KR20130085970A - 효소전환 및 분획기술을 이용한 사포닌 전환체 화합물 케이-강화된 분획물 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인삼 다이올계 사포닌의 전환체인 화합물 K 및 그것이 고함유된 인삼분획물의 제조방법에 관한 것으로, 셀룰라아제, 펙티넥스 또는 β-글루코시다아제의 활성을 갖는 식용효소를 이용하여 인삼 다이올계 사포닌의 배당체를 분해시켜 생리활성이 우수한 화합물 K-강화된 인삼농축액을 제조하고 이를 분리정제하여 화합물 K 함량을 증강시킨 식용가능한 건강기능성 식품 용도의 분획물을 제공하는 뛰어난 효과가 있다.
Description
본 발명은 효소반응을 이용하여 인삼 사포닌으로부터 전환된 20-Ｏ-β-D-글루코피라노실-20(S)-프로토파낙사다이올(이하, 화합물 K)을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인삼의 다이올계 사포닌인 진세노사이드 Rb1, Rc, Rb2, Rd 또는 이들을 함유하는 혼합물 등을 다당류 분해효소와 효소반응시킴으로써 당을 선택적으로 분해시켜 화합물 K가 강화된 인삼, 홍삼 또는 미삼 추출물 및 농축액을 제조한 후 이들을 흡착수지를 통하여 분획하여 화합물 K가 강화된 식품 또는 건강기능성 식품조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
인삼은 오가과(Araliaceae) 인삼 속(Panax)에 속하는 다년생 초본류로서, 그 뿌리를 인삼(Ginseng radix)이라 하여 약용으로 이용한다. 인삼 성분에 관한 최초의 과학적 연구는 미국의 Garriques가 시작하였다. Garriques는 1854년 미국삼으로부터 무정형 glycosides를 분리하여 panaquilon이라고 명명하여 보고하였고, 1957년 소련의 약리학자 Brekhman은 인삼의 약리효능을 나타내는 유효성분으로서 사포닌 배당체를 보고한 이래로 사포닌에 대한 집중적인 연구가 이루어졌다.
한편, 화합물 K는 진세노사이드의 기본골격인 aglycon의 20번 탄소에 하나의 glucose가 결합되어 있는 프로토파낙사다이올(PPD)계 사포닌의 하나로 진세노사이드 Rb1, Rc, Rb2로부터 장내세균에 의해 생성된 전환체이다(Hasegawa, H. et al., Planta Medica, 62:453-457(1996)). 화합물 K는 암세포 증식 및 전이 억제, 항노화, 항 알러지 및 면역증강작용이 있는 것으로 알려져 있으나, 인삼 또는 홍삼 자체에는 들어있지 않고, 장내세균에 의한 체내 대사산물로만 얻을 수 있는데, 사람마다 장내 미생물의 종류 및 대사 능력이 다르기 때문에 개인에 따라 흡수 및 효능의 차이가 나타날 수 있다(Hasegawa, H. et al., Planta Medica, 63(5):436-440(1997)).
지금까지, 이러한 인삼 사포닌을 화합물 K로 전환시키는 방법으로는 열처리(Kitagawa et al., Yakugaku Zasshi., 103:612-622(1983); Kwon et al., J.Chromatography A., 921:335-339(2001); Park, Food Ind. Nutr., 9:23-27(2004)), 산처리(Han et al., Planta Medica., 44:146-149(1982), Bae et al., Arch Pharm Res. 27(1):61-67(2004)), 알칼리처리(Chen et al., Chem. Pharm. Bull. 35:1653-1655(1987); Im et al., Kor J Ginseng Sci. 19:291-294(1995)), 유기합성(Anufriev et al., Carbohydr Res. 304:179-182(1997)) 및 미생물의 효소에 의한 전환법 등이 보고되어 있다. 이들 방법 중 효소를 이용하는 효소전환법은 반응 부산물을 거의 생성하지 않고 기질에 특이적으로 작용하여 선택적 전환이 가능하다는 점, 비교적 안정된 조건에서 반응을 진행할 수 있다는 점, 높은 효율성을 나타낸다는 점 등 때문에 가장 효율적인 인삼 사포닌 전환법이라고 할 수 있다.
그런데, 화합물 K를 제조하는 방법으로써 토양균이나 장내세균을 이용할 경우에는 미생물 배양에 장시간이 소요되며 식품으로 이용할 수 없다는 단점이 있다. 대한민국 공개특허 제10-2008-0103299호에는 식품에 이용할 수 있는 곰팡이와 유산균을 이용하는 방법이 개시되어 있지만 이에 따르면, 미생물 균주의 배양에 많은 시간과 비용이 소모된다는 문제점이 있기 때문에 상업화에 적절하지 못하고, 베타갈락토시다제, 나린지나제 및 락타아제 등의 효소를 이용하여 전환시키는 경우에는 화합물 K보다는 진세노사이드 Rh1과 Rh2가 주로 생성된다는 문제점이 있었다.
국내등록특허 제10-0418604호에는 아스퍼질러스 속에서 분리한 펙티나제 및 페니실리움 속에서 분리한 나린지나제 중 적어도 하나와 반응시켜 화합물 K를 고수율로 얻는 방법이 제안되었으나, 여기에서는 기질로 사용한 정제 사포닌을 인삼으로부터 분리하는 공정과 화합물 K를 고수율로 얻기 위한 분리공정에서 식품용으로 불허된 유기용매를 사용하기 때문에 최종산물을 식품으로 사용할 수 없다는 문제점이 있었다. 한편, 국내등록특허 제10-0877489호에는 효소 펙티넥스(Pectinex)를 이용한 효소전환법으로 화합물 K를 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 수율이 현저히 낮기 때문에 산업상 이용가능성이 없는 것으로 확인되었다.
이 밖에도 국내등록특허 제10-0856083호에는 화합물 K를 포함한 홍삼 특이 사포닌 고함유 인삼엑기스의 제조방법이 공지되어 있으나, 이는 고온 및 고압의 조건에서 사포닌을 추출하고 산 또는 알코올 처리 단계를 반드시 거쳐야 한다는 점에서 제조설비 상의 어려움과 제조시간 및 관련 비용이 과다 소모되기 때문에 비효율적일 뿐만 아니라, 화합물 K보다는 진세노사이드 Rg3 및 Rh2가 주로 생성된다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 인삼, 홍삼 또는 미삼의 용매 농축물을 효소반응시켜 화합물 K가 강화된 농축액을 수지에 흡착시킨 후 용출한 화합물 K-강화된 분획물, 건강기능성 식품조성물 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 목적은 국내 식품위생법상 허용되는 용매인 물 또는 주정을 용매로서 사용하여 추출한 인삼, 홍삼 또는 미삼 추출물 중의 인삼 사포닌을 다당류 또는 주정 분해효소와 효소반응시켜 화합물 K-강화된 농축액을 제조하는 단계와; 상기 화합물 K-강화된 농축액을 흡착수지를 이용하여 사포닌 성분만을 용출시켜 화합물 K를 고함유한 분획물을 제조하는 단계를 통하여 달성하였다.
본 발명은 사포닌 성분을 Cytolase PCL5 효소와 반응시킨 후, 용매로서 물과 주정만을 사용하여 화합물 K를 얻을 수 있는 효과가 있으며 나아가, 식용 및 약용이 가능하며, 화합물 K-강화된 분획물의 제조 및 화합물 K-강화된 분획물을 유효성분으로 함유하는 건강기능성 식품조성물을 제조하는 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 효소사용량과 반응시간에 따라 변화하는 본 발명의 화합물 K 함량의 분석결과를 도시하는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 화합물 K-강화된 분획물의 제조공정이다.
도 3은 일반적인 인삼, 홍삼 추출물의 고성능 액체 크로마토그래피 크로마토그램(HPLC Chromatogram)이다.
도 4는 효소반응을 이용하여 화합물 K의 함량을 증대시킨 후, 흡착수지를 이용해 얻은 화합물 K-강화된 분획물의 HPLC 크로마토그램이다.
도 2는 본 발명에 따른 화합물 K-강화된 분획물의 제조공정이다.
도 3은 일반적인 인삼, 홍삼 추출물의 고성능 액체 크로마토그래피 크로마토그램(HPLC Chromatogram)이다.
도 4는 효소반응을 이용하여 화합물 K의 함량을 증대시킨 후, 흡착수지를 이용해 얻은 화합물 K-강화된 분획물의 HPLC 크로마토그램이다.
본 발명은 인삼, 홍삼 또는 미삼 추출물을 셀룰라아제, 펙티넥스 또는 β-글루코시다아제 역가를 가지는 다당류 또는 주정 분해효소와 반응시켜 인삼, 홍삼 또는 미삼 추출물 중의 인삼 사포닌인 진세노사이드 Rb1, Rb2, Rc, Rd를 화합물 K로 전환시켜 화합물 K가 강화된 인삼, 홍삼 또는 미삼 농축액을 제조하는 단계와; 상기 화합물 K-강화된 농축액은 흡착수지를 이용하고 비 사포닌 성분을 제거한 후 용출시킴으로써 화합물 K가 강화된 사포닌 전환체 화합물 K-강화된 분획물을 수득하는 단계로 구성된다.
이하, 본 발명의 구체적인 내용은 하기 실시예와 첨부하는 도면을 통하여 상세히 설명한다.
<실시예>
제1단계: 인삼, 홍삼 또는 미삼의 추출물 제조 공정
인삼, 홍삼 또는 미삼 원료와 상기 각 원료의 10배(w/v)의 물 또는 주정을 넣고 80℃에서 200rpm으로 4시간씩 3회 환류추출하여 인삼, 홍삼 또는 미삼 추출물을 제조하였고, 그 결과는 하기 [표 1]과 같다.
제2단계: 추출물의 냉각, 여과 및 농축 공정
상기 제1단계에서 얻은 인삼, 홍삼 또는 미삼 각 추출물을 상온 또는 저온에서 중탕냉각하고 여과한 다음 감압농축하여 65°brix 이상의 농축물을 제조하였다.
제3단계: 농축물의 희석 및 효소 반응 공정
상기 제2단계에서 얻은 인삼, 홍삼 또는 미삼 각 농축물을 10배(w/v)의 물로 희석하고 구연산을 첨가하여 pH를 4.3으로 조절한 다음, 효소 Cytolase PCL5®(프랑스 DSM사 제품)를 2%(v/v) 첨가하고 56℃에서 200rpm으로 24~85시간 반응시켰다.
<실험예 1>
효소 사용량 및 반응시간에 따른 실험
본 발명의 효소분해기질은 백미삼 추출액(8.4°brix)과 홍미삼 추출액(8.2°brix)을 사용하였고 분해반응은 각각 효소 사용량 1%, 2%, 3% 및 5%의 효소농도로 수행하였다.
본 실험예에서 효소분해 반응은 56℃에서 180rpm으로 24~60시간의 반응조건으로 수행하였고 실험결과는 하기 [표 2]와 같다.
실험결과, 효소사용량이 많아질수록 짧은 시간에 사포닌 전환이 이루어지기는 하나, 효소사용량이 많아질수록 발생되는 효소의 비용대비, 반응시간에 따른 임가공비의 증가율이 낮기 때문에 효소사용량을 2%로 고정하고 반응시간을 연장시키는 것이 상업적 이용가치를 보다 높일 수 있다는 결과를 보였다(도 1).
<실험예 2>
기질의 농도에 따른 변화 실험
본 발명의 효소분해기질은 백미삼 추출액을 각각 7°brix와 14°brix로 사용하였고, 분해반응은 효소농도 2%로 수행하였다(도 2).
본 실험예에서 효소분해 반응은 56℃에서 180rpm으로 72시간의 반응조건으로 수행하였고 실험결과는 하기 [표 3]과 같다.
본 실험예에서는 효소사용량을 고정하고, 효소분해기질의 양을 변화시켜 실험한 결과, 추출물 내의 효소분해기질 양이 증가하여도 효소사용량이 불충분하다면 사포닌 전환에 한계가 있는 것으로 판명되었으며, 본 추출액의 효소분해기질 양에는 2%의 효소사용량이 바람직한 것으로 판명되었다.
제4단계: 효소의 불활성화 공정
상기 제3단계의 농축물을 비등수 욕조에서 30분간 가열함으로써 효소를 불활성화시켜 더 이상의 반응이 일어나지 않도록 하였다.
제5단계: 본 발명에 따른 화합물 K-강화된 농축액의 제조 공정
상기 제4단계의 결과로부터 얻어진 화합물 K를 20°brix가 되도록 감압 농축하였다.
제6단계: 수지컬럼 통과 공정
상기 제5단계에서 얻은 20°brix 수준으로 농축된 화합물 K-강화된 농축액에 다시 물을 가해 충분히 녹인 후 흡착수지인 다이아이온 HP-20 수지(일본 미쓰비시 사 제품)를 통과시킴으로써 사포닌 성분을 흡착시켰다(도 3).
제7단계: 사포닌 성분의 용출 공정
상기 제6단계에서 얻은 화합물 K-강화된 농축액으로부터 비 사포닌 성분을 제거하기 위하여 상기 흡착수지 용적의 5배 가량의 물을 이용하여 상기 수지를 세척한 후 50~95% 주정을 이용하여 사포닌 성분만을 용출시켰다(도 4).
본 발명의 실시예를 통하여 얻은 공정별 산물의 화합물 K 함량은 하기 [표 4]과 같다.
본 발명의 특징은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 사용되는 용매로는 식품 원료로 사용할 수 있는 물 또는 주정에 한정한다는 점이다.
또, 본 발명에 사용한 효소는 Cytolase PCL5(프랑스 DSM 사 제품)이며, 이는 Aspergillus niger로부터 유래되었다. 본 효소는 셀룰라아제 또는 펙티넥스 활성을 가지고 있으며, 특히 진세노이드 화합물 K의 전환수율이 매우 높았음을 확인할 수 있었는데, 이는 β-글루코시다아제 활성에 기인한 것으로 판단되었다.
본 발명에서 반응온도는 효소가 활성을 갖는 온도조건이라면 특별히 제한을 받지 않으나, 50~60℃가 바람직하고 56℃가 가장 바람직하였다.
효소분해 반응시간은 효소의 활성이 유지되는 기간이라면 특별한 제한은 없으나, 24~85시간이 바람직하였다.
Claims (7)
- 원료 인삼, 홍삼 또는 미삼에 물 또는 주정을 용매로 사용하여 원료를 추출하고 농축된 인삼, 홍삼 또는 미삼 추출물을 펙티넥스, 셀룰라아제 또는 β-글루코시다아제 활성을 가지는 다당류 또는 주정 분해효소와 반응시킴으로써 인삼 사포닌을 화합물 K로 전환시켜 화합물 K가 강화된 인삼, 홍삼 또는 미삼 농축액을 제조하는 단계와;
상기 화합물 K-강화된 농축액은 흡착수지를 이용하고 비 사포닌 성분을 제거하고 용출시킴으로써 화합물 K를 고함유한 분획물을 제조하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하여, 효소전환 및 분획기술을 이용하여 사포닌 전환체 화합물 K(20-Ｏ-β-D-글루코피라노실-20(S)-프로토파낙사다이올)를 제조하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 흡착수지는 다이아이온 HP-20 수지인 것을 특징으로 하는 방법.
- 인삼, 홍삼 또는 미삼 원료의 추출물을 물과 혼합하고 펙티넥스, 셀룰라아제 또는 β-글루코시다아제 활성을 가지는 효소와 반응시켜 화합물 K가 강화된 인삼, 홍삼 또는 미삼 농축액을 유효성분으로 함유하는 건강기능성 식품조성물.
- 제 3항 기재의 추출물을 흡착수지를 이용하여 사포닌 성분을 흡착시킨 후 물과 주정의 비율을 이용하여 화합물 K의 함량이 증가된 화합물 K-강화된 분획물.
- 제 4항에 있어서, 화합물 K의 함량이 5 내지 20 중량%(50 내지 200㎎/g) 범위로 강화된 것임을 특징으로 하는 화합물 K-강화된 분획물.
- 제 4항에 있어서, 상기 흡착수지는 다이아이온 HP-20 수지인 것을 특징으로 하는 분획물.
- 제 4항 기재의 화합물 K의 함량이 증가된 화합물 K-강화된 분획물을 유효성분으로 함유하는 건강기능성 식품조성물.
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| US20160129061A1 (en) * | 2014-11-12 | 2016-05-12 | Cj Cheiljedang Corporation | Pharmaceutical Composition and Health Functional Food Containing Red Ginseng Concentrate Having Enhanced Compound K for Preventing and Treating Non-alcoholic Fatty Liver Disease |
| KR20200019358A (ko) * | 2018-08-14 | 2020-02-24 | 주식회사 비티진 | 충치균의 생육억제 작용을 갖는 진세노사이드 및 조성물 |
| KR20210157979A (ko) | 2020-06-23 | 2021-12-30 | 농업회사법인 (주)케어앤모어 | 천연물 정제 및 이를 이용한 건강 기능 식품 제조 방법 |
-
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