorimetric determination of acidic polysaccharide from Panax ginseng, its extraction condition and stability. Korea J. Ginseng Sci . 17: 139-144)의 보고와도 일치하는 것이다.
그러나, 고온에서 추출하면 전분 추출이 증가하기 때문에 추출되는 전분 함량을 적게 하고, 상대적으로 산성 다당체의 함량을 높이기 위해서는 55℃에서 3시간 추출하는 것이 가장 바람직할 것으로 사료된다.
실험예 2. 추출 시간에 따른 홍삼 다당체 추출물의 전분 및 산성 다당체 함량 분석
상기 실시예 2의 제조 방법에 따라 홍삼 다당체 추출물을 제조하되, 추출 온도에 따른 전분 함량을 조사하기 위하여 8℃ 및 25℃에서 각각 6, 12, 24, 48시간 동안 1회씩 추출한 후 3,000 rpm에서 20분간 원심분리하여 상등액을 얻고, 상기 상등액은 상기 실시예 4 및 실시예 5의 방법으로 전분과 산성 다당체의 함량을 조사하였다.
추출시간에 따른 홍삼 다당체 추출물의 전분 함량은 도 2a에 나타낸 바와 같다.
8℃에서 6, 12 및 24시간 동안 추출했을 때의 전분 함량은 각각 6.0%, 5.7% 및 5.9%로 추출된 전분 함량 차이는 없었다.
또한, 25℃의 경우, 8℃에서와 마찬가지로 전분 함량은 6.83%, 6.71% 및 7.6%로 나타나 24시간 이내일 때 추출되는 전분 함량은 차이가 없는 것으로 확인되었다.
그러나, 추출시간이 48시간일 때 8℃에서 7.3%, 25℃에서 9.75%로 6시간 추출했을 때와 비교하여 유의하게 증가하였다(도 2a 참조).
따라서, 실온 이하의 온도에서 전분의 추출은 24시간 이내에서는 추출시간이나 온도에 영향을 받지 않으며, 일정한 농도로 추출되는 것을 확인하였다.
산성 다당체의 경우, 도 2b에서와 같이, 8℃에서 추출된 산성 다당체 함량은 3.41%(6시간), 3.39%(12시간), 3.39%(24시간) 및 3.86%(48시간)로 추출 시간에 따른 산성 다당체 함량에는 유의한 차이가 없었다.
25℃에서는, 3.71%(6시간), 3.66%(12시간) 및 4.01%(24시간)로 추출 시간이 24시간 이내일 때 산성 다당체 함량은 차이를 나타내지 아니하였으나, 48시간 추출에서는 4.50%로 8℃에 비해 산성 다당체 함량이 증가하였다(p<0.05).
이는 실온 이하의 온도에서 산성 다당체의 추출은 추출 시간과 추출 온도에 영향을 받지 않는 것이 확인되었으므로, 산업적으로 산성 다당체를 저온에서 단시간 추출하는 방법을 이용할 수 있을 것으로 사료된다.
실험예 3. 추출 온도에 따른 홍삼 다당체 추출물의 함량 분석
본 발명에서는 홍삼박으로부터 추출된 다당체를 산업적으로 이용하기 위해 건조된 산성 다당체의 재 용해 조건을 알아보기 위하여, 상기 실시예 2에서 제조한 홍삼 다당체 추출물을 상기 실시예 3의 방법에 따라, 에탄올로 침전시켰을 때 추출액 1㎖에 침전되는 다당체의 중량을 측정하였다.
그 결과, 추출 온도가 8℃에서는 7.31 ㎎/㎖였으며, 25℃에서 9.65 ㎎/㎖, 55℃에서 9.65 ㎎/㎖, 그리고 100℃에서는 19.98 ㎎/㎖로 8℃에서 추출되는 다당체의 양보다 약 2.7배가 높았다(도 3 참조).
즉, 추출 온도가 높을수록 다당체 함량이 증가하였고, 저온에서 장시간 추출하는 것보다는 고온에서 단시간 추출했을 때 추출되는 다당체 함량이 높은 것으로 나타나 추출온도와 추출시간이 홍삼(박)으로부터 다당체 추출에 영향을 준다는 것을 확인하였다.
실험예 4. 건조 홍삼 다당체에 함유되어 있는 전분 및 산성 다당체 함량 조사
본 발명에서는 홍삼박으로부터 추출된 다당체에 함유되어 있는 전분 및 산성 다당체 함량을 측정하기 위하여, 상기 실시예 3에서 제조된 건조 홍삼 다당체에 대해 상기 실시예 4 및 실시예 5의 방법으로 전분 및 산성 다당체 함량을 측정하였다.
도 4a에서와 같이, 추출 온도가 높을수록 전분 함량은 감소하는 결과를 나타내었는데, 8℃에서 24시간 추출했을 때의 전분 함량은 51.28%, 25℃에서 24시간 추출했을 경우에는 32.50%로 8℃에서보다 약 1.6배 감소하였다.
또한, 55℃에서 3시간 추출했을 경우에는 31.01%, 100℃에서 1시간 추출했을 경우에는 15.51%로 나타나 추출 효율이 8℃에서보다 약 1/3로 감소하였다.
그러나, 25℃에서 24시간 추출한 전분의 함량과 55℃에서 3시간 추출한 전분 함량은 유의적인 차이가 나타나지 아니하였다(p<0.01).
산성 다당체의 함량은, 8℃에서 24.74%, 25℃에서 12.33%, 55℃에서 11.57% 및 100℃에서 5.20%로, 추출 온도가 증가함에 따라 산성 다당체 함량이 감소하였으나 25℃와 55℃에서의 유의한 차이는 없었다(도 4b 참조).
100℃에서 1시간 추출했을 때 재 용해된 산성 다당체 함량은 8℃에서 24시간 추출한 것과 비교해 약 1/5로 감소하였으므로 저온에서 장시간 추출하는 것이 고온에서 단시간 추출하는 것보다 산성 다당체의 추출 효율을 높일 수 있을 것으로 판단된다.
한편, 실온 이하의 온도인 8℃와 25℃에서 재 용해되는 전분 함량을 조사한 결과는 도 5a에 나타내었다.
8℃에서 추출 시간이 6, 12, 24 및 48시간일 때의 전분 함량은 각각 52.85%, 42.70%, 51.28% 및 41.45%로 추출 시간에 따른 전분 함량에는 유의한 차이가 없었으나, 25℃에서는 각각 27.48%, 29.62%, 32.50% 및 76.00%로 나타나 추출 시간이 길수록 추출되는 전분 함량이 증가하였다.
그러나, 12시간과 24시간 동안 추출되는 전분 함량은 유의한 차이가 없었다.
상기 결과로부터 추출되는 전분 함량은 8℃에서 추출할 때는 추출 시간에 영향을 받지 않고 일정한 농도로 추출되며, 25℃에서 추출할 때는 추출 시간이 길수록 전분 함량이 증가하는 것을 확인하였다.
추출 시간에 따라 산성 다당체가 재 용해되는 비율을 조사한 결과는 도 5b와 같다.
8℃에서 추출한 산성 다당체의 재 용해율은 24.51%(6시간), 23.54%(12시간) 및 24.74%(24시간)로 추출 시간이 24시간 이내일 때는 차이가 없었으나, 추출시간 이 48시간일 때는 11.57%로 감소하였다.
25℃에서 추출한 경우 역시 산성 다당체의 재 용해율이 11.54%(6시간), 11.83%(12시간) 및 12.33%(24시간)로 추출 시간이 24시간 이내일 때 유의적인 차이가 없었고, 24시간 이내에 추출되는 산성 다당체의 함량은 25℃에서 추출하는 것보다 8℃에서 추출했을 때 약 2배가량 높게 나타났다.
반면, 25℃에서 48시간 추출했을 때에는 산성 다당체의 재 용해율이 22.42%로 24시간 이내 추출했을 때보다 약 2배가 증가하였고, 8℃에서 추출했을 때보다도 높았다.
따라서, 실온 이하의 온도에서 산성 다당체의 추출 효율을 높이기 위해서는 8℃에서 6시간 추출하는 방법과 25℃에서 48시간이 추출하는 방법이 바람직하나, 산업적·경제적인 면을 고려해 볼 때 8℃에서 6시간 추출하는 것이 더욱 바람직할 것으로 사료된다.
실험예 5. 통계 분석
본 발명에서 모든 실험은 4회씩 반복하였으며, 실험 결과는 평균±표준편차로 나타내었고, 결과의 유의성 검정은 스튜던트 t-테스트(student's t-test)로 분석하였다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
이상 상세히 기술한 바와 같이, 본 발명은 홍삼에서 추출물을 제조하고 부산물로 배출되는 홍삼박으로부터 산성 다당체를 추출하는 방법과 상기 방법으로 제조된 산성 다당체를 제공하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 방법은, 기존 인삼 또는 알코올 추출 인삼박으로부터 산성 다당체를 추출하는 방법보다 산성 다당체의 함량을 증가시키고, 추출한 다당체를 동결건조하여 보관 후 다시 용해하여 제품에 첨가하거나 제형화 하는 경우 고온으로 추출한 다당체와 비교할 때 재 용해율이 우수하여, 그 이용율을 최대화 할 수 있으므로 산업적·경제적인 면을 고려해 볼 때 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (4)

  1. 홍삼박으로부터 산성 다당체를 추출하는 방법에 있어서,
    (1) 홍삼 또는 알코올 추출 홍삼박을 실온 이하의 온도에서 온수 추출한 다음, 원심 분리하여 그 추출액만을 수거하고; 및
    (2) 상기 추출액에 알코올을 가하여 침전된 산성 다당체를 분리하는; 과정으로 이루어진 홍삼박으로부터 산성 다당체를 추출하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 추출 온도는 8 내지 25℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 추출 시간은 6 내지 24시간 이내 인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항의 방법으로 제조된 홍삼박으로부터 추출한 산성 다당체.
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